Геоморфология побережья Самбийского полуострова

Введение

Динамика берегов и их защита уже давно исследуется и находится под пристальным вниманием большого количества известных ученых. Берега испытывают постоянное воздействие со стороны моря и результатом этого мы можем видеть в неоднообразном геоморфологическом строении различных побережий. По каким законам формируется морфоструктура берега интересно многим. Но еще больше людей интересует как защитить берега, которые уже активно используются или будут использоваться, потому что результаты воздействия моря далеко не всегда устраивают человека. На примере побережья Калининградской области примером отрицательного воздействия можно отметить размыв пляжа, отступание берегов, разрушение прибрежных строений. В связи с этим началась установка берегозащитных сооружений, которые не всегда выполняют свои функции в полной мере.

В своей работе я рассмотрел геоморфологию побережья Самбийского полуострова, ее причины, а также берегозащитные сооружения, которые способны сохранить берега в том же рекреационно-привлекательном состоянии. Кроме того, рассмотрена динамика участка г. Зеленоградск — мыс Гвардейский на основе результатов проведенных измерений.

1. Берегозащитные сооружения Размыв берегов представляет собой проблему всевозрастающей важности в связи с интенсивным заселением и освоением морских побережий. Для их сохранения и предотвращения от разрушения необходимо строительство берегозащитных сооружений. Их главными задачами являются:

— защита участков побережья и расположенных на нем строений от разрушающего воздействия волн;

— защита прибрежных территорий от затопления и подтопления;

— благоустройство прибрежной зоны.

Имеются две группы методов борьбы с разрушением берегов: пассивные и активные. Пассивные заключаются в возведении таких сооружений, которые бы воспринимали на себя воздействие волн. Активные используют энергию волн для защиты побережья. Это подразделение методов довольно условно. К числу пассивных методов относят сооружения волноотбойных стен, защитные дамбы, откосы и каменные наброски. К сооружениям, служащим для активной защиты берега, относят буны и волноломы.

1.1 Пляж Основным и наиболее прогрессивным методом берегоукрепления является сохранение пляжа как важнейшей функциональной части побережья, гасящей энергию волн.

Даже сравнительно неширокая полоса пляжа может защитить берег от разрушения. Пляж состоит из надводной и подводной частей с определенным объемом пляжеобразующего материала, главным образом, гальки, гравия и песка. Поскольку пляж находится в зоне действия прибойного потока, его рельеф постоянно меняется. При небольшом волнении (до 3 баллов) идет медленный процесс намыва гальки, гравия и песка на надводную часть пляжа. Скорость роста при этом не постоянна и зависит от уклона подводного склона, высоты волны и наличия на приурезовой полосе моря твердого материала в виде песка, гравия и гальки. При сильных волнениях (6 баллов и более) отмечается размыв пляжевого материала, главным образом, гравия и песка, а после окончания волнения — рост ширины пляжей.

Естественный пляж может состоять из самого разнообразного по крупности материала — от мелкозернистого песка до валунов. Мощность отложений изменяется от нескольких сантиметров до нескольких метров. По своему цвету материал может быть различным — от светлого до темного.

С геологической точки зрения пляжи являются аккумулятивными формами береговых и донных накоплений, образующихся при замедлении перемещения обломочного материала. По морфологическим признакам они разделяются на: 1) прислоненные (неполного профиля), прилегающие на всем протяжении к коренному берегу; 2) свободные (полного профиля).

Пляж полного профиля представляет собой двусклонную форму рельефа и для него характерна асимметрия склонов. Передний его склон относительно пологий, а бережной — сравнительно крутой. Он обычно встречается в условиях максимального развития наката и сравнительно слабом действии отката и формируется при наличии за ним свободного пространства в виде ровной поверхности или лагуны.

Использование пассивных (волноотбойные стены) и активных (буны, волноломы) методов берегозащиты не всегда могут стабилизировать береговую зону. Кроме того, эти сооружения нарушают природные условия существования берегов. Поэтому наиболее эффективным является создание искусственных пляжей.

Искусственный пляж. Искусственные пляжи (рис. 1) создаются как с применением естественного обломочного материала (путем отсыпки песка, щебня, гравия и гальки), так и с образованием искусственных покрытий.

