Трансформация геологической среды в зоне влияния водохранилищ Ангарского каскада ГЭС

Каскад ангарских водохранилищ включает в себя искусственно созданные водные резервуары в долине р. Ангары и ее крупных притоков - Оки, Ии, Уды, Илима. Водоемы долинного типа протянулись с юга на север от истока Ангары до места строительства плотины Богучанской ГЭС на расстояние более 850 км. Ширина водохранилищ на отдельных участках достигает 12-15 км, а протяженность берегов - более 8500 км. С момента наполнения первого ангарского водохранилища (Иркутского) прошло 56 лет, последний в каскаде резервуар (Богучанское водохранилище) заполнен до проектных отметок в 2015 г. С позиций геологического времени грандиозные техногенные преобразования геологической среды произошли одномоментно, приведя к революционной перестройке всего комплекса условий и факторов, сопровождаемой крупномасштабными изменениями компонентов геологической среды.

В XX в. во многих странах мира были построены гидроэлектростанции и созданы водохранилища различного назначения и целей (гидроэнергетические, для водоснабжения, рекреационные). Они оказали большое антропогенное воздействие и вызвали значительные изменения в окружающей среде и землепользовании, а также различные природные опасности, такие как: наведенная сейсмичность [Aftershocks series monitoring ..., 2006; Gahalaut, Gahalaut, Pandey, 2007], оползни [Characteristics, mechanism and ..., 2006; Jian, Wang, Yin, 2009; Xia, Ren, Ma, 2013], карст [Milanovic, 2011; A review on natural ..., 2014], эрозия, абразия и оползни [Collins, Sitar, 2008], абразия и эоловые процессы [Shoreline erosion and ..., 2010].

По опубликованным и фондовым материалам известно, что первый период наполнения и эксплуатации каждого из водохранилищ характеризовался значительными размывами берегов, отступанием бровки склона вглубь массива, формированием оползней, активизацией карста [Печеркин, 1969; Размывы берегов ангарских..., 1971; Кусковский, 1974; Филиппов, 1988].

В связи с активным преобразованием природной среды наряду с комплексом природных факторов формирование и активизацию эрозионных форм все чаще стал определять техногенный фактор. Образование эрозионных форм на исследуемой территории при различных видах хозяйственной деятельности человека отмечалось многими исследователями [Бычков, 1964; Никифорова, Спесивцев, 1980; Рыжов, 1995]. В целом техногенный фактор оказывает существенное влияние на эрозию через нарушение условий поверхностного и подземного стоков, изменение морфологии склонов, ухудшение физических свойств почвы.

Создание Братского водохранилища оказало огромное воздействие на природные и экономические условия обширной территории. Из зоны затопления было перемещено до 240 сельских поселений, для восстановления сельскохозяйственных угодий освоено 90 тыс. га залесенных земель, построены новые автотранспортные магистрали и подъездные дороги к новым поселкам [Хисматуллин, 1991].

Также при заполнении водохранилища были затоплены пологие склоны, используемые в различных сельскохозяйственных целях. В соответствии с районированием побережья Братского водохранилища, проведенным до и после его заполнения, доля склонов до 10° уменьшилась с 91 до 78 %, и доля участков крутизною 10-15° возросла с 7 до 18 % [Тржцинский, 1994]. Это означает уменьшение доли склонов, пригодных для сельскохозяйственного производства. Освоение новых территорий сопровождалось вырубкой лесов, прокладкой дорог, распашкой склонов, расширением пахотных и пастбищных угодий и привело к широкому возникновению новых эрозионных форм. Дальнейшее нерациональное использование земель (перевыпас скота, орошение земель) усилило техногенную нагрузку на осваиваемые территории и стало причиной активизации уже существующих эрозионных форм и формирования новых. Временные дороги являются первичными ложбинами стока, а переорошение пахотных угодий вызывает развитие мелкоструйчатой эрозии, имеющей тенденцию в данных условиях к перерастанию в овражную, и в конечном счете приводит к расчленению пахотных угодий.

Практически все унаследованные оползни прореагировали на создание водоема увеличением смещений. В отдельных случаях важным фактором в образовании оползней послужила абразия. В результате многолетних наблюдений было отмечено, что активизация оползней происходит с различной степенью интенсивности и часто определяется уровенным режимом водохранилища. Последующие исследования динамики оползней на Братском водохранилище показали, что в периоды, характеризующиеся низкими уровнями воды в водохранилище, происходит снижение оползневой деятельности. Ю.Б. Тржцинский [Trzhtsinskii, 1978] считал главной причиной образования новых и активизации старых оползней на водохранилищах Ангарского каскада ГЭС снижение прочности глинистых пород при обводнении.

