Природні і техногенні фактори
сучасного розвитку берегів східній частині Азовського моря
Востріков Антон
Володимирович
Автореферат дисертації
на здобуття наукового ступеня кандидата
географічних наук
Краснодар -2006
Робота виконана на
кафедрі геології та геоморфології географічного факультету Кубанського
державного університету
Загальна характеристика
роботи
Актуальність теми дослідження.
В останні десятиліття берега східній частині Азовського моря відчувають все
зростаюче руйнування внаслідок негативного розвитку природних і техногенних
процесів. Різко активізувалася абразія, особливо на ділянках, де немає пляжів
або їх ширина недостатня для гасіння енергії штормових хвиль. У результаті
підрізування підстави берегових обривів з лесовидних суглинків широкий розвиток
отримали зсуви, обвали та осипи. Круті ділянки берегових схилів схильні
ерозії, фізичній вивітрюванню та ін розмиву піддаються пляжі і
акумулятивні форми у вигляді Пересип і кіс.
Загальне зростання техногенного
впливу посилює негативний розвиток берегових процесів. Через
забруднення моря неочищеними господарськими і комунальними стоками істотно
знизився обсяг відтворення черепашкової матеріалу, який є
найважливішою складовою балансу наносів берегової зони. Підйом рівня Світового
океану в значній мірі прискорює темпи руйнування берегів.
До теперішнього часу
відсутні публікації з кількісної оцінки швидкості абразії корінних
берегів Азовського моря, заснованих на математичному моделюванні абразійно
процесу. У даній роботі зроблена спроба заповнити цю прогалину.
Ступінь обгрунтованості.
Прикладні аспекти дисертації пов'язані з розробкою наукових рекомендацій з
раціонального освоєння, використання і захист берегів східної частини
Азовського моря від абразії та розмиву. Відсутність великих узагальнень в цій
області з'явилося причиною суттєвого відставання науки від вимог практики.
Це стосується, перш за все, до проведення берегозахисних заходів. Протягом
багатьох десятиліть цю проблему намагалися вирішити шляхом будівництва різних
типів гідротехнічних споруд (і волноотбойние підпірні стінки, буни і т.п.).
Це не призвело, однак, до вирішення проблеми.
Необхідність корінного
перегляду колишніх підходів до захисту морських берегів відображена в ряді
постанов директивних органів, зокрема, постанові Уряду
Російської Федерації від 02.01.1992 року № 02 "Про невідкладні заходи щодо захисту
берегів Чорного і Азовського морів від руйнування та поліпшення екологічного
стану прибережних курортних зон ". У вирішенні цих питань велике
значення мають сучасні теоретичні розробки з регулювання берегових
процесів, використання методу природних аналогів, моделювання морських
берегів за принципами "геонікі", штучного пляжеобразованію та ін
Мета роботи полягають
у встановленні сучасних тенденцій і кількісної оцінки динаміки і
розвитку берегів східній частині Азовського моря, прогнозу їх майбутніх змін
в умовах новітньої трансгресії Світового океану. Особливу увагу приділено
виявлення причинно-наслідкових зв'язків, що прискорюють руйнування корінних берегів
і акумулятивних форм.
Для досягнення
поставленої мети вирішувалися наступні завдання:
На основі узагальнення
наявних літературних та фондових матеріалів, а також результатів власних
натурних і теоретичних досліджень автора показати роль у сучасному
розвитку берегової зони східній частині Азовського моря природних і техногенних
факторів.
Вивчити причини
прискорення темпів абразії корінних берегів і розмиву пляжів і акумулятивних
форм.
Виявити особливості
сучасної динаміки і розвитку кіс «азовського типу» (на прикладі Ясенської
коси).
Провести аналіз розвитку
коси Тузла в природному режимі, а також її сучасного стану після
відновлення корінної частини
На основі математичної
моделі абразійно процесу дати кількісну оцінку швидкості отступанія
корінних берегів східній частині Азовського моря
Запропонувати сучасні
методи і технології інженерного захисту абразійних берегів з легкоразмиваемих
порід і їх природних аналогів.
Об'єктом дослідження
є берегова зона східній частині Азовського моря.
Предметом дослідження
виступають процеси і моделі абразійних берегів, а також підходи до захисту
акумулятивних берегів Азовського моря.
