Проблемы защиты морского побережья в Одесском регионе Плясунова Е. О. ОНМУ ФВТШС 5 к. 1 гр. 2017

Цель данной работы состоит в разработке рекомендаций, которые необходимо учитывать при проектировании берегозащитных сооружений в Одесском регионе, а также в обзоре новейших конструктивных решений.

Богатейшими природными ресурсами обладают береговые зоны морей. Они являются объектами интенсивной хозяйственной деятельности. Вблизи берегов морей проживает огромное количество людей, построены и эксплуатируются крупные промышленные и гражданские объекты, построены крупнейшие порты и важные объекты рекреации. Действия человека, направленные на изменения береговой зоны в своих интересах, начали повсеместно приводить к разрушению стабильности природных прибрежных систем. На морских побережьях отмечается 10 из 50 возможных природных процессов, которые могут вызвать аварийные ситуации с катастрофическими последствиями. Поэтому решение проблемы защиты берегов, наряду с общей задачей предотвращения нежелательных последствий и их деятельности, является ключевым моментом гармонизации взаимоотношения природной среды и человека при освоении береговой зоны и побережья морей.

Берегозащитные сооружения – это гидротехнические сооружения, предназначенные для защиты берегов от разрушения волнением, течением и льдом, а также для создания пляжей путем аккумуляции наносов, в том числе и искусственным накоплением с помощью гидротехнических сооружений или опрокидыванием водно-песчаной смеси регулированием. Берегозащитные сооружения являются одним из самых распространенных конструкций морских гидротехнических сооружений. Их возводят как в пределах акваторий портов, так и на открытом морском побережье.

При осуществлении берегозащитных мероприятий можно применить два метода – активный и пассивный. При активном методе возводятся сооружения, которые в значительной степени гасят энергию волн на подходе к берегу. При наличии соответствующих условий могут накапливаться наносы у берега, то есть расширяется пляж. В данном случае применяют сооружения в виде затопленных или иногда незатопленных волноломов; расположенных нормально к береговой линии конструкций, называемых бунами; свободные пляжи.

Буны – поперечные (нормально расположенные к береговой линии) сооружения для удержания пляже образующего материала из естественного вдольберегового потока наносов и сохранения естественного или искусственного пляжа в межбунных отсеках. Длительность процессов и длины участков намыва и размыва зависят от многих факторов, в частности, от длины шпоры, количества и крупности наносов, степени волнения и могут колебаться от двух - к десятикратной длины шпоры. Обычно буны строятся группами. При этом заполнение пазух происходит последовательно. Наибольшая ширина пляжа возникает у грани бун, обращенных в ту сторону, откуда движутся наносы.

Сооружения мысовой формы (прерывистые волноломы). Исключают возможность уноса пляже образующего материала и вызывают трансформацию подходящей волны, изменяя угол ее подхода к пляжу и обеспечивая саморегулирование и динамическую устойчивость пляжа по всему периметру бухты. Такой метод защиты берега отвечает принципам «геоники», то есть максимальному соответствию гидротехнических сооружений существующим в природе элементов защиты от волнений. Эффективность прерывистых волноломов определяется их способностью снижать энергию волн в заволноломном пространстве. В результате этого, между берегом и сооружением создаются волновая тень и происходит аккумуляция наносов. В одном случае образуется выступ или салиент, а в случае соединения аккумулятивной формы с берегом – перейма или томболо. Использование прерывистых волноломов позволяет добиться положительного эффекта в стабилизации пляжей на протяженных участках.

Свободные пляжи. Искусственно намытые песчаные пляжи, что выполняют роль самостоятельных волногасительных сооружений без бун или подводных волноломов с траверсами, получили название свободных пляжей. При берег о защите посредством свободных пляжей не нарушается природный водообмен в береговой полосе моря, важно для курортных районов. Свободные пляжи эстетические, в отличие от пляжоудерживающих сооружений они добавляют естественного вида и привлекательности береговой полосе. Для создания и периодического обновления пляжа целесообразная система «Байпасинг». Это перекачки наносов с одной стороны сооружения, где они задерживаются, на другую сторону.

