Введение к работе
Актуальность проблемы. К числу наиболее малоизученных проблем Каспийского моря, в связи с большой амплитудой колебаний его среднемноголетнего уровня, относятся вопросы, связанные с устойчивостью и использованием береговой зоны.
В значительной степени это происходит от незнания того, что будет с отдельными участками берега при значительных колебаниях уровня моря, а также неумения разрабатывать достоверные прогнозы. Это усугубляется отсутствием общепризнанных прогнозов колебаний уровня моря. Применительно к условиям Иранского побережья задача еще более усложняется в связи с небольшим количеством специальных исследований по вопросам динамики береговой зоны (Зенкович 1957).
До настоящего времени накоплено много информации о динамике береговой зоны морей, озер и водохранилищ, в том числе и по характеристикам береговой зоны в условиях большой амплитуды колебаний уровней воды. Проведено много теоретических и экспериментальных работ. Но в связи с многофакторностью условий специалисты до сих пор не в состоянии давать однозначные ответы и прогнозы поведения выбранного конкретного участка берега моря или озера.
Поэтому нам представляется возможным решать аналогичные задачи по частям, блокам, опираясь на накопленный опыт, знания, разработанные методы расчета и экспериментальные данные о строении береговой зоны данного конкретного участка. В частности, для условий крупных бесприливных морей и озер основное воздействие на береговую зону оказывают волнение и ветроволновые течения, за которыми часто ведутся наблюдения.
В диссертации впервые предпринята попытка оценить возможное поведение Каспийского участка берега на территории Ирана при подъеме уровня моря. Для оценки будущих изменений берега нами использованы имеющиеся и полученные новые данные о
ветровом режиме южной части моря, режиме ветроволновых течений, вдольбереговом переносе наносов, режиме стока рек, балансе наносов по участкам берега, устойчивости подводной части берегового склона при рассчитанных условиях волнового режима и баланса наносов.
В качестве основных исходных условий принимаются: сохранение характеристик ветроволнового режима глубоководной части моря, полученных по многолетним данным наблюдений, наличие амплитуды колебаний уровня моря порядка 3 м, примерное сохранение современных условий поступления твердого стока рек при формировании баланса наносов на отдельных участках побережья в условиях заданной амплитуды колебаний уровня моря и изменяющегося ( при изменении уровня моря и глубины воды) волнового режима береговой зоны.
Здесь рассматривается процесс формирования береговой зоны моря как процесс взаимодействия моря (режима волн, течений и уровня) и суши (режима стока наносов рек) при сложившихся особенностях строения береговой зоны и донного рельефа. Следовательно, для решения проблемы необходимо знание характеристик многих гидрофизических и гидрометеорологических процессов или возможность их расчета.
Цель и задачи. Целью работы является изучение береговой зоны Иранского побережья Каспийского моря в условиях колебания уровня моря и изменения стока рек. Для ее выполнения необходимо решить следующие задачи:
- изучить сток воды и наносов рек Иранского побережья, впадающих
в Каспийское море, и его изменение за счет антропогенного фактора,
-определить ветроволновой режим и соответствующий режим течений
в береговой зоне;
-исследовать механический и минералогический состав донных
наносов и проследить их изменения в береговой зоне;
-изучить строение и динамику подводного берегового склона,
определить его устойчивость;
-оценить вдольбереговой перенос и особенности формирования
баланса наносов вдоль берега;
-определить временные изменения береговой линии особенно в устьях
крупных рек;
-дать характеристику общей устойчивости береговой зоны, в том числе
при повышении уровня моря;
- наметить общие черты прогноза профиля подводного берегового
склона при изменяющемся уровне моря;
-дать общую оценку экологической обстановки в береговой зоне Каспия
в пределах Ирана.
Методы исследования. В основу работы положены результаты полевых и лабораторных исследований автора в 1994-1997 гг. Отобраны 50 проб донных наносов на пляжах и в дельтах рек. Использованы данные экспедиции, проведенной в феврале 1997г. по заданию Центра по исследованию Каспийского моря при Министерстве энергетики Ирана. В экспедиции было обсследовано Иранское побережье Каспийского моря от Астары до Гасанголи. В прибрежной полосе подводного берегового склона с глубинами 2,5-Юм , а местами 20м были отобраны 45 проб поверхностных донных отложений. Восемь профилей подводного берегового склона от линии уреза воды до глубин 10-20м регистрировались эхолотом типа Echo Sounder ATLAS Deso 10. На каждом профиле были измерены течения на глубинах 2,5, 5 , 7,5 , 10 , 15 и 20 м на разных горизонтах по глубине вертушкой типа Current Meter CM-2SA. Механический состав донных наносов был определен на основе ситового анализа. Минералогический состав ( 60 проб) алевритовой фракции выделен под бинокуляром.
