Научная электронная библиотека
Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания

4.3.3. Прогноз всплывания торфа

Прогнозирование всплывания торфяных залежей в зоне Эвенкийского водохранилища основывается на использовании положений-рекомендаций «Методических указаний ...» [18], а также выводов и обобщений по результатам исследований за всплытием торфа на некоторых эксплуатируемых в России водохранилищах, опубликованных в ряде литературных источников [62 - 71].

Основные причины и механизмы всплывания торфа на болотно-торфяных залежах, попадающих в зоны затопления, заключаются в следующем.

Всплывание торфа вследствие газообразовательных процессов

По мере нарастания температуры водно-торфяной среды (как в первый год затопления - на мелководье, так и в последующие годы в результате интеграции эффективных температур) во внутризалежных пустотах возникает дополнительное давление газа. Исследованиями установлена достаточно тесная корреляционная связь между количеством газа в верхних слоях торфяной залежи, образующегося в результате жизнедеятельности микроорганизмов в анаэробных условиях за некоторый период, и суммой эффективных среднесуточных температур воздуха (tэф>8,8 ºС) за тот же период. Для развития микробиологических процессов кроме достаточного увлажнения, питания и повышенной температуры необходимо еще наличие легкоснабжаемых углеводов. Такими углеводами богаты шейхцериевые, шейхцериево-сфагновые и другие торфа, вследствие чего в торфяных залежах накапливаются СО2, Н2, СН4 и другие газы. По мере увеличения объемов образующихся газов в пустотах торфа возникает повышенное давление газа, что приводит к разрыву торфяной залежи в слоях наименьшего его сопротивления и, в результате, к его всплытию.

Влияние на всплывание торфа его батиметрического положения

В одной и той же торфяной залежи интенсивность жизнедеятельности микроорганизмов может быть различна в зависимости от толщины слоя воды над ней, т.е. от ее батиметрического положения. В мелководной зоне хороший прогрев вызывает интенсификацию процессов деятельности микроорганизмов и газообразовательных процессов. С увеличением слоя воды над затопленной торфяной залежью температура воды понижается и активность микроорганизмов резко уменьшается, что приводит к уменьшению газообразования. С другой стороны, с увеличением глубины (понижением температуры) увеличивается растворимость газа, что не способствует образованию дополнительных сил всплывания в торфе.

Таким образом, увеличение слоя воды над торфяной залежью резко уменьшает способность торфа к всплыванию. Это связано с увеличением давления воды на затопленный торф и понижением температуры, что вызывает уменьшение дополнительного объема газообразования и уменьшает объем уже имеющегося газа, вследствие повышения его растворимости.

Всплывание торфа в результате его промерзания и смерзания со льдом

Этот процесс может наблюдаться при весеннем подъеме уровня воды в водохранилище, как при его наполнении, так и при эксплуатации, когда затапливается промерзшая и не успевшая оттаять торфяная залежь или залежь, имеющая на поверхности древесно-кустарниковую растительность. В первом случае дополнительная подъемная сила возникает за счет внутризалежной воды, находящейся в кристаллическом состоянии. Во втором, при затоплении мелководных участков лед, вместе с вмерзшей в него древесно-кустарниковой растительностью (или самой торфяной залежью), увлекает за собой верхний слой торфяной залежи.

Влияние свойств торфяной залежи (по типам болот) на ее всплывание

Важную роль при всплывании торфяной залежи играет ботанический состав торфа, в частности, степень разложения торфа и его зольность. Эти параметры имеют значительное влияние на определение типа болотно-торфяной залежи, поэтому в обобщенном виде оценка влияния ботанического состава торфа на его всплывание будем оценивать по типу болота: верховое со степенью разложения от 5 до 25 % при малой зольности до 15 %; переходное - степень разложения от 10 до 30 % и зольность до 23 %; низинное - степень разложения от 30 до 50 % и зольность более 23 %.

Отметим, что одинаковые по растительному составу торфа наиболее активны, в аспекте всплывания, с малой степенью разложения (от 5 до 25 %) и несколько менее активны при степени разложения от 20 до 25 %.

Активность снижается при зольности более 23 %, а при 35 % и более - залежь инертна к всплыванию.

Большое значение при всплывании торфа имеет его влажность - разрывы торфяного пласта намечаются в горизонтах залежи с резко повышенными значениями влажности от 90 до 95 %.

Изучение процессов всплывания торфяных залежей на водохранилищах полярной зоны (Усть-Хантайском [69, 70], Курейском, Вилюйском и водохранилище на р. Танге в Якутии [62]), а также прогнозов всплывания торфа в Богучанском и Мотыгинском водохранилищах [19, 71], позволили установить следующие оценочные параметры:

1. Непосредственному всплыванию в момент затопления торфяных месторождений подвержены участки залежи, покрытые (образованные) сфагновыми и гипновыми торфами. Этому способствует низкая степень разложения торфа (от 5 до 15%), многочисленные подзалежные и внутризалежные прослойки воды. К такому типу всплывающих торфяных площадей относятся:

  • сплавины, плавающие по окраинам озер и озерков, мощностью от 0,2 до 0,3м и площадью от 0,02 до 0,1га,
  • сплавины и зыбуны топей (90% от площади труднодоступных болот), а также, частично, верхние слои предрасположенных к всплытию торфяных залежей мочажин в бугристых комплексах, отделенных от бугра в его основании поясом талика;

2. По батиметрическим зонам за время непродолжительного пребывания под водой (за одну навигацию - при недостаточной эталонной сумме эффективных температур воздуха, обеспечивающих возможность всплывания ~ 2100ºС) всплыванию будут подвержены верхние слои торфяных залежей: мочажин до 40% и более, мелкобугристые и грядовые - 8% и более.