Но существует другая точка зрения. Так, например, исследования старейшего оползня на одном из водохранилищ Китая [Characteristics, mechanism and ..., 2006] показали, что он активизировался после наполнения водоема и оползневые деформации тесно связаны с колебаниями уровня воды. Однако последующие наблюдения выявили, что деформации более тесно связаны с понижением уровня водохранилища, чем с его повышением.

Возможно, в этих гипотезах нет противоречия. Различные выводы могут быть обусловлены морфометрическими и морфологическими особенностями водохранилищ, геолого-структурными особенностями участков, различным положением зоны скольжения относительно уровня воды в водоеме, что требует комплексного изучения объектов.

С момента ввода в эксплуатацию водохранилищ произошла глубокая перестройка гидрогеологических условий на прилегающих территориях [Пиннекер, Вологодский, 1962]. Обводнение интенсивно трещиноватой зоны выветривания и закарстованных пород бывшей зоны аэрации вызвало расширение зоны с тесной взаимосвязью поверхностных и подземных вод.

Было установлено, что уровень подземных вод с различной степенью запаздывания повторяет изменения уровня водохранилищ и ширина зоны влияния и высота подпора подземных вод изменяются в значительном диапазоне [Шенькман, 1993; Овчинников, Павлов, Тржцинский, 1999].

В пределах городской территории зона влияния Иркутского водохранилища определяется на расстоянии от 0,2 до 0,4 км, в приплотинной части правобережья водохранилища может достигать 2-3 км, периодически формируя подтопление фундаментов зданий коттеджных поселков.

Для Братского водохранилища наименьшие величины (0,3-0,5 км) отмечаются в слабопроницаемых глинистых породах. Наибольшая ширина зоны влияния водохранилища достигает 25 км в сульфатно-карбонатных отложениях.

Для Усть-Илимского водохранилища, многолетняя сработка уровня которого может достигать 3 м, ширина зоны влияния в большей части локализована в узкой прибрежной полосе, что объясняется слабой проницаемостью распространенных в береговой зоне пород. Наибольшая величина зоны влияния (до 4-6 км) возможна на участках, сложенных загипсованными породами терригенно-карбонатных и терригенных формаций ордовика, карбона.

Созданные водохранилища имеют ряд особенностей, объединяющих их в единую группу и отличающих от других водохранилищ европейской части России и ряда стран мира. Очертания водоемов имеют сложную конфигурацию береговой линии с чередованием сужений и озеровидных расширений. Унаследованная эрозионная расчлененность поверхности Сибирской платформы долинами крупных рек и их многочисленных притоков предопределила сильную изрезанность береговой линии водохранилищ. Коэффициент извилистости береговой линии на водохранилищах достигает 5,5 [Размывы берегов ангарских..., 1971]. Наряду с высокой расчлененностью рельефа для морфологии склонов долин характерен глубокий эрозионный врез рек, что отразилось на распространении высоких и преимущественно крутых береговых склонов. Среди этой группы выделяется крупное равнинное водохранилище - Братское, с сезонными колебаниями уровня воды, достигающими 3-4 м, и многолетними до 10 м, что делает его моделью для исследования изменений геологической среды и ее компонентов в зоне влияния крупных технических объектов.

Материалы и методы

Обводнение прилегающих массивов при наполнении водохранилищ вызвало глобальную перестройку компонентов геологической среды и изменение их состояния и свойств, формируя зону воздействия технического объекта на геологическую среду - зону влияния. Определение положения внешней границы зоны влияния водохранилищ - трудная задача в связи со сложностью геолого-геоморфологических условий территории, их многофакторностью и изменчивостью как по площади, так и в разрезе, а также в связи с режимом эксплуатации самого технического объекта.

Зона влияния технического объекта - пространственный объем массива горных пород, в пределах которого под влиянием природно-техногенных факторов происходят изменения всех или отдельных компонентов геологической среды. Ширина зоны влияния водохранилищ (по площади воздействия) устанавливается с учетом изменений гидрогеологических параметров горных пород по профилю и разрезу, особенностей распространения подпора подземных вод, техногенной активизации экзогенных геологических процессов (ЭГП) и зависит от сезонного колебания уровня воды в водоеме.