Методи дослідження. Для
характеристики сучасного стану берегів використані літературні та
фондові джерела, а також матеріали генеральних схем інженерного захисту
берегів Азовського моря (Гіпрокоммунстрой, 1982; ЦНІІП містобудування, 1992
та ін); звіти про науково-дослідних роботах і експедиціях ЧО ЦНДІЗ (в
Нині НДЦ "Морські береги"), географічного факультетів Московського
і Ростовського університетів, Південного відділення Інституту океанології РАН,
Кубанської устьевой станції Роскомгідромета, матеріали інженерно-геологічних і
гідрологічних вишукувань ВАТ «Кубаньводпроект», ГУСНПП
«Краснодарберегозащіта». Використано також результати власних
геоморфологічних спостережень на різних ділянках східного узбережжя
Азовського моря (2001-2006 рр..).
Для кількісної
оцінки змін берегів використані дані повторного нівелювання пляжів і
промірів глибин, зйомки берегової лінії різних років, результати
гранулометричного аналізу проб берегових і донних наносів, великомасштабні
карти і аерофотознімки, а також матеріали режимних спостережень Кубанської
устьевой станції і Ростовського університету (1974-1978 рр..), результати
математичного моделювання і розрахунок параметрів хвиль на глибокій воді і в
зони обвалення. Для прогнозних оцінок еволюції берегів використаний
Палінологічні аналіз позднеголоценових товщ лиманно-дельтових відкладень,
виконаний географічним факультетом МГУ.
У ході роботи над
дисертацією проведені пошукові дослідження і узагальнення вітчизняного та
зарубіжного досвіду захисту абразійних берегів з легкоразмиваемих порід. Дано
обгрунтування вибору Шиловського ділянки берега в якості природного аналога для
розробки типових інженерних рішень по захисту абразійних берегів Азовського
моря від хвильового руйнування та обвально-зсувних процесів.
За отриманими даними
проведена верифікація існуючих і розроблені моделі переформування
акумулятивних форм і пляжів при очікуваному підйомі рівня моря з урахуванням
геолого-геоморфологічних і гідродинамічних умов. Новизна такого підходу
передбачає взаємну коректування результатів, отриманих різними авторами.
Це дозволяє розробити на основі матеріалів натурних і теоретичних
досліджень модель еволюції акумулятивних форм.
Методологічною основою
роботи є розуміння провідної ролі в сучасній динаміці та розвитку
берегів Азовського моря процесів абразії та біогенної акумуляції, хвилювань і
течій, а також коливань рівня моря наганяння характеру. Всі ці процеси в
залежно від місцевих умов визначають масштаб та інтенсивність берегових
процесів.
Основні положення,
виносяться на захист:
1. Якісна і
кількісна оцінка сучасної динаміки і розвитку берегів східної частини
Азовського моря.
2. Прогнозна модель
розвитку абразійних та акумулятивних азовських берегів в умовах трансгресії
Світового океану.
3. Кількісна оцінка
швидкості абразії корінних берегів східній частині Азовського моря (на прикладі
Шиловського ділянки).
4. Основні фактори
розвитку та еволюції коси Тузла до і після відновлення її корінної частини.
5. Основні методи і
технології інженерного захисту берегів від хвильового руйнування і
обвально-зсувних процесів.
Наукова новизна роботи
полягає в наступному:
Вперше для даного
регіону уточнені сучасні темпи абразії та денудації корінних берегів,
складених слабостійких грунтами.
Побудована модель
переформування рельєфу та контуру берегової лінії в умовах техногенних
порушень екосистеми східній частині Азовського моря.
Виявлено причини низької
ефективності зміцнення берегів Азовського за допомогою споруд жорсткого типу
(і волноотбойние підпірні стінки, буни тощо);
Запропоновані сучасні
методи і технології захисту абразійних берегів.
Практична значимість.
Отримані результати досліджень можуть отримати застосування у вирішенні низки
теоретичних і прикладних завдань, зокрема, з організації моніторингу
берегових процесів, при розробці природоохоронних заходів; вироблення
загальної стратегії господарського і рекреаційного освоєння східного узбережжя
Азовського моря, науковому обгрунтуванні технічних рішень по захисту руйнованих
ділянок в умовах прогнозованих змін рівня Світового океану. Вельми
актуальною є вироблення заходів щодо зниження ризиків господарського освоєння
прибережних районів.
