Практика применения берегозащитных сооружений в приморских районах Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

УДК 627.41

ПРАКТИКА ПРИМЕНЕНИЯ БЕРЕГОЗАЩИТНЫХ СООРУЖЕНИЙ В ПРИМОРСКИХ

РАЙОНАХ

1 2 Ветрова Н.М.1, Меннанов Э.Э.2

Академия строительства и архитектуры (структурное подразделение) ФГАОУ ВО КФУ им. В.И. Вернадского

295943 Республика Крым, г. Симферополь, ул. Киевская, 181, e-mail: 1 xaoc.vetrova.03@mail.ru, 2 mennanov.emran@mail.ru

Аннотация. В статье уточнено понятие «берегозащитные сооружения», проанализированы различные виды берегозащитных сооружений, применяемые в мире, а также опыт использования данных конструкций на примере черноморского побережья. Подробно рассмотрены предпосылки к применению берегозащитных сооружений, а также ограничивающие факторы.

Ключевые слова: берег, берегозащитные сооружения, черноморское побережье.

ВВЕДЕНИЕ

Морские берега формируются под воздействием многочисленных факторов динамики береговой зоны, которые подразделяются на волновые и не волновые. Источниками энергии для береговых процессов являются в основном морские волны, в меньшей мере приливные и иные течения, а также некоторое влияние на динамику берега оказывают факторы, не имеющие морской природы. Антропогенные факторы совместно с волновой нагрузкой приводят к деградации береговой зоны, что вызвало необходимость в укреплении берегов.

В трудах Годэс Э.Г. и Нарбут Р.М. [1] рассматривали основные теоретико-прикладные вопросы о необходимости в укреплении берегов водных акваторий. Разработкой методов берегозащиты на Черноморском побережье России занимались Серебряков Г.Б. и Гришин Н.А. [2]. Горячкин Ю.Н. в своих работах описывает существующие берегозащитные сооружения в Крыму [3-6]. Исследованиями зарубежного опыта морской берегозащиты занимался Зенкович В.П. (1987) [7]. Однако необходим системный анализ практики применения берегозащитных сооружений в приморских районах.

ЦЕЛИ ИССЛЕДОВАНИЯ

Цель статьи - выявить особенности использования различных берегозащитных сооружений в приморских районах, в том числе экологически целесообразных для применения на берегах крымского полуострова. Для достижения данной цели поставлены следующие задачи: рассмотрение особенностей понятий «берегозащита», «берегозащитные сооружения»; анализ различных видов берегозащитных сооружений и факторов, ограничивающих применения конкретного вида берегозащиты.

ОСНОВНОЙ РАЗДЕЛ

В известных научных трудах [7, 8] береговой зоной называется прибрежная полоса моря, и часть суши, заливаемая при волнении. Специфические формы рельефа береговой зоны создаются в основном под воздействием волн. Волны, разрушаясь в пределах береговой зоны, вследствие уменьшения глубины моря, расходуют энергию на переформирование подводного берегового склона и берега, на построение аккумулятивных береговых форм и на перемещение прибрежных и морских наносов.

При воздействии морского волнения на пляж из гальки, гравия и песка, происходит перемещение частиц, из которых состоят берег и подводный береговой склон. При направлении волн под углом к пляжу кроме поперечного переноса наносов происходит и продольное перемещение наносов, которое образует вдольбереговые потоки -миграции. Данные наносы состоят из частиц горных пород, выносимых реками в море, а также из частиц, образовавшихся в результате разрушения морских берегов.

При нормальном направлении воздействия волн происходит перемещение частиц по откосу вверх и вниз нормально к линии уреза берега. Этот процесс вызывает постоянное истирание крупных частиц пляжного материала и унос мелких на большие глубины. При недостаточной подпитке пляжа минеральным материалом его ширина постепенно уменьшается.

Специалисты считают, что достаточной ширины пляж является лучшей защитой берега от размыва морским прибоем: энергия вкатывающихся на полосу прибойного потока волн гасится и расходуется на постепенное истирание частиц породы.

Разрушение пляжа (основной защиты берега от волновой нагрузки) практически всегда приводит к развитию процессов нарушения устойчивости береговых массивов: размываются коренные откосы берега, на береговых косогорах образуются оползни, нарушающие устойчивость огромных земляных масс, разрушаются здания и сооружения, возведенные на берегу.

Деятельность человека по изъятию береговых ресурсов, если она осуществляется без учета возможных экологических последствий, во многих случаях приводит к резкому нарушению естественного баланса наносов, из которых состоит пляж, создавая угрозу целостности берега.