Индикаторами влияния технического объекта (водохранилища) на геологическую среду являются ЭГП, развивающиеся в зоне его влияния. Поэтому для изучения трансформации геологической среды под воздействием техногенных факторов, связанных с созданием и особенностями эксплуатации водохранилища, были выполнены мониторинговые исследования режима и условий функционирования локальных береговых геосистем.

Береговые локальные геосистемы ограничены участками береговой зоны и находятся в зоне влияния подпора водоема. По представлению авторов, береговые локальные геосистемы - это участки побережий с развивающимся в их пределах комплексом парагенетически связанных ЭГП, отражающих состояние системы и ее изменение во времени и пространстве.

Для Ангарского каскада ГЭС лабораторией инженерной геологии и геоэкологии Института земной коры СО РАН была создана система геоди- намических полигонов и стационаров, расположенных в различных ландшафтных условиях. Систематические ежегодные наблюдения за отдельными видами ЭГП проводились на 77 участках, на 43 из них изучалась абразия, на 15 - гравитационные процессы, на 11 - карстово-суффозионные и на 8 - эрозионные. Применялись инструментальные съемки по наблюдательным створам, наблюдения за выносом (масса и состав) по системе учетных площадок и наносоуловителей в днище оврагов, измерения линейных и вертикальных приращений. Результаты этих исследований были использованы нами для сравнительного анализа динамики развития ЭГП.

В 2000 г. на базе существующих региональных методик и ранее полученных результатов исследований авторами была разработана методика комплексной оценки развития локальных геосистем для Братского водохранилища.

Разработанная методика предполагает:

1) выбор ключевого участка на основе анализа условий и факторов развития процессов до и после создания водоема, а также дешифрирования аэрофотоснимков;

2) мониторинговые исследования с разбивкой сети наблюдений и проведением топографо-геодезической съемки;

3) построение объемных картографических моделей, их сравнительный анализ, выявление качественных и количественных взаимосвязей в геосистеме;

4) обновление и составление карт современной активности процессов.

С 2006 г. с целью исследования комплекса абразионных, эрозионных и эоловых процессов были организованы два ключевых участка (на правобережье Братского водохранилища). Для мониторинга и построения цифровых моделей был применен метод повторных GPS-съемок в кинематическом режиме. Фиксировались отступание бровки берегового уступа, морфометрические характеристики эрозионных форм, развивающихся от бровки, границы площадного распространения активных эоловых полей на поверхности берегового склона.

Динамика оврагов на участке Рассвет оценивалась по изменению их объема за период между измерениями с частотой 1 раз в год. Детальная морфометрическая съемка оврагов выполнялась с помощью лазерного дальномера Leica disto A8.

Дополнительно для получения данных по среднесрочной динамике эоловых полей на участке Рассвет и эрозионных форм на участке Улей был применен сравнительный анализ разновременных снимков 1969 (масштаб 1:7200), 1971 (масштаб 1:6500) и 1980 гг. (масштаб 1:10 000).

Целью мониторинговых исследований является изучение режима и условий функционирования локальных береговых геосистем и их изменения под воздействием природных и техногенных факторов, связанных с созданием и режимом эксплуатации водохранилища.

Результаты

В исследовании детально рассматриваются оползневые, абразионные, эрозионные, эоловые, карстовые процессы, которые проявили активную динамику после создания ангарских водохранилищ.

Оползни

Оползни встречаются на берегах водохранилищ всего каскада. Большинство оползней на берегах ангарских водохранилищ по генезису являются оползнями выдавливания блочного типа [Тржцинский, 1994].

В пределах Иркутского и Братского водохранилищ оползневые деформации распространены на площади от 0,8 до 0,95 км 2. Многие крупные оползни в юрских песчаниках на Иркутском водохранилище оказались затоплены. Большинство унаследованных оползневых участков расположено на берегах Братского водохранилища. Унаследованные оползневые участки, сформированные в конце плейстоцена при образовании среднего комплекса террас р. Ангары, возобновили активность после наполнения водохранилища. Например, Ново-Октябрьский унаследованный оползень (Окинская акватория) остался в стадии глубинной ползучести. На этом участке средняя скорость смещений составляет 7,17 мм/год, средняя скорость отступания бровки берегового уступа на протяжении всего участка - 22,7 см/год.

