Водохранилище Плявиньской ГЭС

Каскад Даугавских гидроэлектростанций образует на протяжении всего нижнего течения реки Даугавы непрерывную цепь водохранилищ, значительная часть акваторий которых располагается вдоль погребенной переуглубленной палеодолины глубиной в отдельных местах свыше 150 метров. Долина формировалась в дочетвертичное время при низком стоянии уровня Балтийского моря. На значительном протяжении профиль долины имел каньонообразную форму, что способствовало развитию на ее бортах карстовых и оползневых процессов. Размыву подвергались как пачки плотных галогенно-карбонатных пород плявиньской, саласпилсской и даугавской свит, так и терригенные песчано-алевритовые отложения аматской и гауйской свит верхнего девона. В периоды четвертичных оледенений переуглубленная долина и ее рукава и притоки полностью были заполнены разнородным моренным материалом. 

Негативное воздействие карстовых процессов на безопасность сооружений проявляется в виде повышенной фильтрации воды из водохранилищ через защитные дамбы, просадки тел плотин, размыва оснований водоотводных каналов.  Локальный характер проявлений палеокарста, значительные отличия физико-механических свойств заполняющего материала по сравнению с вмещающими породами, повышенная водонасыщенность и фильтрационные потоки создают в геофизических полях значительные аномалии, что создает хорошие предпосылки для использования широкого спектра малоглубинных геофизических методов для их площадного и линейного картирования. 

В охранной зоне водохранилища Плявиньской ГЭС малоглубинные геофизические исследования проводились в течение ряда лет с 2003 г. по 2009 г. Комплекс методов малоглубинной геофизики включал георадарное зондирование, модификации сейсморазведки на отраженных, рефрагированных и поверхностных волнах, электротомографию, методы естественного электрического поля, сейсмоакустическое профилирование.

 Схема расположения участков инженерно-геофизических исследований 

Сейсморазведка на участке расположения дренажных скважин в нижнем бьефе

Напорное давление подземных вод регионального водоносного горизонта в песчаниках гауйско-аматских отложений верхнего девона уравновешивает вес и поддерживает в стабильном состоянии тело плотины Плявиньской ГЭС. Нарушение работы дренажной системы плотины ведет к повышению напорного давления, «всплыванию» тела плотны и к возможным смещениям ее в горизонтальном направлении под действием статического давления массы водохранилища во время сильных паводков.
В процессе регулярных работ по обновлению дренажной системы отрабатывались сейсморазведочные профили в  модификации отраженных волн (ОГТ). В комплексе с данными бурения, выполненного фирмой «Меридиан» (Даугавпилс), было уточнено положение бортов переуглубленной долины и выделены участки делювиальных «шлейфов» — скоплений крупнообломочного материала с высокими фильтрационными свойствами вдоль подножия бортов, являющихся целевыми горизонтами для установки дренажных фильтров.

Профиль доледниковой долины на сейсмическом разрезе

Объемная реконструкция доледниковой долины и «шлейфов» крупнообломочного материала по данным сейсморазведки

 

Проявления палеокарста в основании левобережной защитной дамбы водохранилища

 На сейсмическом профиле по верху левобережной защитной дамбы водохранилища, пересекающей погребенную долину,  отчетливо отображаются проявления погребенного карста в основании дамбы на глубину до 20-25 м. Признаки карста проявляются в виде затяжек времени регистрации первых вступлений рефрагированных волн (верхний рисунок), общей конфигурации полей времен первых вступлений (в центре) и в виде участков потери прослеживаемости отражений от горизонтальных границ в верхнедевонских отложениях (внизу). Участкам развития палеокарста соответствуют также аномальные зоны пониженных скоростей Vs поперечных волн.   

Водохранилище Рижской ГЭС

Георадарное зондирование

Георадарное зондирование, как наименее трудоемкий метод, применяется при рекогносцировочных исследованиях. Отработка протяженных профилей и значительных по площади участков ведется с использованием низкочастотных дипольных антенн, что позволяет в ряде случаев выявить и оконтурить аномальные зоны проявлений палеокарста на глубинах до 5-8 м. Ниже на рисунке показан пример выявления аномальных зон на профиле вдоль защитной дамбы Рижского водохранилища. Аномальные зоны проявляются на глубинах, превышающих глубину залегания глиняной подушки основания дамбы и кровли загипсованных доломитов, а также и глубину поверхности полного водонасыщения, соответствующую уровню воды в водохранилище. Это дает основания предполагать связь этих аномалий с проявлением палеокарста в коренных отложениях и с повышенным водонасыщением песчаного грунта защитной дамбы.


На сейсмических записях по профилю вдоль основания дамбы закарстованные участки поверхности коренных доломитов проявляются в виде характерных «затяжек» времени регистрации первых вступлений и отраженных волн, что находит потом отражение в виде потери корреляции поверхности коренных пород на суммарных временных разрезах ОГТ, и в виде низкоскоростных аномалий на разрезах скоростей продольных волн.