Береговая защита - это деятельность по созданию инженерно-технических сооружений и проведению специальных мероприятий по защите берегов морей для сохранения коренного берега, пляжей, а также пониженных территорий при нагонных подъемах уровня моря [8, с. 130]. Согласно [18] берегоукрепительными сооружениями являются сооружения для защиты берегов водоемов (рек, морей, водохранилищ, каналов и др.) от разрушающего воздействия волн, течений, напора воды и льда и др. природных факторов. Берегозащитными сооружениями целесообразно считать искусственные или биопозитивные (природно-искусственные) сооружения различной формы и параметров, которые позволяют обеспечить целостность береговых массивов, включая здания и сооружения в прибрежной зоне при действии комплекса природно-техногенных факторов.

В практике эксплуатации прибрежных зон моря широкое распространение получило создание искусственной защиты берега. Многообразие инженерных мер, применяемых для защиты берегов морей может быть сведено к двум принципиально различным методам защиты: удержание наносов и гашение волнового воздействия на береговую линию.

Исходя из названных методов берегозащиты, используются два типа берегозащитных сооружений [1]:

1. Берегозащитные сооружения, способные накапливать и удерживать перед собой наносы в виде полосы берегозащитного пляжа, относят к активным, или наносоудерживающим. К ним относят формы:

- наносоудерживающие буны;

- подводные волноломы с траверсами;

- искусственные пляжи;

- посадки водных растений;

- сооружения «искусственные водоросли».

2. Сооружения, которые не в состоянии изменить отрицательный баланс наносов на положительный или нулевой на участке побережья, где они располагаются, и основная функция которых состоит в непосредственном ограждении берегов от разрушающего действия волн и течений, называют пассивными, или волнозащитными. К ним относят:

- прислоненные к берегу волноотбойные стенки с вертикальной или криволинейной передней гранью;

- волногасящие сооружения, представляющие собой всевозможные наброски из камня или фигурных массивов;

- перфорированные стенки;

- откосные сооружения с повышенной шероховатостью;

- бермы;

- незатопленные волноломы и др.

Анализируя практику применения берегозащитных сооружений, отметим, что «буна» (полузапруда, поперечная дамба) — регуляционное сооружение, служащее для предохранения берега или гидротехнического сооружения от размыва. Для устройства полузапруды применяют грунт, бетон, камень, габионы, фашины. Полузапруды устанавливают перпендикулярно или под некоторым углом к берегу. Донные буны служат для предохранения оснований береговых сооружений от размыва (подпорных стенок, дамб и др.) [9, с. 257] (рис. 1).

Рис. 1. Буны. Санаторий "Карасан", г. Ялта, 2016 г.

Больверк, болверк или больворок — каменное инженерное гидротехническое сооружение, предназначенное для защиты морского берега от разрушающего действия волн. Больверки строятся с крутыми или пологими береговыми откосами, а также существуют одновременно и с крутыми, и с пологими, и в этом случае называются смешанными больверками Больверками с пологим откосом называют те, у которых на одну высоту дано от 3 до 10 высот в основании. Они располагаются параллельно берегу и состоят из земляной насыпи или каменной отсыпи, одетой с лица крупными камнями, хорошо пригнанными и величиною не менее двух третей высоты волны. Больверки с крутыми откосами называются также морскими стенами и выводятся из бута на цементном растворе, с облицовкою стены, обращенной к морю, тёсаным камнем.

Смешанные больверки делают с целью сокращения расходов на постройку отвесных стен на большой глубине. Оба вышеописанные способа соединяются вместе, а именно: основание до горизонта низких вод делают с откосом в три основания, а выше устраивают широкую горизонтальную берму и на ней уже выводится отвесная стена в расстоянии, равном удвоенной длине пологого откоса, а иногда и утроенной длине [11] (рис. 2).

Рис. 2. Больверк, г. Пионерский, Калининградская область [11] Волнолом (или брекватер) - гидротехническое сооружение для защиты от волнения акватории порта, рейдовых причалов, подходов к каналам и шлюзам, береговых участков моря, озера, водохранилища и т.д. Энергия задерживаемых волн гасится на волноломе или отражается от него. По характеру работы сооружения и конструктивным признакам различают волноломы оградительные, окруженные водным пространством, берегозащитные (рис. 3), сплошные (вертикального или откосного профиля), плавучие гидравлические, сквозные, пневматические (рис. 4.). Волноломы сплошные вертикального профиля бывают свайной конструкции и гравитационного типа. Сплошные волноломы откосного профиля возводят в виде песчаных дамб с защитным покрытием откосов или бетонных массивов и наброски из камня. Сквозные волноломы имеют не доходящие до дна волнозащитные экраны, опирающиеся на отдельные опоры мостового типа. Плавучие волноломы - заякоренные понтоны или другие плавучие устройства, гасящие часть волновой энергии. Пневматические волноломы используют для гашения волн струи сжатого воздуха, выходящего из отверстий уложенного по дну трубопровода. Работа гидравлических волноломов состоит в гашении волнения встречным поверхностным потоком, который создается водными струям, которые выбрасываются из сопел подводящих трубопроводов. Берегозащитные волноломы являются активными средствами защиты берегов. Вместе с бунами они способствуют закреплению и расширению полосы пляжей, на которых гасится энергия волн. Сооружаются преимущественно из бетонных массивов и камня [12].