По периметру береговой линии Братского водохранилища максимальная пораженность оползневыми деформациями характерна для Окинской акватории, где деформации связаны с особенностями литологии терригенных отложений ийской свиты ордовика, а также для Ангарской акватории в гипс-ангидритовых породах кембрия и глинистых разностях ордовика.

По замерам, выполненным Ю.Б. Тржцинским в 1960-е гг., средняя скорость движения на оползнях глубинной ползучести в естественных условиях составляла 0,4-0,5 мм/год (период до наполнения водохранилища). Динамика смещений на участках развития унаследованных блочных оползней в условиях эксплуатации водохранилища усилилась в разы. Скорость смещения Монастырского оползня в коренных породах в период с 1977 по 1995 г. составила 1,7-3,0 см/год, что говорит о стабильном движении оползневого склона. Блочные оползни выдавливания сохраняют такие небольшие скорости, которые не превышают нескольких сантиметров в год, но при этом их активизация носит "вековой" характер. Причинами развития подобных, медленных смещений зачастую служат процессы дезинтеграции и изменения физико-механических свойств горных пород основания массива.

Все оползневые участки южной части Братского водохранилища испытывают последствия процессов карстового выщелачивания. В районе залива Шалоты расположено сразу несколько унаследованных оползневых участков. Зоной смещения этих оползней является слой выщелоченных сульфатно-карбонатных пород, залегающих на отметке современного нормального подпорного горизонта водохранилища. При высоких уровнях воды в водохранилище происходит размыв сформировавшихся делювиальных отложений, и подножье склона обнажается, отступая вглубь до 3 м. По трещиноватым зонам на склоне происходит общее проседание дневной поверхности до 15 см в год. Зафиксировано проявление ряда провалов шахтного типа, по всей видимости, заложение границы нового оползневого блока. Нарушен дерновый покров, провалы на поверхности достигают размеров 40*40 см, со значительной глубиной более 3 м (рис. 1).

Смещение таких оползней, как Балаганский, Барсунский, Имбейский, происходит по наклонной или круглоцилиндрической поверхности скольжения, которая формируется в зоне разупрочненных глинистых пород (аргиллитов и алевролитов).

На современном этапе эксплуатации на берегах ангарских водохранилищ сохраняется значительная динамика в развитии оползневых деформаций.

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60

Расстояние по профилю, м

Рис. 1. Оползневый склон в заливе Шалоты: а) геодезический профиль 2002-2008 гг.; б) серия провалов по трещиноватой зоне

Абразия

Абразионные берега Иркутского водохранилища с максимальными размывами сложены преимущественно суглинками и супесями - пылеватыми, макропористыми, карбонатными, в приповерхностном слое лессовидными. Грунты, слагающие участки берега с максимальными размывами, по своим физико-механическим свойствам характеризуются просадочностью и снижением устойчивости к внешним дополнительным нагрузкам.

В результате научно-исследовательских работ на берегах Иркутского водохранилища выявлена динамика береговой линии за период эксплуатации (1961-2015 гг.). Ширина размыва на стационарных участках: Патроны - 100 м, Грудинино - 180 м, Новоразводная - 200 м.

Даже близкие по геологическому строению берега ключевых участков значительно отличаются друг от друга внутригодовой активностью абразионного процесса, которая зависит от литологии грунтов и ветроволновых нагрузок. Максимальной трансформации подвержены мысовые участки, сложенные четвертичными отложениями (суглинки и супеси). Береговая линия заливов осталась в прежних пределах, фактически не изменив своего положения за почти 60-летний период эксплуатации. Мысовые участки испытывают значительные размывы до 3 м/год (Грудинино - 2,5, Новоразводная - 3,5 м/год).

Полученные результаты по абразии берегов согласуются с долгосрочным прогнозом переработки за 25-летний период эксплуатации, сделанным Г.И. Овчинниковым в 90-х гг. прошлого века [Овчинников, Павлов, Тржцинский, 1999]. Максимальные размывы (до 100 м) прогнозировались для участков, выполненных рыхлыми отложениями основной акватории правого берега водоема.

Протяженность берегов Братского водохранилища составляет 6030 км, около 38 % сложено рыхлыми четвертичными отложениями. Абразионные берега составляют 2056 км (34,2 % общей протяженности берегов) [Овчинников, 2003]. Максимальная ширина размыва характерна для склонов, сложенных рыхлыми образованиями (пески, лессовидные супеси и суглинки), минимальная - для скальных и полускальных грунтов (песчаники, доломиты, известняки, алевролиты, аргиллиты, мергели) (рис. 2).

