BISAC NAT010000 Ecology
BISAC NAT045050 Ecosystems & Habitats / Coastal Regions & Shorelines
BISAC NAT025000 Ecosystems & Habitats / Oceans & Seas
BISAC NAT045030 Ecosystems & Habitats / Polar Regions
BISAC SCI081000 Earth Sciences / Hydrology
BISAC SCI092000 Global Warming & Climate Change
BISAC SCI020000 Life Sciences / Ecology
BISAC SCI039000 Life Sciences / Marine Biology
BISAC SOC053000 Regional Studies
BISAC TEC060000 Marine & Naval
It was noted that in a homogeneous coastal bluffs, the beach at comparable settings (the basic structure of the wave energy dissipation), and hydrodynamic effects (tides, surges, long waves and wind), the most intense erosion occurs in November–January. During this period, at the upper levels of the coastal profile, which are equilibrium for storm conditions with maximum tides, beach sediments are freezing and the consequent deterioration of their dissipation properties. Loss of redistribution of snow and blizzard in the profile essentially simulates morphodynamics beach properties at this time.
coastal
Было отмечено, что в условиях однородного берегового уступа, при сравнимых параметрах пляжа (основной волногасящей структуры) и гидродинамического воздействия (приливы, нагоны, длинные и ветровые вол-
ны) наиболее интенсивный размыв происходит в ноябре–январе. В этот период на верхних уровнях берегового профиля, которые являются волногасящими для штормовых условий при максимальных приливах, происхо-
дит промерзание пляжевых отложений и обусловленное этим ухудшение их волногасящих свойств. Выпадение и метелевое перераспределение снега по профилю существенно моделирует морфодинамические свойства
пляжа в этот период.
Закономерности разрушения берегов. За последние 50 лет в результате размыва берегов только на севере и юго-востоке о. Сахалин «потеряно» более 15 км2 аккумулятивного побережья. Для сравнения – на протяжении 2880 километров низких размываемых берегов Японии за последние 70 лет было утрачено около 120 км2 прибрежных территорий [1]. В силу сложных инженерно-геологических условий (оползни, сели) на острове есть районы, где транспортные коммуникации, в том числе регионального значения, возможны только вдоль береговой линии по поверхности голоценовых морских террас. До недавнего времени оценки техногенной
нагрузки на берега Сахалина были существенно занижены [2]. В результате проделанной нами работы было установлено, что в самое ближайшее время, наряду с постоянными ремонтно-восстановительными работами на участках с существующим берегоукреплением, построенном «хозспособом», потребуется защита ещё около 28 километров побережья [3].
Таким образом, решение проблем стабилизации берегового уступа прибрежных селитебных территорий и транспортных коридоров оказалось тесно связано с необходимостью объяснения пространственно-временной
неоднородности размыва низких аккумулятивных морских террас. Исследования последних лет показали, что не менее существенную роль чем трендовые характеристики в региональных сценариях развития берегов играют
установленные нами циклические составляющие более низкого порядка, определяемые особенностями гидрометеорологического режима. Соответ-ствие фактических тенденций развития береговой зоны, установленное сроч-
ными наблюдениями и анализом массивов АФС разных лет, многолетним изменениям интенсивности ветроволнового воздействия на берег (расчетные ветроэнергетические характеристики) позволило построить статистические
модели размыва берегов о. Сахалин. Прогноз, выполненный на этой основе, указывает, что тенденции усиления размыва за счет гидродинамической цикличности в регионе сохранятся до конца второго десятилетия 21 века [4].
Наблюдаемая пространственная структура размыва в основных чертах существует, по меньшей мере, с 30-х годов нашего столетия. Однако разрушение берегов происходило в существенно меньших масштабах. Так, например, побережье зал. Терпения начало интенсивно размываться с начала шестидесятых годов, однако участки со среднемноголетними скоростями 1,8–2,2 метра разрушались уже в начале пятидесятых годов. Пространственную структуру разрушения берегов на участке побережья от п. Взморье до п. Стародубское определяет ритм размыва с длиной волны около 30 км. Интересно, что при анализе интенсивности абразии на открытом побережье США получено та- кое же значение длины волны ритма размыва [5]. Но если на побережье СЩА внятного объяснения этому нет, в нашем случае один «пик» приурочен к ме- стоположению карьера, где с пляжа добыто за несколько десятков лет более 4 млн м3 песка, а другой к зоне дивергенции потоков волновой энергии рассчитанных по методике, разработанной в Проблемной научно-исследовательской лаборатории освоения Севера [6].
