Экспедиция к Угличскому водохранилищу

26 Июль, 2018 | 16:37
Для изучения процессов переработки берегов Угличского водохранилища, отработки методики мониторинга берегов, апробации нового оборудования и методик геомеханических исследований пород, слагающих борта, экспериментальной проверки предложений по берегозащитным мероприятиям в весенне-летне-осенний период 2017 г. по договоренности с управлением эксплуатации была организована комплексная экспедиция.

В ней приняли участие сотрудники ряда научных институтов Российской академии наук и некоторых других научно-исследовательских учреждений: Института прикладной механики РАН (ИПРИМ РАН), Института Водных проблем РАН (ИВП РАН), Института геоэкологии РАН (ИГЭ РАН), Московского государственного строительного университета (МГСУ), Центра экспертиз изысканий и исследований в строительстве Архстройнадзора г. Москвы (ЦЭИИС), а также сотрудники Управления эксплуатации Угличского водохранилища (УЭ).

Работы производились в инициативном порядке на основе договора о сотрудничестве между ИПРИМ РАН и Управлением эксплуатации Угличского водохранилища.

Основной состав экспедиции:

  1. Королев М.В. — заведующий лабораторией геомеханики ИПРИМ РАН, Почетный строитель Москвы, Почетный строитель Московской области, Почетный строитель РФ, Заслуженный работник высшей школы, доцент, кандидат техн. наук — руководитель экспедиции (общая организация работ экспедиции, техническое и научное руководство геомеханическими исследованиями, капитан плав. средств экспедиции);
  2. Власов А.Н. — директор ИПРИМ РАН, доктор техн. наук — (координатор научных исследований, научный руководитель раздела расчетов устойчивости бортов водохранилища)
  3. Остякова А.В. — старший научн. сотрудник ИВП РАН, доцент, кандидат техн. наук — (проведение натурных наблюдений за переработкой берегов, выявление факторов, влияющих на переработку и механизмов разрушения берега, гидравлические расчеты, разработка методики определения экономического ущерба от переработки берегов.);
  4. Григорьева И.А. — старший научн. сотрудник ИВП РАН (Иваньковский филиал), кандидат геогр. наук — (биохимические исследования);
  5. Мнушкин М.Г. — старший научн. сотрудник ИГЭ РАН — (проведение расчетов устойчивости берегов по различным схемам обрушения); проведение расчетов устойчивости берегов);
  6. Волков-Богородский Д.О. — старший научный сотрудник ИГЭ РАН, кандидат техн. наук (проведение расчетов устойчивости берегов по различным схемам обрушения; проведение расчетов устойчивости берегов);
  7. Королев П.М. — аспирант кафедры геотехники, механики грунтов, оснований и фундаментов МГСУ (проведение геомеханических наблюдений, натурные наблюдения, разработка новых методов безопасного строительства на потенциально опасных оползневых склонах);
  8. Куцевич О.И. — заведующий лабораторией ЦЭИИС, ст. инженер (геомеханические исследования, разработка новых методов, геодезические измерения);
  9. Мордвинцев К.П. — сотрудник каф. Гидравлики и гидротехнических сооружений МГСУ, доцент, кандидат техн. наук (анализ методов берегоукрепления, изучение волновых воздействий);
  10. Остяков Р.С. — лаборант лаборатории геомеханики ИПРИМ РАН, студент МАИ (подготовка и наладка оборудования, участие в экспериментах).

Работы экспедиции производились при участии и технической поддержке руководителя Управления эксплуатацией Угличского водохранилища Лупановой И.А. и сотрудников управления.

Основным объектом исследования экспедиции являлся озерный участок водохранилища между городами Углич и Калязин.

Геомеханические исследования в шурфах и скважинах, проходка скважин и постоянные наблюдения за изменением уровня грунтовых вод, в основном, проводились на трех опытных площадках. Одна была расположена в районе дер. Новоселки на высоком берегу, где активно протекают оползневые процессы.

Вторая площадка находилась на левом берегу водохранилища около дер. Княжево, а третья (вспомогательная) на правом берегу Митинского залива.

