Оценка изменчивости динамических процессов береговой зоны Черного и Азовского морей с учетом антропогенного воздействия

Цель проводимых исследований - получение новых научных знаний о закономерностях развития Азово-Черноморских берегов Краснодарского края с целью достоверного прогнозирования эволюции рельефа подводного склона и береговой линии в условиях антропогенной нагрузки.

Методика исследований

Положение волноизмерительных устройств на Черном и Азовском морях, использованных при верификации модели
1, 2, 3 – волнографы Datawell; 4, 5 – ADCP; 6, 7 – волномерные рейки; 8, 9, 10 – спутниковая альтиметрия

Схема участков проведения исследований на Черноморском побережье

Схема Анапской пересыпи с опорными профилями

Структура анализа общего состояния берегов основывалась на изучение гидрографической сети, климатических особенностей, гидрометеорологического и литодинамического режимов, существующей антропогенной нагрузки.

Анализ пространственно-временно́й изменчивости волнового климата Черного моря базировалсятся на результатах математического моделирования, проведенного с помощью современной спектральной волновой модели DHI MIKE 21 SW. В качестве исходных полей ветра использовались данные глобального атмосферного реанализа ERA-Interim, представленного Европейским центром среднесрочных прогнозов, за период с 1979 по 2016 гг. Верификация волновой модели выполнена с привлечением многочисленных данных инструментальных наблюдений за параметрами ветрового волнения в акваториях Черного и Азовского морей.

Получен обширный массив данных, состоящий из полей рассчитанных параметров ветрового волнения Черного и Азовского морей с временны́м шагом 1 час и охватывающий период с 1979 по 2016 годы.

Массив расчетных характеристик включает:

• пространственные распределения значительных и максимальных высот волн, средних периодов, периодов максимума спектра, направления волнения;
• частотные и частотно-направленные спектры ветрового волнения;
• мощность ветрового волнения.

Экспедиционные натурные исследования в 2011-2017 проводились по участкам, выделенным согласно границам существующих литодинамических систем, с учетом географических и экономических особенностей. Особое внимание было уделени литодинамической системе Анапской пересыпи. При проведении экспедиционных работ использовалась система опорных профилей, расположенные в 1 км друг от друга. Проведение в 2011-2017 экспедиционных натурных исследований позволило получить новые оригинальные данные.

• маршрутные исследования включали геоморфологические, морфометрические, литодинамические, геоботанические и другие работы. В точках наблюдения фиксировались пространственное размещение, ориентировка, линейные размеры, сочленение и относительные превышения отдельных форм рельефа, параметры и состояние пляжа и пляжевых отложений, растительного покрова, выявлялись признаки и степень антропогенного воздействия. Проведение маршрутных работ сопровождалось фотографической съемкой с фиксацией географических координат.
• батиметрическая съемка проводилась для составления планов прибрежной акватории и цифровых моделей подводного рельефа с МНИС «Профессор Лонгинов» РФВ 5229. Использованный для батиметрической съемки промерный гидрографический комплекс состоял из эхолота "Humminbird 1198c SI Combo" – ультра широкоформатная система с сонаром Side Imaginga (сонар бокового обзора высокой четкости), сонаром DualBeam PLUSO (двухлучевой сонар) набором инсталлированных карт и GPS приемником AS-GR50.. Кроме того, для съёмки рельефа морского дна, определения точек для отбора и фиксация координат точек отбора проб был задействован малогабаритный телеуправляемый необитаемый подводный аппарат (ТНПА) «RovBuilder-600».
• в рамках геодезических работ проведено многократное профилирование основных морфологических зон пляжа и дюнного пояса на ряде участков Анапской пересыпи, что в сочетании с батиметрической съемкой, позволило анализировать закономерности формирования поперечного профиля подводного склона, пляжа и дюн в зависимости от гидродинамических условий.
• отбор проб пляжевых и донных отложений для определения гранулометрического и минералогического состава. Для лабораторных определений гранулометрического состава наносов использовался ситовой набор СЛМ-200. Выделялись фракции (мм): >5; 5-2.5; 2.5-1.6; 1.6-1.0; 1.0-0.63; 0.63-0.4; 0.4-0.315; 0.315-0.2; 0.2-0.16; 0.16-0.1; 0.1-0.063; 0.063-0.05; <0.05.

