Системная геоэкологическая оценка северо-восточного побережья Финского залива

Актуальность исследования. Переход между морем и сушей всегда играл важную роль в жизни человечества и являлся объектом различных исследований эколого-географического характера. Несмотря на широкий разброс мнений о границах простирания, этот переход, как правило, отождествляется с понятием «побережье». Важным направлением в исследованиях побережья являются работы по изучению характера и направленности изменения прибрежных экосистем и антропогенных факторов воздействия на среду. Выбранная территория — северо-восточное побережье Финского залива в пределах Курортного района Санкт-Петербурга — вполне отвечает актуальности и важности таких исследований в виду того, что является не только рекреационной, но и санаторно-курортной зоной Санкт-Петербурга и Ленинградской области.

При определении геоэкологического понятия «побережье моря» необходимо учитывать его тесную зависимость от социально-экономических условий. Поэтому побережьем следует считать прибрежную широкую полосу суши, охватывающую населённые пункты, транспортные пути, а также все виды хозяйства, непосредственно связанные с морем (Айбулатов, 2005). Вследствие такого подхода автор выделяет геоэкологическую систему побережья, включающую природно-техногенную и селитебную подсистемы. Например, вся селитебная зона города Сестрорецка и других посёлков должна считаться подсистемой всей Сестрорецкой геоэкологической системы. А береговая зона этой системы представляет собой природно-техногенную подсистему. К такому выводу автор пришёл на основе реализации системного подхода при изучении сначала морфодинамики береговой зоны Финского залива, а позднее всего побережья в геоэкологическом определении. Автор в своей работе опирается на основные принципы системного подхода при изучении природных процессов.

Блауберг, Юдин, 1973). Следует отметить, что начало реализации системного подхода при изучении береговых зон морей было положено в работах В. П. Зенковича (1962). Он доказал взаимосвязанное развитие надводной и подводной части берегового склона. Позднее это важное в теоретическом и практическом отношении положение получило подтверждение при изучении берегов водохранилищ (Финаров, 1984). Вместе с тем, анализ взаимосвязанного развития абразионных и аккумулятивных участков берегов водохранилищ и морей привёл к установлению морфодинамических систем (Игнатов, 2004, Финаров, 1986). В состав морфодинамической подсистемы органически входят не только участки абразионных и аккумулятивных берегов, но и взаимодействующая с ними водная масса. Целесообразность включения взаимодействующей водной массы в состав береговой зоны ранее отмечал Сафьянов Г. А. (1996). Следовательно, внешняя морская граница морфодинамической подсистемы и геоэкологической системы определяется исходя из глубины волнового воздействия (А/2, X — длина волны однопроцентной обеспеченности). При выделении морфодинамических систем учитывалось вдольбереговое движение наносов. Существующие транзитные потоки наносов, такие как Балтийский, оказывают влияние на развитие морфодинамических систем, усиливая или уменьшая объём поступления наносов. Вместе с тем, в формировании морфодинамических систем северо-восточного побережья Финского залива ведущую роль играют взаимодействие прибрежной водной массы с формами рельефа береговой зоны (плановое строение берега, приглубость или отмелость его, характер отмели, её уклон, а также геологическое строение и т. п.) Изучение автором береговой зоны Финского залива путём картирования и наблюдений позволило выделить, а также дать анализ шести морфодинамических подсистем на северном побережье Финского залива в пределах Курортного района Санкт-Петербурга.

Наиболее информативными показателями изменения экосистем побережья являются сами берега, а точнее их виды, а так же донные отложения и береговые грунты. Донные отложения и береговые грунты содержат в себе наиболее полную и объективную информацию о физико-географических условиях, существующих в береговой зоне (суши), об уровне антропогенной нагрузки. Типизация берегов, в свою очередь, даёт сведения о морфодинамических условиях береговой зоны, о преобладающих морфодинамических процессах, позволяет также говорить о степени антропогенного вмешательства. Для определения степени антропогенного воздействия важным показателем также являются результаты этого воздействия на протяжении исторического развития территории. Исторический обзор территории Курортного района позволит сделать вывод о том, насколько сильно побережье подверглось деятельности человека, как сказалось это воздействие на состоянии экосистемы побережья в целом. Анализ же современного антропогенного воздействия позволит говорить о хозяйственной направленности развития территории побережья Курортного района.

