Header Image

В апреле 2011 г. в Казани состоялся Всероссийский Съезд  руководителей предприятий промышленности строительных материалов, изделий и конструкций.

Подробнее ...
Регулирующая роль карстовых полостей в водохозяйственном балансе Юмагузинского водохранилища Печать E-mail
09.12.2014 19:04

В.И. Мартин, Т.Ф. Гурьева
ЗАО ЗапУралТИСИЗ, г. Уфа

Общие сведения. В геологическом строении чаши Юмагузинского водохранилища в основном участвуют каменноугольные и девонские, преимущественно карбонатные отложения, а также силурийские, ордовикские и верхнепротерозойские терригенные (песчаники, конгломераты, сланцы и др.) сильно метаморфизованные образования.

В геолого-тектоническом плане чаша водохранилища почти полностью находится в пределах Западно-Уральской внешней зоны складчатости, осложненной многочисленными антиклинальными и синклинальными структурами субмеридионального простирания и разрывными нарушениями регионального и локального характера.
Горный рельеф в зоне водохранилища является прямым отражением геолого-структурной основы территории: хребты соответствуют антиклинальным структурам, межхребтовые понижения – синклинальным. При этом хребты сложены, как правило, метаморфическими некарстующимися толщами, тогда как межхребтовые понижения – преимущественно карбонатными отложениями.
Каменноугольные и девонские карбонатные отложения в зоне выветривания сильно трещиноваты и закарстованы. Коэффициент объемной закарстованности в среднем равен 0,1. Вглубь массива проникают только дизъюнктивные тектонические нарушения, которые унаследованы карстовыми каналами.
К карбонатным толщам приурочен линейный бассейн карстовых вод Западно-Уральской внешней зоны складчатости, состоящий из двух ярусов: верхнего – бассейна трещинно- карстовых вод зоны выветривания и нижнего – пластово-трещинно-карстовых вод. В свою очередь, бассейн карстовых вод в плане состоит из ряда карстовых микробассейнов, в определенной степени обособленных друг от друга приуроченностью к синклинальным структурам, соответствующим, как правило, межхребтовым понижениям. В то же время общность областей формирования и особенности их разгрузки обусловливает их единство.
Линейный бассейн карстовых вод и его составляющие микробассейны в субширотном направлении пересекаются долиной реки Белая, в пределах которой к рыхлым аллювиальным и делювиальным отложениям приурочен ряд водоносных горизонтов. Все эти горизонты и в целом бассейн карстовых вод находятся под дренирующим влиянием реки Белой.
Формирование карстовых вод происходит в пределах хребтов, сток – в сторону межхребтовых понижений, сложенных, как правило, карбонатными толщами, разгрузка – в долину реки Белой.
Объем призмы подтопления карбонатного массива вдоль будущей чаши водохранилища при НПУ 253 м составляет 0,85579 км3, в том числе по правобережью – 0,44999 км3 и по левобережью – 0,4058 км3.
Характеристика закарстованности карбонатного массива чаши Юмагузинского водохранилища. В пределах Юмагузинского водохранилища имеются все 4 условия (по Д.С. Соколову, 1962) для развития карбонатного класса карста: покрытого подаллювиально- делювиального на водоразделах и пологих склонах, с участками голого на крутых обрывистых склонах и перекрытого (подаллювиального) подкласса в пределах реки Белой.
Поверхностные проявления представлены в основном воронками различной формы и величины, часто с понорами на дне, суходолами, карстовыми котловинами, родниками, исчезающими ручьями и речками.
Многочисленные подземные формы в виде карстовых полостей и каверн в основном заполнены вторичными продуктами выветривания и выщелачивания (по данным бурения).
Согласно общей схемы районирования карста Республики Башкортостан чаша Юмагузинского водохранилища находится в пределах карстовой провинции Западно-Уральской внешней зоны складчатости. В пределах зоны влияния водохранилища известно 240 пещер. В зону подтопления попадает 100 пещер общим объемом 0,00045822 км3.
