6.3. Заиление ложа устойчивых условиях седиментации.

Устойчивые условия седиментации в малых речных водохранилищах определяются невысокой средней многолетней амплитудой колебания уровня (не более 1 м) и преобладанием ветровых волн высотой 0,4 – 0,8 м.

Процесс седиментации грунтообразующего материала идет от верховьев к плотине, от берега вглубь водохранилища. Формирование грунтовых комплексов является сложным процессом образования и накопления грунтообразующего материала и протекает единовременно и взаимосвязано (рис. 6.4).

Рис. 6.4. Схема формирования грунтовых комплексов водохранилищ в устойчивых условиях седиментации

Заиление водохранилищ идет от верховьев к плотине. В связи с наличием в русловой ложбине значительных скоростей течения (гидродинамической оси) в ней заиление не происходит. Большая часть взвесей транзитом по русловой ложбине поступает в приплотинную часть. В верховьях водохранилища осаждение материала происходит вне русловой ложбины, первоначально преимущественно в западинах и отдельных от русла заливах, где мощность вторичных отложений достигает максимального значения. Здесь на их основе и в результате отложения остатков водной растительности, а также при всплывании торфа формируются сплавинные берега.

По мере продвижения водных масс к ложбине и выравнивании скорости течения в ложе и русловой ложбине, увеличении ветрового волнения по акватории водоёма происходит рассеивание материала по ложу. В водоёмах, построенных на небольших водотоках, что особенно характерно для прудов, динамическая ось выражена слабо и русловая ложбина повсеместно заиляется. (рис. 6.5).

В связи со сложившимися гидродинамическими условиями и морфологическими особенностями отдельных частей акватории малых водохранилищ нашей республики процесс седиментации дифференцируется по отдельным областям и зонам. В результате многочисленных съемок донных отложений установлено пять областей.

Рис. 6.5. Схема накопления вторичных донных отложений в водохранилище Лошицкое (г. Минск).

Объем и скорость заиления малых речных водохранилищ с разными сроками эксплуатации представлены в таблице 6.2.

Таблица 6.2

Объемы заиления малых водохранилищ на разные сроки эксплуатации

Водохранилище	Срок эксплуатации	Мощность заиления, т		Скорость осадконакопления	Объем заиления		Авторы
		средн.	наибол.		млнм^3	% от объема
Гатовское	36	1,0	1,8	0,05	2,80	50,0	Левкевич В. Е.
Волковичи	70	0,37	0,70	0,04	0,31	11,0	Левкевич В. Е.
Петровичи	8	0,25	0,40	0,05	1,20	8,0	Левкевич В. Е.
Локтыши	8	0,6	0,10	0,01	0,95	1,9	Левкевич В. Е.
Бобруйковское	14	0,55	1,00	0,07	0,67	36,6	Левкевич В. Е.
Волпянское	21	0,49	1,50	0,03	0,58	27,0	Лопух П. С.
Клястицкое	26	0,65	0,90	0,02	0,55	25,6	Лопух П. С.
Осиповичское	27	0,10	0,80	0,04	1,23	7,0	Лопух П. С.
Паперня	26	0,27	1,00	0,02	0,52	30,6	Лопух П.С.
Рачунское	18	0,43	1,20	0,03	0,59	26,8	Лопух П.С.
Саковщинское	40	0,56	1,00	0,01	0,56	46,7	Лопух П.С.
Чигиринское	20	0,07	0,35	0,07	1,39	2,3	Лопух П.С.

Область транзита материала и слабой заносимости русловой ложбинызанимает русловую ложбину в пределах верхней (1а) и средней (1б) частей водохранилищ до момента рассеивания гидродинамической оси. Исследования концентрации наносов и гидравлических характеристик потока по длине кривой подпора в русле р. Орессы (Любанское водохранилище) показали, что наибольшие отложения наносов наблюдаются, начиная с момента выклинивания подпора. Занесение русла стабилизируется через 4 – 5 лет после заполнения водохранилища. В последующие годы наблюдается медленное смещение зоны заносимости в сторону водохранилища. Основная часть взвешенного материала поступает транзитом в водохранилище и рассеивается по акватории. В занесении русла принимают участие в основном влекомые наносы. Максимальная величина заносимости русла в верхней части кривой подпора составила 0,7 м. В отличие от верхней зоны области в средней наблюдается занесение и заиление отдельных глубоководных участков русловой ложбины (меандр).