Рис. 3. Гравитационная стенка с набросом волнолома из тетраподов, г. Фуншал, Португалия [13]

е ж

Рис. 4. а - гравитационная стенка вертикального профиля; б - волнолом откосного профиля; в - вертикальная стенка свайной конструкции; г - вертикальная стенка из цилиндрических оболочек; д - сквозной волнолом; е - плавучий волнолом; ж - пневматический волнолом [12]

Волноотбойные стены сооружаются для защиты от волнения береговых уступов или земляного полотна приморских железных и автомобильных дорог, поэтому часто такие стены называются подпорно-волноотбойными. Волноотбойные стены допускается, по возможности, возводить под защитой пляжа шириной, достаточной для гашения расчетных волн, в комплексе с бунами или волноломами [14] (рис 5).

Рис. 5. Волноотбойная стенка, г. Сочи [2] Разработан вариант экологически безопасного освоения и защиты прибрежных территорий в виде создания естественных бухт путем строительства прерывистых волноломов или врезкой в береговые уступы. Ю.Н. Сокольников приходит к выводу о необходимости расчленения берегов с образованием мысов и бухт, размеры которых в зависимости от геоморфологической структуры берега могут быть от метров до километров [15] (рис. 6). Данный подход можно рассматривать как биопозитивный, поскольку учитывает природные особенности обеспечения устойчивости береговых массивов.

Рис. 6. Намывные острова [2] Искусственный риф является подводным проницаемым гидробиотехническим сооружением. Различают множество различных форм искусственных рифов перфорированных множеством отверстий. Их устанавливают в мелководных зонах морей на расстоянии 40-60 м от береговой полосы в качестве волноломов для предотвращения эродирующего действия волн на пляжи и прибрежные сооружения, а также в качестве механического стимулятора развития биоценоза и механико-биологического фильтра в зонах повышенных антропогенных нагрузок. Один из видов искусственных рифов расположен вокруг острова Пхукет, Таиланд (рис. 7).

Рис. 7. Подводный волнолом в виде искусственных рифов вокруг о. Пхукет, Таиланд [17]

К биопозитивным способам берегозащиты можно отнести сооружения, использующие подводные волноломы в виде искусственных водорослей. Водоросли изготавливают из пропиленового пенопласта в виде полос с размерами поперечного сечения 5х0,1 мм. Данные водоросли собираются в пучки по 800-900 полос длиной 1,8-2 м. Пучки искусственных водорослей закрепляли на металлических конструкциях, на различных расстояниях друг от друга (рис 9). Установка таких конструкций способствует предотвращению эрозии подводного берегового откоса, благодаря которому обеспечивается накопление наносов на дне и динамическая устойчивость защищаемых участков береговой зоны.

Фи. г. 7

Рис. 9. Подводный волнолом в виде искусственных водорослей [18]

На участках берега может применяться комбинированная защита, которая представляет собой сочетание сооружений пассивной и активной защиты. Для примера, защита берега может состоять из наносоулавливающих сооружений в виде подводных волноломов и одновременно волноотбойных стенок или бун.

Анализ представленных видов берегозащитных сооружений позволяет сделать вывод о том, что выбор способов защиты берега, типов и размеров берегоукрепительных конструкций определяется совокупностью параметров: крутизной надводного и подводного склонов, режимом уровней и волнений, геологическим строением берега, гранулометрическим составом береговых наносов, течениями, паводками и другими природными явлениями и условиями.

ВЫВОДЫ

Конкретизация в статье понятия «берегозащитные сооружения» позволяет уточнить принципы создания эффективных систем защиты, которые могут быть применены на конкретном участке берега.

В мире разработано много различных способов защиты берегов, особенности использования которых зависят от морфологических характеристики берега и действующих факторов на них. Однако, существующие способы берегозащиты с позиций конструирования и экологичности требуют совершенствования.

ПЕРСПЕКТИВЫ ДАЛЬНЕЙШИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

На крымском полуострове достаточно много прибрежных территорий, подверженных деградации, которые нуждаются в глубоком анализе экологического состояния, выборе методов и разработки конструктивных решений берегозащиты.