Пляжи, созданные привнесением в приурезовую зону относительно мелкозернистого донного материала, как правило, неустойчивы, и через несколько лет мелкозернистые отложения вновь поступают на подводный склон. Устойчивость таких пляжей может быть достигнута лишь при регулярном подпитывании их наносами.

Кроме эстетической ценности искусственный пляж представляет собой важный экономический ресурс. Между тем это положение недооценивается при проектировании берегоукрепительных мероприятий, которые могут вызвать разрушение пляжа.

Рис. 1. Создание искусственного пляжа путем отсыпки щебня и гравийно-галечникового материала

1.2 Волноотбойные стены Они применяются в основном тогда, когда необходимо защитить достаточно ценный объект. Многие типы волноотбойных стен снабжены в верхней части отражающим козырьком, отбрасывающим часть заплеска волны в море.

Основной недостаток волноотбойных стен состоит в том, что они имеют ограниченный срок эксплуатации. на берегах с галечными наносами самые прочные стены могут выходить из строя через 10−15 лет, а чаще выходят из строя и разрушаются в более короткие сроки. Причина состоит в том, что сила гидравлического удара волн о вертикальные препятствия на приглубых берегах может достигать нескольких тонн на 1 м² (!). При отсутствии широкого пляжа действие прямых ударов значительно возрастает за счет бомбардировки поверхности стен каменным материалом.

Другим недостатком волноотбойных стен является то, что их возведение способствует быстрому исчезновению пляжей. При ударе о вертикальное препятствие прямой прибойный поток трансформируется в обратный и увлекает за собой гальку и песок на глубину. Пляж начинает быстро уменьшаться, что приводит к более интенсивному размыву подводного склона, а это, в свою очередь, ускоряет деформацию, разрушение и опрокидывание стен. Поэтому их приходится многократно восстанавливать или строить заново. Особенно неэффективно их применение на аккумулятивных берегах. При воздействии на стены волн, подходящих под острым углом к берегу, перед ними развиваются мощные вдольбереговые течения. Их транспортирующая способность значительно выше, чем на свободных пляжах. Поэтому перед стенами быстро размываются пляжевые отложения, в результате чего сооружения разрушаются.

1.3 Молы К волнозащитным и пляжеудерживающим сооружениям относятся молы. Они представляют собой конструкции, простирающиеся от берега в море и ограждающие от волн участок береговой зоны, залива и др. Молы выполняют в виде дамб, массивных бетонных стенок или их сочетаний. Основанием молов могут служить как естественные грунты, так и искусственные насыпи (например, из щебня). Эффективность задержания наносов молом, имеющим незатопленный гребень, зависит от его длины, режима волнения, состава наносов и уклона отмели. Для перехвата основного объема наносов (до 60%) мол доводится до критических глубин.

Причина аккумуляции, а не размыва с низовой стороны мола состоит в том, что большая длина мола вызывает блокировку берега со стороны преобладающих волнений. Вместе с тем с противоположной стороны берег остается открытым для воздействия волнений, вследствие чего с низовой стороны начинают преобладать волнения, обеспечивающие перемещение наносов в сторону, противоположную генеральному потоку наносов. При этом низовой размыв также неизбежен, но он смещается на большее расстояние от ограждающих сооружений.

1.4 Волноломы Они бывают с затопленным и незатопленным гребнем, и относятся к волногасящим и наносоудерживающим сооружениям, расположенным субпараллельно берегу, на некотором расстоянии от него. Их основное назначение — гашение энергии волн и удержание наносов в прибрежной зоне. При решении первой задачи строятся волноломы с незатопленным гребнем. Для удержания и накопления наносов используют затопленные (донные) волноломы. Они представляют собой дамбы из каменной наброски или массивные бетонные стены с вертикальным и наклонным профилем. (рис. 2)

Рис. 2 Функционирование волнолома:

1 — волнолом; 2 — обломочный материал; 3 — пляж.

