Меры по смягчению последствий береговой эрозии на побережье острова Котлин в Финском заливе, Балтийское море

Интенсивная эрозия берегов вблизи острова Котлин в Финском заливе, наблюдаемая в последние 70 лет, может привести к полному исчезновению песчаных пляжей в западной части о. Котлин в ближайшем будущем. В статье оценивается интенсивность береговой эрозии в западной части о. Котлин и предлагается метод искусственной подсыпки, обеспечивающий сохранение песчаных пляжей. Геологические исследования выявили следующие особенности прибрежной зоны моря и берега в западной части о. Котлин: 1) значительный дефицит донных осадков; 2) небольшая (около 30 см) толщина активного песчаного слоя, 3) преобладание узких (10—15 м) песчаных пляжей и 4) низкий и плавный рельеф морского дна и берега. Параметры искусственного пляжа определяются из совместной модели, объединяющей модели циркуляции воды, ветровых волн и динамики осадков. Расчеты скорости течений и ветровых волн проводились с использованием трехмерной гидродинамической модели восточной части Финского залива и волновой модели SWAN, соответственно. Деформация побережья из-за штормовых нагонов была рассчитана на основе модели CROSS-P. Исходными данными были начальный профиль глубины, характеристики донных осадков, скорость ветра, изменения уровня воды и параметров волн во время шторма, его продолжительность. По заданным внешним воздействиям (атмосферный форсинг из модели HIRLAM, граничные условия на открытой водной границе из модели HIROMB, рельеф дна и пляжа в прибрежной зоне по результатам вышеуказанных геологических исследований) рассчитаны параметры профиля искусственного пляжа при максимальном штормовом нагоне, и оценен годовой объем песка, необходимый для сохранения искусственного пляжа.

1. Hanson H. GENESIS: a generalized shoreline change numerical model // J. of Coastal Res. 1989. V. 5, N 1. P. 1—27.

2. Dean R. G. Beach Nourishment: Theory and Practice. World Scientific Inc., 2002. 399 p.

3. Van Rijn L. C. et al. Numerical modeling of erosion and accretion of plane sloping beaches at different scales // Coastal Engineering. 2011. V. 58. P. 637—655.

4. Leont’yev I. O. Morphodynamic Processes in the Coastal Zone of the Sea. Saarbrücken: LAP LAMBERT Academic Publishing, 2014. 251 p.

5. Ryabchuk D. et al. Long term and short term coastal line changes of the Eastern Gulf of Finland. Problems of coastal erosion // Journal of Coastal Conservation. 2012. V. 16, N 3, P. 233—242.

6. Van Rijn L. C. et al. The predictability of cross-shore bed evolution of sandy beaches at the time scale of storms and season using process-based profile models // Coastal Engineering. 2003. V. 47. P. 295—327.

7. Roelvink D. et al. Modelling storm impacts on beaches, dunes and barrier islands // Coastal Engineering. 2009. V. 56. P. 1133—1152.

8. Романовский С. И. Физическая седиментология. Ленинград: «Недра», 1988. 239 с.

9. Ryabchenko V. et al. Modelling ice conditions in the easternmost Gulf of Finland in the Baltic Sea // Continental Shelf Research. 2010. V. 30. P. 1458—1471. Doi: 10.1016/j.csr.2010.05.006

10. Рябченко В. А., Коноплев В. Н., Кондратьев С. А., Поздняков Ш. Р., Лыскова У. С. Оценка изменения качества воды Невской губы после введения в эксплуатацию Юго-западных очистных сооружений Санкт-Петербурга (по данным математического моделирования) // Изв. Русского Географического Общества. 2006. Т. 138, Вып. 5. С. 48—57.

11. Андреев П. Н., Дворников А. Ю., Рябченко В. А., Цепелев В. Ю., Смирнов К. Г. Воспроизведение штормовых нагонов в Невской губе на основе трехмерной модели циркуляции в условиях маневрирования затворами Комплекса Защитных Сооружений // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2013. Т. 6, № 4. С. 23—31.

12. Blumberg A. F., Mellor G. L. A description of a three-dimensional coastal ocean circulation model. / Heaps N. (Ed.), Three-dimensional Coastal Ocean Models. American Geophysical Union, 1987. P. 208.