Особистий внесок автора.
Автор здійснив збір і узагальнення літературних і фондових матеріалів по
сучасної динаміці та розвитку берегів східній частині Азовського моря за
останні 50 років. Автором розроблено та апробовано математичну модель
розвитку абразійних та акумулятивних берегів в умовах підйому рівня
Світового океану. Дана прогнозна оцінка переформування берегів східної
частині Азовського моря під впливом природних і техногенних факторів. Запропоновано
основні методи і технології інженерного захисту азовських берегів від хвильового
руйнування та обвально-зсувних процесів.
Апробація роботи.
Основні результати досліджень були представлені на науково-практичних
конференціях: «Актуальні питання екології та охорони природи екосистем Південних
регіонів Росії і суміжних територій »- XVII Міжреспубліканська
науково-практична конференція (Краснодар, 23 квітня 2004 р.), «Рельєф і
природокористування передгірних і низькогірський територій »- Матеріали
міжнародної науково-практичної конференції (Барнаул, 3-7 жовтня 2005 р.),
«Вісник Краснодарського регіонального відділення Російського географічного
суспільства »(Краснодар 2005 р.),« Актуальні питання екології та охорони природи
екосистем південних регіонів Росії і суміжних територій »- Матеріали XIX
міжреспубліканської науково-практичної конференції (Краснодар, 21 квітня 2006
р.), «Міжнародні та вітчизняні технології освоєння природних мінеральних
ресурсів і глобальної енергії »- Матеріали ювілейної V міжнародної
науково-практичної конференції (Астрахань, 27-29 вересня 2006 р.),
«Вулканізму, біосфера і екологічні проблеми» - IV міжнародна наукова
конференція (Туапсе 2006 р.).
По темі дисертації опубліковано
5 робіт.
Структура роботи.
Дисертація складається з вступу, 9 глав, висновку і списку використаних
джерел, що нараховує 123 найменування, в тому числі 14 іноземних. Робота
проілюстрована 42 рисунками та 8 таблицями. Обсяг роботи 142 сторінок.
Автор висловлює глибоку
подяку своєму науковому керівнику д.м.н., професора Ю. В. Єфремовим за
цінні поради та рекомендації в роботі над дисертацією. Автор вдячний
співробітникам кафедри соціально-економічної і фізичної географії Ростовського
держуніверситету, кафедри геоморфології та еволюційної географії Кубанського
держуніверситету. Особливу подяку висловлюю д.г.-м.н., професору Хрустальова
Ю.П. за формулювання основних напрямів науково-дослідної роботи
автора по темі дисертації.
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ
РОБОТИ
Глава 1. Короткий огляд
історії вивчення берегів Азовського моря. Початок досліджень з геоморфології і
динаміці берегів Азовського моря було покладено експедиціями в кінці XIX - першій
половині XX століть/Соколов, 1895; Андрусов, 1918; Лісіцин, 1922; Маков,
Молявко, 1940; Попов, 1947 та ін /.
Великі роботи по
динаміці та геоморфології берегів Азовського моря були виконані Зенковічем
/ 1956, 1957, 1958, 1962; Болдиревим/1956, 1958 /, Аксьоновим/1955, 1957, 1972 /;
Буданова/1956 /, Болдиревим і Невесскім/1961 /.
Систематичне вивчення
берегової зони Азовського моря було покладено географічним факультетом
Ростовського держуніверситету в 60-і роки/Панов, 1965; Панов, Хрустальов, 1966;
Мамикіна, 1959, 1960, 1961, 1965, 1971,1977; Мамикіна, Хрустальов, 1980; Артюхін,
1982, 1989; Артюхін, Мамикіна, 1978, Хрустальов, 1966,1977; Хрустальов, Щербаков
1968, 1974 /. У цей період широко розгорнулися дослідження сучасної
динаміки азовських берегів, особливостей прибережного опадонакопичення/Александров,
1965; Мамикіна, Хрустальов, 1963, 1965, 1966,1980 та ін /.