Комплексный анализ прибрежных вод и донных осадков в совокупности с районированием и типизацией берегов, а также историческим обзором антропогенного воздействия на побережье позволят выделить соответствующие экосистемы побережья, которым будут присущи определённые хозяйственные, физико-географические, морфодинамические и экологические условия. Сочетание этих условий позволит дать геоэкологическую характеристику выделенных экосистем побережья Курортного района в целом. Рассматривая экосистемы как результат всех вышеперечисленных воздействий, можно сделать вывод о ныне существующих условиях данных систем, о взаимосвязи этих условий. Например, как морфодинамические условия в совокупности с антропогенным преобразованием побережья сказались на экологической ситуации той или иной системы. Зная актуальные на сегодня преобладающие процессы изменения береговой зоны и, в частности экосистем, вполне можно судить о динамике береговой зоны, спрогнозировать дальнейшие морфодинамические и экологические изменения. Кроме этого, анализируя причины неблагоприятных морфодинамических и экологических изменений, можно предложить пути решения экологических проблем побережья.

Таким образом, диссертационное исследование посвящено актуальной проблеме — изучению антропогенной трансформации экосистемы северовосточного побережья Финского залива в пределах Курортного района Санкт-Петербурга и её геоэкологической оценке, а также разработке рекомендаций по его благоустройству.

Объектом исследования является северо-восточное побережье Финского залива.

Предмет исследования — диагностика антропогенного влияния и морфодинамических процессов на экологическую ситуацию северовосточного побережья Финского залива в целях его геоэкологической оценки.

Цель и задачи работы.

Целью настоящей работы является геоэкологическая оценка северовосточного побережья Финского залива в пределах Курортного района Санкт-Петербурга от антропогенной нагрузки, а также существующих морфодинамических процессов с последующим изучением путем морфодинамического районирования и типизации берегов, а также геохимическим анализом воды, донных и прибрежных отложений.

Для достижения цели поставлены следующие основные задачи: провести морфодинамическое районирование, установить виды берегов и преобладающие морфодинамические процессы береговой зоны;

— выполнить картирование и составить морфодинамическую карту видов берегов;

— выполнить анализ антропогенного влияния на изменения береговой зоны Курортного района;

— провести анализ воды, прибрежных донных отложений и грунтов береговой зоны на предмет определения содержания тяжёлых металлов;

— разработать рекомендации для решения проблем обустройства береговой зоны.

На защиту выносятся следующие положения геоэкологической оценки побережья Финского залива в пределах Курортного района Санкт-Петербурга:

1) антропогенное воздействие на побережье Финского залива в пределах Курортного района в истории его освоения привело к формированию Сестрорецкой геоэкологической системы и в целом носило позитивный характер в XVIII—XIX вв. Это выразилось в создании защитных сооружений в береговой зоне, благоустройстве береговой зоны и создании парковой зоны «Дубки» и др. Однако в XX в. и в последние годы текущего столетия антропогенное воздействие в ряде мест имело отрицательный характер. Это выразилось в создании различных сооружений на пляже и непосредственно у береговой линии, что привело к размыву пляжей и берегов на мысах (м. Дубковский, Репинский и др.) Вместе с тем, создание дамбы от наводнений Санкт-Петербурга вызвало некоторые увеличения площадей затопления от наводнений на побережье Финского залива на 1015% по сравнению с естественным режимом в Курортном районе. В связи с этим возникла необходимость более основательного изучения их последствий в прибрежной полосе;

2) морфодинамическая карта видов берегов Финского залива в пределах Курортного района;

3) комплексный подход при оценке распределения тяжёлых металлов на побережье и мелководье Финского залива;

4) прогноз дальнейшей динамики берегов Финского залива в пределах Курортного района и рекомендации по их защите.