Концептуальные принципы, определяющие эффективность берего- защиты. За последние несколько лет на Сахалине выполнено морфодинамическое обоснование и проектирование берегозащиты откосного типа протяженностью 20135 метров, из которых уже построено более 12 км берегоукрепления вдоль автомобильной дороги Южно-Сахалинск–Оха– Москальво на участке 172–197 км. Наиболее предпочтительным вариантом берегозащиты по технико-экономическим параметрам оказались откосные волногасящие сооружения. Данное крепление следует рассматривать не как каменную наброску, а как инженерную конструкцию с заданными параметрами – исключение выноса материала крепления и грунта основания, обеспечение условия прочности и устойчивости под воздействием нагрузок. Серьезным недостатком продольных берегозащитных сооружений является возникновение краевых размывов, деградация аккумулятивных образований, вызванная концентрацией волновой энергии на стыках сооружений с естественным (неукрепленным) берегом, увеличением расходов вдоль берегового потока наносов. Не следует также забывать, что защищая на протяжении десятилетий берег от разрушения, мы исключаем из баланса наносов береговой зоны такую важную приходную статью как поступ-
ление обломочного материала из обрывов. Для решения этой проблемы на флангах аккумулятивных образований сопряженных с укрепленными участками побережья рассчитаны и созданы искусственные галечные пляжи. Наблюдения показывают, что на сопредельных участках начал формироваться песчано-галечный пляж.Наряду с другими концептуальными принципами, определяющими эффективность защиты прибрежных районов, для целей практического проектирования в 2006 году нами были актуализированы представления о влиянии инфрагравитационных (краевых волн) на параметры пляжа и соответственно неравномерном распределении его волногасящих параметров вдоль берега. Теория квазиритмических форм рельефа пляжа развивается уже более 50 лет. Однако однозначных выводов о динамике и механизмах их развития нет. К общепринятым закономерностям можно отнести лишь установленное отношение длин мегафестонов и краевых волн [7]. При этом основные наблюдения были выполнены на крутых "отражающих" пляжах. Формирование мегафестонов обычно наблюдалось при достаточно постоянном волновом периоде, чему соответствуют, как условие, волны, которые хорошо отсортированы и имеют регулярный характер, к примеру, зыбь. На побережье Южного Сахалина нами выявлено 7 участков, где наблюдаются эти квазиритмические формы берегового рельефа. Исследования трансформации ветрового волнения на мелководье и формирования длинных инфрагравитационных волн, были организованы в 2007 году в зал Терпения. Натурный эксперимент включал постановку группы (21 датчик) измерителей придонного гидростатического давления, и морфолитодина- мические наблюдения. К сожалению, большая часть приборов была утеряна. Однако на сопредельных участках побережья в этот же период зафиксированы волны с периодом около 60–70 и 120–150 сек [8]. С 2005 года срочными наблюдениями нами отслеживаются перемещения и параметры мегафестонов в зал. Терпения. Установлено, что два выступа (мыса) пляжа существуют постоянно и практически стационарно, остальные (до 5) могут размываться и восстанавливаться. При этом подводная часть аккумулятивных выступов может сохраняться и при отсутствии видимого мыса на пляже. С учетом анализа формирования и развития квазиритмических форм берегового рельефа, были подготовлены предложения по этапности защиты 5-ти км участка побережья зал. Актуализация климатической составляющей в развитии береговых процессов субарктических морей. Мнение о прекращении активной морфолитодинамической фазы развития береговой зоны при переходе температур на среднесуточные минусовые отметки, положенное в основу соответствующего раздела Методических рекомендаций по составлению долгосрочных прогнозов экзогенных процессов в системе государственного мониторинга геологической среды представляется нам ошибочным [9, 10].
При проведении детальных морфолитодинамических работ в зал. Терпения для целей практического проектирования нами было отмечено, что в условиях однородного берегового уступа, при сравнимых параметрах пляжа (основной волногасящей структуры) и гидродинамического воздействия наиболее интенсивный размыв происходит в ноябре–январе. Общепринятая точка зрения относительно определяющей роли в усилении размыва параметров «зимнего» волнения в контексте данной работы нами не оспаривается. Не отрицается и некоторый вклад в указанную закономерность сезонных изменений уровня, определяемых, главным образом, барическими условиями. Однако уже на первом этапе исследования изменений волногасящих свойств пляжа при промерзании–оттаивании отложений в условиях воздействий открытого моря, при отрицательных среднесуточных температур воздуха стало ясно, что указанный эффект вносит существенные корректировки в ход морфолитодинамических процессов береговой зоны. Формирование устойчивых береговых наледей и припая происходит примерно через 1,5–2 месяца после начала промерзания отложений пляжа и весь период «открытого моря» морфолитодинамические процессы весьма активны. В этот период на верхних уровнях берегового профиля, которые являются волногасящими для штормовых условий при максимальных приливах, происходит промерзание пляжевых отложений на глубину до 40–50 см и обусловленное этим ухудшение их волногасящих (главным образом дренажных и шероховатости) свойств. Согласно наблюдениям, растепляющее воздействие моря в период интенсивного гидродинамического события не успевает восстановить волногасящие свойства пляжа и береговой уступ размывается. На побережьях арктических морей отмечалось, что величина оттаивания мерзлых пород за время штормового размыва составляет первые миллиметры [11]. Расчеты, выполненные по стандартным методикам, показали, что высота заплеска, в зависимости от параметров волнения, на промерзших пляжах увеличивается на 30–45 % [12]. Выпадение и метелевое перераспределение снега по профилю пляжа существенно моделирует ситуацию. Наблюдения 2010–2012 гг. проводи- лись на четырёх морфолитодинамических створах на побережье залива Терпения о. Сахалин. Мощность снежного покрова на профилях изменя- лась от 0,4 до 1,8 м, плотность по разновозрастным слоям от 300 до 440 кг/м3. Отложения пляжа в ноябре были исследованы методом пляжевых разрезов, в период наблюдений измерялись мощность промерзающего слоя и температура отложений по разрезу. Исследование показало, что теплофизические свойства снега играют существенную роль в сезонных изменениях морфолитодинамических свойств пляжевых отложений [13].
