Экологический риск
УДК 551.467+551.468.1 [45+52]
ЭКЗАРАЦИЯ ДНА МОРСКИМИ ЛЬДАМИ КАК ФАКТОР ВОЗНИКНОВЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКИ ОПАСНЫХ СИТУАЦИЙ НА ТРАССЕ ПОДВОДНОГО ПЕРЕХОДА ТРУБОПРОВОДАМИ И КАБЕЛЯМИ СВЯЗИ БАЙДАРАЦКОЙ ГУБЫ КАРСКОГО МОРЯ
С. А. Огородов
МГУ им. М. В. Ломоносова
При проектировании подводных трубопроводов и кабелей связи в замерзающих морях необходимы достоверные оценки интенсивности воздействий ледяных торосистых образований на дно и глубины их внедрения в грунт. Недооценка величин экзарации дна может привести к повреждению инженерных сооружений, в то же время излишнее заглубление объектов сильно удорожает их строительство. Представлены последние результаты работ по изучению ледово-экзарационного микрорельефа Байдарацкой губы Карского моря.
For projecting of underwater pipelines and communication cables in the freezing seas the reliable estimations of activity of ice hummocks' influence on bottom and coasts and of their penetration depth are required. The underestimation of the values of ice gouging on the seabed can lead to damages of facilities, at the same time excessive deepening of objects raises the cost of construction. In the paper the latest results of work on ice gouging topography studying in Baidaratskaya Bay of Kara Sea are presented.
Введение. Экзарация дна - деструктивное механическое воздействие морских льдов на подстилающую поверхность, связанное подвижностью льда, торошением и стамухообразованием под влиянием гидрометеорологических факторов и рельефа береговой зоны. Этот процесс захватывает участки дна до глубин 15-30 м, а в ряде регионов даже до глубин 50-60 м. Документально зафиксированные максимальные параметры борозд выпахивания в арктических морях достигают: глубина - 4 м, ширина -100 м, протяженность - несколько километров.
При проектировании подводных трубопроводов и кабелей связи в арктических и других замерзающих морях необходимы достоверные оценки интенсивности воздействий ледяных торосистых образований на дно и глубины их внедрения в грунт. Недооценка величин экзарации дна может привести к повреждению инженерных сооружений, в то же время излишнее заглубление объектов сильно удорожает строительство. Найти оптимальный вариант и, тем самым, снизить риски возникновения экологически опасных ситуаций в настоящее время наиболее актуальная задача науки и практики. Задача усложняется тем фактом, что в результате снижения ледовитости арктических морей, вызванной изменениями климата, произойдет изменение интенсивности прямых воздействий морских льдов на берега и дно, включая надвиги льда на берег и ледовое выпахивание дна. Может снизиться продолжительность ледового сезона, вместе с тем, одновременно активизируется динамика льда, увеличится
Рис. 1. Трасса подводного перехода магистральными газопроводами «Бованенково-Ухта» Байдарацкой губы Карского моря
его торосистость и, вероятно, в результате усилится воздействие дрейфующих торосистых образований на дно.
В августе 2007 г. началось строительство подводного перехода системы магистральных газопроводов и кабелей связи через Байдарацкую губу Карского моря, который кратчайшим путем по дну мелководного залива должен соединить месторождения Ямала с трубопроводной сетью Европейской России (рис. 1). Длина подводной части трубопровода составляет около 65 км, максимальная глубина моря
в районе перехода достигает 22-23 м. С целью оценки воздействия ледяных образований на дно был выполнен комплекс исследований, включая натурные наблюдения.
Ледовая обстановка и механизм экзарации дна. Климат в районе перехода магистральными трубопроводами Бай-дарацкой губы Карского моря характеризуется низкими среднегодовыми температурами (7-10°С), продолжительным ледовым сезоном - 8-11 месяцев в году [1]. В последнее десятилетие дата устой-
Рис. 2. Продолжительность безледного периода по данным ГМС Марре-Сале, 1942-2007 гг
чивого формирования ледяного покрова сдвинулась с середины на конец октября. Средняя продолжительность безледного периода увеличилась в последние годы до 120 дней в последнее десятилетие, что на 30 дней дольше по сравнению с периодом 1942-1995 гг. и на 60 дней по сравнению с 1960-1990 гг. (рис. 2).
Ледяной покров в Байдарацкой губе состоит из дрейфующего льда и припая. Дрейфующий лед состоит из полей различных размеров. Анализ размеров ледяных полей по данным спутникового наблюдения показал, что большинство дрейфующих полей имеют диаметр меньше 2 км. Вместе с тем, присутствует несколько ледяных полей с диаметром, достигающим 6-10 км. Толщина припая и дрейфующих льдов достигает к маю 120-140 см. Максимальный вертикальный размер тороса, включая парус и киль, достигает 30 м, в то время как его длина может быть 300 м. Масса ледяного поля диаметром 1 км при толщине льда 1 м составляет около 106 тонн. Таким образом, масса крупнейшего тороса размером 30x30x300 м составит около 2,7х105 тонн, что много меньше массы ледяного поля среднего размера.
