CC BY
27
УДК:551.435.3(261.24) Д.В. Корзинин1
РЕЛЬЕФ ПОДВОДНОГО БЕРЕГОВОГО СКЛОНА СЕВЕРНОГО ПОБЕРЕЖЬЯ САМБИЙСКОГО ПОЛУОСТРОВА (ЮГО-ВОСТОЧНАЯ БАЛТИКА)
Берега северного побережья Самбийского п-ова относятся к абразионному типу и подвергаются размыву во время экстремальных волнений. Устойчивость берегов определяется бюджетом наносов в береговой зоне. Для анализа состояния подводного берегового склона используется модель профиля динамического равновесия, в основе которой лежит концепция нейтральной линии Корналья—Зенковича. Исследование отношений измеренных глубин к рассчитанным позволяет сделать вывод о ячеистой циркуляции водных масс в пределах бухт, а также отражает вероятные изменения рельефа дна при экстремальных волнениях.
Ключевые слова: берег, береговой склон, абразия, морское волнение, потоки наносов.
Введение. На побережье Юго-Восточной Балтики распространены берега как абразионного, так и аккумулятивного типа. Берега северного побережья Самбийского п-ова относятся к абразионному типу и развиваются унаследовано с эпохи Анцилового озера (9,5—9,2 тыс. л. н.). Это обстоятельство, особенно в условиях интенсивного хозяйственного освоения береговой зоны, требует научно обоснованных мероприятий природопользования.
Известно, что динамические процессы в береговой зоне определяются диссипацией волновой энергии над подводным береговым склоном. Морские волны в процессе деформации над мелководьем взаимодействуют с рельефом дна, что приводит к продольному и поперечному перемещению прибрежно-морских наносов. В целом это сказывается на бюджете наносов в прибрежной зоне, которым определяется развитие побережья. Именно поэтому динамика подводного берегового склона требует специального исследования, чтобы составить наиболее полную картину морфо- и литодинамических процессов в береговой зоне.
Цель работы — выявить особенности литоди-намики подводного берегового склона на северном побережье Самбийского п-ова. Это позволит дать научное обоснование берегозащитным мероприятиям и контролировать нефтяное загрязнение в береговой зоне при оседании нефти на дно.
Изученность территории. Проведенные исследования носят региональный характер. Выявление особенностей развития подводного берегового склона северного побережья Самбийского п-ова проводилось с учетом местных природных условий и факторов, определяющих берегоформирующие процессы: геологическое строение территории и ветро-волновой режим побережья.
Первичное расчленение береговой линии Сам-бийского п-ова обусловлено литологией пород, слагающих берег, и их фациальной изменчивостью. Участкам выхода к урезу плотных валунных суглинков (морены), слабее поддающихся абразии, соот-
ветствуют мысы и выступы берега, а там, где берег сложен рыхлыми, слабосцементированными, а потому легкоразмываемыми песчаными, супесчаными и суглинистыми отложениями, формируются пологие вогнутости берега.
К другим факторам рельефообразования в береговой зоне относятся сила и направление морского волнения. В пределах исследуемого участка побережья штормы наибольшей силы определяются ветрами западного и северо-западного направлений [1]. Особенности распределения волновой энергии над мелководьем обусловлены подводным рельефом и конфигурацией береговой линии. Расчет параметров волновой энергии по ветроэнергетической методике В.В. Лонгинова [9] для исследуемой территории выполнен М.А. Пискаревой [10]. Результаты этих расчетов показали, что единого потока волновой энергии здесь нет, а существует несколько разнонаправленных потоков, конвергенция которых приурочена к мысам, а дивергенция — к вершинам бухт.
Литодинамические исследования в пределах северного побережья Самбийского п-ова [5] позволили сделать вывод, что здесь отсутствует однонаправленный вдольбереговой поток наносов, представление о котором существовало долгие годы относительно большей части побережья Юго-Восточной Балтики [3, 7]. Натурные эксперименты, основанные на наблюдениях за распределением в бухтах тяжелых минералов и СаС03, изучении поля взвешенных наносов, а также опыты с люминесцентными трассерами подтверждают выводы о ячеистом характере циркуляции водных масс [5].
Материалы и методы исследования. Оценка динамики подводного берегового склона северного побережья Самбийского п-ова осуществлялась методом сравнения его рельефа с расчетной моделью профиля относительного динамического равновесия, в основе которого лежит концепция нейтральной линии Корналья—Зенковича [6]. Профиль относительного динамического равновесия при определенном волновом режиме почти не изменяется, его можно рас-
1 Кафедра геоморфологии и палеогеографии географического факультета Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова, аспирант, e-mail: [email protected]
сматривать как равновесный по отношению к этому волновому воздействию, о чем свидетельствуют экспериментальные данные [8].
Необходимо отметить, что теоретическая модель профиля динамического равновесия основана только на поперечном перемещении наносов, которое определяется прямым и обратным движением воды при волновом воздействии, а также силой тяжести. В расчет не берутся вдольбереговая составляющая волнового переноса при подходе волн к берегу под углом, перенос наносов волновыми течениями и их переход во взвешенное состояние, что говорит об условности используемой модели.
