22821 (Природные и техногенные факторы современного развития берегов восточной части Азовского моря), страница 2

Глава 3. Общая характеристика ветрово-волнового и уровенного режима. Течения. Циркуляция водных масс в восточном секторе Азовского моря зависит от общего переноса воды в южном направлении, ветро-волнового и уровенного режима. В связи с мелководностью бассейна, скорость и направление течений зависит главным образом от ветра. Поэтому течения совпадают в основном с направлением движения воздушных масс. Частые по повторяемости ветры с СВ и ЮЗ определяют круговорот воды по часовой или против часовой стрелки. При западных ветрах уровень моря повышается, особенно в заливах. В придонном слое возникает сильное противотечение в сторону моря. Это способствует быстрому замещению поверхностного слоя донных осадков и снижает опасность концентрации загрязняющих веществ.

Азовское море является бесприливным. Изменения его уровня зависят от водного баланса и неотектонических движений земной коры. Основной причиной периодических изменений уровня является речной сток, соотношение испаряемости и атмосферных осадков и др. Внутригодовой ход уровня имеет сезонный характер. На уровенный режим Азовского моря большое влияние оказывает водообмен с Черноморским бассейном. Сезонные колебания уровня обычно не превышают 20-35 см. Более значимы сгонно-нагонные явления, величина которых зависит от силы и направления ветра. Сгонно-нагонные колебания уровня имеют вид одноразовой сейши с узловой линией, проходящей через центральную часть моря. Подъем уровня может достигать 4 м над ординаром. При этом затопление обширных низменных территорий от Темрюка до Приморско-Ахтарска принимает катастрофический характер.

Волновой режим восточной части Азовского моря определяется направлением и повторяемостью ветров. Малые размеры моря и его мелководность существенно ограничивает развитие ветрового волнения. Наибольшую опасность представляют штормовые ветры со скоростью больше 25 м/с. Они формируют волны высотой 3 –3,5 м и значительные нагоны. Период волн не превышает 4-5 с, а длина - 50 м. Волны отличаются большой крутизной.

Для характеристики гидрологического режима восточной части Азовского моря автором использованы результаты статистического обобщения данных наблюдений за ветром и уровнем /ГОИН, 1996/. На этой основе получены скорости ветра, высоты волн и отметки уровня моря, возможные 1 раз в 25, 50 и 100 лет. Соответствующие расчеты произведены в точках, которые достаточно корректно характеризуют ветро-волновой режим исследуемого района. Расчеты скорости ветра и элементов волн для восточной части Азовского моря выполнены для С, СЗ, З и ЮЗ румбов. Максимальные высоты волн по времени совпадают с максимальными нагонными уровнями.

Глава 4. Типология берегов восточной части Азовского моря, основные элементы строения и современной динамики. В зависимости от строения и ведущих процессов динамики и развития в восточной части Азовского моря выделяется три основных типа берегов: абразионные, абразионно-оползневые и аккумулятивные. Среди абразионных берегов выделяется подтип абразионно-обвальных. Аккумулятивные берега в зависимости от источников питания можно подразделить на следующие подтипы: терригенные, биогенно-терригенные, биогенные и аллювиально-биогенные (Зенкович, 1958 г.; Мамыкина, Хрусталев, 1980 г.).

Абразионные берега имеют общую длину около 227 км. Они встречаются от пос. Ильич до Пересыпи, от Приморско-Ахтарска до корневой части Ясенской косы, от корня Камышевской косы до ст. Должанская, от ст. Должанская до г. Ейска, от порта Катон до Глафировской косы.

Абразионно-оползневой подтип берега широко распространен в Керченско-Таманской области, особенно в районе мыса Ахиллеон и др. Оползневые зоны имеют протяженность до десятка километров. Берега восточной части Азовского моря подвержены абразии, обвально-оползневым процессам, выветриванию и эрозии.

Высокие скорости абразии и оползневых процессов обусловлены слабой устойчивостью береговых пород к волновому воздействию. Особенно интенсивно абразия протекает на тех участках побережья, где волнение проявляется на нагонном повышении уровня моря и при малой ширине пляжей. Средняя скорость размыва берега достигает здесь 3-4 м/год, максимальная - до 6-7 м/год.

Эффект воздействия штормовых волн в значительной степени усиливается при нагонах. В результате полного затопления пляжа коренной берег подвергается прямому воздействию прибойных волн. Скорость физического разрушения клифа при прочих равных условиях зависит от интенсивности атмосферных осадков, промерзания, оттаивания и др. Геоморфологическая эффективность сильных штормов в значительной степени определяет высокие скорости отступания берега.

