Цимлянское водохранилище относится к равнинному типу, имеет 2700 км2 площадь водного зеркала, относительно высокие берега, сложенные четвертичными и неоген-паленогеновыми осадочными породами невысокой прочности, поэтому ветровая деятельность и высокие волны подвергают берег интенсивной переработке. На берегу наблюдаются обвалы, осыпи, крупные глыбы известняков и песчаников. Эррозионная деятельность проявляется в образовании промоин и обрушении берегового склона. В настоящее время бровка берегового уступа у г. Цимлянска находится в угрожающей близости от существующих строений и исторических памятников – ротонды и обелиска (Рисунок 1).

За последние 15 лет, после изменения правил эксплуатации Цимлянского гидроузла, сильно активизировались абразионные процессы побережья Цимлянского водохранилища. Обследования последних лет показали, что размыв берега происходит при отметках 35-36 м Б.С. По мере сработки водохранилища абразивные процессы уменьшаются, и идѐт переотложение продуктов обрушения в прибрежной зоне. Амплитуды колебания уровней составляют 2-3метра (Табл.1).

 Таблица 1

Максимальные уровни воды.

 

ОбеспеченностьР, %	1	2	5	10	25
Уровни	36,95	36,88	36,80	36,60	36,20

Основную роль в распределении водных масс в Цимлянском водохранилище играют сгонно-нагонные и компенсационные течения. Наибольшую повторяемость в районе г.Цимлянска имеют северо-восточные (до 43%) и юго-западные (до 26% летом) ветры. Эти ветры в основном и обуславливают движение вод. Таким образом, при условиях нагона, береговая линия г.Цимлянска представляет преграду для нагонного течения, в результате чего происходит эрозия и абразия берега. На рисунках приведены схемы господствующих направлений ветров, вызывающие нагонные и отгонные явления (Рисунки 2 и 3).

 

Для защиты береговой зоны г.Цимлянска запроектированы и построены берегозащитные сооружения (Рисунок 4).

Берегозащитное сооружение запроектировано 2-мя участками:

-    первый, длиной 314 м, выполняется из коробчатых габионов, с устройством армогрунта и засыпки пространства между берегозащитной стенкой и береговым откосом (Рисунок 5)

-     второй, протяжѐнностью 1400 м выполнен из коробчатых габионов, с устройством фундамента из цилиндрических габионов (Рисунок 6)

Для аккумуляции наносов, которые перемещаются вдоль береговой линии, устраивают буны.

У первого участка устраивают 7 бун из коробчатых габионов, длиной 8-12 м, расстояние между бунами

  За  подпорной  стенкой  устраивается  армогрунт  из  фильтрующего  материала.  Между  стенкой  и армогрунтом укладывается стеклохолст «Дарнит», препятствующий суффозии грунта (рисунки 4 и 5).

Берегозащита после года эксплуатации, а также после осенних штормов 2013 года, частично потеряла свои эксплуатационные качества. Проведенные обследования показали, что габионы, подверженные волновому воздействию, деформировались, потеряли свою первоначальную форму.

Под воздействием волн,сетка выдулась пузырѐм и  заполняющий камень выпадает из габионов. Образовались зоны разрушенных габионов, которые могут привести к разрушению участка берегозащиты, часть каменной подсыпки разрушена и унесена в море.

Рассматривая современное состояние берегозащитных сооружений можно сделать выводы об ошибке при выборе трассы сооружений, которая проходила в зоне обрушения волн, в динамически активной зоне, соответствующей уровню осеннего периода (34-35 Б.С.)

Для определения зоны влияния волн по высоте стенки, была рассчитана высота волны 5% обеспеченности и высота волны при шторме. Берегоукрепительные сооружения на участках Цимлянского водохранилища относятся к категории сооружений III класса, для которых расчетная обеспеченность высоты ветровой волны принимается 5 %.

Расчѐтный уровень воды для данных сооружений принимается обеспеченностью 25 % плюс нагон и скорость ветра обеспеченностью 4 %.

Длина разгона по четырем волноопасным направлениям определена по карте М 1:200000 и М 1:10000. Расчѐт элементов ветровых волн осуществляется для мелководной зоны, т.к. при уровне 25 %

обеспеченности глубина вблизи участков берегоукрепления составит 1.0-1.2 м. Однако предварительно производится расчет высоты волны и еѐ периода для глубоководной зоны. Затем переход от глубоководной к мелководной зоне с помощью соответствующих коэффициентов.

