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:
- 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);
- Власов А.Н. – директор ИПРИМ РАН, доктор техн. наук – (координатор научных исследований, научный руководитель раздела расчетов устойчивости бортов водохранилища)
- 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.);
- Григорьева И.А. – старший научн. сотрудник ИВП РАН (Иваньковский филиал), кандидат геогр. наук – (биохимические исследования);
- Мнушкин М.Г. – старший научн. сотрудник ИГЭ РАН – (проведение расчетов устойчивости берегов по различным схемам обрушения); проведение расчетов устойчивости берегов);
- Волков-Богородский Д.О. – старший научный сотрудник ИГЭ РАН, кандидат техн. наук (проведение расчетов устойчивости берегов по различным схемам обрушения; проведение расчетов устойчивости берегов);
- 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);
- Куцевич О.И. – заведующий лабораторией ЦЭИИС, ст. инженер (геомеханические исследования, разработка новых методов, геодезические измерения);
- Мордвинцев К.П. – сотрудник каф. Гидравлики и гидротехнических сооружений МГСУ, доцент, кандидат техн. наук (анализ методов берегоукрепления, изучение волновых воздействий);
- 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.
 |
|
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.
- 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.
- 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.
- 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.
- Предложена основа методики оценки скорости переработки берегов озерной части Угличского водохранилища с учетом его географических, климатических геологических, гидрологических факторов и других условий.
- 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.
- Выполнен анализ эффективности берегоукрепительных мероприятий, применяемых в отдельных местах на Угличском водохранилище. Предложен экономичный способ берегоукрепления для отдельных участков водохранилища.
- 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.
- 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
- 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.