Дальнейшие исследования будут направлены на конкретизацию методологии выбора вида и параметров берегозащитных сооружений с учетом экологической ситуации в Крыму и научных основ разработки новых конструкций берегозащитных сооружений.

ЛИТЕРАТУРА

1. Годес, Э.Г. Строительство в водной среде: Справочник - 2-е изд., перераб. и доп. / Э.Г. Годес, Р.М. Нарбут - Л.: Стройиздат, Ленингр. отд-ние, 1989. - 527 с.

2. Серебряков, Г.Б. Обзор методов берегозащиты на Черноморском побережье России [Текст] / Г.Б. Серебряков, Н.А. Гришин [Электронный ресурс] // иКЬ: - Режим доступа ШрБУ/агсЬ-sochi.ru/2012/10/obzor-metodov-beregozashhityi-na-chernomorskom-poberezhe-rossii (дата обращения 12.04.2017).

3. Горячкин, Ю.Н. Берегозащитные сооружения Крыма: Западное побережье. Часть 1 [Текст] / Ю.Н. Горячкин // Гидротехника. - 2016. - № 1. - С. 49-54.

4. Горячкин, Ю.Н. Берегозащитные сооружения Крыма: Западное побережье. Часть 2 [Текст] / Ю.Н. Горячкин // Гидротехника. - 2016. - № 2. - С. 38-43.

5. Горячкин, Ю.Н. Берегозащитные сооружения Крыма: Южный берег [Текст] / Ю.Н. Горячкин // Гидротехника. - 2016. - № 3. - С. 34-39.

6. Горячкин, Ю.Н. Берегозащитные сооружения Крыма: Восточное побережье [Текст] / Ю.Н. Горячкин // Гидротехника. - 2016. - № 3. - С. 56-61.

7. Зенкович, В.П. Из зарубежного опыта морской берегозащиты // Природные основы берегозащиты. Сб. научных трудов. Отв. ред. В.П. Зенкович и др. - М: Наука, 1987 - С. 149-153

8. Гражданская защита: Энциклопедия в 4 томах. Т. I (А-И) (издание третье, переработанное и дополненное); [под общей ред. В.В. Пучкова] / МЧС России. - М.: ФГБУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ), 2015. - 666 с.

9. Большая советская энциклопедия: Т. 20: Плата-Проб. / [Гл. ред. А. М. Прохоров.] — 3-е изд. — М.: Сов. энцикл., 1975. - 666 с.

10. Эдмунд, Э.Л. Больверки // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона. Том IV (7). Битбургъ-Босха. — СПб., 1891. - 472 с.

11. Борисенкова, Е. Самарский "Больверк" построит морской терминал за 7,3 млрд. рублей [изображение] / Е. Борисенкова [Электронный ресурс] — Режим доступа: http://volga.news/article/461790.html. - (дата обращения 12.04.2017).

12. Большая советская энциклопедия: Т. 5: Вешин-Газли. / [Гл. ред. А. М. Прохоров.] — 3-е изд. — М. : Сов. энцикл., 1971. - 640 с.

13. Тетрапод (конструкция) [Электронный ресурс] — Режим доступа: https://uk.wikipedia.org/wiki/Тетрапод_(конструкцiя). - (дата обращения 12.04.2017).

14. СП 32-103-97 Проектирование морских берегозащитных сооружений // Корпрорация "ТРАНССТРОЙ" / - М.: 1998. - 223 с.

15. Иваненко, Т.А. Комплекс экологически безопасных технических решений застройки прибрежных рекреационных зон // Т.А. Иваненко, Н.М. Ветрова // Проблемы экологии. - 2013. - № 1(31). - С. 89-97.

16. Новые коралловые рифы создаются вокруг Пхукета [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://phuket.union.travel/ru/news/novye_korallovye_rify_sozdayutsja_vokrug_phuketa/ - (дата обращения 12.04.2017).

17. Способ укрепления подводного берегового откоса водоема искусственными водорослями [Текст] / Патент РФ №2095515 [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.findpatent.ru/patent/209/2095515.html. - (дата обращения 12.04.2017).

18. Большая советская энциклопедия: Т. 3: Бари-Браслет. / [Гл. ред. А.М. Прохоров.] — 3-е изд. — М.: Сов. энцикл., 1970. - 640 с.

PRACTICE OF APPLICATION OF BELT-PROTECTIVE STRUCTURES IN THE COASTAL

AREAS

Vetrova N.M., Mennanov E.E.

V.I. Vernadsky Crimean Federal University, Institute of Economics and Management

Annotation. The article considers different types of belt-protective structures used in the world, analyzed the experience of using these structures on the example of the Black Sea coast. Considered in detail preconditions for the use of belt-protective structures, as well as limiting factors.

Keywords: coast, belt-protective structures, Black Sea coast.