microbik.ru
1

Овражная эрозия на линейных гидротехнических сооружениях (на примере Бурлинского магистрального канала)


Кошелева Е.Д.*, Скрипко В.В.**


* Институт водных и экологических проблем СО РАН, Барнаул, edk@iwep.asu.ru

** Алтайский государственный университет, Барнаул, skripko@inbox.ru


Аннотация

В работе представлены результаты исследования овражной эрозии на склонах Бурлинского магистрального канала. Рассчитана плотность овражных эрозионных форм на единицу длины трассы, выделены участки одинаковой плотности. По результатам исследования составлена «Схема зон эрозионной опасности вдоль Бурлинского магистрального канала». Предложены инженерные мероприятия по снижению овражной опасности.


gully erosion ^ ON LINEAR HYDRAULIC ENGINEERING CONSTRUCTIONS (ON THE EXAMPLE OF THE BURLINSKY MAIN CHANNEL)


Koshelevа E.D.*, Skripko V.V.**


* Institute for Water and Environmental Problems, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences (IWEP SB RAS), Barnaul, edk@iwep.asu.ru

** Altai State University, Geographical Faculty, Barnaul, skripko@inbox.ru


Abstract

In article results of research овражной are presented erosion on slopes Burlisky main channel gully erosive forms the density is calculated on unit of length of a line, sites of identical density are allocated. By results of research the Scheme of zones of erosive danger along the Burlinsky main channel» is made. Engineering actions for decrease gully are offered danger.


При создании каналов с земляным руслом происходит нарушение литогенной основы ландшафта за счет искусственных выемок грунта. На вновь сформированных склонах каналов впоследствии развивается овражная эрозия. Оврагообразование нарушает проектную конфигурацию сооружений, деформируют искусственные склоны – бермы, что приводит к поступлению в русло значительного количества грунта, приводящего к дополнительному заилению. Выявление участков трассы канала, подверженных опасности оврагообразования, необходимо для поддержания канала в рабочем состоянии.

Бурлинский магистральный канал является водоподающим трактом Бурлинской оросительной системы. Первоначально канал запроектирован на расход 36,5 м3/с и возводился в период с 1978 по 1991 гг. Замороженное строительство возобновлено в 2002 г. и канал введен в эксплуатацию с декабря 2011 года с проектным расходом 10 м3/с. Канал осуществляет подъем обской воды на геодезическую высоту 74 метра, имеет 4 бьефа с разным заглублением дна относительно поверхности земли. В связи с наличием ступенчатых искусственных склонов – берм 20–30-летнего возраста процессы оврагообразования на них проявились в полной мере.

Бурлинский канал, расположенный в Крутихинском районе, пересекает два геоморфологических элемента левобережья Оби: первую террасу р. Оби и Приобское плато. Среднегодовое количество осадков составляет 250–300 мм/год. Овраги широко распространены на склонах берм и сопровождаются гравитационными, суффозионно- просадочными формами. Особенности проявления оврагов (распространение, интенсивность, сопутствующие формы) определяются литологическим составом, экспозицией склона, размером, возрастом и высотным положением берм, а также расположением относительно элементов конструкции канала.

Полевые исследования оврагов на склонах Бурлинского канала проводились нами в 2007–2009 гг. Измерение эрозионных форм рельефа производилось рулеткой, измерение углов наклона и азимутов простирания – с помощью горного компаса. При детальном изучении отдельных форм рассматривались стадия развития, их продольный и поперечный профиль, измерялись линейные размеры и глубина. Стадия развития и степень активности эрозионных форм определялись в соответствии с методическими рекомендациями, изложенными в [1–3]. Координаты точек наблюдения определялись с помощью GPS-приёмника. В группе эрозионных форм рельефа нами учитывались крупные промоины, эрозионные рытвины и овраги. Полученные натурные и расчетные данные сводились в специально разработанную таблицу, на основе которой составлена карта-схема (рис. 1).



1  трасса Бурлинского магистрального канала; 2  насосные станции перекачки и их номера; 3  насосная станция водоподачи на массив орошения; 4  основные горизонтали с подписями высот в метрах; 5  полугоризонтали; 6  точки наблюдения и их номера; 7  населенные пункты; 8  реки; 9  озера и водохранилища; степень опасности: 10  высокая, 11  средняя, 12  низкая, 13  опасность отсутствует, 14  молодые склоны с начальной стадией процесса оврагообразования.

