CC BY
12Раздел 5. Проблемы организации строительства
УДК 627.41 - 504.03
ОСОБЕННОСТИ ИНЖЕНЕРНО-ЭКОЛОГИЧЕСКОГО ОБСЛЕДОВАНИЯ БЕРЕГОУКРЕПИТЕЛЬНЫХ СООРУЖЕНИЙ (НА ПРИМЕРЕ КРЫМСКОГО
ПОБЕРЕЖЬЯ)
1 Меннанов Э.Э., 2 Ветрова Н.М., 3 Меннанов Э.М.
ФГБУ «Научно-исследовательский институт строительной физики РААСН», 127238, Москва, Локомотивный проезд, 21, Институт «Академия строительства и архитектуры», ФГАОУ ВО КФУ им. В.И.Вернадского,
295943, г. Симферополь, ул. Киевская, 181, e-mail: 1 mennanov.emran@mail.ru, , 2 xaoc.vetrova.03@mail.ru,
3 mennanov. elmar@mail. ru
Аннотация. Актуальность совершенствования методов инженерно-экологического обследования объектов берегоукрепления определяется имеющимися их нарушениями, нарушающими экологическую безопасность в целом и создающими опасность для организации туризма на побережье. Цель исследования - уточнение особенностей обработки информации об экологически значимых закономерностях процессов в берегах, которые необходимо учитывать при проектировании биопозитивных берегоукрепительных сооружений, на основе натурных обследований прибрежных зон и состояния берегоукрепления. сооружения в Крыму. В ходе мониторинга применялись методы естественной фотофиксации (в динамике за 2015-2022 гг.), математического моделирования (при определении объемов убыли территории набережной и пляжа), статистических обобщений (при выявлении тенденций состояния экология побережья). В результате установлены характер и степень деформаций береговой зоны моря и берегоукрепительных сооружений на побережье Каламитского залива Черного моря в районе поселка Песчаное. Выявлены потери прибрежной зоны в результате нарушений железобетонных берегоукрепительных сооружений на 70-90%, а также изменения площадей пляжей (эрозия, укорачивание ширины, изменение качества пляжного материала). Выполнено моделирование процесса в обрыве в зоне влияния берегоукрепительных сооружений. Проведенные исследования позволили оценить степень влияния элементов техносферы (откосно-ступенчатая волнозащитная конструкция) на экологическое состояние прибрежной зоны и определить параметры организации инженерно-экологического мониторинга при разработке и эксплуатации берегоукрепительные сооружения с помощью программного обеспечения.
Ключевые слова: прибрежная зона, пляжная зона, берегоукрепительные сооружения, Крым, обследование (или мониторинг), экологическая безопасность.
ВВЕДЕНИЕ
Важной комплексной научно-практической задачей является обеспечение экологической безопасности прибрежных зон моря, которые объединяют элементы природы и техногенные объекты жизнедеятельности. Проявляется проблема роста антропогенных нагрузок на природу, что связано с загрязнением атмосферного воздуха, почв и водных ресурсов и проявляется через активизацию опасных геологических процессов на берегах и подводном склоне моря. Происходит нарушение устойчивости экосистемы «суша-море» в прибрежной зоне и создаются экологические угрозы для населения и использования территорий в рекреационных целях.
Сегодня, приморские рекреационные зоны крымского полуострова подвержены увеличенному негативному воздействию антропогенных факторов, которые влияют на уровень экологической безопасности в данном районе. К ним относят: быстрый рост строительства на прибрежных территориях, износ конструкций берегозащиты, некорректная организация стока поверхностных вод в море, выбросы от автомобилей, переполнение полигонов ТБО, из-за чего возрастает динамика загрязнения окружающей среды. Учитывая, что прибрежная зона относится к высокодинамичным территориям, рекреационная деятельность способствует интенсификации изменений ее природных комплексов.
