ГЕОМОРФОЛОГИЯ
№ 2 апрель-июнь 2015
ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ И ПРИКЛАДНАЯ ГЕОМОРФОЛОГИЯ
УДК 551.435.3:551.4.08(571.642)
© 2015 г. ВВ. АФАНАСЬЕВ
ГЕОМОРФОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРОБЛЕМЫ ЗАЩИТЫ БЕРЕГОВ
ОСТРОВА САХАЛИН
Ин-т морской геологии и геофизики ДВО РАН, Южно-Сахалинск; vvasand@mail.ru
Постановка проблемы
За последние 50 лет в результате размыва берегов только на севере и юго-востоке о-ва Сахалин потеряно более 15 км2 аккумулятивного побережья. В соседней Японии на протяжении 2880 км низких размываемых берегов за последние 70 лет было утрачено около 120 км2 прибрежных территорий [1]. Не вступая в дискуссию относительно причин глобального характера усиления процессов размыва берегов, отметим, что на берегах дальневосточных морей выявлена система ритмов прибреж-но-морской аккумуляции, свидетельствующая о цикличности изменения морфолито-динамических условий береговой зоны в среднем-позднем голоцене с периодом около 2000 лет [2]. Наблюдаемое с начала 40-х гг. прошлого века усиление процессов размыва низких аллювиально-морских террас, возможно, знаменует начало нового ритма прибрежно-морской аккумуляции. Однако исследования последних лет показали, что не менее существенную роль, чем трендовые характеристики в региональных сценариях развития берегов, играют установленные нами циклические составляющие более низкого порядка, определяемые особенностями гидрометеорологического режима. На них обычно обращается меньше внимания, хотя известно, что размыв берегового уступа, защищенного пляжем, наблюдается главным образом при штормах. Соответствие фактических тенденций развития береговой зоны, установленное срочными наблюдениями и анализом массивов АФС (аэрофотоснимков) разных лет, многолетним изменениям интенсивности ветро-волнового воздействия на берег (расчетные ветроэнергетические характеристики) позволило построить статистические модели размыва берегов о-ва Сахалин. Прогноз, выполненный на этой основе, указывает, что тенденции усиления размыва за счет гидродинамической цикличности в регионе сохранятся до конца второго десятилетия XXI в. [3].
Анализ картографической информации, геологических описаний Сахалина позволил установить, что наблюдаемая пространственная структура размыва в основных чертах существует, по меньшей мере, с 30-х гг. XX в. Однако разрушение берегов происходило в существенно меньших масштабах. Так, например, на северо-западном Сахалине протяженность размываемых берегов увеличилась с 1940 г. примерно в два раза [4]. Побережье зал. Терпения начало интенсивно размываться с начала 1960-х гг., однако, участки со среднемноголетними скоростями 1.8-2.2 м/год разрушались уже в начале 1950-х гг. (рис. 1).
Пространственную структуру разрушения берегов на участке побережья от пос. Взморье до пос. Стародубское определяет ритм размыва с длиной волны около 30 км. Наиболее активно размывается береговой уступ в 3-6 км к северу от пос. Советское и в районе ст. Дудино. Среднемного-летние скорости отступания берегов составляют здесь 2 м/год при среднем для всего участка значении 0.5 м/год. Интересно, что при анализе интенсивности абразии на открытом побережье США получено значение длины волны ритма размыва, равное установленному нами [5]. Но если на побережье США внятного объяснения этому нет, в нашем случае один "пик" приурочен к местоположению карьера (где с пляжа добыто за несколько десятков лет более 4 млн. м3 песка), а другой - к зоне дивергенции потоков волновой энергии, рассчитанных по методике, разработанной Проблемной научно-исследовательской лабораторией освоения Севера [6].
В силу сложных инженерно-геологических условий (оползни, сели) на острове существуют районы, где расселение и транспортные коммуникации, в том числе регионального значения, возможны только вдоль береговой линии по поверхности голоце-новых морских террас. До недавнего времени оценки техногенной нагрузки на берега Сахалина были существенно занижены [7]. Понятно, что безразмерный коэффициент К, показывающий отношение протяженности инженерных сооружений и других техногенных объектов к длине береговой линии, характеризует только наиболее общие тенденции воздействия человека на побережье. Кроме того, было установлено, что в самое ближайшее время, наряду с постоянными ремонтно-восстановительными работами на участках с существующим берегоукреплением, построенным без проектного обоснования, потребуется защита еще около 28 км побережья [8].
Таким образом, решение проблем сохранения прибрежных селитебных территорий и транспортных коридоров напрямую связано с необходимостью анализа активности и пространственно-временной неоднородности размыва низких аккумулятивных морских террас.
Защита берегов: практика, тактика и стратегия
Стоимость одного километра автодороги с твердым покрытием на Сахалине составляет более 40 млн руб., а стоимость одного километра берегозащиты - 50-100 млн руб.
