6.2. Заиление ложа в неустойчивых условиях седиментации
Пространственная и временная дифференциация грунтообразующего материала достаточно хорошо изучена на примере среднего по величине Вилейского водохранилища. Постоянным поставщиком наносов в водохранилище служит твердый сток основных рек Вилии, Илии и Сервечь, впадающих в него. По расчетам, его количество составляет ежегодно около 2300 т и в зависимости от водности года колеблется в пределах 1235 – 3480 т; до 80 % поступающего материала аккумулируется в ложе.
В первые годы эксплуатации водохранилища основным материалом для становления ложа были продукты абразионного обрушения берегов и размыва дна. Объем материала, накапливающегося в ложе водохранилища в результате абразии, намного превышает количество ила, образовавшегося за счет твердого стока.
У абразионных берегов всех видов четко прослеживаются области береговой абразии и аккумуляции песчаных отложений в прибрежной зоне. В результате поступление осадков с берегов в открытую часть водоёма идет по следующей схеме: обрушение берегов и аккумуляция продуктов этого процесса в прибрежной зоне — выполаживание (выравнивание) ложа и снос материала на большие глубины — трансформация (преобразование) почвогрунтов — глубоководная аккумуляция наносов в открытой части водохранилища (заиление ложа) (рис. 6.2). Формирование грунтов ложа от верховьев к плотине с
Рис. 6.2. Районирование Вилейского водохранилища по условиям седиментации
изменением гидрологических условий идет по несколько иной схеме: занесение русла (русловой ложбины) твердым стоком впадающих рек — трансформация почвогрунтов на малых глубинах — выполаживание ложа затопленных стариц, оврагов, балок — глубоководная аккумуляция продуктов преимущественно твердого стока рек (занесение ложа). Формирование ложа водохранилища происходит в результате сочетания процессов занесения и заиления.
Морфологические особенности ложа, гидрологический режим водохранилища, а также создающиеся в водоёме новые динамические условия позволяют разделить водохранилище на 2 крупные зоны — с преобладанием аккумуляции и с преобладанием взмучивания. В зоне взмучивания происходят наиболее сложные процессы и явления, способствующие окончательному становлению ложа, в первую очередь в мелководных зонах (размыв и переуплотнение донных отложений, различные биохимические процессы и др.).
Занесение русловой ложбины приурочено к верхней, речной, части водохранилища. Этот процесс обусловлен влиянием аккумуляции взвешенных наносов и осаждением продуктов абразии речных берегов в связи с резким снижением скорости речного потока. Здесь могут быть выделены: участок занесения преимущественно влекомыми наносами — за 1,0 – 1,5 км до впадения реки в водохранилище и участок занесения преимущественно взвешенными наносами — в русловой ложбине, на 1,5 – 3,7 км в пределах ложа.
В самом водохранилище при заполнении его до отметок, близких к нормальному подпорному уровню (НПУ), происходит резкое уменьшение скорости впадающего в него речного потока. В результате усиливается процесс осаждения влекомых и взвешенных наносов, взвешенные частицы переходят в состояние влекомых, особенно в верховьях водохранилища. Более мелкие частицы осаждаются в русловой ложбине, в пределах ложа. Сработка уровня воды в водохранилище до низких отметок способствует смещению процесса занесения ложа в сторону более глубоких зон водохранилища. При высоких уровнях усиливается боковая эрозия и меандрирование русл рек в верховьях; увеличивается объем материала, поступающего в русло, при этом происходит его размыв.
По данным наблюдений, средняя мощность отложений в затопленных руслах рек Вилии и Илии за 1,5 года эксплуатации водохранилища увеличилась в 2,0 – 2,4 м, что приводит к полному обмелению затопленного русла. Интенсивность накопления наносов в русле составила 4,5 см в месяц, а в затопленной русловой ложбине водохранилища — 3,6 см. В последующие годы эксплуатации этот процесс несколько замедлился и при сработке до 3 м сместился вниз по течению.
Кроме процессов заиления и занесения, для ложа водохранилища характерно выполаживание, обусловленное воздействием ветрового волнения и сработкой водохранилища в безледный период. Ширина области выполаживания зависит от уклона ложа, средней сработки уровня и захватывает дно от уреза до определенной глубины (например,
Рис. 6.3. Схема формирования грунтов водохранилища: НПУ — нормальный подпорный уровень,НУС — наблюдаемый уровень средней сработки,УВВВ — уровень (граница) воздействия ветровых волн;1 — почвенный слой,2 — торф,3 — песок,4 — зона седиментации тонкозернистых частиц,5 —серый ил
в заливе реки Вилия — до 3 м). Наиболее активный процесс выравнивания отмечается у небольших островов и при заполнении песчаными отложениями глубоководной части ложа.