Помимо основных опытных площадок исследования и наблюдения производились (в меньшем объеме) и на других характерных участках озерной части водохранилища, в частности в Заречном районе г. Калязин, у дер. Городище, в районе нефтебазы, на левом берегу Митинского залива и у с. Высоково.

  1. Покровный суглинок, обладающий более высокой пористостью, по которому фильтрует значительная часть грунтовых вод;
  2. Моренный суглинок;
  3. Аккумулятивная зона;
  4. Потенциально оползневой склон;
  5. Точки статического и динамического зондирования и испытаний криволинейной крыльчаткой аккумулятивной зоны;
  6. Наблюдательные скважины с обсадкой из ПВХ трубы с перфорацией. При проходке скважин отбирались образцы, осуществлялась динамическое и статическое зондирование и испытание криволинейной крыльчаткой;
  7. Шурфы для испытаний (шаровой штамп, кольцевой ребристый штамп/испытания целиков на сдвиг);
  8. Дренаж с обратным фильтром и организованным стоком воды;
  9. Уровень грунтовых вод в весенний период;
  10. Уровень грунтовых вод в летний период.

Выше показана схема проведения испытаний на опытной площадке (основной) в районе дер. Новоселки. На этом участке в марте 2017 г. было пробурено 6 наблюдательных скважин, также был устроен дренаж для перехвата атмосферных вод.

В этих местах, для экспресс-испытаний, использовался специально разработанный в лаборатории геомеханики ИПРИМ РАН ручной мобильный комплекс, изготовленный на основе бура геолога. Он позволяет осуществлять проходку неглубоких (до 8 м) скважин, производить испытания грунтов методом статического и динамического зондирования, испытания по определению угла внутреннего трения и удельного сцепления грунтов, слагающих борта водохранилища и аккумулятивную зону дна и прибрежной части.

На данных площадках также проводились замеры геометрии берегов и их фотофиксация.

Дополнительные исследования по определению физических свойств отобранных образцов производились в лаборатории геомеханики ИПРИМ РАН. Анализы проб воды производились в лаборатории ИВП РАН (Иваньковский филиал). Расчеты устойчивости выполнялись в ИПРИМ РАН и ИГЭ РАН.

Постоянная база экспедиции размещалась на берегу Митинского залива в дер. Митино.

Для доставки сотрудников и оборудования к местам исследований использовался автотранспорт снего-болотоход «Арго Бигфут» и маломерные суда.

Для осмотра береговой линии, промеров глубин, отбора проб воды, изучения волн и течений, фотофиксации абразии берегов, доставки приборов и устройств к опытным площадкам, и временного проживания участников экспедиции использовалось парусно-моторное судно (катамаран), переоборудованное для проведения изысканий и оснащенное необходимым приборами, установками и устройствами для решения задач экспедиции. В частности, универсальной установкой для геомеханических исследований, GPS-навигатором, эхолотом, коротковолновой радиостанцией, бензиновым электрогенератором, оборудованием для проведения полевых и лабораторных и исследований, а также бытовыми принадлежностями. На судне имеются небольшие каюты на 6 спальных мест.

Небольшая осадка (0.4 м) и устойчивость судна позволило в любом месте водохранилища подходить практически вплотную к берегу, доставлять оборудование и производить с его палубы бурение и изучение прибрежных участков дна. В качестве вспомогательного маломерного судна использовался также моторный катер «Прогресс». Катер оснащен необходимым навигационным оборудованием и эхолотом с питанием от аккумулятора.

Определение механических характеристик грунтов, слагающих берега и аккумулятивную зону водохранилища с помощью многоцелевой переносной установки конструкции ИПРИМ РАН (статическое и динамическое зондирование, криволинейная крыльчатка, кольцевой ребристый штамп, шаровой штамп).

Основные результаты исследований, проведенных комплексной экспедицией.