В течение зимнего сезона дрейфующий лед постоянно смещается под действием приливо-отливных течений и ветра. Устойчивый припай формируется со стороны Ямальского берега, со стороны Уральского берега припай менее устойчив
и в последние годы наблюдаются явления его отрыва от берега. На границе между дрейфующим льдом и припаем, а также на границах дрейфующих ледяных полей происходит формирование торосистых образований. Торосы вмерзают в ледяные поля и образуют сложные образования, дрейфующие вместе.
Ледовая экзарация относится к категории наиболее опасных природных процессов [2]. В Байдарацкой губе среди других механизмов экзарации наиболее распространен случай, когда торос, вмерзший в дрейфующее ледяное поле, образует борозды на дне, а главная движущая сила, действующая на торос, приложена ледяным полем.
Движущие силы, вызывающие дрейф ледяных полей, формируются в результате воздействия ветра и морских течений на верхнюю и нижнюю поверхность ледяного поля. Морские течения, измеренные в безледный период, практически реверсивные и направлены вдоль оси губы. Течения формируются полусуточным приливом. Максимальная скорость приливного течения за приливной цикл достигает 0,5 м/с, в то время как измеренная максимальная скорость морского течения составляет 1 м/с. Максимальное приливное изменение уровня морской поверхности составляет около 1 м, а с учетом сгонно-нагонных явлений и до 2 м. Во время зимнего сезона преобладают юго-западные ветра. При отсутствии
стационарных течений такие ветра создают условия для дрейфа ледяного покрова от Уральского к Ямальскому берегу губы.
Результаты исследований экзарации дна. Первые натурные исследования экзарации дна ледяными образованиями в Байдарацкой губе Карского моря выполнены в 1988-1992 гг., когда были проведены съемки дна с применением гидролокатора бокового обзора (ГБО) и промерного эхолота [1]. Данные записывались на термобумагу, а привязка галсов осуществлялась с помощью систем радионавигации. В результате на глубинах свыше 12 м со стороны Ямальского берега и свыше 14 м со стороны Уральского берега были выявлены многочисленные, преимущественно линейные микроформы, в основном глубиной до 1 м и шириной до 10 м. В редких случаях были встречены отдельные, более крупные борозды, глубиной до 2 м и шириной до 40 м. Определить максимальную протяженность микроформ не удалось вследствие несовершенства технических средств пространственного позиционирования, не позволивших осуществить точную привязку и проследить характерные линейные микроформы на соседних галсах. По итогам исследования были сделаны выводы, что данные линейные микроформы - результат экзарации дна морскими льдами.
Кроме того, в 1992 г. в зимний период на мелководье были выполнены первые водолазные обследования оснований стамух и прилегающих к ним участков. Обследования выявили вокруг стамух многочисленные ямы глубиной до 1 м и сравнительно короткие и относительно неглубокие (также до 1 м) борозды - следы подвижек стамух под действием приливо-отливных колебаний уровня и давления припайных льдов.
На этапе изысканий 2006-2007 гг., непосредственно предшествовавших строительству трубопровода, исследования экзарации дна были выполнены с использованием современных высокоточных технических средств. При натурных полевых исследованиях ледово-экзарационно-го микрорельефа был использован комплексный подход, позволяющий совместно использовать ряд взаимодополняющих методов. Так, исследования выполнялись параллельно гидролокатором бокового
обзора (ГБО) и эхолотом методом одновременных гидролокационной съемки и эхолотирования. Пространственное положение галсов съемки определялось с высокой точностью с помощью современного GPS-приемника, принимающего WAAS-поправки. Гидролокационная съемка позволяет дешифрировать на дне ледово-экзарационные микроформы, их ширину и ориентировку, эхолотирование дает профиль и глубину борозд выпахивания и высоту бортиков обваловки. В результате были получены привязанные в координатах морфологические и мор-фометрические параметры форм ледовой экзарации, что позволило, в частности, проследить характерные борозды на смежных галсах и определить, что длина борозд выпахивания заведомо превышает 2,3 км (ширина съемочного полигона). После чего, получив координаты характерных борозд выпахивания, была выполнена фото- и видеосъемка поверхности дна именно в тех точках, где обнаружены борозды. Съемка выполнялась на глубинах 12-15 м в рамках водолазного обследования борозд, а также с помощью специальных погружаемых телескопических штанг.
На мелководье, где ледово-экзараци-онные микроформы из-за высокой гидродинамической активности не сохраняются длительное время, предварительно были проведены рекогносцировочные исследования области припая с целью точного определения местоположения стамух и гряд торосов, зафиксированных с помощью GPS. После съемки мелководья ГБО, выполненной сразу после схода припая с маломерного самоходного плашкоута, были обнаружены немногочисленные следы выпахивания дна стамухами.
Основной метод косвенной оценки интенсивности экзарации - оценка плотности и глубины борозд ледового
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.