АНАЛИЗ ПУБЛИКАЦИЙ И ЦЕЛЬ СТАТЬИ
Учет современной динамики и процессов формирования берегов, пляжных полос, сохранения целостности прибрежных территорий в условиях развития рекреационной деятельности актуален при решении задач экологической безопасности территории побережья Крыма. При этом важно использовать современные инструменты инженерно-экологического обследования, как территории, так и берегозащитных конструкций.
Отдельные сведения о параметрах Крымского побережья начали формироваться с конца XIX века (И. Ф. Левандовский, М. Крендовский, Н. А. Соколов, И. В. Мушкетов, В. А. Обручев,
A. Ф. Слуцкий, В. И. Вутечич), но планомерное его изучение началось только в 30-е гг. XX в. (В. И. Глушков, М. И. Карбасников, П. К. Божтч, А. И. Дзен-Литовский, В. Р. Добрынин,
B. С. Шустов, Н. А. Белов). С 1945 года в Крыму работали экспедиции АН СССР под руководством В.П. Зенковича в составе А.А. Аксенова, В.Л. Бонгинова, Е.И. Невесского. Результаты этих работ были опубликованы в книгах «Берега Черного и Азовского морей», «Морфология и динамика советских берегов Черного моря», «Основы учения о развитии морских берегов», «Динамика береговой зоны бесприливных морей». Однако в условиях роста урбанизации вопросы обследования территорий и конструкций берегозащиты выходят на первый план для обеспечения экологической безопасности.
Целью статьи является уточнение особенностей обработки информации об экологически значимых закономерностях процессов в берегах, которые необходимо учитывать при проектировании биопозитивных берегоукрепительных сооружений, на основе натурных обследований прибрежных зон и состояния берегоукрепления. сооружения в Крыму.
ОСНОВОЙ МАТЕРИАЛ
Разработка подходов инженерно-экологического конструирования берегозащитных сооружений для территорий побережья Крыма основывается на теоретических положениях геоморфологии надводной и подводной частей берега, гидрофизических закономерностей параметров моря в прибрежной зоне, климатических и сейсмических условий, а также должна учитывать влияние антропогенных факторов на экологические параметры береговой зоны. Относительно Крымского полуострова следует отметить, что побережье имеет достаточно разнообразную геоморфологическую структуру, которая определяется природными факторами, и части территорий отличаются по параметрам (северно-западное, западное, южное, северовосточное и юго-восточное побережья). При этом важным антропогенным фактором является рекреационная специализация территорий, которая сформирована именно в прибрежной зоне моря и оказывает значительное влияние на трансформацию параметров прибрежных зон, береговых массивов, подводных склонов берега.
Учитывая сложившуюся рекреационную направленность западного побережья Крыма в Каламитском заливе, была поставлена задача всестороннего исследования в рамках мониторинга экологического состояния побережья в районе с. Песчаное на побережье Каламитского залива. Данная территорий выбрана не случайно, поскольку на ней работают объекты отдыха, туристические базы, использовались песчаные пляжи шириной 20-30 м. Первоначально берег пытались защитить возведением вертикальных железобетонных стен, а также берегозащитных сооружений (буны). Пляж формировался твердым стоком р. Альма и к 80-м годам XX века в результате строительства Альминского и Партизанского водохранилищ твердый сток резко сократился. К 1990 году было закончено строительство 15 бун, длина которых составила от 50 до 85 м, а расстояние между ними от 50 до 500 метров. Для закрепления прибрежного склона и организации спуска к пляжу (перепад высот) была построена железобетонная конструкция -откосно-ступенчатая волногасящая набережная (ОСВН). Направленность комплекса объектов -берегозащита, однако эксплуатация объектов требует совокупности мер по поддержанию их в рабочем состоянии весь период эксплуатации. В условиях резкого снижения финансирования ОСВН были разрушены к 2006-2007 году. В этом же году фрагменты разрушенной набережной частично были демонтированы на протяжении 60 метров.