Пассивная область аккумуляции материала занимает верхнюю часть ложа водохранилища, исключая русловую ложбину. В области выделяется зона растительности (2а) и открытая зона (2б). В зоне растительности наблюдается наиболее интенсивное накопление отложений, включая отложения из макрофитов. От пояса растительности к русловой ложбине наблюдается выклинивание мощностей отложений.

Полупассивная область аккумуляции занимает переходную часть водохранилища, исключая русловую ложбину, где процесс накопления происходит локально. В области выделяется прибрежная зарастающая (3а), прибрежная мелководная открытая (3б), пойменная мелководная с глубинами менее 1,5 м (3в), пойменная с глубинами более 1,5 м (3г) и зона крутинных зарослей (3д). В этой области в связи с проявлением волновой деятельности наблюдается взмучивание наносов на глубины более 1,5 м. Пойменную мелководную зону выстилают заиленные пески. Накопление наносов наблюдается в зоне растительности и глубоководной части ложа.

Глубоководная область аккумуляциизанимает приплотинную часть водохранилищ. В пределах области различают зоны: размыва берегов и аккумуляции материала (4а), открытых и зарастающих мелководий с глубинами менее 2 м (4б), русловой ложбины (4в) и пойменную глубоководную (4г). Наиболее активное накопление песчаных отложений происходит в прибрежной зоне у абразионных и других типов берегов на стадии их становления. С увеличением глубины водохранилища по ложу усиливается интенсивность накопления илистых отложений. Взмучивание и снос материала наблюдается при шторме в прибрежной зоне и зоне открытых, зарастающих мелководий.

Автономная область аккумуляции материала, включающая акватории больших и малых заливов, подразделяется на заросшую (5а) и не заросшую зоны (5б). Интенсивность и размеры накопления отложений в области определяют морфометрические характеристики заливов. Гидродинамические условия области аналогичны пассивной области аккумуляции материала. В отдельных случаях в автономной области может проявляться транзит взвешенного материала по русловой ложбине притоков.

Съемки грунтов малых речных водохранилищ и изучение процесса накопления отложений в разные годы на водохранилищах Беларуси позволили выделить три стадии в процессе заиления ложа: стадию занесения ложа, заиления котловины и гипотетическую стадию торфообразования и торфонакопления. Наиболее полно характеристики первых двух стадий были исследованы и описаны ранее (В. М. Широков, П. С. Лопух, 1986).

Молодость водохранилищ, преобладание процесса берегообрушения и выравнивания ложа способствуют занесению ложа, переформированию прибрежной подводной зоны. На первой стадии формирования ложа независимо от морфометрических и гидродинамических показателей малых речных водохранилищ, их водообмена в них преобладают минеральные и слабозаиленные грунты.

При длительной эксплуатации (десять и более лет) илистые отложения формируются в первую очередь в верхней части водохранилищ, значительно менее интенсивно — в приплотинной. Грунтовые съемки ложа водохранилищ свидетельствуют о постепенном увеличении площади илов и сокращении первичных почво-грунтов, характерных для начальной фазы их эксплуатации (рис. 6.6). Приведенная схема отражает общую картину формирования грунтов и подтверждает постепенную замену первичных грунтов вторичными по мере увеличения сроков эксплуатации водохранилищ. Микрорельеф их ложа предопределяет мозаичность расположения грунтовых комплексов. Устойчивая структура грунтовых комплексов формируется к концу второго десятилетия эксплуатации водохранилищ. Этот период развития грунтовых комплексов в устойчивых условиях седиментации следует рассматривать как завершение стадии занесения ложаи начало стадии накопления органо-минеральных отложений илизаиления ложаводохранилищ.

Рис. 6.6. Изменение площади вторичных отложений (%) малых водохранилищ в процессе их эксплуатации

Следует отметить, что продолжительность стадии занесения ложа зависит от морфолого-морфометрических показателей и гидрологического режима водохранилищ. Так, в Тетеринском водохранилище с большим процентом мелководий, высоким процентом зарастания и слабой проточностью уже на пятнадцатый год эксплуатации вторичные грунты занимали до 90 % ложа.