При формировании локальных участков побережья происходит активное взаимодействие процесса абразии с различными ЭГП, что определяет формирование разнообразных механизмов трансформации берега и генетических подтипов берегов: абразионно-осыпных, абразионно-обвальных, абразионно-оползневых, абразионно-карстовых и др.

Для мониторинга абразионного размыва по результатам GPS-съемки в кинематическом режиме были построены цифровые модели рельефа. Исследования выполнялись на двух участках, береговые уступы которых сложены песками, лессовидными супесями и суглинками.

Рис. 2. Карта типизации берегов Братского водохранилища по ширине абразионной переработки

Сравнительный анализ моделей 2006 и 2007 гг. показал, что ширина отступания бровки берегового склона на участке Рассвет варьируется от 0 до 8 м за год. Максимальные значения отмечаются в западной части участка, расположенной ближе к основной акватории водохранилища, минимальные - в восточной части, примыкающей к малому заливу. Общий объем грунтового материала, потерянного при отступании бровки берега за год (включая эрозионный размыв), составляет 13 860 м 3. По данным Г.И. Овчинникова, ширина размыва на данном участке за период 1967-1996 гг. составила 40-95 м, максимум - до 130 м [Овчинников, 2003], что в среднем составляет 1,4-3,3 м/год, максимум - 4,5 м/год.

Участок Закорюково характеризуется меньшими величинами отступания бровки берега и объемами размываемого грунта до 2690 м 3 за год. Основную роль здесь играют эрозионные процессы, в отличие от участка Рассвет, где наибольшая часть материала потеряна за счет абразионного процесса.

Овражная эрозия

Развитие овражной эрозии на берегах созданного Братского водохранилища стало определяться следующими факторами. Несмотря на повышение базиса эрозии, произошел рост старых и образование новых форм. Устьевые части оврагов, развивающихся на террасах и придолинных склонах, были затоплены, что искусственным образом снижало пораженность этим процессом. Однако нарушение продольного профиля равновесия оврагов способствовало их активизации. В пределах береговых отмелей в результате физического выветривания и морозобойного растрескивания сформировались специфические условия для эрозионного размыва талыми водами [Лещиков, Спесивцев, 1984].

На участках абразионных берегов механизм развития эрозионных форм зависит от уровня стояния воды в водохранилище. Развитие эрозионных форм на берегах Братского водохранилища в условиях внутригодового и многолетнего колебания уровня полностью укладывается в схему, предложенную И.А. Печеркиным [Печеркин, 1969] для камских водохранилищ.

Создание водохранилища привело к формированию новых (эоловоэрозионных, карстово-эрозионных, абразионно-эрозионных) механизмов развития эрозионного процесса, нехарактерных для природных условий на данной территории [Impact of large ..., 2016].

На абразионно-осыпном береговом склоне участка Улей (залив Оса) наблюдается развитие 31 эрозионной формы протяженностью 65-200 м. До заполнения водохранилища они развивались на коротких речных береговых склонах и находились в неактивном состоянии. Определяющим фактором активизации эрозии явились колебания уровня воды в водохранилище. При высоких уровнях устьевые части оврагов были затоплены. Активно развивающийся процесс абразии вызвал смещение бровки береговых уступов, увеличение их высоты, подвешивание устьев оврагов и, в конечном счете, нарушение продольного профиля равновесия, уменьшение протяженности оврагов. Формирование волноприбойных ниш и обрушение блоков над ними вызвало возникновение уступов регрессивной эрозии. При снижении уровня под воздействием природных процессообразующих факторов происходит активизация регрессивной эрозии на этих участках.

На участке Рассвет, где наполнение водохранилища инициировало развитие эоловых процессов, выявлен эолово-эрозионный механизм. На участке Хадахан при активизации карста после высоких уровней в 2004 г. произошло слияние двух оврагов по карстово-эрозионному механизму, в результате чего их суммарный объем увеличился в 2,4 раза.