  1. В ИПРИМ РАН разработано, изготовлено и апробировано в полевых условиях оригинальное легкое переносное многофункциональное оборудование для проведения исследований механических свойств грунтов, слагающих берега Угличского водохранилища и аккумулятивную зону, необходимых для прогнозных расчетов устойчивости берегов. Оборудование позволяет легко доставлять его к местам испытаний, что особенно важно, учитывая протяженность береговой линии и труднодоступность многих участков водохранилища. Оборудование состоит из универсального нагрузочного устройства, модифицированного бура геолога, оснащенного специальными насадками Оно позволяет осуществлять ручное бурение до 8 метров, отбор проб грунта, производить статическое и динамическое зондирование в процессе проходки скважин, производить испытания на сдвиг кручением с помощью кольцевого ребристого штампа (в шурфах) и с помощью специальной лопастной криволинейной крыльчатки для определения параметров прочности грунтов, испытания шаровым штампом для оценки реологических свойств и определять деформационные характеристики. Оборудование может успешно применяться для решения аналогичных задач других водохранилищ Волжского бассейна.
  2. Разработаны, апробированы и проверены в полевых и лабораторных условиях новые эффективные методики проведения геомеханических испытаний, существенно позволяющие повысить их информативность и точность, а так же значительно сократить время испытаний. Группа методик испытаний грунтов в ползуче-релаксационном режиме нагружения, в том числе, обладают уникальными возможностями, такими как возможность определения механических характеристик мерзлых и оттаивающих грунтов, а так же грунтов в процессе изменения их физических состояния (что актуально для оценки устойчивости берегов Угличского водохранилища в весенний период, в момент оттаивания грунтов на откосах или водонасыщения). Данные методики позволяют дополнительно определять реологические свойства грунтов для оценки длительного вязко-пластичного течения оползневых водонасыщенных масс грунта. Кроме этого, разработаны методики и технология проведения геомеханических испытаний для нового разработанного оборудования. Дополнительно методики позволяют определять механические характеристики аккумулятивной зоны, что ранее не делалось.
  3. Изучены и систематизированы характерные формы разрушения берегов Угличского водохранилища, установлены основные воздействующие факторы на устойчивость берегов и их взаимное влияние. По ряду характерных створов выполнены измерения геометрии склонов, определено инженерно-геологическое строение берегов. С помощью известных методов расчетов и по авторским программам произведены расчеты устойчивости берегов.
  4. Предложена основа методики оценки скорости переработки берегов озерной части Угличского водохранилища с учетом его географических, климатических геологических, гидрологических факторов и других условий.
  5. Предложена основа методики определения комплексного экономического ущерба в которой ущерб складывается не только от стоимости потерянных земель и сооружений от абразии берегов, но и, в определенной степени, учитывает ухудшение качества воды в водохранилище за счет попадания земляных масс, обмеления его участков, дополнительного прогрева воды, развития водной биоты, зарастания берегов, ущерба рыбному хозяйству, энергетике и другим водопользователям, ухудшения качества рекреационных зон и др. Методика нуждается в дальнейшей доработке.
  6. Выполнен анализ эффективности берегоукрепительных мероприятий, применяемых в отдельных местах на Угличском водохранилище. Предложен экономичный способ берегоукрепления для отдельных участков водохранилища.
  7. Выявлены ряд проблем, типичных для Угличского водохранилища, влияющих на качество воды и интенсивности переработки берегов к числу которых можно отнести увеличение парка частных моторных судов с моторами большой мощности, замусоривание берегов неорганизованными туристами, проведение несанкционированного строительства в охранной зоне, несанкционированное проведение добычи песка и гравия в акватории водохранилища и мн. др. и предложены организационные меры, направленные на уменьшение вредного влияния данных факторов.
  8. Собран фактический материал для дальнейшего мониторинга и изучения проблем Угличского водохранилища. Подготовлены для использования плав. средства и обеспечивающая техника экспедиции и апробирована в полевых условиях
  9. Налажено взаимодействие между специалистами различных научных и производственных организаций для решения комплексной проблемы переработки берегов и сохранения водных ресурсов.

Это позволяет использовать полученные наработки для решения аналогичных задач для водохранилищ Волжского бассейна и других водных объектов.