Переработка берегов водохранилищ — процесс эрозионного разрушения береговой полосы из-за негативного воздействия водохранилища. Другое часто встречающееся название — переформирование. Переработка (переформирование) берегов как вид эрозии характерна именно для водохранилищ и прудов. У природных водоёмов — озёр — переработка не встречается, т.к. их береговая линия достаточно пологая и уже давно находится в состоянии динамического равновесия на контакте «суша — водная чаша».
Помимо собственно разрушения прибрежной зоны, переработка интенсифицирует поступление в водохранилище наносов, что ускоряет заиление его мёртвого объёма. Причём если для равнинных водохранилищ вопрос заиления до отметки УМО (уровень мёртвого объёма) становится обычно актуальным не ранее чем после 50—100 лет эксплуатации, то в водохранилищах, расположенных в предгорных и, особенно, горных районах, заполнение наносами мёртвого объёма может произойти уже за несколько лет.
Процессы переработки берега наиболее интенсивно протекают в первые годы после наполнения водохранилища. В дальнейшем они чаще имеют тенденцию к затуханию, но — далеко не всегда.
Основные причины развития переработки:
1. Ветро-волновое воздействие;
2. Суточные и сезонные колебания уровня воды в связи с циклами наполнения и опорожнения водохранилища;
3. Вдольбереговые течения;
4. Топографические условия: крутизна откосов берега;
5. Гидрогеологическое строение берега: типы грунтов, слагающих берег, их физико-механические свойства, наличие разгрузки водоносных горизонтов;
6. Воздействие влекомых наносов, поступающих в чашу водохранилища (из питающей его реки);
7. Тип и интенсивность хозяйственного использования земель, прилегающих к береговой линии: культура рационального природопользования, наличие или отсутствие природоохранных агротехнических и мелиоративных мероприятий.
Первые три из трёх указанных причин (ветро-волновое воздействие, колебания уровня и вдольбереговые течения) совместно образуют т.н. абразионно-аккумулятивное воздействие. Его можно представить циклом из двух элементов:
– разрушение грунтового массива выше отметки воды в водохранилище, постепенное уположение надводного откоса;
– отложение размытых грунтов вдоль берега с образованием пологой отмели (пляжа).
В сельских районах развитие процессов береговой переработки приводит к потере сельскохозяйственных земель. Если береговая линия водохранилища располагается в городской черте, то в опасности разрушения могут оказаться целые улицы и жилые районы города. В связи с этим на предварительной стадии проектирования выполняются два основных расчёта:
– расчет предельного положения береговой отмели;
– прогноз береговой переработки на определённый срок.
Данные расчёты позволяют установить, является ли продолжающийся процесс переработки берега потенциально опасным для прибрежной территории. В случае, если по результату расчётов прогнозируется недопустимое перемещение береговой линии в пределы суши, принимается решение о необходимости проведения мероприятий по сохранению береговой линии — проектируются защитные гидротехнические сооружения. К таким сооружениям относятся:
1. Берегоукрепления — представляют собой линейные сооружения, располагаемые вдоль берега приблизительно по линии уреза воды. Берегоукрепления, предназначенные именно для предотвращения переработки берегов, могут быть запроектированы в виде следующих конструктивных вариантов:
– подпорная стена из сборного или монолитного железобетона;
– откосный профиль с наброской из камня среднего и крупного размеров;
– подпорная стена из габионов и матрасов.
2. Волноломы — выполняются в виде подводных сооружений, размещаемых на некотором удалении от берега. В конструктивном отношении волноломы обычно проектируются в виде отсыпки в воду на подготовленное основание очень крупного камня или железобетонных тетраэдров и тетраподов. Отсыпка ведётся линейно вдоль берега. Гребень волноломов проектируется равным или несколько ниже нормального подпорного уровня (НПУ) в водохранилище. При набегании на берег волна упирается своим основанием в волнолом, в результате чего основная часть энергии волны гасится, и только малая её часть достигает берега. Подводное расположение волнолома позволяет ему при восприятии нагрузки от волны «опираться» на объём воды со стороны берега, что повышает устойчивость волнолома.
3. Буны — сооружаются в виде полузапруд или шпор, т.е. примыкающих перпендикулярно к берегу насыпей. Буны располагаются вдоль берега в виде цепочки с определённым шагом. Смысловым назначением бун является гашение вдольберегового движения мелких фракций наносов. В результате этого в пространстве между бунами происходит аккумулирование песка с постепенным образованием пляжей. Шаг и длина бун принимается на основании гидродинамического расчёта. Ориентировочно шаг бун равен их полуторной длине. Головные части бун испытывают интенсивное воздействие со стороны акватории, поэтому их укрепляют сборными железобетонными плитами или каменной наброской. Основное же тело бун может быть отсыпано из мелкого камня, галечника, гальки или даже мягких грунтов (но с отсыпкой защитного покрытия).
4. Пляжи — представляют собой искусственные очень пологие грунтовые насыпи, по высоте располагаемые несколько ниже НПУ. Уклон таких насыпей принимается около 1:40―1:80. Устройство пляжей вдоль защищаемого берега позволяет создать мелководную зону, в пределах которой накатывающиеся волны постепенно рассеивают свою энергию. Пляжи могут как отсыпаться, так и намываться средствами гидромеханизации. Вдоль подводного края пляжа отсыпается упорная призма из мелкого камня или галечника для принципиального удержания песчаного грунта пляжа.