Аналізу причин
руйнування берегів Азовського моря та можливих заходів з боротьби з цим явищем
присвячені роботи Мамикіна, Хрустальова/1980 /, Губкіна/1978 /, Пєшкова
/ 2000,2003/та ін Питання теорії абразійно процесу розглянуті в роботах
Есина, Савіна, Жиляєву/1980 /; Есина, Дмитрієва/1983/та ін Впливу
зарегулювання твердого стоку р.Кубань на берегові процеси в Темрюкському
затоці присвячені роботи Богучарскова, Іванова/1979 /, Пєшкова, Єсіна, Косьяна
/ 1999 /, Пешкова/2003 /. Основні проблеми прогнозу розвитку узбережжя Азовського
моря в умовах антропогенних змін природного середовища показані у статті
Пєшкова, Поротова, Єсіна/1999 /.
Хоча за азовським берегів
опублікована велика кількість статей, єдиної узагальнюючої роботою
залишається монографія Мамикіну і Хрустальова/1980 /. У ній підбито підсумки
досліджень на кінець 70-х років. До числа зведених публікацій можна віднести
також роботу Артюхін/1989/за впливом антропогенного фактору на берегові
процеси. За весь наступний період вийшло всього декількох статей, але вони
стосувалися в основному приватних питань динаміки берегової зони Азовського моря. Ні
в одній з них не враховувалися сучасні тенденції розвитку, особливо на тлі
підвищення рівня і посилення техногенного впливу на природне середовище.
Дисертаційна робота має на меті заповнити цю прогалину.
Глава 2. Загальна
фізико-географічна характеристика берегової зони східній частині Азовського
моря. У цьому розділі проведені систематизація та узагальнення результатів натурних
досліджень берегової зони східній частині Азовського моря. Загальна довжина
берегової лінії від кордону з Ростовською областю до коси Чушка становить 572
км. З них 182 км (31,9%) припадає на береги Єйського, Бейсузького і
Ахтарського лиманів і 390 км (68,1%) - на власне морський берег.
Північно-східну частину займає великий і мілководна Таганрозьку затоку.
Великих островів немає. Рельєф дна рівний і порушується лише невеликими обмілинами і
банками. Середня глибина 7,4 м. Рельєф прибережної частини моря вельми
неоднорідний. Високі кручі з пухких відкладень неогенчетвертічного віку
чергуються з акумулятивними формами у вигляді пляжів, кос, пересипаючи і барів.
Сприятливі умови сприяють широкому розвитку морських скелетних
організмів, що дають черепашкової матеріал, як основи балансу наносів берегової
зони.
абразійні берега
складені в основному лессовіднимі суглинками, які на деяких ділянках
підстилаюча глинами. Місцями нижче суглинків знаходиться пісок і прошаруй глин.
Періодичне зволоження піщаного шару є причиною втрати стійкості
верхніх блоків грунту, зсувів і обвалів. При цьому, вся площину берегового
обриву поступово зміщується в бік суші.
Основну роль у
руйнування корінних берегів східній частині Азовського моря відіграє абразія.
Особливо на ділянках, де немає пляжів або їх ширина недостатня для гасіння
енергії штормових хвиль. У результаті підрізування підстави Кліфа з лесовидних
суглинків широкий розвиток отримали обвали і осипи. Цьому сприяє слабка
стійкість берегових порід до механічного і фізичного впливу.
Основна маса продуктів руйнування корінних берегів - це глинисті частинки,
які не беруть участі в пляжеобразованіі і виносяться у вигляді суспензії на глибину. Поряд
з абразією, на оголеної поверхні корінного берега активно протікають
ерозія, фізичне та хімічне вивітрювання та ін Загальне зростання техногенного
впливу посилює негативний розвиток берегових процесів.
Глава 3. Загальна
характеристика вітрової-хвильового і рівень режиму. Течії. Циркуляція
водних мас у східному секторі Азовського моря залежить від загального переносу води
в південному напрямку, вітро-хвильового і рівень режиму. У зв'язку з
мілководністю басейну, швидкість і напрям течій залежить главная чином
від вітру. Тому течії збігаються в основному з напрямком руху
повітряних мас. Часті по повторюваності вітри з СВ і С визначають кругообіг
води по вартовий або проти годинникової стрілки. При західних вітрах рівень моря
підвищується, особливо в затоках. У придонному шарі виникає сильне
протитечія в бік моря. Це сприяє швидкому заміщення
поверхневого шару донних опадів і знижує небезпеку концентрації
забруднюючих речовин.