Научная новизна работы:

— выявлены особенности антропогенного воздействия на северовосточное побережье Финского залива (в пределах Сестрорецкой геоэкологической системы);

— установлены морфодинамические подсистемы берегов исследуемой геоэкологической системы;

— составлена морфодинамическая карта видов берегов в масштабе 1:50 000;

— выявлено и объяснено распределение тяжёлых металлов в верхнем слое почвы побережья, пляже и отмели, а также в воде мелководья.

Теоретическая значимость диссертационного исследования заключается в реализации системного подхода при изучении морских побережий, морфодинамических подсистем геоэкологической системы.

Каждая морфодинамическая подсистема состоит из абразионных и аккумулятивных видов берегов.

Определены основные положения прогнозирования дальнейшей динамики берегов Финского залива на основе проведённых натурных исследований.

Доказана необходимость комплексного подхода при определении распределения тяжёлых металлов в зависимости от форм рельефа в подводной и надводной части берегов.

Практическая значимость:

— установленные особенности динамики берегов Финского залива являются основой, необходимой для проведения мероприятий по благоустройству береговой зоны;

— разработанный прогноз дальнейшей динамики берегов Финского залива позволит принять своевременные меры по благоустройству побережья Финского залива;

— в результате исследования разработаны конкретные рекомендации по защите берегов на размываемых участках, эти рекомендации даны для каждой морфодинамической подсистемы.

Достоверность научных положений и выводов обусловлены критическим анализом большого количества литературных источников по вопросам динамики морских берегов, а также материалами натурных исследований и применением современных методов статистической обработки материалов.

Апробация работы. Результаты исследования докладывались и обсуждались на Межвузовской конференции «Герценовские чтения» (РГПУ им. А. И. Герцена, Санкт-Петербург, 2009 г.), международном семинаре «Геология, геоэкология, эволюционная география (РГПУ им. А. И. Герцена, Санкт-Петербург, 2010 г.), семинаре победителей конкурса грантов для студентов, аспирантов вузов и академических институтов, расположенных на территории Санкт-Петербурга (2010, 2011гг.).

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка литературы, состоящего из 135 наименований. Объём диссертации составляет 125 страниц, включает 35 рисунков, 13 таблиц.

Выводы:

1. Все установленные морфодинамические подсистемы (Песочная, Зеленогорская, Репинская, Сестрорецкая, Таркаловская, Александровская) находятся в состоянии близком к динамическому равновесию. Из-за существующего характера вдольбереговых течений и потока наносов в настоящее время абразионным размывам подвергаются лишь мысовидные выступы, защищённые валунной наброской разной величины, а также придамбовый участок. Максимальные размывы произошли непосредственно на оконечности Дубковского мыса и его западной стороне и составили за 20 лет 18−20 м (отступание бровки коренного берега). На всём остальном побережье абразионные размывы составили 4−5 м линейно, затронув местами бровку коренного берега и внешние склоны авандюны.

2. Вместе с тем, абразионные процессы активно происходят на участках, примыкающих к мысам, открытых ветровому волнению западных направлений. Однако в количественном отношении они не имеют значительного выражения и обычно среднегодовая абразия размыва колеблется от 0,2 до 0,4 м (линейный отступ бровки берега).

3. В дальнейшем для поддержания динамического равновесия морфодинамических систем необходимо произвести наблюдения и осуществить укрепление мысовидных выступов валунной наброской не о менее 2,5−3 м /м (Дубковский, Репинский мыс и др.).

4. Подводя итог анализу содержания тяжёлых металлов на территории побережья Курортного района, прежде всего, стоит сказать о том, что концентрации практически всех металлов находятся в пределах ПДК и ОДК, исключением являются Сг и Хп. Концентрации Сг показали превышения над ПДК на всём побережье как в грунтах пляжей, так и в донных отложениях. Концентрация Ъл превышает ПДК только в одном пункте пробоотбора — пункт 4 (Зеленогорск, пляж «Золотой»), превышение зафиксировано в образцах почв и донных отложений. Необходимо уточнить, что концентрация Со имеет превышение над кларком в почве в образце донных отложений в пункте 7 (Солнечное, пляж «Ласковый»), также практически повсеместное превышение концентрации элемента над кларком в земной коре выявлено для РЬ, но при этом они не выше ПДК и ОДК.