В отличие от глубоководных илистых отложений прибрежные литоральные пески формируются наиболее интенсивно в первые 5 – 7 лет. По своему химическому составу они не отличаются от хорошо сортированных литоральных отложений озер Беларуси. Преобладание кремнезема в химическом составе отложений и слабая дифференциация химических элементов от верховьев к плотине связаны с характером внутриводоёмных процессов на стадии занесения ложа.

На стадии заиления ложаводохранилищ установилось устойчивое пространственное распределение грунтов и идет постепенное нарастание их мощности. С уменьшением объема и соответственно площади водохранилищ отмечается возрастающая роль органической части в грунтах. Неразложившиеся остатки растительности, планктона и бентоса дополняют илистые фракции аллахтонного происхождения. Это способствует образованию грубодетритовых отложений в верховьях и заливах водохранилищ с качественно новыми свойствами.

В водохранилищах с объемом немногим более 1 млн м³и значительным их возрастом преобладающими донными отложениями являются органоминеральные илы (Саковщинское, Плещеницкое водохранилища). Увеличение доли фракций средних песков свидетельствует о значительной роли гидродинамической оси в пределах русловой ложбины, прослеживающейся по большей части ложа.

Типы донных отложений служат индикатором состояния экосистемы. Это дает возможность судить о тенденции изменения водной среды и состояния водоёма в целом. Для малых водохранилищ с устойчивыми условиями седиментации характерны три типа осадков (В. М. Широков, П. С. Лопух, 1986), среди которых преобладают кремнеземистые отложения.

В процессе эксплуатации с затуханием берегообрушения, с одной стороны, и увеличением седиментации органики с другой, изменяется химический состав отложений. Данные съемок в разные годы и анализ валового химического состава донных отложений свидетельствуют о тенденции к уменьшению их зольности, содержания кремния в грунтах и увеличению органического углерода.

Отмеченные особенности свидетельствуют о начале стабильного процесса седиментации, увеличении роли органической жизни в формировании отложений. Стабилизация процесса седиментации указывает на увеличение значения внутриводоёмных процессов на разных участках ложа и завершение процесса дифференциации грунтовых комплексов и нарастании мощности материала в пределах их границ.

С увеличением глубин, особенно в озерной части водохранилищ, происходит дифференциация отложений по химическому составу (рис. 6.7). С глубиной от уреза понижается зольность и содержание окиси кремния. Наиболее существенные изменения происходят на глубине 2 – 3 метра. Эта глубина служит границей между прибрежными минеральными и глубоководными органоминеральными отложениями.

Повышенное содержание органического вещества является важным показателем в формировании грунтов водохранилищ. Интенсивность накопления и содержания его в вторичных грунтах определяет их химический состав. Характерным показателем накопления органического вещества является величина органического углерода. Его содержание в грунтах малых водохранилищ Беларуси в 2,5 раза выше, чем в крупных водохранилищах Волги и Днепра. Приведенные выше данные характеризуют второй этап в эволюции малых водохранилищ как стадию заиления ложа.

Рис. 6.7. Изменение валового химического состава грунтов у абразионного берега Осиповичского водохранилища

Следующую, последнюю, стадию в формировании грунтов малых водохранилищ предположительно следует рассматривать как особую стадию, отличающуюся торфообразованием и последующим накоплением торфа. Этот тип накопления осадков (накопление грунта особого состава и с особыми свойствами) является завершающим в эволюционном ряду заиления водохранилищ: силикатный тип осадконакопления — силикатно-органический — органический. Накопление торфа произойдет от берега вглубь водохранилища, от верховьев по мере заиления к плотине водохранилища (рис. 6.8).

Поступление органических и минеральных веществ является постоянным источником для образования и накопления торфа. Водная растительность сменяется на водно-болотную, а затем болотную. До полной замены водной растительности последняя играет роль фильтратора удерживающего аллахтонное вещество. На стадии торфонакопления болотная растительность подавляет водную, полностью ее заменяет и служит основным источником для образования торфа. Застойность воды, анаэробные условия не способствуют полному разложению остатков водной и болотной растительности. На образующейся наплывающей сплавине идет процесс торфонакопления.

Рис. 6.8. Схема занесения и заиления речных водохранилищ