Введение к работе
Актуальность темы. В истории освоения человеком Мирового океана морские берега занимают особое место. Именно здесь в большинстве случаев $ародились очаги мировой цивилизации и связанные с ними судоходство, торговля, рыболовство и гидротехническое строительство. К середине XX в. і прибрежной полосе проживало около 20% всего населения Земли, а мас-лтабы хозяйственной деятельности в её пределах стали соизмеримы с тако-5ой на остальной суше. Здесь добываются полезные ископаемые, проводится тромышленное, гражданское и гидротехническое строительство, развивают-:я туризм, рекреация и т.д., что негативно сказалось на устойчивости береговой зоны.
Однако основной причиной деструктивного развития берегов на со-феменном этапе большинством исследователей признаётся глобальное по-іьішєниє уровня Мирового океана, который к 2100 году , по данным разных івторов, прогнозируется на отметках от + 0,56 до +3,45 м (Каплин и ф.,1992). Повышение уровня океана даже до минимальной прогнозируемой )тметки за столь короткий (в геологическом масштабе) отрезок времени *ожет привести к нежелательным последствиям для его берегов. Ярким примером этому может служить ситуация, сложившаяся на побережье Кас-іийского моря, где в результате резкого подъема уровня произошло затоп-гение и подтопление обширных пространств прибрежной суши, а на отдель-іьіх ее участках активизировались процессы размыва береговых форм ре-п>ефа, повлекшие за собой значительные материальные потери.
По данным Дж. Девиса (Davis, 1986) уже сейчас 3/4 берегов Мирового жеана и его морей отступают со скоростью 10 см/год, а 1/3 - 1 м/год. Наи-іолее интенсивен этот процесс на огмелых берегах, к которым мы относим іккумулятивньїе или абразионные их разновидности, сложенные в основном >ыхлым обломочным материалом и характеризуемые, в связи с этим, широ-;им распространением преимущественно песчаных наносов на подводном іереговом склоне. Такие берега занимают доминирующее положение в об-цей системе берегов Мирового океана. По данным С.А.Лукьяновой и і.С.Холодилина (1975), их протяженность составляет 230 тыс. км или 44% it общей длины береговой линии. Исследования Дж. Гриббина (Gribbin, 984), Р.Паскоффа (Paskoff, 1984) и Е.Бёрда (Bird,1985), показывают, что гроцессы размыва песчаных берегов отмечаются на протяжении 60-70% их ібщей длины. 10% отмелых берегов, формирующихся преимущественно в [риустьевых районах крупных рек, в настоящее время являются налетающими. Остальные находятся в относительно стабильном состоянии.
Значительная часть отмелых берегов принадлежит внутренним морям, характеризующимся специфическими особенностями развития, определяемыми внутриконтинентальным положением этих водоемов, их относительно небольшими размерами, мелководностью и связанными с этим особенностями волнового и литодинамического режимов.
В связи с вышеизложенным, весьма актуальной становится проблема защиты отмелых берегов от прогрессирующего волнового воздействия. Строительство же любого гидротехнического сооружения, в том числе и берегозащитного, требует всестороннего научного обоснования, базирующегося на детальном изучении и пространственно-временном анализе многочисленных и разнообразных факторов и условий, действующих в береговой зоне или влияющих на характер и интенсивность протекающих в её пределах берегоформирующих процессов. Значительное место среди них занимают геолого-геоморфологические и палеогеографические условия, а также гидро- и литодинамические факторы, от которых прямо или косвенно зависит формирование и дальнейшее развитие берегов.
При всей многочисленности работ, посвященных исследованию вышеперечисленных компонентов природной среды, в них, как правило, не рассматриваются закономерности литодинамики береговой зоны в различных геолого-геоморфологических и иных природных условиях, не отображается роль техногенных условий и факторов в динамике берегов. Характеристика литодинамических особенностей того или иного побережья обычно ограничивается применением преимущественно расчетных методов, не связанных со спецификой рельефа, или, наоборот, сугубо качественных, не учитывающих воздействия энергетических характеристик рельефообразующих процессов. И лишь в редких случаях теоретические исследования становятся основанием для решения практических вопросов берегозащиты.
В предлагаемой диссертационной работе указанные пробелы в значительной степени восполнены. Кроме того, в ней с принципиально новых теоретических позиций осмысливаются причины современного размыва песчаных берегов, что, совместно с прикладными аспектами их защиты, позволяет считать поставленную в работе проблему чрезвычайно актуальной.
Основной целью работы является разработка морфолитодинами-ческой схемы отмелых берегов внутренних бесприливных морей, развивающихся под влиянием и воздействием разнообразных природных, а также техногенных условий и факторов, определяющих как тенденцию развития таких берегов, так и стратегию и тактику берегозащитных мероприятий в их пределах. Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:
1. Провести комплексный анализ и оценить роль геолого-
геоморфологических, палеогеографических и техногенных условий, влияю
щих на интенсивность и направленность берегоформирующих процессов, а
также гидролитодинамических и техногенных факторов, являющихся дви
жущей силой этих процессов, учитывая их пространственно-временные со
отношения.