Азовське море є
беспрілівним. Зміни його рівня залежать від водного балансу і
неотектонічних рухів земної кори. Основною причиною періодичних
змін рівня є річковий стік, співвідношення випаровуваності і атмосферних
опадів і ін внутрішньорічної хід рівня має сезонний характер. На рівень
режим Азовського моря великий вплив робить водообмін з Чорноморським
басейном. Сезонні коливання рівня зазвичай не перевищують 20-35 см. Більше
значущі наганянь зганяння явища, величина яких залежить від сили та напряму
вітру. Наганянь зганяння коливання рівня мають вигляд одноразової сейшен з вузловою
лінією, що проходить через центральну частину моря. Підйом рівня може досягати
4 м над ординарій. При цьому затоплення великих низинних територій від Темрюка
до Приморсько-Ахтарськ приймає катастрофічний характер.
Хвильовий режим східній
частині Азовського моря визначається напрямком і повторюваністю вітрів. Малі
розміри моря та його мілководністю істотно обмежує розвиток вітрового
хвилювання. Найбільшу небезпеку представляють штормові вітри зі швидкістю більше
25 м/с. Вони формують хвилі заввишки 3 -3,5 м і значні нагону. Період хвиль
не перевищує 4-5 с, а довжина - 50 м. Хвилі відрізняються великою крутизною.
Для характеристики
гідрологічного режиму східній частині Азовського моря автором використані
результати статистичного узагальнення даних спостережень за вітром і рівнем
/ ГОІН, 1996 /. На цій основі отримані швидкості вітру, висоти хвиль і відмітки
рівня моря, можливі 1 раз на 25, 50 і 100 років. Відповідні розрахунки
вироблені в точках, які досить коректно характеризують вітро-хвильової
режим досліджуваного району. Розрахунки швидкості вітру і елементів хвиль для
східній частині Азовського моря виконані для С, С, З і С румбів. Максимальні
висоти хвиль за часом збігаються з максимальними нагінні рівнями.
Глава 4. Типологія
берегів східній частині Азовського моря, основні елементи будови і
сучасної динаміки. Залежно від будови і провідних процесів динаміки і
розвитку в східній частині Азовського моря виділяється три основних типи берегів:
абразійні, абразивно-зсувні і акумулятивні. Серед абразійних берегів
виділяється підтип абразійно-обвальних. Аккумулятівнийберег залежно від
джерел харчування можна підрозділити на наступні підтипи: Теригенні,
біогенної-Теригенні, біогенні та алювіально-біогенні (Зенковіч, 1958 р.;
Мамикіна, Хрустальов, 1980 р.).
абразійні берега мають
загальну довжину близько 227 км. Вони зустрічаються від сел. Ілліч до Пересипу, від
Приморсько-Ахтарськ до кореневої частини Ясенської коси, від кореня Камишевской коси
до ст. Должанська, від ст. Должанська до м. Єйська, від порту до Катон
Глафіровской коси.
абразійно-зсувних
підтип берега широко поширений в Керченсько-Таманської області, особливо в
районі мису Ахіллеон та ін Зсувні зони мають довжину до десятка
кілометрів. Береги східній частині Азовського моря схильні абразії,
обвально-зсувних процесів, вивітрюванню та ерозії.
Високі швидкості абразії
і зсувних процесів зумовлені слабкою стійкістю берегових порід до хвильовому
впливу. Особливо інтенсивно абразія протікає на тих ділянках узбережжя,
де хвилювання проявляється на нагоном підвищення рівня моря і при малій ширині
пляжів. Середня швидкість розмиву берега досягає тут 3-4 м/рік, максимальна
- До 6-7 м/рік.
Ефект впливу
штормових хвиль у значній мірі посилюється при наздожене. У результаті
повного затоплення пляжу корінний берег піддається прямому впливу
Прибійний хвиль. Швидкість фізичного руйнування Кліфа за інших рівних
умовах залежить від інтенсивності атмосферних опадів, промерзання, відтавання
та ін геоморфологічна ефективність сильних штормів в значній мірі
визначає високі швидкості отступанія берега.