3. Всплывание торфа в результате ледово-термического воздействия прогнозируется на второй и третий год после первого года затопления торфяной залежи, а с 10 года наполнения водохранилища - на второй, третий и четвертый год затопления торфяных залежей: для мочажин до 10% от общей их площади; для бугров процент всплытия прогнозируется во второй год до 4 - 6%, третий до 2 - 4%, а после 10 года наполнения 4-6% от общей площади бугров. Отметим, что в этот оценочный параметр включен (во второй, третий и последующие годы) фактор влияния на всплывание торфа в результате его промерзания и смерзания со льдом.

Непродолжительное время существования (нахождения на плаву до 3 - 4 лет [70]) плавающих вечномерзлых крупных торфяных бугров объясняется следующими основными причинами:

  • в первую очередь при затоплении всплывают верхние хорошо разложившиеся и растрескавшиеся слои торфа вечномерзлых бугров, которые после оттаивания в силу большого объемного веса будут погружаться на дно водохранилища,
  • менее разложившиеся слои торфа этих бугров из-за крайне малой вертикальной связности под действием волн и тепла будут быстро разрушаться, превращаясь в торфяную крошку, оседающую по берегам и на дно водохранилища;

4. Параметр, характеризующий дополнительные площади всплывания торфяных залежей, учитывает термику (сумму эффективных температур) и батиметрическую зональность ранее затопленных торфов (например, если в первый год затопления торфяная залежь относилась к батиметрической зоне Iа, т.е. высота слоя воды над ней была до 1,5м, то после наполнения водохранилища в следующем году еще на 4м эта залежь автоматически переходит в зону IIб с уже другим процентом всплывания).

Согласно п. 5.10 СанПиН 3907-85 прогноз всплывания затапливаемых торфяных массивов должен быть выполнен на 20-летний период. Однако, учитывая специфику объекта и график наполнения, за рассмотренный (17-летний) период произойдет всплывание всего, в первом приближении способного к всплытию, объема торфа, причем основная его часть в период наполнения. В последующий период эксплуатации процесс всплывания пойдет на затухание и в основном сосредоточится в заливах притоков, что в сочетании с их рельефом и природно-климатическими условиями дает основание предположить исключение попадания торфяных островов на акваторию основного русла водохранилища. Здесь необходимо отметить, что в процессе наполнения, всплывающие торфяные острова (особенно в основной части ложа водохранилища) практически все разрушатся вследствие волнового, ледового и ветрового воздействия (превратятся в торфяную крошку и осядут на дно и берега водохранилища). Поэтому, некоторые опасения будут вызывать торфяные острова в средних и верхних участках долин притоков.

Итоговые и обобщенные данные по прогнозу всплывания торфяных залежей по годам представлены в таблице 4.46.

На основании анализа таблицы 4.46 видно, что в период наполнения всплывет 2967,41 га (27,4 % от общей площади болот и 94,3 % от всего объема всплытия); в период эксплуатации - 178,74 га (1,7 % и 5,7 % соответственно).

Таблица 4.46 - Прогноз всплывания торфяных залежей Эвенкийского водохранилища по годам

