22821 (Природные и техногенные факторы современного развития берегов восточной части Азовского моря)

Природные и техногенные факторы современного развития берегов восточной части Азовского моря

Востриков Антон Владимирович

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

Краснодар -2006

Работа выполнена на кафедре геологии и геоморфологии географического факультета Кубанского государственного университета

Общая характеристика работы

Актуальность темы исследования. В последние десятилетия берега восточной части Азовского моря испытывают все возрастающее разрушение вследствие негативного развития природных и техногенных процессов. Резко активизировалась абразия, особенно на участках, где нет пляжей или их ширина недостаточна для гашения энергии штормовых волн. В результате подрезки основания береговых обрывов из лессовидных суглинков широкое развитие получили оползни, обвалы и осыпи. Крутые участки береговых склонов подвержены эрозии, физическому выветриванию и др. Размыву подвергаются пляжи и аккумулятивные формы в виде пересыпей и кос.

Общий рост техногенного воздействия усиливает негативное развитие береговых процессов. Из-за загрязнения моря неочищенными хозяйственными и коммунальными стоками существенно снизился объем воспроизводства раковинного материала, который является важнейшей составляющей баланса наносов береговой зоны. Подъем уровня Мирового океана в значительной степени ускоряет темпы разрушения берегов.

До настоящего времени отсутствуют публикации по количественной оценке скорости абразии коренных берегов Азовского моря, основанных на математическом моделировании абразионного процесса. В данной работе предпринята попытка восполнить этот пробел.

Степень обоснованности. Прикладные аспекты диссертации связаны с разработкой научных рекомендаций по рациональному освоению, использованию и защите берегов восточной части Азовского моря от абразии и размыва. Отсутствие крупных обобщений в этой области явилось причиной существенного отставания науки от требований практики. Это относится, прежде всего, к проведению берегозащитных мероприятий. В течение многих десятилетий эту проблему пытались решить путем строительства различных типов гидротехнических сооружений (подпорные и волноотбойные стенки, буны и т.п.). Это не привело, однако, к решению проблемы.

Необходимость коренного пересмотра прежних подходов к защите морских берегов отражена в ряде постановлений директивных органов, в частности, постановлении Правительства Российской Федерации от 02.01.1992 года № 02 "О неотложных мерах по защите берегов Черного и Азовского морей от разрушения и улучшению экологического состояния прибрежных курортных зон". В решении этих вопросов большое значение имеют современные теоретические разработки по регулированию береговых процессов, использованию метода природных аналогов, моделированию морских берегов по принципам "геоники", искусственному пляжеобразованию и др.

Цель работы заключаются в установлении современных тенденций и количественной оценке динамики и развития берегов восточной части Азовского моря, прогнозу их будущих изменений в условиях новейшей трансгрессии Мирового океана. Особое внимание уделено выявлению причинно-следственных связей, ускоряющих разрушение коренных берегов и аккумулятивных форм.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

На основе обобщения имеющихся литературных и фондовых материалов, а также результатов собственных натурных и теоретических исследований автора показать роль в современном развитии береговой зоны восточной части Азовского моря природных и техногенных факторов.

Изучить причины ускорения темпов абразии коренных берегов и размыва пляжей и аккумулятивных форм.

Выявить особенности современной динамики и развития кос «азовского типа» (на примере Ясенской косы).

Провести анализ развития косы Тузла в естественном режиме, а также ее современного состояния после восстановления коренной части

На основе математической модели абразионного процесса дать количественную оценку скорости отступания коренных берегов восточной части Азовского моря

Предложить современные методы и технологии инженерной защиты абразионных берегов из легкоразмываемых пород и их природных аналогов.

Объектом исследования является береговая зона восточной части Азовского моря.

Предметом исследования выступают процессы и модели абразионных берегов, а также подходы к защите аккумулятивных берегов Азовского моря.

Методы исследования. Для характеристики современного состояния берегов использованы литературные и фондовые источники, а также материалы генеральных схем инженерной защиты берегов Азовского моря (Гипрокоммунстрой, 1982; ЦНИИП градостроительства, 1992 и др.); отчеты о научно-исследовательских работах и экспедициях ЧО ЦНИИС (в настоящее время НИЦ “Морские берега”), географического факультетов Московского и Ростовского университетов, Южного отделения Института океанологии РАН , Кубанской устьевой станции Роскомгидромета, материалы инженерно-геологических и гидрологических изысканий ОАО «Кубаньводпроект», ГУСНПП «Краснодарберегозащита». Использованы также результаты собственных геоморфологических наблюдений на различных участках восточного побережья Азовского моря (2001-2006 гг.).

Для количественной оценки изменений берегов использованы данные повторного нивелирования пляжей и промеров глубин, съемки береговой линии разных лет, результаты гранулометрического анализа проб береговых и донных наносов, крупномасштабные карты и аэрофотоснимки, а также материалы режимных наблюдений Кубанской устьевой станции и Ростовского университета (1974–1978 гг.), результаты математического моделирования и расчет параметров волн на глубокой воде и в зоне обрушения. Для прогнозных оценок эволюции берегов использован палинологический анализ позднеголоценовых толщ лиманно-дельтовых отложений, выполненный географическим факультетом МГУ.