акумулятивний тип
представлений дуже різноманітними за будовою, генезису і сучасної динаміки
берегами. Береги даного типу складені в основному піщано-черепашкові матеріалом;
частина - повністю черепашки. Довжина акумулятивних берегів близько 230 км. До них
відносяться коси Чушка, Ачуевская, Ясенської, Камишеватська, Довга, Глафіровская
і Сазальніцкая, береги устьевой області Кубані та її рукавів.
Різноманітність і складність
обрисів азовських кіс залежить від двох основних чинників: напрямку
панівних хвилювань і умов харчування. Воно може бути одностороннім і
двостороннім. Загальним для всіх кіс є те, що при зменшенні харчування
наносами вони починають розмиватися і розпадатися на окремі острови і банки (
коси Єйська, Довга і Тузла).
До акумулятивні форми
східній частині Азовського моря відносяться також пересипу Бейсузького і
Ахтанізовська лиманів. Вони утворилися в горловинах заток і бухт.
Можна виділити
нейтральні берега, які не мають чіткої спрямованості розвитку. Їх загальна
довжина близько 116 км (20,3%). Вони зустрічаються між устями річок Кубані та Протоки,
уздовж лиманів або на ділянках берега, блокованого косами. Термін
"Нейтральний" використаний в даному випадку в сенсі щодо слабкого
вплив хвиль на берег/В.С. Мамикіна, Хрустальов, 1980 /. На більшому ж їх
протягом, особливо в межиріччі Кубані і Протоки, берегова лінія помітно
відступає з-за відносного підйому рівня моря та інших процесів, у тому
числі техногенного характеру.
Рис. 1. Потоки і
міграції наносів у східній частині Азовського моря (схема складена автором)
У сучасній динаміці
берегової зони Азовського моря важливу роль відіграють вдольбереговие потоки і
міграції наносів. Основними джерелами їх живлення є продукти абразії,
матеріал біогенного походження (стулки раковин та їх уламки) і твердий стік
річок. Біогенним матеріалом сформована більшість кіс Азовського моря. Так,
Довга коса на 85-99% складається з черепашнику, а Чушка - на 63%. Потужність
потоків на різних ділянках східній частині Азовського моря змінюється від 5 до
80 тис. м3/год.
У результаті
зарегулювання річки греблями водосховищ та загального збільшення
водокористування, рідкий стік в районі Краснодара зменшився до 9,5 км3 на рік.
Майже в 7 разів скоротився твердий стік, який склав з 1973 по 1985 рр.. в
середньому близько 0,4 млн т. Відповідно, змінилася і середня каламутність води з
627 г/м3 до 88 г/м3. За даними ВАТ «Кубаньводпроект», в чаші Краснодарського
водосховища з 1973 по 1998 рік відклалося близько 140 млн. тонн наносів.
Зменшення твердих виносів призвело не тільки до зниження темпів наростання
піонерних дельт рукавів Кубані, але й до загального посилення розмиву берегів
Темрюкського затоки. Кубанська дельтові низовина тягнеться більш ніж на
100 км від Ачуевской коси до пересипу Ахтанізовська лиману. У її будові
провідну роль відіграють алювіально-морські і біогенні відклади. В даний
час більше протягом даної ділянки берега розмивається зі швидкістю 1-2 м
/ рік, місцями до 5-7 м на рік.
Глава 5. Сучасні
процеси абразії берегів східній частині Азовського моря (на прикладі Шиловського
ділянки). У цьому розділі на основі математичної моделі Південного відділення
Інституту океанології РАН/розглядаються прогнозні оцінки швидкості абразії
корінного берега в районі сел. Шилівка Востріков, 2004 /. В основу моделі
покладені наступні дані: середній рівень моря в районі Ясенської Переправи 489
см БС, середній найвищий - 547 см, максимальний за період спостережень - 618 см.
Перевищення середнього найвищого над середнім становить 78 см, а максимального
над середнім - 149 см. Середня швидкість отступанія корінного берега на
даній ділянці становить 1,2 м на рік при максимальній до 4 - 5 м/рік.
Волноопаснимі напрямками вітру є С та З. Для розробки
математичної моделі абразійно процесу за вихідний прийнятий профіль корінного
берега і дна за даними зйомки в серпні 2000 року.
Математична модель
абразії корінного берега під дією хвиль являє собою систему з двох
диференціальних рівнянь. В її основу покладено співвідношення Vn = k
(