Автор статьи рассчитал профиль динамического равновесия подводного склона с помощью специального программного приложения, разработанного в рамках технического задания сотрудниками Сочинского отделения НИИИС для прикладных исследований на Черноморском побережье Кавказа. Эта модель отвечает необходимым требованиям для условий бесприливного моря. Исходные данные для расчета профиля динамического равновесия — параметры, величины которых определяются местными гидрометеорологическими и литодинамическими факторами: высотой волны (м), периодом волны (с), углом подхода волн к берегу и диаметром наносов (мм). Расчет проводился для волн 4%-ной обеспеченности, что обосновано расчетными сроками эксплуатации берегозащитных сооружений.
Для сравнения с расчетной моделью использовались данные промеров глубин над подводным береговым склоном северного побережья Самбийского п-ова, сделанных в период относительно спокойного волнения, это наиболее благоприятные условия для выполнения работ подобного типа. Сопоставление рассчитанного и реального профиля отображает характер рельефа дна при фоновом волнении относительно предполагаемых штормовых деформаций.
Обсуждение результатов. Прослеживается следующая тенденция: в центральных частях бухт преобладают участки, где расчетные значения глубины превышают измеренные (рис. 1, А), на выступах берега расчетный профиль динамического равновесия ближе к реальной глубине в средней части, он выше с мористой стороны и ниже со стороны берега (рис. 1, Б).
Интерпретация полученных результатов проведена путем сопоставления их с литодинамическими участками подводного берегового склона. Как отмечено выше, на исследуемом участке побережья мысы приурочены к выходам валунных суглинков, которые устойчивее к абразии, чем песчано-глинистые от-
Рис. 1. Соотношение промерного профиля подводного берегового склона по данным ОГУП «Балтберегозащита» и расчетного профиля динамического равновесия: А — центральная часть бухты Филино; Б — выступ у пос. Отрадное: 1 — измеренный профиль;
2 — расчетный профиль
ложения, слагающие берег в центральных частях бухт. В процессе абразии валунных суглинков у подножий береговых уступов и на подводном береговом склоне формируется валунный бенч, защищающий береговую зону от размыва. Согласно исследованиям [5], в районе мысов поля распространения прибрежно-морских наносов протягиваются вдоль берега узкой полосой, зажатой со стороны моря и суши полями валунно-глыбового бенча. В свою очередь участки дна, сложенные прибрежно-морскими наносами, разделяются на участки распространения мелкозернистых и среднезернистых песков (рис. 2).
Для получения наиболее полной картины соотношения реального профиля подводного берегового склона с теоретическим профилем динамического равновесия с помощью ГИС-пакета Аг^К проведено численное сравнение изобат поверхности дна с
Рис. 2. Плановое распространение рыхлых отложений на подводном береговом склоне северного побережья Самбийского п-ова (бухта Филино — выступ у пос. Отрадного), по [4]: 1 — мелкозернистый песок; 2 — валунно-глыбовая отмостка; 3 — среднезернистый песок; 4 — исследованные участки
условными изобатами, соответствующими профилю равновесия. Точкам пересечения изобат присвоена численная характеристика, соответствующая разности их значений. Из полученного поля данных сделано три выборки, которые соответствуют распространению на поверхности дна полей мелко- и среднезер-нистых песков, а также валунно-глыбового бенча. Итоговое распределение упомянутых значений (%) в пределах той или иной литодинамической зоны, представлено в виде гистограмм на рис. 3.
504030-,
/ 20 / /
/
10-
I-1-1--1-1-1-1-1 м
-3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 Рис. 3. Гистограммы распределения отношения глубины (м) измеренного профиля подводного берегового склона к глубине рассчитанного профиля динамического равновесия для участков распространения: а — мелкозернистого песка; б — среднезернистого песка; в — валунно-глыбового бенча (по оси абсцисс — отношение глубины реального и рассчитанного профилей, по оси ординат —
процент от общего числа выборки для каждого участка)
Из трех участков, соответствующих полям распределения мелкозернистого песка (а), среднезернистого песка (б) и валунно-глыбового бенча (в) (рис. 2), максимальные значения превышения реального профиля относительно рассчитанного соответствуют полю а, которое характеризует участок, сложенный мелкозернистыми песками. Зона распространения среднезернистого песка б характеризуется общим снижением превышения реального профиля над расчетным с небольшим приближением (около 10%) к профилю динамического равновесия. И, наконец, участок в, приуроченный к обширному полю распространения валунно-глыбового бенча в районе выступа у пос. Отрадного, характеризуется равномерным соотношением как положительных, так и отрицательных значений отношения отметок рельефа дна к рассчитанным значениям глубины. Кривая распределения, соответствующая участку в имеет плавно-выпуклую форму с максимумом (28%) в точке совпадения измеренных и рассчитанных значений глубины, что свидетельствует о достаточной расчлененности рельефа дна на данном участке.
Таким образом, полученные гистограммы отображают различия в состоянии тех или иных литодина-мических комплексов подводного берегового склона относительно профиля динамического равновесия. Полученные результаты, по сути, являются функцией уклонов подводного берегового склона и литологи-ческих характеристик донных отложений. Расчетный профиль в данном случае является отправной точкой для относительной характеристики рельефа на выступах берега и в центральных частях бухт.