Вместе с тем, в результате статистического анализа выявлено, что побережью Курортного района соответствует допустимая степень суммарного загрязнения почв тяжёлыми металлами.

5. Особенности распределении тяжёлых металлов по побережью Курортного района состоят в том, что концентрации V, Сг, Бе, Со, N1 резко увеличиваются в пунктах пробоотбора 4 (Зеленогорск, пляж «Золотой») и 7 (Солнечное, пляж «Ласковый»), Особенно это заметно для концентраций элементов в донных отложениях мелководья, Си, Zn и РЬ имеют значительные максимумы только в пункте 4, а 8 г не имеет заметных увеличений концентраций. Исходя из вышесказанного, обнаруживается достаточно очевидная закономерность увеличения концентраций тяжёлых металлов в двух пунктах: пункте 4 (Зеленогорск, пляж «Золотой») и пункте 7 (Солнечное, пляж «Ласковый»).

В связи с этим, можно констатировать, что побережью Курортного района в целом присущ благоприятный геохимический фон за исключением превышения над уровнем ПДК 2-х элементов: Сг и Ъп.

6. Концентрации тяжёлых металлов в воде мелководья Курортного района имеют незначительные значения, не представляющие угрозу геохимическому фону побережья Курортного района.

Заключение

.

Геоэкологическая оценка побережья Курортного района выполнена в аспекте морфодинамических и геохимических особенностей побережья с учётом антропогенного воздействия.

Рассматриваемая в данной работе территория — побережье Курортного района формировалось с учётом достаточно существенного антропогенного воздействия. Воздействие это, главным образом, было вызвано строительством оружейного завода на реке Сестре в 1714 г., искусственного водохранилища «Сестрорецкий разлив», плотины, которые изменили направление русла реки Сестры, что повлекло изменение береговой зоны. Последующее освоение побережья послужили началом санаторно-курортного и рекреационного освоения территории.

Изучив морфодинамические особенности побережья исследуемого района, автор пришёл к выводу, что в целом побережье Курортного района находится в состоянии близком к динамическому равновесию. Однако стоит отметить геоэкологические риски, связанные с абразионными размывами некоторых участков берегов, особенно заметных на мысах. В большей мере на степень абразионного размыва влияет морфология береговой зоны Курортного района. Абразии берега подвергаются также в условиях прохождения длинной волны и поднятия уровня воды в Финском заливе при нагонных процессах. В связи с этим, запущенный в 2011 г. в эксплуатацию КЗС подвергает угрозе увеличения площади затопления побережья Финского залива в пределах Курортного района при повышении уровня воды в заливе. Необходимо усовершенствовать систему оповещения населения о наводнениях и возможных последствиях.

Следует ожидать морфодинамические изменения на побережье Курортного района в ближайшие годы в связи с планируемым созданием намывных островов по проекту «Новый берег» от пос. Горская до Дубковского мыса, которые повлекут за собой изменений направления течений в вершине Финского залива, а также вызовут аккумуляцию песчаных наносов во «входящем угле», образованном на стыке дамбы и намывных островов.

Проанализировав геохимическую обстановку побережья Курортного района на предмет содержания тяжёлых металлов, можно отметить, что побережью Курортного района соответствует допустимая степень суммарного загрязнения почв тяжёлыми металлами, соответственно, исследуемое побережье имеет достаточно благоприятный геохимический фон. Практически все рассмотренные элементы находятся ниже уровней ПДК и ОД К, исключением явились Сг и в малой степени Ъа. Содержания всех проанализированных тяжёлых металлов в воде мелководья находится ниже уровня ПДК.

Исходя из всего вышесказанного, геоэкологическая обстановка побережья Курортного района представляется вполне благоприятной для использования этой территории в санаторно-курортных целях, хотя по отдельным элементам необходимы исследования и уточнения.