13. Booij N. et al. A third-generation wave model for coastal regions, Part 1. Model description and validation // Journal of Geophysical Research. 1999. V. 104 (C4). P. 7649—7666.

14. Ris R. C. et al. A third-generation wave model for coastal regions, Part 2. Verification // Journal of Geophysical Research. 1999. V. 104 (C4). P. 7667—7681.

15. Martyanov S., Ryabchenko V. Bottom sediment resuspension in the easternmost Gulf of Finland in the Baltic Sea: A case study based on three–dimensional modeling // Cont. Shelf Res. 2016. V. 117. P. 126—137. Doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.csr.2016.02.011

16. Bagnold R. A. Mechanics of marine sedimentation // The Sea. V. 3. N.Y.: J. Wiley, 1963. P. 507—528.

17. Bowen A. J. Simple models of nearshore sedimentation; beach profiles and longshore bars // Coastline of Canada. Geol. Surv. Can. Halifax, 1980. P. 1—11.

18. Leont’yev I. O. Coastal Dynamics: Waves, Currents, Sediment Transport. М.: GEOS, 2001. 272 p.

19. Leont’yev I. O. Modeling the morphological response in a coastal zone for different temporal scales // Advances in Coastal Modeling / Ed V. C. Lakhan. Amsterdam, The Netherlands: Elsevier Science Publishers, 2003. P. 299—335.

20. Leont’yev I. O. Calculation of Longshore Sediment Transport // Oceanology. 2014a. V. 54, N 2. P. 226—232.

21. Leont’yev I. O. et al. Modeling of Storm-Induced Deformations of a Sandy Coast (Based on the Example of the Eastern Gulf of Finland) // Oceanology. 2015. V. 55, N 1. P. 131—141.

22. Leont’yev I. O. et al. The Forecast of Coastal Recession in the Eastern Gulf of Finland for the Twenty-First Century // Oceanology. 2015a. V. 55, N 3. P. 434—440.

23. Leont’yev Igor, Akivis Tatiana. An artificial beach as a means for sea coast protection from storm surges (by the example of the Eastern Gulf of Finland) // Proc. of Int. Conf. “Managing risks to coastal regions and communities in changing world” (EMECS’11 – Sea Coasts XXVI). 2017.

24. URL:https://www.google.com/url?q=https%3A%2F%2Fdoi.org%2F10.21610%2Fconferencearticle_58b4315f8fc73&sa=D&sntz=1&usg=AFQjCNGPEkTFBEreOx2JE-ApS5YELG6ahg (Дата обращения: 20.04.18).

25. Geological Atlas of St. Petersburg. / Eds.: Filippov N. B., Spiridonov M. A. Comilfo, 2009. 57 p.

26. Atlas of geological and geoecological maps of the Russian part of the Baltic Sea. / Ed. Petrov O. V. SPb.: VSEGEI, 2010. 78 p.

27. Harff J., Meyer M. Coastlines of the Baltic Sea – zones of competition between geological processes and a changing climate: Examples from the southern Baltic // J. Harff, S. Björck, P. Hoth, eds., The Baltic Sea Basin. Berlin, Heidelberg: Springer, 2011. P. 149—164.

28. Гордеева С. М., Малинин В. Н. Изменчивость морского уровня Финского залива. СПб.: РГГМУ, 2014. 179 с.

29. Funkquist L. HIROMB, an operational eddy-resolving model for the Baltic Sea // Bulletin of the Maritime Institute in Gdansk. 2001. V. 28, N 2. P. 7—16.

30. Körnich H., Berggren L. Joint WMO technical progress report on the global data processing and forecasting system and numerical weather prediction research activities for 2013. SMHI, 2013.

31. URL: https://www.wmo.int/pages/prog/www/DPFS/ProgressReports/2013/documents/2013_Sweden.doc (Дата обращения: 20.04.18).

32. Hunt I. A. Design of Seawalls and Breakwaters // J. of Waterway and Harbors Div. 1959. V. 85. P. 123—152.

33. Sunamura T. Sandy Beach Geomorphology Elucidated by Laboratory Modeling / Coastal Modeling: Techniques and Applications. Lakhan V. C., Trenhail A. S. (Eds). Elsevier, Amsterdam, 1989. P. 159—213.