Міністерство охорони навколишнього природного середовища україни український науково-дослідний інститут екологічних проблем (Укрндіеп)
| Вид материала | Документы |
- Міністерство охорони навколишнього природного середовища україни український науково-дослідний, 845.13kb.
- Міністерство охорони навколишнього природного середовища україни державне управління, 2953.07kb.
- Міністерство охорони навколишнього природного середовища України Державне управління, 6929.63kb.
- Міністерство охорони навколищнього природного середовища україни державне управління, 6100.26kb.
- Міністерство екології та природних ресурсів україни державне управління охорони навколишнього, 6497kb.
- Україна міністерство охорони навколишнього природного середовища україни, 156.84kb.
- Міністерство охорони навколишнього природного середовища України, 1698.24kb.
- Форма оголошення про проведення відкритих торгів, 20.04kb.
- Форма оголошення про проведення відкритих торгів, 18.34kb.
- Охорони навколишнього природного середовища україни Державне управління охорони навколишнього, 3996.75kb.
1.2 Визначення антропогенних чинників руйнування берегів Азовського та Чорного морів
Поряд із природними факторами, важливе значення в руйнуванні берегової зони морів займає антропогенний фактор. Повсюдне втручання людини в природу привело до порушення природної рівноваги і викликало необоротні процеси розмиву берегової зони морів.
Починаючи з XIX століття відбувається швидке освоєння і використання ресурсів прибережних зон морів: будівництво портів, освоєння прибережних територій, будівництво набережних у приморських містах, водозаборів, зміцнення ділянок берегів шляхом зведення різних інженерних споруджень. На Чорному морі під активним впливом людини знаходиться 20 % берегової лінії, на Азовському – 15-18 %.
Одним з істотних антропогенних факторів руйнування берегів є вилучення з берегової зони пляжів і підвідного схилу для потреб будівництва піску, гальки і черепашки. У результаті вилучення великої кількості пісчано-галічного матеріалу намітився швидкий розмив берегової зони, що сприяло зменшенню ширини пляжів, а на окремих ділянках вони цілком зникли.
На Чорному морі цей процес особливо яскраво спостерігався в східній частині Каламитскої затоки (кар'єри в районі м. Саки), на пляжах Південного берега Криму (у районі м. Ялти), Феодосийскої затоки (у районі м. Феодосія), а також у районі Одеської банки, де запаси їх складають приблизно 18 млрд. м3 [5]. В Азовському морі це в основному район м. Бердянська й у межах Азовських кос (Ясенський, Довгий і Бирючий острів). Як відзначається в [6], тільки з коси Довгої щорічно добувалося більш 300 тис. т піску і черепашкового матеріалу.
У результаті видобутку піску й інших матеріалів створюються підводні заглиблення, що змінюють рельєф дна, впливають на гідрологічний режим і динаміку наносів. Крім того, велика шкода наноситься екосистемам берегової зони.
Значний збиток береговій зоні наносить будівництво висунутих у море молових та інших портових споруджень [7]. Вони утрудняють міграцію уламкового матеріалу уздовж берега, порушують цілісність природних берегових систем, викликають локальні розмиви берегів.
Великий вплив на формування берегової зони має кількість виносу річками твердого стоку (гальки, гравію і піску), що витрачається на акумуляцію в береговій зоні і зберігає берега від розмиву.
Так, у результаті регулювання стоку великих річок (будівництва гребель) різко знизився потік уламкового матеріалу по ріках у берегову зону. У зв'язку зі зменшенням надходження в берегову зону алювіального матеріалу очікується розмив акумулятивних форм. Як стверджується в роботі [7], у найближчому майбутньому дефіцит твердого стоку в берегову зону буде збільшуватися, отже, тенденція розмиву берегів підсилиться.
Не менш важливим проявом антропогенного впливу на берегову зону є будівництво й експлуатація морських портів і припортових акваторій. Великі порти розташовуються, як правило, на ділянках односпрямованого переміщення піщаних наносів.
Унаслідок проведення днопоглиблювальних робіт, особливо зі збільшенням прохідних глибин у районах портів до 15 м, відвальні моли зменшилися, а їхній вплив на прилягаючі ділянки берега підсилився.
Портові моли істотно впливають на місцевий режим руху наносів. Вони приводять до акумуляції наносів поблизу молів, порушують баланс наносів, у результаті чого з підвітрянної сторони молу виникають розмиви берегів [1, 7].
Негативний вплив на формування берегової зони Азовського і Чорного морів спричинила зарегульованість стоку великих річок, що впадають у моря. Як відзначається в [8, 9], зарегульованість річок Кубані і Дону виключило з балансу осадового матеріалу берегової зони Азовського моря близько 5 млн. т залученого твердого стоку. Таке різке скорочення осадового матеріалу привело до значного перетворення балансу теригенних речовин узбережжя. Цього обсягу грубозернистого матеріалу з надлишком вистачило б на щорічне відновлення всіх пляжних нагромаджень абразійних берегів.