По морфологической классификации преобладают пещеры-источники, реже пещеры- поноры и очень редко гравитационные пещеры. В зону подтопления попадают и крупнейшие на Урале пещеры – пропасть Сумган и Кутукская-4.
Объемная закарстованность карбонатного массива по данным исследований в зоне гидроузла изменяется от 0,005 до 0,25 и в среднем составляет 0,1. Доказана характерная для карстовых районов неравномерная закарстованность карбонатного массива. В частности, при изысканиях в зоне гидроузла установлено:
• Подавляющее большинство карстовых полостей сосредоточено на глубинах до 100-110 м (75%), меньше – до глубин 180 м и очень мало – до глубины 200 м;
• В абсолютных отметках большинство карстовых полостей (60%) находится в зоне, ограниченной древним и современным базисами коррозии, 30% – выше современного базиса и не более 10% – ниже древнего базиса коррозии;
• Карстовые полости высотой до 1 м в основном (65%) сосредоточены на абс.отметках 220-360 м, высотой более 1 м (35%) – на абс.отметках 120-220 м;
• Подавляющее большинство (80%) карстовых полостей находится ниже НПУ 235 м.
Регулирующая роль трещинно-кавернозной и пещерно-каналовой пустотности в общем балансе водохранилища. Объем закарстованности массива карбонатных пород в зоне
подтопления водохранилища складывается из двух составляющих: фоновой трещинно-кавернозной пустотности и пещерно-каналовой пустотности. Трещинно-кавернозная пустотность карбонатного массива зоны подтопления Юмагузинского водохранилища при среднем объемном коэффициенте закарстованности массива 0,1 составляет по правобережью 0,04499 км3, по левобережью – 0,04058 км3 и суммарно – 0,08554 км3. По отношению ко всему объему призмы подтопления это составляет около 10%.
Пещерно-каналовая пустотность массива карбонатных пород определена путем суммирования объемов карстовых пещер, попадающих в зону подтопления, с некоторой экстраполяцией их недоступной части с помощью коэффициента Г.А. Максимовича (удельный объем м3/м) и по правобережью составляет 0,00012512 км3, по левобережью – 0, 0000053 км3 и суммарно – 0,000458 км3. Это всего 0,05% от объема призмы подтопления.
Таким образом, общий объем трещинно-кавернозной и пещерно-каналовой пустотности карбонатного массива зоны подтопления Юмагузинского водохранилища составляет по правобережью 0,07076 км3, по левобережью – 0,15224 км3, а по всей зоне водохранилища – 0,086001 км3, что составляет 10,05% от объема призмы подтопления. В то же время по отношению к общей емкости водохранилища, равной 0,3 км3 при НПУ 253 м, это составляет 28,67%, т.е.примерно 1/3 его объема, а при ФПУ 270 м и объеме 0,8 км3 не будет превышать 15%. Вся эта сеть трещин и карстовых пустот в период акчагыльской ингрессии моря по долине р. Белой была закольматирована (каверны и трещины) и заполнена (пещеры и карстовые каналы) наносными отложениями (глинисто-суглинистые, дресвяно-щебенистые и карбонатно-доломитовая мука).
Позже, со снижением базиса эрозии и коррозии, море ушло, и все трещины и пустоты в карбонатном массиве весь последующий отрезок геологической истории подвергались декольматации, т.е. суффозионному выносу из карбонатного массива наносных отложений и одновременно вносу новых продуктов выветривания. Вследствие этого до настоящего времени степень кольматации трещин и полостей остается очень высокой.
Около 60-70% трещин и каверн полностью остаются закольматированными. Тогда как пещерно-каналовая система карстовой пустотности в большинстве (примерно на 80%) своем освободилась от рыхлых наносных отложений и является открытой для циркуляции карстовых вод и подземного речного стока, т.е. может служить дополнительной регулировочной емкостью для водохранилища. Отсюда следует, что объем открытых незакольматированных полостей в реальности как минимум в 2 раза меньше общего объема трещинно-кавернозной пустотности, а отсюда настолько же меньше регулирующая их емкость, и она будет составлять не более 13-14% от объема водохранилища.