Участок водохрани-лища

Площадь болот, га

Год

общая

в т.ч. сплавины, зыбуны

затопления

эксплуатации

всего

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

итого

1

2

3

итого

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

Основные притоки

Ерачимо

501

 - 

149

7

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

345

501

 - 

 - 

 - 

 - 

501

58,18

-

35,76

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

17,76

53,52

2,66

1,33

0,67

4,66

58,18

Кочумдек

140

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

140

 - 

 - 

 - 

 - 

140

 - 

 - 

 - 

 - 

140

21,74

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

7,44

13,21

0,81

0,28

-

21,74

-

-

-

-

21,74

Дэтыктэ

319

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

37

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

53

 - 

229

319

 - 

 - 

 - 

 - 

319

98,25

-

-

-

-

-

-

14,81

4,66

0,67

0,33

-

-

12,72

7,63

45,12

85,94

7,24

3,38

1,69

12,31

98,25

Тутончана

692

0,79

 - 

79

 - 

 - 

 - 

136

 - 

82

 - 

 - 

 - 

 - 

54

341

692

 - 

 - 

 - 

 - 

692

176,85

0,79

-

-

-

-

-

32,64

17,14

18,65

4,66

1,58

0,79

-

7,23

74,11

156,80

11,64

5,75

2,66

20,05

176,85

Дегали

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

Чискова

1524

 - 

 - 

220

 - 

30

68

278

398

57

 - 

156

 - 

 - 

 - 

317

1524

 - 

 - 

 - 

 - 

1524

480,44

-

-

0,88

-

7,20

20,10

76,12

132,43

72,43

21,84

34,83

12,09

3,14

1,75

77,67

460,48

11,40

5,71

2,85

19,96

480,44

Учами

235

 - 

 - 

235

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

235

 - 

 - 

 - 

 - 

235

0,94

-

-

0,94

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

0,94

-

-

-

-

0,94

Катарамбо

188

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

188

188

 - 

 - 

 - 

 - 

188

56,96

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

45,12

45,12

6,77

3,38

1,69

11,84

56,96

Таймура

2131

0,25

 - 

 - 

176

 - 

 - 

675

 - 

 - 

1027

161

 - 

 - 

 - 

92

2131

 - 

 - 

 - 

 - 

2131

768,22

0,25

-

-

43,03

9,96

3,33

162,00

93,15

3,24

186,48

190,25

32,45

17,48

0,57

20,31

762,25

3,49

1,65

0,83

5,97

768,22

Виви

1178

8,56

 - 

 - 

188

 - 

 - 

117

135

17

118

453

 - 

 - 

 - 

150

1178

 - 

 - 

 - 

 - 

1178

466,41

8,56

-

-

53,68

10,53

3,38

28,59

36,17

18,53

27,62

91,83

60,68

43,90

12,62

65,03

452,56

8,70

3,43

1,72

13,85

466,41

Ямбукан

357

5,92

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

109

 - 

126

 - 

122

 - 

 - 

 - 

 - 

357

 - 

 - 

 - 

 - 

357

97,82

5,92

-

-

-

-

-

22,27

8,83

19,26

11,95

16,99

12,72

4,58

1,22

-

97,82

-

-

-

-

97,82

Нидым

19

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

13

 - 

 - 

6

 - 

 - 

19

 - 

 - 

 - 

 - 

19

7,76

-

-

-

-

-

-

-

-

-

3,15

1,78

0,23

1,57

0,82

0,11

7,66

0,10

-

-

0,10

7,76

Кочечумо

224

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

224

224

 - 

 - 

 - 

 - 

224

114,20

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

89,60

89,60

14,52

6,72

3,36

24,60

114,20

Ейка

18

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

18

 - 

18

 - 

 - 

 - 

 - 

18

14,84

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

3,99

8,53

12,52

1,37

0,68

0,27

2,32

14,84

Итого

7526

15,52

149

541

364

30

68

1352

533

282

1158

1032

 - 

59

72

1886

7526

 - 

 - 

 - 

 - 

7526

2362,61

15,52

35,76

1,82

96,71

27,69

26,81

336,43

292,38

132,78

256,03

344,70

132,17

84,20

36,11

443,36

2246,95

67,89

32,03

15,74

115,66

2362,61

Окончание таблицы 4.46

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

Основное русло Н. Тунгуски

I район

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

II район

26

 - 

26

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

26

 - 

 - 

 - 

 - 

26

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

III район

1679

14,68

82

252

 - 

262

76

 - 

 - 

 - 

213

10

138

201

15

430

1679

 - 

 - 

 - 

 - 

1679

261,41

14,68

7,38

147,19

1,72

-

26,55

20,68

3,15

-

-

37,01

14,60

3,13

-

-

261,41

-

-

-

-

261,41

IV район

82

1,00

 - 

 - 

82

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

82

 - 

 - 

 - 

 - 

82

29,76

1,00

-

-

17,42

-

-

-

-

-

-

-

2,03

6,99

2,76

0,56

29,76

-

-

-

-

29,76

V район

1507

60,96

 - 

 - 

 - 

347

196

 - 

 - 

 - 

190

121

181

136

14

322

1507

 - 

 - 

 - 

 - 

1507

492,37

60,96

-

-

-

25,11

26,50

4,70

-

-

52,13

56,49

66,37

98,83

55,03

44,13

429,29

37,87

16,92

8,29

63,08

492,37

VI район

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

 - 

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

Итого

3294

76,64

108

252

82

609

272

 - 

 - 

 - 

403

131

319

337

29

752

3294

 - 

 - 

 - 

 - 

3294

783,54

76,64

7,38

147,19

19,14

25,11

53,05

25,38

3,15

-

52,13

93,50

83,00

108,95

57,79

44,69

720,46

37,87

16,92

8,29

63,08

783,54

Всего

10820

92,16

257

793

446

639

340

1352

533

282

1561

1163

319

396

101

2638

10820

 - 

 - 

 - 

 - 

10820

3146,15

92,16

43,14

149,01

115,85

52,80

79,86

361,81

295,53

132,78

308,16

438,20

215,17

193,15

93,90

488,05

2967,41

105,76

48,95

24,03

178,74

3146,15

Примечание: в числителе - площадь затапливаемых болот; в знаменателе - площадь вероятного всплытия. 


Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074