На ключевом участке Быково, расположенном на левобережье Братского водохранилища, наблюдались абразионно-оползневый, эрозионнооползневый, суффозионно-эрозионный механизмы взаимодействия [Mazae- va, Khak, Kozyreva, 2013]. Это оползневый склон протяженностью 250-300 м, осложненный эрозионными и абразионными процессами. Зона пляжа и абразионный уступ сложен доломитами, известняками, гипсами, ангидритами и карбонатными брекчиями. В отдельных частях изучаемого участка эрозией обнажены переслаивающиеся мергели и доломиты с редкими прослоями аргиллитов и алевролитов, маломощными пропластками и линзами гипса. В нижней части свита содержит глины с брекчиями красной и зеленой окраски. Оползневый процесс развивается в среднечетвертичных грунтах (aQII) фрагмента эрозионно-аккумулятивной террасы, представленных песком, песком с галькой, супесями и суглинками. Наполнение водоема привело к колебанию уровня подземных вод, дополнительному переувлажнению песков, обводнению суглинков и глин, что вызвало оползневые сдвиги и сплывы.

На основе анализа факторов, среды и динамики геологических процессов составлена модель их взаимодействия на локальном участке берега при смене положений отметок уровня воды в водоеме.

Стадия 1

При высоких уровнях водохранилища происходит абразионная подрезка береговых уступов, формирование волноприбойных ниш и снижение устойчивости крутых оползневых склонов. Дополнительное увлажнение грунтов под воздействием как климатического фактора (обильные осадки), так и гидродинамического (повышение уровня грунтовых вод вслед за повышением уровня воды в водоеме), приводит к их разупрочнению, снижению прочности. Это провоцирует активизацию оползневых процессов и усиление их динамики.

Стадия 2

При низких уровнях отмечается активизация эрозионных процессов при стабилизации оползневых деформаций склона. После абразионной подрезки берегового склона с находящимися в его пределах устьевыми частями оврагов происходит нарушение профиля продольного равновесия оврагов и активизация глубинной эрозии. Возрастает энергия эрозионного потока, прорезающего береговой уступ, в результате чего на отмель выносится большое количество грунтового материала, формирующего конусы выноса. При постепенно понижающемся уровне воды на отмели образуются вторичные абразионные уступы, которые, так же как и конусы выноса, прорезаются эрозионными промоинами.

Эоловые процессы

В результате создания Братского водохранилища и формирования новой береговой линии в пределах побережья возникли современные песчаные массивы - формы проявления эолового процесса.

В крупных масштабах развитие эоловых процессов отмечается на осушенных отмелях, сформированных мелко- и среднезернистыми песчаными наносами, в результате размыва террас в верховьях долин Ангары, Оки и Ии, сложенных супесчаными и песчаными отложениями, а также при размыве древних эоловых образований, приуроченных к расширенным участкам речных долин. В меньшей степени эоловые процессы развиваются на отмелях, формирующихся при размыве песчаников среднемамырской подсвиты ордовика и сложенных средне- и крупнозернистыми песчаными наносами. Наиболее обширные поля эоловых отложений отмечаются в До- лоновском и Калтукском расширениях по Окинскому заливу, в верховьях Ангарского, Окинского и Ийского плесов, на левобережье Заярского расширения по Ангарской акватории [Овчинников, Павлов, Тржцинский, 1999].

Под действием ветров северо-западного и западного направлений по правобережью южной части Братского водохранилища формируются вдольбереговые песчаные массивы в виде приоткосных эоловых образований у подножий абразионных уступов, плащеобразных покровов и гряд выше бровки уступов на поверхности незалесенных береговых склонов, а также дюн, локализованных в пределах лесных массивов. Дюны, формируемые за счет вывеваемого песка, невысокие - 1,5--3,0 м, с асимметричными склонами. За дюнами, на залесенном склоне, на расстоянии 20--30 м происходит аккумуляция эоловых песков в виде покровов мощностью не более 5 см. На старых эоловых отложениях, покрытых травянистой растительностью, недалеко от бровки берегового склона, формируется так называемый изъеденный рельеф - небольшие отрицательные формы рельефа, способствующие концентрации стока талых вод и последующему разрушению береговых уступов. Выдув песка создает западины площадью 15--25 м 2, а бугры, закрепленные растительностью, остаются. В береговых уступах повсеместно наблюдаются трещины бокового отпора, заполненные эоловым песком, отсевшие блоки породы.