Описание маршрутных точек

Малогабаритный телеуправляемый необитаемый подводный аппарат (ТНПА) «RovBuilder-600»

Отбор проб донного грунта водолазом

Механический пробоотборник

Средняя за 1979-2016 гг. мощность ветрового волнения (кВт/м)

Гранулометрический состав наносов в морфологических зонах пляжа и подводного склона

Основные результаты:

• осуществлены ежегодные мониторинговые наблюдения за состоянием берегов Черного и Азовского морей в пределах Краснодарского края. Произведено внесение вновь полученных натурных данных в океанологическую базу данных www.coastdyn.ru;
• установлено, что наибольшим волновым потенциалом обладает юго-западная часть Черного моря. Средняя мощность для юго-западной части достигает 8-10 кВт на метр фронта волны и снижается до 2-3 кВт/м, характерных для восточной части моря;
• хорошо заметна пространственная неоднородность в распределении мощности ветрового волнения. Межгодовые колебания наиболее существенны в  западной части моря. Центральная и восточная части более однородны;
• суммарная годовая мощность волнения в западном регионе Черного моря в 2-3 раза превышает такой же показатель для восточной части. Вклад сильных штормов (больше 20 кВт/м) также пространственно неоднороден: для западной части вклад сильных штормов в суммарный потенциал в среднем составляет 37%, центральной – 31%, восточной – 24%. Другими словами, волновой климат западной части моря определяют сильные и экстремальные шторма, восточной – умеренные;
• на акватории Черного моря за последние 38 лет наблюдается перераспределение волновой энергии по направлениям распространения. Для западной части моря  это отражается в увеличении доли волнения северо-восточных направлений при уменьшении вклада северо-западного волнения. В восточной части моря растет вклад ветровых волн юго-восточных румбов с ослаблением северо-западного волнения;
• выявлены особенности, связанные с временно́й структурой колебаний мощности ветрового волнения и индексов атмосферной циркуляции. Период, на котором наблюдается максимальная корреляция мощности ветрового волнения с индексами северо-атлантических колебаний (NAO) составляет 0.5 года, с индексами арктических осцилляций (АО) – 1.8 лет, причем эти корреляции отрицательные. Отдельно отметим мощные колебания с периодом в 1 год, в одинаковой мере присущие ветровому волнению по всей акватории Черного моря, а также индексу NAO;
• на основе анализа архивных и мониторинговых материалов выявлены особенности и долговременные тенденции эволлюции морских берегов Краснодарского края, оценены перспективы их развития и эффективность применяемых способов берегозащиты. Разработаны научно-обоснованные рекомендации для создания долговременной стратегии освоения и защиты береговой зоны Краснодарского края;
• проанализированы важнейшие природные и антропогенные факторы, влияющие на устойчивость всей экосистемы Анапской пересыпи, и даны рекомендации по сохранению ценнейших рекреационных пляжей;
• исследованы особенности гранулометрического состава донных и пляжевых отложений. Установлено, что. при береговых ветрах частицы мельче 0,1 мм оседают в море, и на пляж уже не возвращаются. Полученные выводы стали весомым аргументом, повлиявшим на принятие окончательного решения об отмене планов по созданию карьера для добычи песка со дна моря в районе Анапы;
• установлено, что важной составляющей при формировании пляжевых отложений Анапской пересыпи является поступление ракушечного детрита. Наиболее массовым видом является венерка Chamelea gallina (есть во всех пробах), затем следует донакс Donax trunculus), единично встречаются все остальные двустворки (Spisula, гребешок и т.д.). При формировании эоловых отложений значение детрита существенно ниже4
• получены интегральные годовые оценки потоков песчаных наносов в прибрежной зоне Анапской пересыпи за период с 1979 по 2015 гг. Практически по всей протяженности пересыпи наблюдается преобладание потока наносов, направленных с СЗ на ЮВ. Исключением является южная часть пересыпи, для которой характерно, превалирование потока с ЮВ на СЗ;
• выполнена оценка воздействия экстремального ливня 06.07.2012 г. на состояние прибрежной зоны Геленджикского района. Установлено, что вызванные ливнем катастрофический паводок, оползни и обвалы, оказали значительное воздействие на литодинамические процессы в прибрежной зоне. Изучены этапы развития сформировавшейся новой аккумулятивной формы, блокирующей устье р.Ашамба;
• проведено изучение последствий техногенного преобразования побережья Имеретинской низменности (Адлерский район). В настоящее время продолжается истощения потока галечных наносов с северо-запада и активное отспупание береговой линии, несмотря на обширный комплекс берегозащитных сооружений южнее м. Константиновский наблюдается относительно стабильное состояние пляжа.