Аккумулятивный тип представлен весьма разнообразными по строению, генезису и современной динамике берегами. Берега данного типа сложены в основном песчано-ракушечным материалом; часть - полностью ракушей. Длина аккумулятивных берегов около 230 км. К ним относятся косы Чушка, Ачуевская, Ясенская, Камышеватская, Долгая, Глафировская и Сазальницкая, берега устьевой области Кубани и ее рукавов.

Разнообразие и сложность очертаний азовских кос зависит от двух основных факторов: направления господствующих волнений и условий питания. Оно может быть односторонним и двухсторонним. Общим для всех кос является то, что при уменьшении питания наносами они начинают размываться и распадаться на отдельные острова и банки ( косы Ейская, Долгая и Тузла).

К аккумулятивным формам восточной части Азовского моря относятся также пересыпи Бейсугского и Ахтанизовского лиманов. Они образовались в горловинах заливов и бухт.

Можно выделить нейтральные берега, которые не имеют четкой направленности развития. Их общая длина около 116 км (20,3%). Они встречаются между устьями рек Кубани и Протоки, вдоль лиманов или на участках берега, блокированного косами. Термин “нейтральный” использован в данном случае в смысле относительно слабого воздействие волн на берег /В.С. Мамыкина, Хрусталев,1980/. На большем же их протяжении, особенно в междуречье Кубани и Протоки, береговая линия заметно отступает из-за относительного подъема уровня моря и других процессов, в том числе техногенного характера.

В современной динамике береговой зоны Азовского моря важную роль играют вдольбереговые потоки и миграции наносов. Основными источниками их питания являются продукты абразии, материал биогенного происхождения (створки раковин и их обломки) и твердый сток рек. Биогенным материалом сформировано большинство кос Азовского моря. Так, коса Долгая на 85-99 % состоит из ракушечника, а Чушка – на 63%. Мощность потоков на различных участках восточной части Азовского моря изменяется от 5 до 80 тыс. м3/год.

В результате зарегулирования реки плотинами водохранилищ и общего увеличения водопользования, жидкий сток в районе Краснодара уменьшился до 9,5 км3 в год. Почти в 7 раз сократился твердый сток, который составил с 1973 по 1985 гг. в среднем около 0,4 млн т. Соответственно, изменилась и средняя мутность воды с 627 г/м3 до 88 г/м3. По данным ОАО «Кубаньводпроект», в чаше Краснодарского водохранилища с 1973 по 1998 год отложилось около 140 млн. тонн наносов. Уменьшение твердых выносов привело не только к снижению темпов нарастания пионерных дельт рукавов Кубани, но и к общему усилению размыва берегов Темрюкского залива. Кубанская дельтовая низменность простирается более чем на 100 км от Ачуевской косы до пересыпи Ахтанизовского лимана. В ее строении ведущую роль играют аллювиально-морские и биогенные отложения. В настоящее время большее протяжении данного участка берега размывается со скоростью 1-2 м /год, местами до 5-7 м в год.

Глава 5. Современные процессы абразии берегов восточной части Азовского моря (на примере Шиловского участка). В данной главе на основе математической модели Южного отделения Института океанологии РАН /рассматриваются прогнозные оценки скорости абразии коренного берега в районе пос. Шиловка Востриков,2004/. В основу модели положены следующие данные: средний уровень моря в районе Ясенской Переправы 489 см БС, средний наивысший – 547 см, максимальный за период наблюдений – 618 см. Превышение среднего наивысшего над средним составляет 78 см, а максимального над средним – 149 см. Средняя скорость отступания коренного берега на рассматриваемом участке составляет 1,2 м в год при максимальной до 4 - 5 м/год. Волноопасными направлениями ветра являются ЮЗ и З. Для разработки математической модели абразионного процесса за исходный принят профиль коренного берега и дна по данным съемки в августе 2000 года.

Математическая модель абразии коренного берега под действием волн представляет собой систему из двух дифференциальных уравнений. В ее основу положено соотношение Vn = k (τ-τпр), где Vn – нормальная скорость разрушения берегового склона, τ - эффективное гидродинамическое напряжение, τпр - предельное значение гидродинамического напряжения, не разрушающего данную породу. Если уровень моря повышается с постоянной скоростью u, тогда, учитывая размерности входящих величин, можно записать:

и

где П = Ln-1 {Ln - [xкл - (ut – M) ctg ά]}.