Высокая интенсивность развития эоловых процессов в береговой зоне Братского водохранилища определяется прежде всего амплитудой колебания уровня воды. Немаловажное значение на этом фоне приобретают активно развивающиеся в пределах берегов водохранилища абразионноаккумулятивные процессы, обеспечивающие постоянный приток песчаного материала в береговую зону. Характер развития эолового процесса - циклический и связан с продолжительностью стояния уровня воды на низких отметках. В зависимости от амплитуды колебания уровня воды изменяется ширина осушенной части отмели. Так, например, при максимальных отметках уровня воды (401,5 м) ширина осушенной отмели на одном из участков активного развития эоловых процессов составляет 5--20 м, а плошадь отмели, подверженная воздействию ветров западного, северо-западного и югозападного направлений, - 6,5; 6,0 и 7,0 га соответственно. При минимальных отметках уровня (391,5 м) ширина отмели с учетом ее морфологических особенностей на данном участке увеличивается до 260--620 м, а площади - до 31, 27 и 38 га соответственно.

На основе изучения шести разрезов эоловых отложений в пределах дюнных образований, расположенных на залесенных участках береговых склонов, выявлены некоторые закономерности осадконакопления. Эоловые отложения разрезов были представлены песком различной крупности (мелко- и среднезернистый) и окраски, некоторые характеризовались слоистостью. Восстановить ход эоловых процессов от начала формирования дюн, выделить этапы осадконакопления и определить скорости накопления песчаных наносов удалось по обнаруженным в разрезах погребенным гумусовым горизонтам. Их формирование, вероятнее всего, приурочено к периодам высокого уровня воды в водохранилище, когда подстилающие породы и, соответственно, почва были хорошо увлажнены, растительность развивалась более бурно и формировала осенью мощный слой опавших листьев. Прослои песка между гумусовыми горизонтами формировались в периоды низкого уровня воды в водохранилище (рис. 3).

Рис. 3. Этапы развития (I--VII) эолового процесса в береговой зоне Братского водохранилища и средняя скорость аккумуляции песка относительно уровня воды в водохранилище

Карст

Развитие карста обусловлено наличием карбонатных и сульфатных пород кембрия (доломиты, известняки, карбонатные брекчии, ангидриты, гипсы), терригенно-карбонатных пород ордовика (доломиты, известняки, из- вестковистые и доломитовые песчаники), карбонатных пород протерозоя (мраморы, мраморизованные известняки) и циркулирующих в них трещинно-пластовых и трещинно-карстовых вод [Trzcinski, 1996]. Наиболее изученными являются районы развития карста на юге Братского водохранилища. По составу пород в зоне влияния выделен карбонатный и сульфатнокарбонатный карст, последний характеризуется наибольшей интенсивностью проявления и современной активностью [Kozyreva, Trzhtsinsky, 2004]. На основе структурно-геологических особенностей и положения в разрезе карстующихся пород выделены следующие типы карста: бронированный, покрытый и открытый.

Современная активизация карста связана с созданием Братского водохранилища, формированием подпора и колебаниями уровня поверхностных и подземных вод. В береговой зоне шириной до 700 м сформировалось до 200 провалов диаметром от 2 до 10 м [Овчинников, Павлов, Тржцинский, Известия Иркутского государственного университета Серия "Науки о Земле". 2018. Т. 25. С. 66-87 1999]. Ширина зоны влияния водохранилища в районе Унгино-Осинского расширения в зависимости от геологических и гидрогеологических условий изменяется от нескольких сотен метров до 5-6 км.

Формы карста представлены коррозионно-суффозионно-провальными и суффозионно-провальными воронками, суходолами, карстовыми и карстово-оползневыми рвами. Известен ряд пещер, среди которых наиболее крупная - Балаганская. Наибольшей активностью и интенсивностью карсто- во-суффозионных процессов и их техногенной активизацией характеризуются Хадаханско-Мельхитуйский и Рассвет-Усть-Алтанский массивы. По результатам ежегодных мониторинговых работ и обследования этих ключевых участков составлены карты-схемы активности карстового процесса (рис. 4). В мысовой части залива Шалоты и у поселка Хадахан начиная с 2000 г. фиксируется общее проседание отдельных участков территории, формирование трещинных зон, заколов с разрывом дерна (см. рис. 1, б). Отмечены свежие провалы, воронки, вскрытие полых трещинных зон с карстовыми лабиринтами. Ежегодно наблюдаются обновление бортов унаследованных карстовых воронок, просадки днища карстовых форм, расположенных на выровненной поверхности с абсолютными отметками от 400-480 м на Хадаханско-Мельхитуйском карстовом массиве. В береговой зоне с абсолютными отметками поверхности до 400 м ежегодно происходит вскрытие по унаследованным трещиноватым зонам свежих карстовых форм - карстовые эфемерные пещеры, гроты. С 2000 г. на дневной поверхности не фиксируется "залечивание" карстовых форм.