На участке набережной, на которой были демонтированы обломки бетонных конструкций за ряд лет, образовался галечный пляж шириной до 8 метров в результате разрушения клифа. Деградация береговой территории продолжается и по настоящее время, что определило необходимость проведения мониторинга экологического состояния участка берега села Песчаное для выявления проблем инженерно-экологического обеспечения берегозащиты.
Коллектив авторов в 2015 году проводил обследование [3] по программе экологического мониторинга берегоукрепительных сооружений западного берега крымского полуострова на территории санатория "Волна" (рис. 1) Республики Крым (метод фотофиксации, съемка территории с помощью ГИС (GIS-geagraphic information system) технологий, построение схем с помощью BIM (building information system) технологий), в результате которого было выявлено следующее:
— железобетонные буны на исследованном участке сохранились, хотя металлические части ограждений и конструкций отсутствуют вследствие коррозионного разрушения;
Рис. 1. Фотофиксация состояния территории набережной в районе санатория "Волна", 2015 год. (фото авторов)
— с 2006 года продолжается деградация пляжа в результате вдольбереговых течений, что в свою очередь повлекло к размыву основания ОСВН, расположенной севернее зоны бун (территория санатория "Волна" и смежных рекреационных объектов), которое является аварийным, сохраняется опасность для жизни и здоровья людей при их пребывании вблизи данных сооружений.
— на участках берега, где демонтированы потерявшие устойчивость части ОСВН отмечено формирование естественного пляжа, материалом для которого служат грунты размываемого берегового склона (значительное сокращение рекреационной территории), способствует разрушению других сооружений и построек на этих территориях побережья моря.
По результатам исследования были подготовлены предложения по восстановлению нарушенных берегозащитных сооружений на исследованной территорий. Предлагалось:
провести разбор нарушенных конструкций ОСВН;
выполнить мероприятия по укреплению берегового склона посредством железобетонных конструкций и высадкой насаждений для экологического закрепления массивов склона;
организовать отвод подземных и дождевых вод с прилегающей территории в море, целесообразный для данного участка набережной;
выполнить планировочные работы в пляжной полосе с подсыпкой щебня крупной фракции для формирования основания пляжа.
Проект по восстановлению берегозащитных сооружений не был реализован по причине отсутствия финансирования. Периодически фиксировались процессы, происходящие на данной прибрежной территории с 2015 - 2022 годы.
В 2018 и 2022 годы были проведены периодические полевые наблюдения: исследовались ширина и расположение пляжных полос, состояние клифа, состояние берегоукрепительных сооружений и территории набережной с. Песчаное. Были использованы следующие инструменты инженерно-экологического мониторинга: метод ГИС технологий (для спутниковой фотосъемки), метод фиксации с помощью беспилотных летательных аппаратов (модель) с видеоаппаратурой (для аэрофотосъемки), использование BIM технологий (для построения модели протекающих процессов).
Уделили внимание выявленному в 2015 году процессу пляжеобразования вследствие размыва волновой нагрузкой клифа (рис. 2-3) на участке после демонтажа элементов ОСВН в районе санатория "Волна" (рис 4-5).