Простейшие расчеты для ФПУ 270 м путем экстраполяции имеющихся показателей для НПУ 253 м позволили определить процент регулировочной емкости, который равен 10,75%, а если учесть закольматированность 50% полостей, то эта величина не превысит 5% от объема водохранилища при ФПУ. Иначе говоря, подземная составляющая емкости Юмагузинского водохранилища при НПУ 253 м будет играть существенную роль в общем балансе и незначительную при ФПУ 270 м по отношению к общему объему водохранилища.
В процессе эксплуатации водохранилища ежегодные предвесенние попуски (сбросы) уровня на 10 м вызовут декольматацию карстовых полостей в этой зоне и, как следствие, приведут к увелицению общей регулировочной емкости полостей на 3-4% по отношению к общей емкости водохранилища.
В пределах 5 карстовых районов Кутукского урочища (Сукуруйского, Сумганского, Кукульского, Улукланского, Кутукского) сосредоточено 64 пещеры, плотность достигает 20 пещер на км2, средний удельный объем 16,7 м3, коэффициент объемной закарстованности 0,005. Общий объем пещер 941882 м3, но в зону подтопления попадает лишь 445000 м3 объема пещер, т.е.50%. В частности, будут подтоплены нижние этажи с подземными речками в пещерах Сумган и Кутук-4.
Общий объем пустот зоны подтопления (с учетом трещинно-кавернозной и пещерно- каналовой пустотности) в пределах Кутукского урочища составляет 0,006056 км3, по отношению к объему призмы подтопления на этих пяти карстовых участках составляет 10,13% (в т.ч. пещерно-каналовой 0,19%). Пещерно-каналовая пустотность здесь в 4 раза больше, чем в пределах всей зоны водохранилища.
Вывод: для подтверждения правильности приведенных расчетов необходима постоянно действующая сеть наблюдательных скважин и реперная сеть.
Особенности подруслового потока карстовых вод в долине реки Белой. Проведенные гидрометрические замеры расходов воды в реке Белой в летнюю межень 2001 года на участке от с. Максютово (зона выклинивания водохранилища) до района гидроузла показали, что расход реки Белой, замеренный в районе с. Максютово и равный 21,6 м3/с, оказался самым большим на исследованном отрезке реки. Ниже по течению реки наблюдается общее уменьшение расхода, несмотря на впадающие небольшие притоки, особенно на участках, где река протекает по карстующимся карбонатным породам. Потери расхода составляют от 0,1 до 1,3 м3/с на 1 км течения.
В то же время на участках, где река течет по некарстующимся породам, расход воды в реке на 1 км течения возрастает на 0,7; 2,2 и даже 4,4 м3/с. Тем не менее, вблизи плотины расход воды в реке составил лишь 19,9 м3/с.
Ниже гидроузла на государственном водомерном посту в это время расход воды р. Белой равен 39,8 м3/с, то есть в 2 раза больше последнего замера.
Следовательно, подрусловые аллювиальные воды и поток карстовых вод вдоль палеорусла реки выходит на поверхность на контакте верхнекаменноугольных кремнистых известняков и нижнекаменноугольных глинистых сланцев и глинистых известняков, являющихся барражем на пути подрусловых потоков. Возможная разгрузка подруслового потока карстовых вод и вод зоны сифонной циркуляции под плотиной может привести к суффозионному ее разрушению.
Во избежание этого подрусловый поток карстовых вод необходимо надежно перекрыть цемзавесой. В противном случае помимо угрозы суффозионного разрушения Юмагузинское водохранилище свою целевую задачу как регулирующее сооружение выполнять не будет.
Напрашивается вывод, что гидрологическая изученность бассейна реки Белой в зоне водохранилища имеет большие пробелы.

 
Free template "Frozen New Year" by [ Anch ] Gorsk.net Studio. Please, don't remove this hidden copyleft! You have got this template gratis, so don't become a freak.