Рис. 1. Размыв берегов зал. Терпения (среднемноголетние значения, ос-редненные по 500-метровым интервалам)
Значение места расположения сооружений нефтегазового комплекса таково, что затраты, например, только на "временную" берегозащиту буровой площадки "Ястреб" протяженностью около 1 км составили несколько десятков миллионов долларов. С другой стороны, сравнение стоимости берегозащитных мероприятий и затрат на переселение жителей пос. Взморье показало, что последние - на порядок выше.
Защита берегов Южного Сахалина от размыва началсь уже в 20-е гг. прошлого столетия японцами. Следует особо подчеркнуть, что остатки японских бетонных и деревянных волноотбойных стенок, сохранившиеся на побережье, расположены, преимущественно, на участках, где практически отсутствуют морфолитокомплексы позд-неголоценовой прибрежно-морской аккумуляции.
В советский период использовались те же способы берегозащиты, при этом конструкция деревянных стенок осталась неизменной с 30-х гг. прошлого века. Берего-укрепление выполнялось без проектно-изыскательских работ, но уже на значительно большем протяжении береговой линии. Остатки этих сооружений продолжают повсеместно разрушаться. На побережье зал. Терпения трассы коммуникаций, расположенные на широких аллювиально-морских террасах, неоднократно переносились в глубь территории.
За последние несколько лет на Сахалине построено 2075 м волноотбойных стенок, 2130 м берега защищено каменной наброской и около 1000 м укреплено контейнерами из геоткани, заполненными песком. Отсыпано 400 м размываемых берм и еще 520 м предусмотрено утвержденными проектами. Выполнено морфодинамическое обоснование и проектирование берегозащиты откосного типа протяженностью 20135 м, из которых построено более 12 км берегоукрепления вдоль автомобильной дороги Южно-Сахалинск - Оха - Москальво на участке 172-197 км. При этом создано более 80 га искусственных территорий, из которых около 25 га отвоевано у моря на весь период эксплуатации дороги, и около 60 га являются "технологическими", размыв которых обеспечивает дополнительное поступление обломочного материала в береговую зону.
Наиболее предпочтительным вариантом берегозащиты по технико-экономическим параметрам оказались откосные волногасящие сооружения. Данное крепление следует рассматривать не как каменную наброску, а как инженерную конструкцию с заданными параметрами (исключение выноса материала крепления и грунта основания, обеспечение условия прочности и устойчивости под воздействием нагрузок), в морфолитодинамическом отношении подобное сооружение является аналогом морского откоса штормового берегового вала.
Серьезный общий недостаток продольных берегозащитных сооружений - возникновение краевых размывов, разрушение голоценовых аккумулятивных образований, вызванное концентрацией волновой энергии на стыках сооружений с естественным (неукрепленным) берегом и увеличением расходов вдольберегового потока наносов (за счет увеличения скорости). Не следует также забывать, что защищая на протяжении десятилетий берег от разрушения, мы исключаем из баланса наносов береговой зоны такую важную приходную статью, как поступление обломочного материала из береговых обрывов. Для решения этой проблемы на флангах аккумулятивных образований, сопряженных с укрепленными участками побережья, рассчитаны и созданы искусственные галечные пляжи. Четыре года наблюдений показали, что на этих участках сформировался устойчивый песчано-галечный пляж. Справедливости ради отметим, что практически везде берегозащита устраивается в пределах абразионных тер-рас-бенчей. Слабоконсолидированные отложения в основании упора залегают только на участках речных палеодолин с неглубоким врезом.
Одним из наиболее сложных для защиты берегов и интересных в морфолитоди-намическом отношении (величина деформаций пляжевых отложений у откоса дороги, являющегося береговым уступом, превышает 6 м) стал пятикилометровый участок побережья к югу от пос. Взморье (рис. 2). Ежегодно здесь море разрушает автодорогу, а затраты на ее аварийное восстановление составляют десятки миллионов рублей.
Рис. 2. Разрушение единственной автодороги, связывающей юг и север Сахалина (здесь и далее фото автора)
Проведенные исследования позволяют охарактеризовать ситуацию на данном участке побережья следующим образом [9]. На всем его протяжении значения "нормальной" составляющей потока волновой энергии изменяются в небольшом интервале. Практически везде результирующая вдольберегового потока волновой энергии направлена на юг, однако размах миграций примерно на порядок ее превышает. При анализе сезонной изменчивости вдольбереговой составляющей потока устанавливаются два режима. В летний период поток направлен на север, а в осенний - на юг. Положение абс. отметок тыловой части пляжа изменяется в интервале высот от 4.5 до 2.5 м, мощность пляжевых отложений там изменяется от 3.0 до 7.0 м, а в приурезовой части по данным бурения составляет 1.3-4.5 м. Максимальная амплитуда деятельного интервала (подошва пляжевых отложений мористого края пляжа без абс. отметки тылового шва) составляет 8.61 м, а в среднем - 4.5-6.5 м. Запасы пляжевых отложений достигают 90-150 м3/м, из которых 75-90 м3/м - это осадки деят
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.