Рис. 2. Схема трансформации пляжной зоны ПУРТ в границах пан-сионата «Волна» в 2018 году. (выполнено авторами)
Рис. 3. Схема трансформации пляжной зоны ПУРТ в границах пан-сионата «Волна» в 2022 году. (выполнено авторами)
Рис. 4. Состояние образовавшегося пляжа на участке демонтированных ОСВН на 2018 год (вид с юга на север) (фото авторов)
Рис. 5. Состояние образовавшегося пляжа на участке демонтированных ОСВН на 2022 год (вид с юга на север) (фото авторов)
Рис. 6. Состояние образовавшегося пляжа на участке демонтированных ОСВН на 2018 год (вид с севера на юг) (фото авторов)
Рис. 7. Состояние образовавшегося пляжа на участке демонтированных ОСВН на 2022 год (вид с севера на юг) (фото авторов)
Анализ собранного материала о процессах формирования пляжа, состояние ОСВН и берегозащитных стен и построение моделей по ним (рис. 2-3, рис. 4-5), позволяет отметить, что на участке демонтажа разрушенных ОСВН произошло разрушение склона, образование пляжа, а также перераспределение пляжного материала. Так, в северной части участка увеличилась ширина пляжа, а в южной части - ширина пляжа уменьшилась. Судя по характеру перераспределения наносов на данном участке пляжа, можно сделать вывод о том, что железобетонные лестничные марши, оставшиеся по обеим сторонам участка, образовали в своем роде прибрежные буны, которые частично стабилизировали деградацию образовавшегося пляжа. Однако оставшиеся бетонные конструкции ОСВН, которые примыкают к свободному участку пляжа погрузились под воду из-за размыва основания, что привело к разрушению примыкающего берегового склона на 0,2-0,4 метра.
Севернее от территории пансионата "Волна", где конструкции ОСВН были демонтированы полностью на всем дальнейшем протяжении берега, за период 2018-2022 гг. ширина пляжа
сократилась на 5-15 м. (рис. 2, 4). Размыв произошел под влиянием волновой нагрузки на пляж, вдольбереговых течений, которые имеют направление в этой части Крыма с юга на север [4].
А на участке берега южнее пансионата "Волна", на котором сохранились разрушенные и погруженные в воду конструкции ОСВН, они образовали волноломы, снижающие разрушающую нагрузку волн на береговой клиф. До 2018 года разрушение клифа незначительное (рис. 6). А за период с 2018 года по 2022 год (рис. 6-7) происходит размытие основания под железобетонными конструкциями ОСВН, их заглубление под воду, что приводит к снижению их волноломных свойств и соответственно ускоряет разрушение клифа.
Рис. 8. Состояние берегового клифа на участке не демонтированных ОСВН на 2018 год (вид с севера на юг)
(фото авторов)
Рис. 7. Состояние берегового клифа на участке не демонтированных ОСВН на 2022 год
(вид с севера на юг) (фото авторов)
Такая ситуация по сокращению пляжей в рекреационных зонах наблюдается на большей части западного побережья Крымского полуострова. Если и дальше так будет продолжаться без принятия соответствующих инженерных мероприятий берегозащитной направленности, то мы можем потерять значительную территорию берега, которая и так с 1905 года по оценкам специалистов [4] сократилась по всей протяженности береговой линии на 100 м за счет наступления моря.
Демонтировать остатки железобетонных конструкций набережной несомненно необходимо, поскольку данная территория относится к санаторно-курортной зоне с. Песчаное, которая без соответствующего безопасного доступа к пляжам эксплуатироваться не может. Однако, как было выявлено, пляжи на участке практически уничтожены, что приводит к необходимости скорейшего их восстановления, а преждевременный демонтаж оставшихся частей железобетонных конструкций с учетом выявленных закономерностей (рис. 2-5) ускорит разрушение берега. Необходимые инженерные меры должны обеспечить снижение волновой нагрузки на берег и укрепление берегового склона.
В мировой и отечественной практике используются различные методы и технологии берегозащиты и берегоукрепления, в большей части которых используются бетонные и железобетонные конструкции. Однако злоупотребление "монолитным" закреплением берега влияет на экологическое состояние курортной территории в части нарушения природного ландшафта, нарушения периодичности естественных процессов абразии, снижения комфортности пребывания в зоне повышенной температуры от разогреваемых искусственных ограждающих конструкций у пляжа и др.
Необходим комплексный подход к проведению инженерно-экологических мероприятий по берегозащите, берегоукреплению и одновременно восстановлению пляжей. Проектируемые сооружения инженерной защиты в современных условиях обязательно должны соответствовать двум принципам:
- принципу компенсации территорий (нельзя допустить сокращение площади и протяженности побережья вдоль уреза воды);
- принципу экологичности (способы берегозащиты, конструкции и размеры сооружений должны определяться рельефом надводной и подводной частей берега, характером грунтов, ветровым, волновым и уровненным режимом прибрежной зоны моря).