В ходе работы над диссертацией проведены поисковые исследования и обобщение отечественного и зарубежного опыта защиты абразионных берегов из легкоразмываемых пород. Дано обоснование выбора Шиловского участка берега в качестве природного аналога для разработки типовых инженерных решений по защите абразионных берегов Азовского моря от волнового разрушения и обвально-оползневых процессов.

По полученным данным проведена верификация существующих и разработаны модели переформирования аккумулятивных форм и пляжей при ожидаемом подъеме уровня моря с учетом геолого-геоморфологических и гидродинамических условий. Новизна такого подхода предполагает взаимную корректировку результатов, полученных разными авторами. Это позволяет разработать на основе материалов натурных и теоретических исследований модель эволюции аккумулятивных форм.

Методологической основой работы является понимание ведущей роли в современной динамике и развитии берегов Азовского моря процессов абразии и биогенной аккумуляции, волнений и течений, а также колебаний уровня моря нагонного характера. Все эти процессы в зависимости от местных условий определяют масштаб и интенсивность береговых процессов.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Качественная и количественная оценка современной динамики и развития берегов восточной части Азовского моря.

2. Прогнозная модель развития абразионных и аккумулятивных азовских берегов в условиях трансгрессии Мирового океана.

3. Количественная оценка скорости абразии коренных берегов восточной части Азовского моря (на примере Шиловского участка).

4. Основные факторы развития и эволюции косы Тузла до и после восстановления ее коренной части.

5. Основные методы и технологии инженерной защиты берегов от волнового разрушения и обвально-оползневых процессов.

Научная новизна работы заключается в следующем:

Впервые для данного региона уточнены современные темпы абразии и денудации коренных берегов, сложенных слабоустойчивыми грунтами.

Построена модель переформирования рельефа и контура береговой линии в условиях техногенных нарушений экосистемы восточной части Азовского моря.

Выявлены причины низкой эффективности укрепления берегов Азовского с помощью сооружений жесткого типа (подпорные и волноотбойные стенки, буны и т.п.);

Предложены современные методы и технологии защиты абразионных берегов.

Практическая значимость. Полученные результаты исследований могут получить применение в решении ряда теоретических и прикладных задач, в частности, по организации мониторинга береговых процессов, при разработке природоохранных мероприятий; выработки общей стратегии хозяйственного и рекреационного освоения восточного побережья Азовского моря, научном обосновании технических решений по защите разрушаемых участков в условиях прогнозируемых изменений уровня Мирового океана. Весьма актуальной является выработка мер по снижению рисков хозяйственного освоения прибрежных районов.

Личный вклад автора. Автор осуществил сбор и обобщение литературных и фондовых материалов по современной динамике и развитию берегов восточной части Азовского моря за последние 50 лет. Автором разработана и апробирована математическая модель развития абразионных и аккумулятивных берегов в условиях подъема уровня Мирового океана. Дана прогнозная оценка переформирования берегов восточной части Азовского моря под влиянием природных и техногенных факторов. Предложены основные методы и технологии инженерной защиты азовских берегов от волнового разрушения и обвально-оползневых процессов.

Апробация работы. Основные результаты исследований были представлены на научно-практических конференциях: «Актуальные вопросы экологии и охраны природы экосистем Южных регионов России и сопредельных территорий» – XVII Межреспубликанская научно-практическая конференция (Краснодар, 23 апреля 2004 г.), «Рельеф и природопользование предгорных и низкогорных территорий» – Материалы международной научно-практической конференции (Барнаул, 3-7 октября 2005 г.), «Вестник Краснодарского регионального отделения Русского географического общества» (Краснодар 2005 г.), «Актуальные вопросы экологии и охраны природы экосистем южных регионов России и сопредельных территорий» – Материалы XIX межреспубликанской научно-практической конференции (Краснодар, 21 апреля 2006 г.), «Международные и отечественные технологии освоения природных минеральных ресурсов и глобальной энергии» – Материалы юбилейной V международной научно-практической конференции (Астрахань, 27-29 сентября 2006 г.), «Вулканизм, биосфера и экологические проблемы» – IV международная научная конференция (Туапсе 2006 г.).

По теме диссертации опубликовано 5 работ.

Структура работы. Диссертация состоит из введения, 9 глав, заключения и списка использованных источников, насчитывающего 123 наименования, в том числе 14 иностранных. Работа проиллюстрирована 42 рисунками и 8 таблицами. Объем работы 142 страниц.