В данном случае участок профиля коренного бенча, который испытывает разрушение, аппроксимирован прямой y=x tg α1 +b (t), хкл- величина отступания клифа; k1 см3/г, k2 см3/г с – коэффициенты, определяемые устойчивостью породы к абразии; р – плотность воды; Но (м), а1 (м2), а2 (м2), К (г/см2), М (м). – величины, зависящие от параметров волн; Ln – предельная ширина береговой отмели, соответствующая профилю равновесия; tgα - уклон берегового склона в зоне деформации волн; tgα1 – уклон берегового склона в приурезовой полосе, (а1/а2) о+ К - максимальное значение гидродинамического напряжения.

Математическая модель учитывает все основные факторы, определяющие скорость абразии и ее закономерности: высоту волн, прочность пород, слагающих берег, высоту нагона, расстояние между клифом и линией последнего обрушения волн, уклон дна и прибойной зоны, скорость относительного изменения уровня моря, современные скорости абразионного процесса. Она предназначена для прогнозирования процесса отступания берега при изменении условий его протекания.

Численное интегрирование системы, а также анализ его асимптотического решения показывает, что со временем абразионный процесс стабилизируется, и скорости отступания клифа и углубления бенча приходят в соответствие со скоростью повышения уровня. На этой стадии скорости отступания клифа и углубления бенча не изменяются во времени.

При разрушении морского берега в течение десятков и сотен лет между основными параметрами процесса: скоростью углубления дна и отступания берега, скоростью относительного изменения уровня моря, уклонами приурезовой зоны и берега устанавливается простая зависимость. По ней можно рассчитать скорость абразии при изменении скорости повышения уровня моря.

Принимая в основу математической модели факт стабилизации скорости отступания клифа в течение 17 лет (1949-1966 гг.), определим, что приращение скорости абразии на исследуемом участке составит (3,9-1,2): 17 = 0,16 м/год. Таким образом, на следующий год скорость отступания клифа достигнет 1.36 м/год и так далее в геометрической прогрессии. За расчетный период в 17 лет берег Шиловского участка отступит в среднем на 70 м и общие потери прибрежной территории составят (43 м х 14500 м) 62 га. Если скорость повышения уровня моря будет равной 4 мм/год, то скорость абразии через 17 лет достигнет 6,9 м/год, а берег отступит еще на 70 м. Очевидно, что при таким темпах отступания коренного берега весьма негативные изменения произойдут на смежных участках аккумулятивного берега, в частности , на пересыпи озера Ханское.

По совокупности геолого-геоморфологических и литодинамических факторов, участок берега у пос. Шиловка является типичным для большего протяжения абразионных берегов Азовского моря и поэтому основные технические решения по его защите имеют общее значение.

Глава 6. Основные черты развития и эволюции косы Тузла до и после восстановления ее коренной части. На современном этапе развития аккумулятивные образования Керченского пролива, в том числе коса Тузла, являются отмирающими формами. Основная причина связана с общим сокращением их питания наносами /Болдырев, 1958; Мамыкина, Хрусталев, 1980/. Кроме того, в результате выработки отмелого профиля подводного склона значительно замедлились темпы абразии как источника обломочного материала. Дефицит наносов сопровождается активизацией размыва и общим сужением прикорневой части кос. Поэтому образуются промоины, а сама аккумулятивная форма распадается на отдельные острова.

На заключительном этапе трансгрессии (в последние 1,0-1,5 тыс. лет) в условиях неотектонического погружения прибрежной территории коса Тузла приобрела общую тенденцию к размыву. Наряду с продолжающимся повышением уровня моря, существенное влияние на ее развитие оказали меж- и внутривековые изменения штормовой активности, определяющие квазицикличность абразионно-аккумулятивных процессов. Несмотря на то, что хронология подобных циклов изучена недостаточно, можно предполагать соответствие фаз усиления штормовой активности общеклиматическим фазам второй половины субатлантического периода. Это выражается в относительно продолжительных периодах существования аккумулятивных форм как островных образований.

В связи с критическим состоянием косы Тузла в конце 2003 года была произведена засыпка существующих промоин в виде дамбы из горной массы с креплением боковых сторон каменной наброской откосного типа. Общий объем материала в теле дамбы составил 580 тыс. м3.

В конце 2003 года работы по восстановлению коренной части косы Тузла были временно прекращены. Между торцевой частью дамбы и островом Тузла осталась промоина шириной 280 м. Последовавшие за этим дноуглубительные работы с украинской стороны вызвали общее расширение промоины и резкую активизацию размыва острова. Если в декабре 2003 года ширина промоины составляла всего 280-300 м, то к концу 2005 года достигла 1 км.