При выборе метода берегозащиты и форм сооружений должны быть учтены все факторы -как благоприятные, так и негативные, особенно в отношении экологического состояния защищаемого участка побережья с оценкой степени воздействия на окружающую среду. При этом снижение волновых воздействий на берегозащитные сооружения должно происходить за счет повышения их волногасящей способности за счет учета при проектировании естественно-природных закономерностей каждой территории. Одновременно берегозащитные, оградительные сооружения и инженерные мероприятия по освоению склонов и других территорий должны улучшать экологическую обстановку прибрежной акватории и прилежащей территории.
ВЫВОДЫ
На крымском полуострове значительное количество прибрежных территорий рекреационного характера, подверженных деградации, которые нуждаются в глубоком анализе экологического состояния, выборе подходов к разработке конструктивных решений берегозащиты и берегоукрепления с учетом экологических факторов. При инженерно-экологическом сопровождении проектов берегозащитных сооружений (как при создании новых, так и восстановлении или эксплуатации существующих) необходимо проведение исследований комплекса природных и антропогенных закономерностей системы "земля-море" и организация инженерно-экологического мониторинга состояния прибрежной зоны с целью корректировки принятых решений для обеспечения экологической безопасности на территории.
Исследования выполнены за счет средств государственной программы Российской Федерации «Научно-технологическое развитие Российской Федерации», Программы фундаментальных научных исследований государственных академий наук на 2021-2022 годы, в рамках Плана фундаментальных научных исследований Минстроя России и РААСН. Тема 3.2.1.2.
ЛИТЕРАТУРА
1. Горячкин, Ю.Н. Берегозащитные сооружения Крыма: Западное побережье. Часть 2 [Текст] / Ю.Н. Горячкин // Гидротехника. - 201б. - № 2. - С. 3S-43.
2. Современное состояние береговой зоны Крыма / под ред. Ю.Н. Горячкина. -Севастополь: ЭКОСИ-Гидрофизика, 2015. - 252 с.
3. Ветрова, Н.М. Нарушения экологической ситуации в береговой зоне западного Крыма / Н.М. Ветрова, Э.Э. Меннанов // Строительство и техногенная безопасность. Сб. науч. трудов. -2017.
- Вып. 59.- С.147 - 152.
4. Иваненко, Т.А. Комплекс экологически безопасных технических решений застройки прибрежных рекреационных зон // Т.А. Иваненко, Н.М. Ветрова // Проблемы экологии. - 2013. -№ 1(31). - С. S9-97.
5. Горячкин Ю. Н. Уровень Черного моря: прошлое, настоящее и будущее. / Ю.Н. Горячкин, В.А. Иванов. - Севастополь: ЭКОСИ-Гидрофизика, 200б. -210 с.
6. Миньковская, Р. Я., Морские устья рек Украины и устьевые процессы. Часть I. / Р. Я. Миньковская, В. А. Иванов. — Севастополь: ЭКОСИ-Гидрофизика, 2008. -488 с.
7. Романюк О. С. Состояние изученности крымского побережья и задачи его восстановления / О. С. Романюк // Пути решения проблемы сохранения и восстановления пляжей Крымского полуострова / Тезисы докладов научно-практической конференции, г. Севастополь, 1б
- 18 сентября 2015 г. - Севастополь: 2015. - С. 14- 1б.
8. Рыжий М. Н. Проблемы инженерной защиты морских берегов Крыма и пути их решений в современных условиях / М. Н. Рыжий // Пути решения проблемы сохранения и восстановления пляжей Крымского полуострова / Тезисы докладов научно-практической конференции, г. Севастополь, 1б - 18 сентября 2015 г. - Севастополь: 2015. - С. 13-14.
