Слайд 1 - Морские берега — 2012

ПРОГНОЗ ЭВОЛЮЦИИ ПЕСЧАНЫХ КОС
ГДАНЬСКОГО ЗАЛИВА В XXI СТОЛЕТИИ
И.О. Леонтьев, Т.М. Акивис
Институт океанологии им. П.П.Ширшова РАН, Москва
EVOLUTION FORECAST OF
THE GULF OF GDANSK SAND SPITS
IN XXI CENTURY
I.O. Leont’yev, T.M. Akivis
P.P.Shirshov Institute of Oceanology RAS, Moscow
Объект исследования
Песчаные косы Гданьского залива Балтийского моря: Вислинская (или
Балтийская) коса и коса Хель - узкие и протяженные аккумулятивные формы.
Гданьский залив Балтийского моря. Кресты указывают положение расчетных точек.
Вислинская коса
Вислинская коса
отделяет Гданьский залив
Балтийского моря от
лагуны, называемой
Вислинским заливом.
Длина – 65 км.
Ширина от 300-1800 м в
средней части до 8-9 км
в северной части.
Берега сложены
преимущественно мелким
и средним песком:
ds=0.25 мм
Коса Хель
Коса Хель вытянута в юговосточном направлении от
порта Владиславово.
Длина – 35 км,
Ширина – от 300 м в северозападной части до 3 км в юговосточной части.
Берега сложены
преимущественно мелким и
средним песком:
ds=0.2 мм
Цель работы
Прогноз развития морского побережья песчаных кос Гданьского залива
в XXI веке с учетом ожидаемых изменений уровня моря.
Алгоритм прогноза
Первый этап. Определение бюджета наносов в морфодинамической
системе, в которую включен исследуемый берег.
Второй этап. Оценка потенциальных изменений уровня моря в течение
рассматриваемого периода времени.
Третий этап. Моделирование динамики профиля берега на основе данных
о бюджете и уровне моря.
Инструмент прогноза
Модель SPELT, описывающая эволюцию берегового профиля на
«инженерном» и «геологическом» масштабах времени.
В основу модели положено уравнение сохранения массы
h
 Er  Ac  w
t
где h – глубина, t - время, w – скорость изменения уровня моря, а Er и
Ac - скорости эрозии и аккумуляции.
Модель SPELT
z
zb
средний уровень моря
lb
h

h
*

Здесь
берегу
xb x o
l
*
x
x
*
- потенциальный объем эрозии, определяемый суммарным годовым потоком энергии
, B – бюджет наносов.
к
Условию равенства скоростей эрозии и аккумуляции (Er=Ac) отвечает профиль равновесия вида
p
n 1
m  1 (m=2, n=3.5, p=1.5)
 0  ph / l 
Скорость смещения берега определяется как изменениями уровня моря (правило Брууна [Bruun,
1988]), так и дисбалансом бюджета наносов B: x0
B
t

p
h  z b
p 1
При избыточном питании (B>0) берег выдвигается, а при дефиците наносов (B<0) он отступает.
Поскольку нижняя точка профиля,
, при этом остается на месте, то в первом случае средний
уклон профиля увеличивается, а во втором – уменьшается.
xo(2)
(1)
xo
x
*
B<0
h
*
(1)
xo
xo(2)
x
*
B>0
Дисбаланс бюджета наносов B : 1) обусловливает изменения геометрии профиля,
2) влияет на его эволюцию при изменении уровня моря.
h
*
Профили дна
6
4
0
расчетный: m=2, n=3.5
-4
Elevation, m
наблюдаемый
-2
Глубина, м
2
Профили
0
-2
24 km
10 km
-4
-6
-6
-8
-8
15 km
5 km
20 km
-10
0
200
400
Расстояние, м
600
800
0
100
200
300
400
500
Distance, m
600
700
800
900
Волновые данные
1.0000
1.0000
0.5000
0.5000
0.1000
0.1000
P(T)
P(H)
Волновые данные за период 1958-2001 гг. любезно предоставлены
Институтом водного строительства Польской академии наук (IBW PAN).
0.0500
0.0500
0.0100
0.0100
0.0050
0.0050
0.0010
0.0010
0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
4
6
Hs, м
8
10
Tp , с
Функции обеспеченности высот Hs и периодов Tp волн
Глубина замыкания для «инженерных» масштабов времени (десятки лет)
оценивается в зависимости от значительной высоты волн обеспеченностью 0.14%,
которая действует не более 12 ч в году [Hallermeier, 1981]
Hs0,14%=4,2 м, Tp0,14%=10,3 с
h*=2Hs0,14%=8,4 м
Поток энергии к берегу составляет 3.6×1010 дж·м-1год-1.
Потенциальный объем эрозии – около 200 м3·м-1год-1.
Бюджет наносов
B  q  q Aeol  Q / y  
Вдольбереговой поток наносов
Q
 (Qt
j
)
w ij
i
Формула расхода (Леонтьев, 2001)