Автор выражает глубокую благодарность своему научному руководителю д.г.н., профессору Ю.В.Ефремову за ценные советы и рекомендации в работе над диссертацией. Автор признателен сотрудникам кафедры социально-экономической и физической географии Ростовского госуниверситета, кафедры геоморфологии и эволюционной географии Кубанского госуниверситета. Особую благодарность выражаю д.г.-м.н., профессору Хрусталеву Ю.П. за формулирование основных направлений научно-исследовательской работы автора по теме диссертации.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1. Краткий обзор истории изучения берегов Азовского моря. Начало исследований по геоморфологии и динамике берегов Азовского моря было положено экспедициями в конце XIX - первой половине XX веков /Соколов, 1895; Андрусов, 1918; Лисицын, 1922; Маков, Молявко, 1940; Попов, 1947 и др./.

Крупные работы по динамике и геоморфологии берегов Азовского моря были выполнены Зенковичем /1956, 1957, 1958, 1962; Болдыревым /1956, 1958/, Аксеновым /1955, 1957, 1972/; Будановым /1956/, Болдыревым и Невесским /1961/.

Систематическое изучение береговой зоны Азовского моря было положено географическим факультетом Ростовского госуниверситета в 60-е годы /Панов, 1965; Панов, Хрусталев,1966; Мамыкина, 1959, 1960, 1961, 1965, 1971,1977; Мамыкина, Хрусталев,1980; Артюхин, 1982, 1989; Артюхин, Мамыкина,1978, Хрусталев, 1966,1977; Хрусталев, Щербаков 1968, 1974/. В этот период широко развернулись исследования современной динамики азовских берегов, особенностей прибрежного осадконакопления /Александров, 1965; Мамыкина, Хрусталев, 1963, 1965, 1966,1980 и др./.

Анализу причин разрушения берегов Азовского моря и возможным мерам по борьбе с этим явлением посвящены работы Мамыкиной, Хрусталева /1980/, Губкина /1978/, Пешкова /2000,2003/ и др. Вопросы теории абразионного процесса рассмотрены в работах Есина, Савина, Жиляева /1980/; Есина, Дмитриева /1983/ и др. Влиянию зарегулирования твердого стока р.Кубань на береговые процессы в Темрюкском заливе посвящены работы Богучарскова, Иванова /1979/, Пешкова, Есина, Косьяна /1999/, Пешкова /2003/. Основные проблемы прогноза развития побережья Азовского моря в условиях антропогенных изменений природной среды показаны в статье Пешкова, Поротова, Есина /1999/.

Хотя по азовским берегам опубликовано большое количество статей, единственной обобщающей работой остается монография Мамыкиной и Хрусталева /1980/. В ней подведены итоги исследований на конец 70-х годов. К числу сводных публикаций можно отнести также работу Артюхина /1989/ по влиянию антропогенного фактора на береговые процессы. За весь последующий период вышло всего нескольких статей, но они касались в основном частных вопросов динамики береговой зоны Азовского моря. Ни в одной из них не учитывались современные тенденции развития, особенно на фоне повышения уровня и усиления техногенного воздействия на природную среду. Диссертационная работа ставит своей целью восполнить этот пробел.

Глава 2. Общая физико-географическая характеристика береговой зоны восточной части Азовского моря. В данной главе проведены систематизация и обобщение результатов натурных исследований береговой зоны восточной части Азовского моря. Общая длина береговой линии от границы с Ростовской областью до косы Чушка составляет 572 км. Их них 182 км (31,9%) приходится на берега Ейского, Бейсугского и Ахтарского лиманов и 390 км (68,1 %) - на собственно морской берег. Северо-восточную часть занимает обширный и мелководный Таганрогский залив. Крупных островов нет. Рельеф дна ровный и нарушается лишь небольшими отмелями и банками. Средняя глубина 7,4 м. Рельеф прибрежной части моря весьма неоднороден. Высокие обрывы из рыхлых отложений неогенчетвертичного возраста чередуются с аккумулятивными формами в виде пляжей, кос, пересыпей и баров. Благоприятные условия способствуют широкому развитию морских скелетных организмов, дающих раковинный материал, как основы баланса наносов береговой зоны.

Абразионные берега сложены в основном лессовидными суглинками, которые на некоторых участках подстилаются глинами. Местами ниже суглинков находится песок и прослои глин. Периодическое увлажнение песчаного слоя является причиной потери устойчивости верхних блоков грунта, оползней и обвалов. При этом, вся плоскость берегового обрыва постепенно смещается в сторону суши.

Основную роль в разрушении коренных берегов восточной части Азовского моря играет абразия. Особенно на участках, где нет пляжей или их ширина недостаточна для гашения энергии штормовых волн. В результате подрезки основания клифа из лессовидных суглинков широкое развитие получили обвалы и осыпи. Этому способствует слабая устойчивость береговых пород к механическому и физическому воздействию. Основная масса продуктов разрушения коренных берегов - это глинистые частицы, которые не участвуют в пляжеобразовании и выносятся в виде взвеси на глубину. Наряду с абразией, на обнаженной поверхности коренного берега активно протекают эрозия, физическое и химическое выветривание и др. Общий рост техногенного воздействия усиливает негативное развитие береговых процессов.