9. Сапронова З.Д. Опыт проектирования и строительства берегозащитных сооружений в Крыму и оценка их эффективности / З.Д. Сапронова, В.С. Снегирев // Строительство и техногенная безопасность. -2013. -Вып. 45. - С. 108-114.
10.Тлявлина Г.В. Проблемы и перспективы строительства берегоукрепительных сооружений и рекреационных пляжей на черноморском побережье Крыма / Г.В. Тлявлина, Р.М. Тлявлин, Н.А. Ярославцев // Гидротехника. - 2014. - № 3. - С. -2S-39.
11. Удовик, В. Ф. Межгодовая изменчивость вдольберегового потока наносов в береговой зоне западного Крыма / В. Ф Удовик., Ю. Н. Горячкин / Научная электронная библиотека периодических изданий НАН Украины. - Морской гидрофизический институт НАН Украины. -Севастополь: 2013. - С. 3б3-3б8.
12. Удовик, В. Ф. Оценки межгодовой изменчивости вдольберегового транспорта наносов на участке береговой зоны от Севастополя до Евпатории / В. Ф Удовик., Ю. Н. Горячкин // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон моря. 2015. -№ 1. - С. 55-бб.
13. Goryachkin Yuri N. Coastal erosion and protection in Ukraine // Coastal erosion and protection in Europe / Editing A. Williams and E. Pranzini. London: Earthscan, 2012. P. 41З-42б.
14.Peichev V. Beach Protection and Long Term Stabilizing of Black Sea Coastal Slopes. Sofia, Prof. M. Drinov Publ. House, 199S, 139-142.
15. Stanev E.V. Regional sea level response to global climatic change: Black Sea examples / E.V. Stanev, EL. Peneva // Global and Planetary Changes. - 2002. - 32. - Р. 33-47.
16. Ветрова, Н.М. Экологическая безопасность урбанизированных рекреационных территорий в зоне влияния объектов транспортного строительства / Н.М. Ветрова, Т.В. Вереха, Э.Э. Меннанов, Д.В. Судьева // Экономика строительства и природопользования. - 2022. - № 1-2 (S2-S3). - С. 145-151
FEATURES OF ENGINEERING AND ENVIRONMENTAL SURVEY OF SHORE PROTECTION STRUCTURES (BY THE EXAMPLE OF THE CRIMEAN COAST)
Mennanov E.E., Vetrova N.M., Mennanov E.M.
Research Institute of Building Physics of the Russian Academy of Architecture and Building Sciences, V.I. Vernadsky Crimean Federal University
Abstract. The relevance of improving the methods of engineering and environmental survey of coastal protection objects is determined by their existing violations that violate environmental safety in general and create a danger to the organization of tourism on the coast. The purpose of the study is to clarify the method for processing information about environmentally significant patterns of processes in the banks, which must be taken into account when designing biopositive bank protection structures, based on field surveys of coastal zones and the state of bank protection. buildings in the Crimea. During the monitoring, the methods of natural photographic fixation (in dynamics for 2015-2022), mathematical modeling (when determining the volume of loss of the territory of the embankment and the beach), statistical generalizations (when identifying trends in the state of coastal ecology) were used. As a result, the nature and degree of deformations of the coastal zone of the sea and shore protection structures on the coast of the Kalamitsky Bay of the Black Sea in the area of the village of Peschanoe were established. Losses of the coastal zone as a result of violations of reinforced concrete bank protection structures by 70-90%, as well as changes in the areas of beaches (erosion, shortening of the width, change in the quality of beach material) were revealed. The simulation of the process in the cliff in the zone of influence of bank protection structures was carried out. The conducted studies made it possible to assess the degree of influence of the elements of the technosphere (slope-step wave protection structure) on the ecological state of the coastal zone and to determine the parameters for organizing engineering and environmental monitoring during the development and operation of bank protection structures using software.
Keywords: coastal zone, beach zone, bank protection structures, Crimea, inspection (or monitoring), environmental safety.