2. ОГЛЯД ІСНУЮЧОГО ДОСВІДУ УКРІПЛЕННЯ БЕРЕГІВ ПОВЕРХНЕВИХ ВОДНИХ ОБ’ЄКТІВ І УЗБЕРЕЖЖЯ МОРІВ ШЛЯХОМ СПОРУДЖЕННЯ ШТУЧНИХ РИФІВ ЯК БІОПОЗИТИВНИХ БЕРЕГОРЕГУЛЮВАЛЬНИХ СИСТЕМ
Для зміцнення берегів поверхневих водних об'єктів і узбережжя морів використовують подовжні і поперечні берегові спорудження. До подовжнього відносяться спорудження і конструкції, подовжня вісь яких збігається з лінією берега або рівнобіжна їй: причальні або хвилевідбійні, набережні, укісні кріплення, начерки і т.д. Ці конструкції призначені для вирішення таких задач: відбити або зруйнувати прибійну хвилю та у ряді випадків зміцнити береговий укіс.
Поперечні берегові спорудження представлені різноманітними типами конструкцій від бун до молів портів, що їх обгороджують. Основна задача поперечних споруджень – затримувати пляжеві нагромадження шляхом штучного гальмування уздовж берегового транспорту наносів.
Крім подовжніх берегових споруджень для захисту і зміцнення берегів використовують подовжні морські спорудження, передня грань яких збігається з лінією берега. До таких споруджень відносяться штучні острови та штучні рифи (підводні і надводні хвилеломи). Основна їхня задача – зруйнувати цілком або частково штормову хвилю на підході до лінії уріза.
Таким чином, штучні рифи відносяться до подовжніх морських споруджень. Основна мета подовжніх споруджень – зруйнувати цілком або частково штормову хвилю на підході до лінії уріза, а також утримати пляжні нагромадження. На відміну від подовжніх берегових споруджень їхній вплив на берегову зону найчастіше має позитивний знак [9], вони можуть як зміцнювати берегову лінію так і створювати зони надлишкової акумуляції наносів.
Дослідження Діскіна і співавторів [10] показали, що якщо непроникливий хвилелом виконано з перевищенням над рівнем моря на 50 – 90 % висоти хвилі, то в за хвильовому просторі виникає нагін Н, що складає 60 % висоти хвилі глибоководдя ho. Висота нагону знижується до 35 % ho при збігу гребеня хвилі з рівнем моря. У випадку підвідного хвилелому з поглибленням верхньої грані спорудження до 0,5 ho нагін зменшується до 0,15 ho.
Нагони, створювані непроникливим хвилеломом, несприятливо позначаються на динаміку захищеної ділянки берега, тому що швидкість абразії прямо пропорційна величині відносного перевищення рівня моря над основою обриву або кліфу [11, 12]. Одночасно з наростанням швидкостей розмиву берега нахил сприяє виникненню комплексу течій, що можуть викликати розмив дна.
На відміну від надводних затоплені хвилеломи створюють мінімальний нагін. Розмив пляжної смуги на ділянках затоплених хвилеломів мінімальний або узагалі відсутній. Хвилі, руйнуючи на таких хвилеломах, відкладають наноси між спорудою та берегом. Затоплений хвилелом є активним спорудженням, тому що хвиля, руйнуючись перед хвилеломом, перекидає убік берега наноси, що залишаються між лінією берега та спорудженням.
В даний час штучні рифи знайшли широке застосування для зміцнення берегів поверхневих водних об'єктів і узбережжя морів [13 – 20]. На сьогоднішній день відомо більш 70 прикладів використання штучних рифів для зміцнення берегової лінії, відновлення природних біоценозів, підвищення їхньої продуктивності, природного біологічного очищення води, збільшення біоразноманіття підводного світу [15].
Як існуючий досвід зміцнення берегів за допомогою штучних рифів було розглянуто проект «Гран Домінікус», виконаний у 1998 р. у Домініканській республіці [16]. У рамках проекту використовувалися штучні рифи «Reef Ball» (рис. 2.1, 2.2).
Рис. 2.1. Штучний риф «Reef Ball» (структурна одиниця)
Рис. 2.2. 3-х рядний підводний хвилелом «Reef Ball»
Як елементи штучних рифів використовувалися хвилеломи «Reef Ball» висотою 1,2 м і хвилеломи «Ультра Бол» висотою 1,3 м відповідно діаметрами 1,5 і 1,6 м і масами 1600 і 2000 кг. Хвилеломи встановлювалися на глибинах 1,6 і 2,0 м. Відстань від рівня води до вершини затопленого хвилелому складала від 0,3 до 0,8 м.
Стабільність штучних рифів була підтверджена під час урагану «Джордж» (3-я категорія) і урагану «Митч» (5-я категорія) восени 1998 р.: при впливі цих ураганів не відбулось зрушення жодного штучного рифа. Збільшення ширини пляжу в квітні 2001 р. у порівнянні з лютим 1999 р. представлене на рис. 2.3. Спостерігалося також велике нарощування піску. Приріст берегової лінії склав 10 м.
Рис. 2.3. Збільшення ширини пляжу в квітні 2001 р. у порівнянні з лютим 1999 р.
Порівняння берегової лінії пляжів у 1999 р. і в 2001 р. представлено на рис. 2.4.