Волноломы создают параллельно береговой линии на расстоянии 30—40 м от берега и на глубине 3—4 м. Расстояние зависит от состава пород берега и наличия волноотбойной стенки. Верх волнолома устанавливают на глубине 0,3—0,5 м от низкого уровня моря. Пологая грань волнолома должна быть обращена в сторону моря. Они могут быть из монолитного бетона или железобетонных коробов, заполненных бетоном.

Волноломы также применяются для защиты берегов, портов или мест стоянок кораблей от воздействия волн. Сооружение волноломов, не имея цели изменения режима движения наносов, тем не менее часто приводит к серьезным и неожиданным осложнениям. Так, на тихоокеанском побережье США в зал. Санта-Моника параллельно берегу был возведен островной волнолом для защиты акватории с целью укрытия судов (рис. 3). Расчет на то, что песок будет проходить через широкое пространство между берегом и волноломом, не оправдался, и сразу же после строительства волнолома песок начал откладываться в заволноломном пространстве, защищенном от действия сильных волн, что привело к необходимости периодических дноуглубительных работ.

Рис. 3. Последствия строительства прибрежных сооружений. Вверху — последовательное выдвижение контура береговой линии в гавани Санта-Моника после сооружения волнолома. Внизу — выдвижение контура береговой линии по обе стороны от построенного волнолома в районе пляжа Редондо, Тихий океан.

1.5 Защитные наброски На участках берега с острым дефицитом наносов и там, где нет возможности отсыпать галечный или песчаный пляж, успешно применяются защитные наброски (банкеты, бермы) из природного камня или фигурных блоков.

Бермы — горизонтальные или слабо наклоненные к морю сооружения у основания волноотбойных стен, у голов бун или непосредственно у подножия клифа. Бермы могут быть либо бетонными, либо представлять собой наброски из фасонных массивов или горной массы. Основная цель применения берм — уменьшить высоту заплеска волн на сооружения при малой ширине пляжа.

Банкет — берегозащитное гидротехническое сооружение, имеющее вид широкой отсыпки из камня, фасонных массивов или горной массы. Он используется в тех случаях, когда берег не предназначен для курортного использования или когда другие виды берегозащиты экономически нецелесообразны.

Как правило, каменные наброски сооружают для защиты объектов народного хозяйства, коммуникаций и размываемых берегов вне курортных зон или городских территорий. Берма, имеющая достаточную ширину, надежно защищает берег от размыва. Иногда бермы сооружают в две полосы: одна, ближняя к морю, состоит из бетонных блоков разной формы, а другая — из крупного камня.

1.6 Буны Буны представляют собой искусственные конструкции для активной защиты берега, расположенные перпендикулярно или под углом к берегу. Их назначение — ограничить вдольбереговое перемещение наносов и способствовать расширению пляжа. При наличии вдольбереговых течений, подмывающих берега, буны отклоняют их в сторону моря. В общем случае буны препятствуют свободному перемещению пляжеобразующих наносов и вызывают расширение.

Правильно сконструированные буны могут замедлить и даже полностью прекратить движение пляжных наносов вдоль берега. В результате в межбунных отсеках накапливается пляжный материал, который защищает берег от волн.

Буны обычно применяются там, где возникает необходимость защиты от размыва сравнительно небольшого участка побережья при наличии вдольберегового перемещения наносов. В этом случае необходимо строго соблюдать последовательность строительства бун. Целесообразно начинать укрепление с низовой стороны по ходу движения потока наносов. По мере заполнения пространства перед буной вверх по потоку наносов воздвигается вторая (Рис. 4).

Рис. 4. Цепная реакция размыва, сопровождающая сооружение препятствий вдольбереговому перемещению наносов:

А — прямолинейный пляж с волнами, подходящими к берегу под косым углом и вызывающими вдольбереговой транспорт песка;

Б — отложение и размыв, вызванные начальным сооружением;

В — низовой размыв, вызванный двумя дополнительными бунами;

Г — продолжение низового размыва, вызванного продолжением строительства бун.

Защитная работа бун наиболее эффективна при наличии вдольберегового потока наносов. Однако если вдольбереговое перемещение отсутствует, то буны применяться не должны. Большой эффект удержания отсыпанных искусственных галечных пляжей достигается в том случае, если буны сочетаются с подводными волноломами, ограничивающими область миграции гальки во время штормов.