Снежный покров высотой более одного метра в ветровой тени берегового уступа низких морских голоценовых террас мало того, что исключает промерзание, как отложений тыловой закраины пляжа, так и собственно берегового уступа, но и оказывает на них растепляющее воздействие. Снежный покров высотой более 0,40 м при наблюдаемом режиме температур воздуха исключает дальнейшее промерзание пляжевых отложений. Ранее нами были рассмотрены деформации подводного берегового склона приливо-отливными течениями под припайными льдами [14]. Таким образом, мнение о прекращении активной морфолитодинамической фазы развития береговой зоны при переходе температур на среднесуточные минусовые отметки представляется нам ошибочным.
1. Haruyuki Kojima Vulnerability and adaptation to sea-level rise Held in Kobe, Japan - November 14-16 2000 Proceedings of the APN/SURVAS/LOICZ Joint Conference on Coastal Impacts of Climate Change and Adaption in the Asia-Pacific Region.
2. Aybulatov N.A. Deyatel'nost' Rossii v pribrezhnoy zone morya i problemy ekologii // Pod red. V.I. Osipova. M. : Nauka, 2005. 364 s
3. Afanas'ev V.V. Ignatov E.I. Geoekologiya beregovoy zony ostrova Sahalin // Problemy regional'noy ekologii. 2009. № 6. S. 275-280.
4. Afanas'ev V.V., Myglan M.Yu., Tiper A.I. Prognoz razmyva akkumulyativnyh beregov // Yubileynyy vyp. DVNIGMI. Vladivostok : Dal'nauka, 2000. 50 s.
5. Dolan R., Hayden B. Storms and shoreline configuretion // J. Sediment. Petrol. 1981, 51. No 3. P. 737-744.
6. Popov B.A., Sovershaev V.A. Nekotorye cherty dinamiki arkticheskih beregov Azii // Morskie berega. Voprosy geografii. M. : Mysl', 1982. S. 105-116.
7. Guza R.T., Inman D.L. Edge waves and beach cusps // J. Geophys. Res. 1975. V. 80. № 21. P. 2997-3012.
8. Kovalev G.V., Shevchenko G.V. Eksperimental'nye issledovaniya dlinnovolnovyh processov na severo-zapadnom shel'fe Tihogo okeana. Vladivostok : Dal'nauka, 2008. 214 s.
9. Sheko A.I. i dr. Prognoz i modelirovanie ekzogennyh processov // Opasnye ekzogennye processy. M., 1999. S. 194-229.
10. Sheko A.I. i dr. Metodicheskie rekomendacii po sostavleniyu dolgosrochnyh prognozov ekzogennyh geologicheskih processov v sisteme gosudarstvennogo monitoringa geologicheskoy sredy. M. : VSEGINGEO, 1999.
11. Marahtanov V.P. Ocenka teplovyh usloviy dinamiki arkticheskih poberezhiy // Dinamika arkticheskih poberezhiy Rossii. M. : MGU im. Lomonosova, 1998. S. 49-64.
12. SNiP 2.06.04-82* Nagruzki i vozdeystviya na gidrotehnicheskie sooruzheniya(volnovye, ledovye i ot sudov). M. : Gosstroy, 1989.
13. Afanasiev V.V., Zhiruev S.P., Okopnii V.I. The snow mantle influence on morphodynamic properties of the sand beaches of the sub-arctic seas. Tezisy dokladov mezhdunarodnogo simpoziuma "Fizika, himiya i mehanika snega", 12-17 iyunya 2011.
14. Afanas'ev V.V. Myglan M.Yu. Tiper A.I. Razvitie buhtovogo berega v usloviyah pyatidesyati let tehnogennogo vozdeystviya // Geograficheskie issledovaniya morskih poberezhiy. Vl-k : Izd-vo DVGU, 1998. S. 35-43.