Рис. 4. Активность карстового процесса Хадаханско-Мельхитуйского (а) и Рассвет-Усть-Алтанского (б) массивов

Выделены три зоны активности проявления карстового процесса на юге Братского водохранилища.

1- я зона. Территории с активным проявлением карстового процесса на дневной поверхности - участки распространения карста открытого типа, где за последние 15 лет произошло обновление карстовых форм на дневной поверхности и зафиксированы свежие карстовые полости, провалы, гроты, эфемерные пещеры. Карстовый процесс активно влияет на преобразование рельефа, провоцирует развитие сопутствующих экзогенных процессов. Карстовые формы имеют коррозионно-гравитационный, карстово-эрозионный и абразионно-карстовый генезис. В первом случае вскрываются полости в виде одиночных провалов глубиной до 20 м и проявляются карстовооползневые деформации, во втором - серия карстовых воронок, соединяясь, образует крупные эрозионные формы.

2- я зона. Территории слабого проявления карстового процесса на дневной поверхности - участки территории, расположенные в пределах покрытого морфогенетического типа карста со слабой активизацией карстовых проявлений на дневной поверхности. Несмотря на это, сохраняется высокая вероятность проявления деформаций на земной поверхности по трещиноватым зонам и возможность образования провалов, гротов, просадок грунта и других деформаций.

3- я зона. Территории без проявления карстовых форм на дневной поверхности - это участки распространения карста бронированного типа. О развитии карстового процесса в массиве свидетельствуют инструментальные геолого-геофизические исследования. Карстовые деформации на земной поверхности не наблюдаются, за исключением участков с техногенным нарушением целостности перекрывающих отложений.

Обновление карстовых форм и проявлений других процессов на дневной поверхности ежегодно фиксируется и картируется. В 2003 г. было отмечено вскрытие свежих карстовых форм.

Проведенные экспедиционные работы 2009 г. в районе Хадаханско- Мельхитуйского карстового массива выявили всплеск активности карстового процесса. Произошло обновление существующих карстовых форм, расширение трещин бортового отпора, просадки территории, формирование новых единичных провалов.

В заливе Мухор-Желга на расстоянии около 300 м от устья в гипсоносных породах вскрылись две системы полостей, перпендикулярных береговой линии: на урезе воды и выше по склону. Полости представляют собой ходы щелеобразной формы: первая - шириной до 1,5 м, высотой до 5 м, длиной до 8 м; вторая - шириной до 0,5 м, высотой до 5,6 м. Основным заполнителем пещер является жидкая глина и лед. Вмещающая порода - гипс слоистой структуры от белого до темно-серого цвета. Свежие карстовые воронки в районе покрытого карста в серединной части залива глубиной до 4 м вскрыли вход в пещеру, уходящую вглубь склона на 17 м. Морфология и ориентация этих форм определяются тектонической трещиноватостью вмещающих пород юго-восточного и северо-восточного простирания.

В 2011 г. в зонах распространения карста открытого типа (в доломитах литвинцевской свиты среднего кембрия) и карста покрытого типа был зафиксирован очередной всплеск проявления карстовых форм на дневной поверхности. Отмечались свежие провалы, разрывы дерна, трещины, соединение отдельных форм, просадки.

В результате мониторинга было установлено, что динамика современного карста отличается от динамики начального периода наполнения и первого этапа эксплуатации постоянной активизацией с небольшой интенсивностью. Она выражается в приращении свежих форм, проявлении деформаций на дневной поверхности, наличии ежегодных обновлений.

Периоды активизации карстовых форм на дневной поверхности связаны с циклами снижения уровня воды, следующими за этапами высоких положений и длительного стояния уровня воды на высоких отметках. Обводнение массивов горных пород при высоких отметках уровня воды в водоеме способствует проникновению пресных вод в массив горных пород, выщелачиванию и развитию карста. Всплеск карстопроявления и обновление форм на дневной поверхности отмечен в 2003, 2009 и 2011 гг.

Заключение