Несмотря на эффективность отдельных попыток защиты берегов от размыва с помощью бун, следует отметить их общие недостатки: 1) большую стоимость; 2) возникновение низовых размывов; 3) необходимость периодических отсыпок и ремонта сооружений; 4) снижение эстетической ценности морского побережья железобетонными конструкциями.

1.7 Габионы берегозащитный сооружение габион мол Первые берегозащитные сооружения на территории юго-восточной Балтики, в виде деревянных стен, были построены в районе Кранца (Зеленоградск) и Заркау (Куршская коса) в 1441 и 1497 годах.

С конца XIX века вдоль морского побережья было возведено более 220 бун разной длины и конструкции, и 16 стенок и опоясок в основном на северном побережье и прикорневой части Куршской косы.

Анализ современного состояния системы берегозащиты, протяженность которого составляет 31,5 км или 70% общей длины разрушаемых берегов показал низкую эффективность существующих в настоящее время сооружений. Волноотбойные стенки укрепляют и стабилизируют подножия абразионных уступов, но провоцируют размыв пляжей (волноотбойный эффект) даже при наличии перед ними систем бун. В настоящее время также проводятся берегозащитные мероприятия.

В 2008 г. началось строительство габионов — нового для Калининградской области вида берегозащитных сооружений.

Габионы — объёмные сетчатые конструкции, изготавливаемые из оцинкованной металлической сетки двойного кручения, заполняемые, в процессе выполнения строительных работ, камнем. Имеют шестигранные ячейки с цинковым или гальфановым покрытием. В агрессивных средах дополнительно используется полимерное (ПВХ) покрытие.

Габионы применяются для решения следующих задач: укрепление берегов рек, озёр, формирование русел рек, создание набережных, пирсов, возведение подпорных стен, защита от обвалов склонов, почвы от поверхностной эрозии, образования оврагов, борьба с оползнями, селями, снежными лавинами, укрепление откосов автомобильных дорог и железнодорожных путей, укрепление опор мостов, облицовка дамб и каналов.

Также габионы применяются для защиты морских побережий, но эта практика часто неэффективна и требует особого подхода.

Во многих материалах указывается на ряд недостатков габионов при использовании их на морских берегах. Среди них: (Табл. 1)

Табл. 1. Достоинства и недостатки габионов

В Калининградской области габионы были размещены на побережьях Светлогорска и Пионерского. В Светлогорске их протяжённость составила 511 м. слева от променада и 700 м. справа. Под променадом также было построено более 200 м. габионов.

Уже в начале 2009 г. т. е. сразу после окончания строительства появились свидетельства неспособности габионов противостоять штормовым волнам — многие корзинки оказались порванными, а дорогостоящий шведский камень был разбросан по пляжу.

В 2010 году проводилось два обследования габионов — в январе и октябре. Обследования показали неудовлетворительное состояние некоторых частей габионов, многие корзинки оказались порванными, а некоторые и вовсе пустыми. Повторное обследование летом 2011 г. подтвердило, что габионы подвергаются сильному разрушению. Так, например часть габионов под променадом г. Светлогорска подверглись сильному наклону.

Следует отметить, что габионы при контакте с волнами действуют как волноотбойная стенка и это вызывает размыв пляжа. В некоторых местах расположенных в непосредственной близости от габионов видно значительное уменьшение пляжа.

Мировой опыт применения габионов на морских побережьях предполагает ряд правил по их эксплуатации. Здесь главной характеристикой габиона является его конструкция. Главной задачей габионов является не противостояние волнам, а предотвращение сползания берегового склона. Но если все, же волны достигают габиона, его необходимо строить так, чтобы он эффективно рассеивал волновую энергию. Этого можно добиться только строительством наклонных габионов (рис.5).

Габионы, построенные на побережье Калининградской области являются вертикальными. Они имеют вид лестницы с 3-мя 4-мя ступенями. С задачей удержания склона от сползания они справляются, но вот эффективно противостоять волновому воздействию они не способны.