Рис. 1. Схема зон эрозионной опасности вдоль Бурлинского магистрального канала

При определении опасности развития и распространения эрозионных и просадочных форм мы придерживались подхода, заложенного в рекомендациях из СНиП 22-01-95 «Геофизика опасных природных воздействий» [4]. Предложенные в рекомендациях критерии были адаптированы, исходя из особенностей развития процессов водной эрозии на склонах берм канала. В частности, для оценки степени опасности нами был принят показатель «частота проявления эрозионных форм», представляющий собой количество эрозионных форм, приходящихся на длину склона по простиранию (шт./м) [5]. По величине этого показателя были условно выделены: низкая (менее 1,0 шт./ 100 м), средняя (1,1–10,0 шт./ 100 м) и высокая (более 10,0 шт./ 100 м) степень опасности процесса (см. рис. 1).

Наиболее интенсивное развитие процессов оврагообразования и, соответственно, наибольшая опасность их проявления на канале наблюдается на подветренных бортах северной и северо-восточной экспозиции, а также за мостами по ходу трассы канала (что обусловлено особенностями снегонакопления). Наибольшая эрозионная опасность наблюдается и в местах максимального заглубления русла, т.е. у всех насосных станций перекачки. Обычно развитие таких явлений происходит в течение какого-то времени после завершения земляных работ и в дальнейшем переходит в устойчивую стадию.

В зависимости от возраста склоны берм канала условно рассматриваются в пределах двух групп: «старые», или «устоявшиеся», образованные до 1991 г., и «молодые», сформированные в 2002–2009 гг.

В пределах 1-го бьефа (НС1-НС2) наблюдаются «старые» склоны. Для них характерны «фоновые» природные скорости развития оврагов. Более высокие скорости роста промоин и оврагов на старых склонах возможны в случаях, когда эти склоны испытывают дополнительную техногенную нагрузку. Например, сброс воды при откачке грунтовых вод из затопленного помещения насосной станции № 2 при ее расконсервации в 2007 г. привел к формированию эрозионной формы и оползневого тела на устоявшемся старом склоне за 1–1,5 часа.

При одновременном наклоне горизонтальной поверхности берм к руслу канала и вдоль по простиранию отмечается серповидная форма оврагов в плане на склоне 2-й левой бермы (северная экспозиция) перед насосной станцией № 2 (рис. 2). Относительно небольшая длина эрозионных форм определена длиной склона берм. Короткие склоны (например, длина склона 2-й бермы у НС2 составляет около 12,5 м, заложение откоса 1:2,5) и, как следствие, невысокая размывающая сила талых и дождевых вод привели к тому, что большинство эрозионных форм не выходит за пределы одной бермы. На склонах северной экспозиции отмечаются единичные, сложные промоины, прорезающие разновысотные бермы, соединены между собой узкими извилистыми каналами на площадках террас.

Во 2-м бьефе (НС2-НС3), в начале, русло канала проходит в насыпных грунтах, так что отметки верха дамбы господствуют над прилегающей территорией и на фоне бурного зарастания канала растительностью водная эрозия на склонах отсутствует. Первые эрозионные формы на правом берегу канала (точки наблюдения 5 и 7 на рис. 1) обязаны своим происхождением воздействию проходящей близко к краю полевой дороги и особенностями планировки поверхности поля, прилегающего к каналу. Один из наиболее крупных оврагов был обнаружен на левом берегу канала в точке наблюдения 8 (см. рис. 1).

Масштабы его развития обусловлены литологией (супеси) и большой площадью водосбора, лежащего между бермой канала и дорогой федерального значения слева. При реконструкции откосов необходимо провести работы по изменению площади водосбора, например, водоотвода за полотно дороги и рассмотреть вопрос о конструировании специальных водосборных вершинных сооружений – лотковых быстротоков [6].

На молодых склонах, расположенных по трассе канала за заброшенной насосной станцией, где дно и борта канала вскрывают горизонты супесей, активность эрозионных форм особенно велика. Отсутствие дернового покрытия и близость грунтовых вод дает большой количественный всплеск форм (рис. 3).