Наиболее волноопасным направлением является восточное, при котором высота волны 5 % обеспеченности в глубоководной зоне равна h = 0.75 м.

При переходе из глубоководной зоны в мелководную принимаются следующие коэффициенты: Коэффициент трансформации Кт =1.09;  Коэффициент рефракции Кr=1.0; Обобщенный коэффициент  потерь Кe=0.94 [5].

Тогда высота волны h5% направления В будет равна 0.8 метра.

Возвышение гребня габионной стенки над расчѐтным уровнем воды 𝐻25%=36.2 м, определенной по формуле:

h𝑠=Δh𝑠𝑒𝑡+h𝑟𝑢𝑛4%+𝑎

Параметры ветрового нагона (h𝑠𝑒𝑡) и высоты наката ветровых волн (h𝑟𝑢𝑛1%) определены расчетами по формулам: 𝑑0НПУ=Δh+hНВ4%+𝑎,

Таким образом влияние волн начинается от отметки НПУ = 36,0 м Б.С. до отметки 36,8 м Б.С., а в штормовой период до отметки 37,3 Б.С., при отметки вверх габионной стенки 38,0 м Б.С.

При рассмотрении заполнителя габионов оказалось, что 50-60% камня было округлой формы, что является нарушением Гостов и строительных норм. Под воздействием волн окатанный камень двигался в габионе, раздавливая и деформируя сетку, что привело к его разрушению. Согласно руководству, размер камня в коробчатых габионах высотой 0,5-1,0 м при высоте волны 0,9-2,0 м должен быть условным диаметром не менее 250 мм [2]. Укладка камня должна проводиться вручную тех рядов, которые обращены к водохранилищу по методу кирпичной кладки «перевязкой» камнем-пластушкой. Таким образом создаѐтся неподвижность камня в габионе. При укладке габионов в несколько рядов, следует размещать от нижнего ряда через ряд короткой стороной в сторону воды, а остальные укладывать с перевязкой рядов [1]. Как показывает опыт использования габионов в берегозащитных сооружениях, сетка габионов не выдерживает волновой нагрузки, если габионы не защищены откосами, пляжами, волноломами- конструкциями воспринимающими основную нагрузку от волн. 

Использование сварных каркасов в габионных конструкциях позволяет успешно их использовать в морских берегозащитных сооружениях (Рисунок 7).

Выводы:

1 .В статье представлен анализ состояния берегозащитных сооружений из габионов, выполненных из сетки и заполнителя в виде камня, уложенных по схеме закрепления грунта с армированием, а не для защиты от волн.

2 .Расположение  оси  сооружения  в  динамически   активной  пляжной  зоне  ещѐ  раз  доказывает  о необходимости защитных сооружений для габионных конструкций.

3 .Габионы, как берегозащитные сооружения, необходимо применять комплексно вместе с намывкой пляжной зоны и волноломами.

4. Нарушение технологии и организации производства работ, замена проектных строительных материалов местными, более дешѐвыми, приводят к разрушению сооружений или к их повреждению.

 

Список литературы

1.      ВСН. 34-91/МС.СТ. Правила производства и приѐмки работ на строительство новых, рекомендации и расширении действующих гидротехнических морских и речных транспортных сооружений, часть 2 / Минтрансстрой СССР. – 1992 г.

2.      ВСН-АПК 2.30.05.001-03. Руководство по защите земель, нарушениях водной эрозией. Габионные конструкции противоэрозионных сооружений. Мин. сельск. хоз. РФ, 2003 г.

3.      ГОСТ 5 52132-2003 Изделия из сетки для габионных конструкций. Технические условия. Госстандарт.Россия. М, 2003 г.

4.      СНиП 2.06.04-87 «Нагрузки и возделывания на гидротехнические сооружения» М.: Стройиздат. 1988 г.

5.      СНиП 2.06.04-82 «Нагрузки и возделывания на гидротехнические сооружения (Волновые, ледовые и от судов)» М.; Стройиздат. 1983 г.

6.      Mangor Karsten. 2004. Shoreline Management Guidelines. DHI Water and Environment, 294 p.