Q   0.04  0.8   s


ghB 
EC g  sin  B cos  B
B
ws 
sin  B / CB  sin  / C
CB  ghB
 1
hB  
2
 4 B



2/5

4/5
H rms
 gT
q Aeol  c A 
 q
j
j
)
 w i
i
 9  b
 1 u 2m
U Uc
q   
D f 
cos   w
um
 2 um
 8 tg
t

Aeol w ij
i
Поток наносов на глубине замыкания
 (q t
 cos  

 cos  B



2/5
B 
H rmsB
hB
=0.37
C  g / 2 T p
Эоловый снос материала пляжа
q  

2 1/ 5
p



q Aeol
 u
 K D
 gd
s

3

 cos 


Суммарный бюджет наносов
на различных участках побережья
Стрелки и числа указывают направление и величину
вдольбереговых потоков наносов в тыс. м3/год.
Коса
Вислинская
Хель
Участок
P0 - P1
P1 - P2
P2 - P3
P3 - P4
Q0 - Q1
Q1 - Q2
Бюджет, м3м-1год-1
-0.8
2.0
-1.6
-12.8
0.3
-0.7
Изменения уровня моря в XXI веке
A1FI
Max
A1FI
12
Max
10
600
B1
Max
400
A1FI
200
Min
Min
B1
w, мм/год
Уровень моря, мм
800
8
6
B1
4
A1FI
2
B1
Max
Min
Min
0
0
1990 2000 2010 2020 2030 2040 2050 2060 2070 2080 2090 2100
1990 2000 2010 2020 2030 2040 2050 2060 2070 2080 2090 2100
Годы
Годы
Минимальный и максимальный прогнозы
повышения уровня моря,
по сценариям A1F1 и B1
Минимальный и максимальный прогнозы
скорости повышения уровня моря,
по сценариям A1F1 и B1
Прогнозируемое отступление береговой линии
кос Гданьского залива
Отступление берега, м
0
-10
-20
-30
Стабильные участки:
Основная часть
Вислинской косы и
коса Хель
A1FI Min
A1FI Max
-40
-50
B1 Min
B1 Max
-60
1990 2000 2010 2020 2030 2040 2050 2060 2070 2080 2090 2100
Годы
Отступление берега, м
0
-40
Дефицитный участок:
северо-восточная часть
Вислинской косы
-80
-120
A1FI Min
A1FI Max
-160
-200
B1 Min
B1 Max
-240
1990 2000 2010 2020 2030 2040 2050 2060 2070 2080 2090 2100
Годы
Заключение
Представленный алгоритм прогноза эволюции береговой зоны
песчаных кос Гданьского залива включает три основных этапа:
1.Определение бюджета наносов;
2. Оценка потенциальных изменений уровня моря.
3. Моделирование динамики профиля берега (модель SPELT).
Расчеты показывают, что бюджет наносов вдоль основной части
побережья Вислинской косы и косы Хель относительно сбалансирован.
Напротив, северо-восточный участок Вислинской косы испытывает
дефицит бюджета наносов порядка 13 тыс. м3·м-1 · год-1
Типичные сценарии (A1FI и B1) потенциальных изменения уровня
моря предсказывают его повышение на величину от 0.2 до 0.8 м на
протяжении XXI века.
Моделирование динамики берегового профиля показывает, что,
отступление сбалансированных участков побережья Вислинской косы в
основном определяется изменениями уровня моря. Скорость рецессии в
XXI веке составит здесь порядка 0.3-0.4 м/год по отношению к 2010 г.
Отступление северо-восточного участка берега Вислинской косы
определяется дефицитом бюджета наносов и может составить до 160200 м.
Прогноз эволюции косы Хель показывает, что здесь бюджет наносов
практически сбалансирован, поэтому средняя рецессия на всем ее
протяжении не будет превосходить 0.3 м/год
Полуостров Хель представляет собой классический пример косы,
когда доминирующие волнения распространяются почти
параллельно берегу (или под острым углом к нему). В этих
условиях возникает неустойчивость контура берега, приводящая к
росту амплитуды возникающих возмущений.
Вислинская коса - это типичная пересыпь (того же типа, что и
Куршская коса), которая развивается в условиях, когда
доминирующие волнения близки к нормальным.
Несмотря на различия генезиса рассмотренных аккумулятивных
форм, поведение их берегов в настоящем и будущем оказывается
сходным. Это, по-видимому, связано с тем, что обе формы в
целом пребывают в состоянии равновесия (за исключением
локальных участков), которое едва ли может быть нарушено в
ближайшее столетие естественными причинами.
Авторы считают, что неблагоприятный прогноз эволюции оконечной
части Балтийской косы в значительной степени обусловлен
строительством гидротехнических сооружений, связанных с
судоходным каналом в районе Балтийска.
Спасибо за внимание!