Рис. 2. Серповидные эрозионные формы на старом склоне 1-го бьефа

Рис. 3. Молодые эрозионные формы на склоне северной экспозиции 2-го бьефа


На склонах отмечается практически весь комплекс эрозионных (овраги, рытвины, борозды), гравитационных (оползни, оплывины), суффозионных и просадочных процессов и явлений. Процессы часто взаимно обусловлены: просадочные воронки отмечены в вершинах эрозионных форм, как на старых устоявшихся, так и молодых склонах. Они развиваются там, где задерживается сток талых и ливневых вод у шва или на поверхностях берм. Устья просадочных воронок часто заканчиваются небольшими промоинами.

На молодых склонах канала просадочные формы представлены линейно вытянутыми до 5,0 м колодцами, глубиной до 1,2-1,3 м, суффозионные формы – в виде небольших пещер высотой до 0,6 м в нижних частях верхних откосов.

В пределах 3-го бьефа (НС3-НС4) отмечена активизация левобережных эрозионных форм, приуроченных к растущему вблизи трассы березовому колку. Большая часть трассы находится в стадии переформирования строительной техникой.

В начале 4-го бьефа (НС4-водовыпуск) молодые склоны 2006 г. выполнены в насыпи, поэтому площадь водосборов эрозионных форм ограничена собственно склонами и поверхностью единственной бермы, а перепад высот между дном канала и бровкой бермы составляет приблизительно 5 м. В результате на склонах развилась густая сеть эрозионных борозд, редко выходящих за пределы склона. Длина борозд варьируется от десятков сантиметров до 4-6 м, ширина от 0,03-0,05 до 0,10-0,20 м, глубина  от 0,05 до 0,3-0,5 м, на каждый метр протяженности склона приходится 6-8 шт. Дальнейшее их развитие в более крупные эрозионные формы промоины и овраги за прошедший с момента создания склона год нами не отмечено. Предположительно этого не произойдет и в будущем из-за малых площадей склоновых водосборов и относительно небольшого перепада высот.

На фоне достаточной благополучности старых заросших склонов 4-го бьефа отмечается резкий всплеск эрозионной активности за мостами в пределах трехсот метров по ходу трассы. Аналогично начиная с пикета ПК285+00 при заглублении трассы канала и появлении 2-й бермы, растёт частота эрозионных форм, достигая 4 штук на 100 м.

Под действием вышеописанных эрозионных, гравитационных, суффозионных процессов и просадок сечения канала утрачивают свою проектную форму. Обследование русла Бурлинского магистрального канала в 2009 г. и контрольная нивелирная съемка также показали, что изменены продольные уклоны, трапецеидальное русло повсеместно деградировало до параболической формы.

По нашему мнению, помимо инженерных способов борьбы с эрозией – засыпку эрозионных форм щебнем и строительства лотков на бортах канала в местах особо интенсивного поверхностного стока – следует использовать травосеяние для создания плотного дернового покрытия в вершинах оврагов. После выполаживания вершин дальнейшее их закрепление необходимо производить посевом многолетних злаковых трав (овсяница луговая, мятлик луговой, костер безостый, пырей бескорневищный) из расчета 30-40 г на 1 м2. При этом на 1-2 года вода должна быть отведена от закрепляемой вершины [6]. В качестве альтернативы возможно одернование сположенных вершин.

Выявленные места активизации эрозионных процессов могут служить основой для планирования защитных мероприятий и ремонтных работ на склонах канала, а в случае восстановления бровок, дна и откосов канала до проектных отметок, ведущих к переформированию ложа канала, – прогнозировать места и масштабы развития экзодинамических процессов в будущем.


Литература

1. Лидов В.П., Николаевская Е.М. Учет интенсивности овражной эрозии при проектировании приовражных лесонасаждений. Вопросы географии. 1951. Сб. 24. С. 337–349.

2. Родзевич Н.Н., Сетунская Л.Е. Оценка интенсивности роста оврагов по их морфологическим признакам. Известия АН СССР. Сер. Географическая. 1961. №3. С.91–95.

3. Скоморохов А.И. Скорость роста оврагов. Геоморфология. 1981. №1. С. 97–103.

4. СНиП 22-01-95. Система нормативных документов в строительстве. Строительные нормы и правила. Геофизика опасных природных воздействий. М., 1996. 11 с.

5. Овражная эрозия. Под ред. проф. Р.С. Чалова. М., Изд-во МГУ. 1989. 167 с.

6. Сурмач Г.П. Водная эрозия и борьба с ней. Л., Гидрометеоиздат. 1976. 254 с.