Рис. 2.4. Профіль берегової лінії пляжу в 1999 і 2001 р.
Дані про зміну берегової лінії і про обсяги нарощуваного піску за період з 1998 по 2001 р. представлені в табл. 2.1.
Таблиця 2.1. Зміна берегової лінії та обсягів нарощуваного піску за період з 1998 по 2001 р.
| Напрямок берегової лінії | Зміна берегової лінії, м | Нарощування обсягів піску, м3/м |
| Захід | + 10 | + 25,65 |
| схід | + 13 | + 44,52 |
| Контрольне | 0 | + 2,0 |
У роботі [17] наведено опис проекту зміцнення берегової лінії для 63-й вулиці Майамі-Бич у Флориді. Проект був підготовлений у рамках Національної програми розвитку і контролю за береговою ерозією корпусом інженерів США. Площадка вулиці 63 у Майамі-Бич була обрана як найбільше «ерозійна гаряча крапка». У рамках проекту були визначені рівні морської води, висоти хвиль різної забезпеченості. Для зміцнення берегової лінії запропоновано використовувати конструкції «Reef Ball» разом з підкладкою, виконаної у виді армованої «циновки» RВAМ. Комбінація штучних рифів «Reef Ball» з конструкцією RВAМ дозволяє закріплювати «Reef Ball» на похилій поверхні та зберігати їхнє положення при штормах (рис. 2.5, 2.6).
Рис. 2.5. Типовий елемент штучного рифа RBAM на похилій площині.
Рис. 2.6. Типовий елемент штучного рифа RBAM у плані.
Схема зміцнення берегової лінії для 63 вулиці Майамі-Бич у Флориді в плані приведена на рис. 2.7 [18].
Рис. 2.7. Схема в плані зміцнення берегової лінії за допомогою штучних рифів (розміри у футах).
Штучні рифи використовують для зміцнення берегів островів у водоймах. У роботі [15] представлено проект зміцнення готелю «Маріот» на 7 милі пляжу на острові Гранд Сайман. Для зміцнення берегової лінії острова використовувалися 5 рядів штучних рифів «Reef Ball» висотою 1,3 – 1,4 м, які були розташовані на глибинах 1,3 – 1,7 м. У результаті використання штучних рифів ширина пляжу збільшилася приблизно на 14 м за період з листопаду 2002 р. по лютий 2003 р. Профіль берегової лінії, що проходить через південну частину штучного рифа, у листопаді 2002 р. та у лютому 2003 р. представлене на рис. 2.8.
Рис. 2.8. Профіль берегової лінії, що проходить через південну частину штучного рифа (розміри у футах).
Згідно рис. 2.8, ширина пляжу в районі південної частини штучного рифа за період з листопаду 2002 р. по лютий 2003 р. збільшилася на 14 м. Використання штучних рифів призвело до зниження берегової ерозії і стабілізації пляжу готелю «Маріот».
Опис проекту зміцнення берегової лінії ріки Індіан (лагуна графства Мартін) представлено в роботі [19]. Для зміцнення берегової лінії були використані штучні рифи з використанням елементів «Reef Ball», що забезпечили зменшення берегової ерозії.
Вивчення різних конструкцій елементів штучних рифів [14] (див. рис. 2.9-2.11) показало, що їх добре обживають риби, водорості, краби й інші морські організми. Середня кількість риб і їхніх видів у районі різних типів штучних рифів наведено в табл. 2.2 для району Гаваї [14].
Таблиця 2.2. Середня кількість риб і їхніх видів у районі різних типів штучних рифів для району Гаваї.
| Тип рифа | Середня кількість особів риб | Середня кількість видів риб |
| Rinker | 75 | 11 |
| «Reef Ball» з неопрацьованою поверхнею | 25 | 8 |
| «Швейцарський сир» | 38 | 6 |
| «Reef Ball» із блоками | 58 | 12 |
Рис. 2.9. Штучні рифи у вигляді модулів «тетрахендронс» («tetrahendrons»).
Рис. 2.10. Штучні рифи у вигляді модулів «fish-condo».
Рис. 2.11. Штучні рифи у вигляді «Швейцарського сиру», які мають прохідні отвори
Використання штучних рифів намічається в проекті берегоукріплення акваторії морського перевантажувального комплексу в Імеретинській бухті м. Сочі. Штучні рифи запропоновано виконати у вигляді накидання фігурних масивів у металевий каркас. Ця конструкція буде мати високу хвиле гасячу здатність, низьку відбиваючу здатність, стійкість на будь-якій стадії будівництва і низьку вартість [20].
Штучні рифи у виді накидання різноманітного кар'єрного каменю або у виді накидання з різних залізобетонних масивів широко використовуються для зміцнення берегів поверхневих водних об'єктів [22].
Приведений вище огляд існуючого досвіду використання штучних рифів для берегоукріплення поверхневих водних об'єктів і узбережжя морів показує, що штучні рифи успішно застосовують для берегозахисту піщаних пляжів. Крім того, завдяки розвитку в районі штучних рифів біоценозів у вигляді різних морських організмів, рифи виконують функцію по очищенню вод морських та поверхневих водних об'єктів.