Заключение. Расчлененность береговой линии северного побережья Самбийского п-ова обусловлена геологическим строением побережья и неравномерностью распределения потоков волновой энергии вдоль простирания берега.
Литодинамические эксперименты и наблюдения на этой территории позволили сделать вывод о преобладании в пределах бухты Филино ячеистой циркуляции водных масс. В центральных частях бухт происходит конвергенция вдольбереговых водных потоков, что приводит к формированию в этих местах разрывных течений. Результат действия этих течений — вынос прибрежно-морских наносов за пределы береговой зоны, что приводит к дефициту наносов и более активной абразии на подводном береговом склоне и берегу.
Расчетные и статистические результаты позволяют полагать, что зона среднезернистых песков является зоной переноса песчаных наносов с небольшой аккумуляцией в местах снижения емкости потока наносов. Зона мелкозернистых песков в центральной части бухты с явно выраженным максимумом аккумуляции относительно профиля равновесия — зона разгрузки потока и выноса наносов разрывными течениями за пределы подводного берегового склона.
Полученные гистограммы распределения отношений измеренного профиля подводного склона к теоретическому профилю отражают степень расчлененности рельефа дна и характеризуют интенсивность аккумулятивных процессов для отдельных литодина-мических участков. Анализ батиметрических карт, составленных по промерам 1974, 1982 и 1987 гг., выявил на участках, приуроченных к мысам, относительно высокую расчлененность рельефа дна, что, по мнению автора, предопределено избирательностью абразии на подводном береговом склоне, обусловленной валунно-глыбовым бенчем. Эти участки дна контролируются абразией, и при сложившемся здесь дефиците прибрежно-морских наносов механизм формирования профиля динамического равновесия работает только в узкой прибрежной полосе (до глубины 5—7 м) в период относительно слабых волнений. При усилении волнения осуществляется вынос песчаных масс на большую глубину и вовлечение их во вдольбереговой перенос. В местах относительной аккумуляции во время шторма будет происходить перестройка профиля, однако конечное состояние подводного берегового склона будет контролиро-
ваться особенностями прибрежной циркуляции и бюджетом наносов.
Результаты исследований могут быть полезны для научного обоснования берегозащитных мероприятий, прогнозирования деформаций рельефа подводного
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Атлас волнений и ветра Балтийского моря: Практ. пособие. Таллин: ГУ Гидрометслужбы при Совете министров СССР, 1965.
2. Болдырев В.Л. Комплекс признаков, характеризующих изменение емкости вдольбереговых потоков песчаных наносов // Развитие морских берегов в условиях колебательных движений земной коры. Таллин, 1966.
3. Болдырев В.А., Гуделис В.К., Кнапс Р.Я. Потоки песчаных наносов Юго-Восточной Балтики // Исследования динамики морских побережий. М.: Наука, 1979.
4. Долотов Ю.С., Жаромскис Р.Б., Кирилис В.И. Дифференциация осадочного материала и слоистость прибрежных отложений. М.: Наука, 1982.
5. Жиндарев Л.А. Морфолитодинамика расчлененных отмелых побережий бесприливных морей: Автореф. докт. дис. М., 1997.
берегового склона, а также для контроля нефтяного загрязнения в прибрежной акватории и на берегу при осаждении частиц нефти на дно и ее миграции в береговой зоне под контролем литодинамических факторов.
6. Зенкович В.П. Основы учения о развитии морских берегов. М.: Изд-во АН СССР, 1962.
7. Кнапс Р.Я. Перемещение наносов у берегов Восточной Балтики // Развитие морских берегов в условиях колебательных движений земной коры. Таллин, 1966. С. 21—29.
8. Леонтьев И.О. Прибрежная динамика: волны, течения, потоки наносов. М.: ГЕОС, 2001.
9. Лонгинов В.В. Энергетический метод оценки вдоль-береговых перемещений наносов в береговой зоне моря // Тр. СоюзморНИИпроект «Инженерные изыскания и исследования». 1966. Вып. 12 (18).
10. Пискарева М.А.. Особенности литодинамики и формирования поля взвеси береговой зоны бесприливного моря при дефиците осадочного материала: Автореф. канд. дис. М., 1988.
Поступила в редакцию 17.07.2008
D.V. Korzinin
RELIEF OF THE CONTINENTAL SLOPE AT THE NORTHERN COAST OF THE SAMBIAN PENINSULA (SOUTH-EASTERN BALTIC SEA)
The northern coast of the Sambian peninsula is of abrasion type and undergoes destruction by extremely high waves. The stability of shores depends on the sediment budget in the coastal zone. The state of the continental slope was analyzed using the model of dynamic balance profile based on the Cornalia scheme. Ratios of measured depths to calculated ones lead to the conclusions about the cellular-type circulation of water masses within bays and concave segments of the shore. They also reflect possible changes of bottom relief under a particularly severe storm.
Key words: circulation of water masses, relief changes, particularly severe storm.