Волновой режим и вдольбереговой поток наносов рассчитан автором на основе данных по ветрам на Иранском побережье и над морем (по методике ГОИН.1979). Проанализированы аэрофотосъемки (1950,1954,1964,1982,1992гг.) и космические съемки (1982,1990гг.) для изучения района устья Сефидруд и космическая съемка 1980г. для изучения течений на юго-восточном побережье. Изучена экологическая обстановка по данным полевых работ и анализу 9-х проб донных
наносов. Содержание алифатических углеводородов ( УВ ) определены методом ИКС на приборе Спекорд 71-IR. Полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) анализировали методом высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) на колонке КАХ-2 (обращенная фаза).
Общая схема исследования Иранского побережья Каспийского
моря приведены на рис. 1.
Определение
стока рек (воды
и наносов)
Анализ донных фунтов
Анализ факторов
воздействующих на
прибрежную зону
Анализ стока воды
Исследование экологической обстановки
Анализ
стока
наносов
Анализ
отложений
в устьях
Анализ состава наносоа пляжей
Натурные
данные о
волнах
уровень моря
Натурны е данные
о течениях
Данные о составе Фунтов до глубины 50 и
Определение расчетных
параметров волн
и течений на основе данных о
ветре и разгонах
(16 точек 5 участков)
Определение годовой
энергии волн, действующих на берег
Определение баланса
наносов на
участках
Определение характера
процесса (абразии и
аккумуляции) и типа
берегов с учетом всех
воздействующих факторов
Определение профилей
равновесного
подводного берегового
склона
Определение вдольбереговой
составляющей
энергии волн и мощности
вдольберегового потока
наносов
Рис. 1: Общая схема исследования Иранского побережья Каспийского моря.
Научная новизна, а) Впервые на основе новых материалов исследований изучена береговая зона Иранского побережья Каспийского моря и выяснена огромная роль стока наносов рек в формировании ее устойчивости. Исследования показали, что вся полоса прибрежной равнины образована в основном за счет поступления огромного количества речных наносов в течение последних 12000 лет, и что устойчивость береговой зоны в условиях колебания уровня моря в основном поддерживается за счет этого фактора.
б) Впервые определены гидрометеорологические характеристики береговой зоны Каспия в пределах Ирана, необходимые для расчетов ее устойчивости:
-характеристики ветроволнового режима глубоководной части моря (на подходе к береговой зоне) вдоль побережья, -величина и режим стока воды и наносов рек побережья, -мощность вдольберегового потока наносов и баланс наносов по участкам побережья,
-характеристики сформировавшихся профилей равновесия береговой зоны,
-характеристики механического и минералогического состава донных наносов.
в) Впервые на основе изучения аэрокосмических съемок береговой
зоны дан анализ эволюции дельты р. Сефидруд.
г) Изучены характеристики общей устойчивости подводного
берегового склона и предложена методика расчета переформирования
профиля при изменяющемся уровне моря. Установлено, что характер
переформирования береговой зоны зависит не только от уклона
подводного берегового склона, но и уклона пляжа.
д) Проведенные исследования на южном побережье Каспия показали,
что общие закономерности динамики береговой зоны, установленные
другими исследователями на ряде объектов мира, справедливы и
могут быть использованы для данного региона с учетом специфики
колебаний уровня моря.
е) Впервые дана общая оценка экологической обстановки в береговой зоне Иранского побережья на основе определения содержания техногенных углеводородов в донных осадках.
Практическое значение .Результаты исследований могут быть использованы Министерством энергетики, организацией портов и судоходства, рыбного хозяйства Ирана как рекомендации для более рационального комплексного использования береговой зоны, регулирования режима прибрежных районов Ирана, защиты их от вредного воздействия природных и антропогенных факторов.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения , списка литературы из 133 наименований и 4 приложений, содержит 9 таблиц, 25 рисунков, общий объем 120 страниц.