Учет локальных волновых и морфодинамических процессов в прибрежном гидротехническом строительстве

В. В. Фомин✉, Ю. Н. Горячкин

Морской гидрофизический институт РАН, Севастополь, Россия

✉ e-mail: v.fomin@mhi-ras.ru

Аннотация

Цель. Оценки параметров волн в прибрежных акваториях имеют большое практическое значение для проектирования и эксплуатации объектов береговой инфраструктуры. В работе на примере района Сакской пересыпи (Западный Крым) излагается опыт исследования волновых и морфодинамических процессов в береговой зоне применительно к задачам проектирования и строительства защитных гидротехнических сооружений.

Методы и результаты. Для математического моделирования волновых и морфодинамических процессов в исследуемом районе использовались: спектральная модель ветрового волнения SWAN, гидродинамическая модель SWASH, комплексная морфодинамическая модель XBeach, интегральная модель эволюции береговой зоны GenCade. Волновой режим анализировался с использованием 41-летних временных рядов (1979–2019 гг.) волновых параметров, полученных на основе ретроспективных расчетов ветрового волнения по модели SWAN и данных атмосферного реанализа ERA. Получены оперативные и экстремальные характеристики ветрового волнения. Проведено моделирование пространственной структуры волновых полей для разных типов ветровых воздействий. Показано, что наиболее интенсивное волнение возникает при юго-западном ветре. Даны оценки высоты и длины наката волн на берег. Проведены расчеты деформаций профиля береговой зоны для штормов разной длительности. Получены значения суммарного за год вдольберегового потока наносов на участке проектирования за период 1979–2019 гг. Установлено, что в 70% случаев поток наносов направлен в сторону евпаторийского побережья.

Выводы. Исследования показали, что пренебрежение научно обоснованными рекомендациями при проектировании объектов прибрежной инфраструктуры может привести к нарушению существующей природной системы формирования береговой зоны и к существенным негативным последствиям для берега на участке протяженностью до 10 км. Эти последствия могут быть выражены в сокращении ширины пляжной зоны, понижении высотных отметок, в замене на некоторых участках песка на галечно-гравийные фракции, что ухудшает рекреационные свойства пляжей. С учетом планового расположения основания ограждающей стены на отдельных участках возможен подмыв и повреждение стены набережной. Эти выводы подтвердились на практике уже в ходе строительства объекта. По результатам проведенной работы были даны рекомендации по исключению из проекта сооружений, возведение которых может привести к существенным негативным изменениям в морфодинамике береговой зоны.

Ключевые слова

береговая зона, антропогенное воздействие, волновой режим, морфодинамика, Крым, Сакское озеро, пересыпь, математическое моделирование, SWAN, SWASH, XBeach, GenCade

Благодарности

Работа выполнена в рамках государственного задания Морского гидрофизи-ческого института РАН № 0555-2021-0005.

Для цитирования

Фомин В. В., Горячкин Ю. Н. Учет локальных волновых и морфодинамических процессов в прибрежном гидротехническом строительстве // Морской гидрофизический журнал. 2022. Т. 38, № 3. С. 291–311. EDN DVZRQV. doi: 10.22449/0233-7584-2022-3-291-311

Fomin, V.V. and Goryachkin, Yu.N., 2022. Accounting for the Local Wave and Morphodynamic Processes in Coastal Hydraulic Engineering. Physical Oceanography, 29(3), pp. 271-290. doi:10.22449/1573-160X-2022-3-271-290

DOI

10.22449/0233-7584-2022-3-291-311

Список литературы

  1. Шуйский Ю. Д. Основные закономерности морфологии и динамики западного берега Крымского полуострова // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. Севастополь : ЭКОСИ-Гидрофизика, 2005. Вып. 13. С. 62–72.
  2. Горячкин Ю. Н., Долотов В. В. Морские берега Крыма. Севастополь : ООО «Колорит», 2019. 256 с.
  3. Дзенс-Литовский А. И. Пересыпи и лиманы Азово-Черноморского побережья и степ-ного Крыма // Природа. 1938. № 6. С. 22–35.
  4. Гуров К. И. Результаты мониторинга динамики береговой зоны и гранулометрического состава наносов пляжей в центральной части Каламитского залива // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон моря. 2020. № 1. С. 36–46. doi:10.22449/2413-5577-2020-1-36-46
  5. Booij N., Ris R. C., Holthuijsen L. H. A third-generation wave model for coastal regions: 1. Model description and validation // Journal of Geophysical Research: Oceans. 1999. Vol. 104, iss. C4. P. 7649–7666. https://doi.org/10.1029/98JC02622
  6. Zijlema M., Stelling G., Smit P. SWASH: An operational public domain code for simulating wave fields and rapidly varied flows in coastal waters // Coastal Engineering. 2011. Vol. 58, iss. 10. P. 992–1012. https://doi.org/10.1016/j.coastaleng.2011.05.015
  7. XBeach Technical Reference: Kingsday Release. Model description and reference guide to functionalities / D. J. A. Roelvink [et al.]. Delft : Deltares, 2015. P. 1–141. doi:10.13140/RG.2.1.4025.6244
  8. GenCade version 1 model theory and user’s guide / A. E. Frey [et al.]. Vicksburg, MS : U.S. Army Engineer Research and Development Center, Coastal and Hydraulics Laboratory, 2012. P. 12–25. (Technical reports ; ERDC/CHL TR). URL: https://usace.contentdm.oclc.org/digital/collection/p266001coll1/id/4328 (date of access: 15.01.2021).
  9. Extreme wind waves in the Black Sea / B. V. Divinsky [et al.] // Oceanologia. 2020. Vol. 62, iss. 1. P. 23–30. https://doi.org/10.1016/j.oceano.2019.06.003
  10. Amarouche K., Akpınar A. Increasing Trend on Storm Wave Intensity in the Western Mediterranean // Climate. 2021. Vol. 9, iss. 1. 11. https://doi.org/10.3390/cli9010011
  11. Estimation of extreme wind wave heights / L. J. Lopatoukhin [et al.]. Geneva, Swirzerland : WMO & IOC, 2000. (JCOMM Technical Report 9). 73 p. https://doi.org/10.25607/OBP-1495
  12. Гуров К. И., Удовик В. Ф., Фомин В. В. Моделирование штормовых изменений рельефа береговой зоны и гранулометрического состава наносов в районе пересыпи оз. Богайлы (Западный Крым) // Морской гидрофизический журнал. 2019. Т. 35, № 2. С. 185–196. doi:10.22449/0233-7584-2019-2-185-196
  13. Леонтьев И. О., Акивис Т. М. О воздействии системы бун на песчаный берег // Океанология. 2020. Т. 60, № 3. С. 474–484. doi:10.31857/S0030157420030041

Скачать статью в PDF-формате