Рис. 5. Продольный разрез наклонного габиона

Из всего вышесказанного можно сделать несколько выводов:

Габионы, построенные на побережье Калининградской области показали себя как с положительной, так и с отрицательной стороны.

Неэффективная работа всех берегозащитных сооружений связана с общим дефицитом песчаного материала. Габионы, как и бетонные стенки, могут привести к размыву пляжа перед собой из-за волноотбойного эффекта. Габион, не защищенный пляжем быстро разрушится от истирающего воздействия песка и гальки, переносимых волнами и перестанет удерживать склон, что приведет к его дальнейшему сползанию и разрушению.

Конструкция у «наших» габионов также неудачна. Вертикальные габионы призваны сдерживать склоны на речных побережьях, где практически отсутствует волновое воздействие, для моря же необходимо строить наклонные габионы.

Применение габионов на побережье Калининградской области целесообразно, но только при условии достаточного снабжения берега песчаным материалом, которое обеспечит их защиту от волн.

Заключение

Проведение берегозащитных мероприятий на берегах Самбийского полуострова не только желательно, а необходимо для сохранения побережья Калининградской области в таком же привлекательном для рекреации состоянии. Если не обращать внимания на это сегодня, то через некоторое время отступание берегов может вызвать разрушение прибрежных населенных пунктов, и в этом случае будет уже намного сложнее вернуть прежнее состояние.

Приведенные ранее методы берегозащиты применимы не ко всем ситуациям, а некоторые, наоборот, ухудшат положение. Именно поэтому необходимо проводить регулярные исследования в этой области, для обеспечения наибольшей эффективности.

Список литературы

Айбулатов Н. А., Деятельность России в прибрежной зоне моря и проблемы экологии / Н. А. Айбулатов; отв. ред. Осипов; Ин-т океанологии им. П. П. Ширшова. — М.: Наука, 2005. — 364 с.

Геология балтийского моря / Под ред. В. К. Гуделиса и Е. М. Емельянова. — Вильнюс: Мокслас, 1976. — 383с.

Зенкович В. П. Основы учения о развитии морских берегов. М., 1962. — 710с.

Каплин П. А., Селиванов А. О. Изменение уровня морей России и развитие берегов: прошлое, настоящее, будущее. — М.: ГЕОС, 1999. — 299с.

Кофф Г. Л., Котлов В. Ф., Федорова С. И., Шахин В. М., Гревцева Л. М. Методы оценки состояния и инвентаризации берегозащитных сооружений и морских пляжей. М.: Полтекс, 2003. — 138с.

Леонтьев О. К. Геоморфология морских берегов. М.: Изд-во МГУ, 1975. — 336с.

Леонтьев О. К. Основы геоморфологии морских берегов. М.: Изд-во МГУ, 1961. — 417с.

Лонгинов В. В. Динамика береговой зоны бесприливных морей. М.: Наука, 1973. — 244с.

Никифоров Л. Г. Структурная геоморфология морских побережий. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1977. — 175с.

Сафьянов Г. А. Береговая зона мирового океана в ХХ веке. М.: 1978. — 263с.

Сафьянов Г. А. Геоморфология морских берегов. М.: Изд. МГУ, 1975. — 400с.

Экологические проблемы Калининградской области и Балтийского региона: Сб. науч. тр. — Калининград: Изд-во КГУ, 2005. — 205с.

Экологические проблемы Калининградской области и Балтийского региона: Сб. науч. тр. / Под ред. В. В. Орленка. — Калининград: Изд-во РГУ им. И. Канта, 2007. — 143с.

1. Arbomeit J, Bock P, Jentsch A. Handbuch des deutschen Dunnenbaues. Berlin, 1900. 435 s.

2. Heiser H. Uferschutzbau an der deutschen Ostseekьste.// D. Bautechnik, H. 53. Berlin, 1927. S. 199- 212.

3. Torngьst A. Die Wirkung der Strumpf von 9 bis 10 Januar 1914 auf Samland und Nehrung // Schr. d physik Ges Leipzig u. Berlin, 1914.

4.http://www.ugsplast.ru/index.php?option=com_content&view=article&id=1232&Itemid=6