При значительном волнении на различных глубинах (от 0,5 до 3,0 м) за счет наносов и при вдольбереговом их перемещении происходит образование подвижных аккумулятивных форм. Снижение уровня воды в водохранилище способствует формированию широких песчаных пляжей (рис. 6.3.). Наиболее легкая, органическая, часть грунта течениями и волнением выносится в открытую часть водоёма и там аккумулируется. Часто тонкие минеральные частицы растворяются в воде, а находящиеся во взвешенном состоянии, после неоднократных оседаний в штилевую погоду и новых взмучиваний при волнении выносятся в глубоководную часть. Ширина области выполаживания ложа колеблется от нескольких десятков метров у приглубых и до 200 – 300 у пологих берегов и в заливах. В средней части водохранилища прибрежные участки лишены вторичных отложений. Общая картина усложняется формированием отмелей на месте размытых островов. Вследствие увеличения волнения и стоковых течений при понижении уровня в водоёме происходит сброс на большие глубины не только илистых отложений, но и слабо отсортированных песков.
В связи с длительным осушением значительной части мелководий образуются области, где распространены слабоизменяющиеся почво-грунты. В результате процессов заболачивания и пептизации формируются заболоченные и разбухшие почвы. Этому способствуют малые волны (высота 0,2 – 0,4 м) и слабые стоковые течения в период наполнения и сработки водохранилища.
Особенно хорошо сохраняются почвенные разности в верховьях и приустьевых заливах. Участки ложа с более продолжительным «сухим» периодом заболачиваются за счет близкого залегания подпертых грунтовых вод, образуя заливные луга. В таких условиях процесс болотообразования усиливается.
На участках с более длительным периодом затопления формируются разбухшие почвы. В этом случае период осушения приходится на более теплый период года (июль – август), когда происходит интенсивный распад почв и образование студнеобразной массы. Короткий период осушения не благоприятствует закреплению здесь болотной растительности. Преобразованию подвергается в основном перегнойный горизонт, богатый гумусом, а также торф и торфяно-болотные почвы. В результате эти почвы выпадают из сельскохозяйственного использования.
В условиях почти полного отсутствия кислорода в воде идет трансформация почвогрунтов в приплотинной и средней зонах водохранилища на глубинах, недоступных волновому размыву (4 м и более). Здесь происходит процесс минерализации и оглеения приповерхностного почвенного горизонта, а также формируются крупнозернистые заиленные пески с признаками оглеения.
Зона аккумуляции наносов занимает значительную территорию приплотинной части водохранилища и небольшую — в переходной, а также крупных заливов с глубинами более 4 м. В результате поступления грунтообразующего материала при размыве берегов и ложа, стока взвешенных наносов, при разложении органических остатков в этой зоне формируются вторичные отложения (илы). Здесь осаждаются преимущественно мелкозернистые частицы. В отличие от зоны взмучивания, в зоне аккумуляции преобладает процесс осаждения взвесей. По мере удаления от берега происходит отделение тонкозернистого материала от более грубого и вынос тонких частиц к центру, в самую глубокую часть водохранилища. В первую очередь заполняются русловая ложбина, старичные озёра и пойменная часть ложа. Основными отложениями, формирующимися в зоне аккумуляции, являются серый песчанистый ил, а на участках с торфяно-болотными почвами и торфяниками — торфяной ил.
После заполнения водохранилища живые организмы, среди которых преобладают личинки хирономид и моллюски, интенсивно заселяют первичные грунты и участвуют в их трансформации. Численность таких организмов составляет 1500 экз/м2, а их биомасса — 20 г/м2. По мере увеличения срока эксплуатации водохранилища численность обитателей стабилизируется. Отмирание на дне водохранилища различных организмов, в том числе водорослей, приводит к формированию в прибрежной зоне сплошного покрова из органических остатков. В период ежегодного весеннего наполнения водохранилища они размываются и постепенно выносятся в зону аккумуляции.
Таким образом, выполаживание ложа и активный процесс переработки берегов способствуют поступлению в Вилейское водохранилище большого количества минеральных частиц. Возрастающая, хотя и довольно медленно, биологическая продуктивность водохранилища свидетельствует о постепенном повышении участия живых организмов в формировании новых донных отложений.
Отмеченные особенности накопления донных отложений в Вилейском водохранилище следует рассматривать как стадию занесения ложа и становления новых грунтовых комплексов в неустойчивых условиях седиментации.