2. Изучить закономерности процессов перемещения и аккумуляции
наносов в береговой зоне отмелых побережий на основе натурных экспери
ментов.
3. Выявить особенности и тенденцию развития отмелых берегов внут
ренних морей в условиях современной трансгрессии, учитьшая её характер и
скорость.
4.Разработать общие принципы крупномасштабного морфодинамиче-ского районирования береговой зоны отмелых побережий с использованием относительных количественных коэффициентов.
5.Определить основные принципы инженерно-геоморфологических решений, необходимых при антропогенной реконструкции береговой зоны песчаных побережий внутренних бесприливных морей.
Научная новизна работы заключается в следующем:
1. Выполнено теоретическое обобщение по проблеме роли природных и техногенных условий и факторов в формировании рельефа и динамике расчлененных отмелых побережий бесприливных морей.
2.На оригинальном материале выявлены и детально охарактеризованы основные (ведущие) из этих явлений, а именно: горизонтальная расчлененность береговой зоны, обусловленная геолого-геоморфологическим строением и гидродинамическим режимом; особенности литодинамического режима, определяемые расчлененностью берегов; и длиннопериодные колебания уровня водоёма.
-
Установлено, что совместное влияние и воздействие выявленных основных природных условий и факторов определяет развитие в пределах береговой зоны отмелых побережий процессов, обеспечивающих безвозвратный вынос песчаного материала из приурезовой зоны за внешнюю границу подводного склона, провоцируя дефицит наносов в его пределах и связанные с этим процессы деструкции берегов.
-
Выявлена существенная и неоднозначная роль техногенных условий и факторов в динамике песчаных берегов, заключающаяся, с одной стороны, в образовании искусственных форм рельефа, способствующих вторичному расчленению рельефа береговой зоны со всеми вытекающими последствия-
ми, а с другой стороны - в формировании мощных источников питания берега песчаными наносами, приводящими к выравниванию береговой линии.
5. Установлено, что преобладающим способом перемещения наносов в
условиях расчлененных песчаных берегов внутренних бесприливных морей
является поперечный. Вдольбфеговой перенос материала осуществляется
лишь в пределах относительно ограниченных участков, приуроченных к
бортам береговых дуг, что делает невозможным функционирование в пре
делах таких побережий региональных вдольбереговых потоков песчаных
наносов.
6. В натурных условиях замерены основные характеристики литоди-
. намического режима экспериментальных участков отмелого берега: а) объ
емы поступающих в береговую зону наносов, образовавшихся за счёт абра
зии коренных уступов и размыва аккумулятивных форм; б) количественное
содержание взвешенных (в том числе и песчаных) наносов; в) пути их пере
мещения как вдоль берега, так и по нормали к нему в разных ветро-
волновых ситуациях.
7. Выявлены основшле особенности переформирования песчаных бере
гов в условиях современной трансгрессии, заключающиеся в том, что их раз
витие зависит не только от уклонов подводного берегового склона, как это
следует из существующих схем и моделей, но и от геоморфологической си
туации в пределах прилегающей к берегу суше.
8. На основе теоретических разработок, подтвержденных натурными
экспериментами, предложены основы прогноза эволюции отмелых песча
ных берегов на ближнюю и отдаленную перспективу, а также концептуаль
ные принципы защиты песчаных берегов бесприливных морей от волнового
воздействия.
Предметом защиты диссертационной работы является схема морфоли-
тодинамики береговой зоны отмелых расчлененных побережий бесприлив
ных морей, основные защищаемые положения которой заключаются в сле
дующем: ',; ,
1. В береговой зоне расчлененного отмелого побережья формируется ячеистая циркуляция водных масс и наносов. Литодинамические ячейки соответствуют бфеговым дугам, при этом зоны дивфгенции потоков твердого вещества в них приурочены к мысам, разделяющим бухты, а конвфгенции -к вершинам последних. В зонах конвергенции генерируются разрывные течения, которые выносят материал песчаной размерности от уреза до глубины 10-15 м даже при волнениях средней интенсивности. В ПфИОДЫ сильных штормов объемы выносимого песка возрастают многократно, а глубина его распространения достигает внешней границы береговой зоны, что предоп-
7 ределяет безвозвратные потери наносов и является основной причиной возникновения дефицита рыхлого материала на подводном береговом склоне и развития процессов абразии береговых уступов и размыва аккумулятивных форм.
2.Преобладающим способом перемещения наносов в береговой зоне расчлененных песчаных побережий является поперечный. Разнонаправленный вдольбереговой его перенос отмечается лишь в пределах относительно замкнутых литодинамических участков (береговых дуг) и является регулятором равновесного состояния внутри них. В связи с этим на таких берегах отсутствуют условия для функциоїшрования региональных потоков песчаных наносов.
З.Развитие отмелых песчаных берегов в трансгрессивных условиях зависит не только от уклонов подводного берегового склона, но и от характеристик рельефа прилегающей к урезу суши.
4. Основные инженерно-геоморфологические берегозащитные решения, основанные на выявленных особенностях и закономерностях морфоли-тодинамики расчлененных отмелых берегов, заключаются в: а) создании в пределах каждой литодинамической системы (бухты) свободных искусственных пляжей, являющихся наиболее эффективным способом берегозащиты; б) возведение волногасящих проницаемых конструкций, перед которыми пляж сохраняет устойчивость даже при дефиците наносов на подводном береговом склоне; в) строительство комплексных берегозащитных сооружений, содержащих в себе элементы всех вышеперечисленных конструкций. Местоположение конкретных объектов определяется результатами крупномасштабного морфодинамического районирования.
Практическая значимость исследования определяется использованием его результатов в берегозащитном строительстве. Практическую реализацию результаты исследований получили при разработке природных разделов "Генеральной схемы защиты берегов Балтийского моря в пределах Калининградской области" и "ТЭО неотложных мероприятий по предотвращению затопления и подтопления городов и других населенных пунктов прибрежной полосы Каспийского моря в пределах Российской Федерации", куда они вошли в полном объеме.
Кроме того, материалы диссертации внедрены в учебный процесс и используются при чтении специального курса и проведении практик студентов на кафедре геоморфологии и палеогеографии Географического факультета МГУ.
Апробация работы. Основные положения диссертации обсуждались на 18 международных, всесоюзных и региональных конференциях, сове-
щаїшях и симпозиумах, в том числе на: XII Всесоюзной конференции по изучению морских берегов (Вильнюс, 1971); I Съезде советских океанологов (Москва, 1972); XII Пленуме Геоморфологической комиссии (Москва, 1978); XIY Тихоокеанском конгрессе (Хабаровск, 1979); IV Всесоюзной школе по морской геологии (Геленджик, 1980); Y Совещании по изучению берегов сибирских водохранилищ (Иркутск, 1980); XY и XYI Всесоюзных конференциях по изучению морских берегов (Батуми, 1983; Ростов-на-Дону, 1985); II Тихоокеанской школе по морской геологии и геофизике (Ю-Сахалинск, 1985); Международном симпозиуме: "Evolution and dynamics of sea coasts in condition of relative sea level oscillation" (Таллин, 1986); III Всесоюзной конференции по географическому картировагапо океана (Ленинград, 1987); IV конференции: "Комплексное изучение природы Атлантического океана" (Калининград, 1987); Научно-методическом совещании: "Проблемы и методы динамики береговой зоны внутренних водоемов"(Фрунзе, 1987); Рабочем совещании стран-членов СЭВ: "Геологическое строение и развитие Балтийского моря и закономерности формирования минеральных ресурсов" (Таллин, 1988); Международном совещании: "Protection and evolution seacoasts" (Tallinn, 1989); Всесоюзной конференции: "Береговые процессы на водохранилищах и морях"(Новосибирск,1991) и XIX Международной конференции: "Современные проблемы изучения берегов"(С-Пегербург, 1995); Международной конференции: "Coastal Dynamics' 97" (Plymouth, 1997). Кроме того, результаты исследований неоднократно обсуждались на научном семинаре лаборатории морской геоморфологии кафедры геоморфологии и палеогеографии Географического ф-та МГУ.
Личный вклад автора в работу состоит в определении научной концепции исследований, их планировании, составлении программ и заданий, организации и руководстве полевыми и экспериментальными работами при непосредственном участии в них, обработке и обобщении результатов полевых и аналитических исследований, а также внедрение их в практику берегозащитного строительства. Основные научные выводы и практические рекомендации принадлежат автору.
Публикации. По теме диссертации опубликованы 43 статьи.
В процессе работы над диссертацией автор постоянно ощущал поддержку сотрудников кафедры геоморфологии и палеогеографии Географического факультета МГУ, а также коллег из институтов океанологии и географии РАН, оказавших неоценимую помощь как в организации и проведении экспедиционных и лабораторных исследований, так и при обсуждении разделов работы, за что автор им глубоко благодарен. Особую признательность автор выражает своим учителям и коллегам - профессорам
Л.Г.Никифорову и Г.И.Рычагову за постоянную помощь и поддержку на разных этапах работы.
Объём и структура работы. Диссертация представляет собой рукопись объёмом 243 страницы машинописного текста, включая 71 рисунок, 35 таблиц, а также список использованной литературы, насчитывающий 400 наименований. Структурно работа состоит из введения, семи глав, заключения и списка использованной литературы.