Сооружения пассивного метода непосредственно защищают береговой откос от действия волнения, течения и льда, они осуществляют задачи сохранения берега, который существовал до их сведения. Сюда относятся берегоукрепительные стенки и сооружения откосного, полуоткосного и ступенчатого типов.

Состояние берегозащитных сооружений побережья Одессы

Основными проблемами, которые привели к современному состоянию побережья, являются: ненадлежащий контроль за техническим состоянием существующих берегозащитных сооружений; ненадлежащий контроль за техническим состоянием существующих берегозащитных сооружений; короткий расчетный срок эксплуатации берегозащитных сооружений; короткий расчетный срок эксплуатации берегозащитных сооружений; крутые обрывы, на которых ведется хозяйственная деятельность; крутые обрывы, на которых ведется хозяйственная деятельность; отсутствие системы сбора и отвода ливневых вод; отсутствие системы сбора и отвода ливневых вод; ливневая, ветровая и волновая эрозии; ливневая, ветровая и волновая эрозии; неблагоприятные инженерно-геологические условия; неблагоприятные инженерно-геологические условия; локальная защита побережья; локальная защита побережья; некачественные проекты. некачественные проекты.

Исходя из вышеизложенного, особый практический интерес представляют новые типы берегозащитных сооружений, защищенные патентами Украины. Причем эти сооружения противостоят воздействию не только ветровых волн, но и ровных ледяных полей, а в некоторых случаях и торосов.

БЕРЕГОЗАЩИТНОЕ СООРУЖЕНИЕ ОТКОСНОГО ПРОФИЛЯ С КАМЕРОЙ ГАШЕНИЯ Берегозащитное сооружение включает короб 1, который состоит из верхней части 2 с элементами внешней шероховатости в виде разных по высоте выступов 3, образующими полуконическую поверхность, каждый выступ перфорирован отверстиями в виде усеченного конуса 4, прямоугольными отверстиями 5 и перепускными окнами 6, расположенными в боковых стенках 7 верхней части короба, нижней части 8, оборудованной прямоугольными выступами 9, попеременно примыкающими к боковым стенкам 10 и щелями 11 переменного по высоте сечения. Берегозащитное сооружение снабжено упорным массивом 12, контр фильтром 13, волноотбойной стенкой 14.

Данное берегозащитное сооружение будет эффективно противостоять силовому воздействию ветровых волн. Так, в штормовые периоды, во время наката волн, будет происходить диссипация волновой энергии за счет взаимодействия волн с разными по высоте выступами, снабженными отверстиями. Некоторая масса воды переносимая гребнем через прямоугольные отверстия, с дальнейшей потерей энергии на выступах, будет заполнять внутреннюю полость короба. В случаях переполнения короба водой будет происходить заполнение соседних коробов через перепускные окна с дальнейшей диссипацией волновой энергии и уменьшением величины наката. В результате существенно уменьшится давление на грунтовое основание под коробом, что благотворно повлияет на долговечность сооружения в целом.

В зимние периоды года на сооружение будут воздействовать дрейфующие ледовые образования в виде только ровных ледяных полей или их обломков. Под воздействием сил дрейфа ровные ледяные поля и их обломки будут наползать на откос, соприкасаясь с верхней частью элементов полуконуса. При этом они будут разрушаться на мелкие обломки за счет изгиба в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Величина обломков будет зависеть от прочностных и метрических характеристик ровных ледяных полей, а также от угла наклона сооружения к горизонту, размеров разрушающих элементов и расстояний между ними. Часть обломков льда будет выжиматься силами дрейфа на откос, а часть из них образует буферную зону перед сооружением, которая будет существенно уменьшать силовое воздействие льда.

При обустройстве морских месторождений углеводородов в мелководной зоне шельфа в настоящее время в различных странах возводятся искусственные острова. Приведенный вид конструкции берегозащитного сооружения целесообразно использовать для защиты откосов таких островов от воздействия штормовых волн и ровных ледяных полей. Причем, особенность данной конструкции с камерой гашения заключается в том, что ее можно использовать и в качестве сооружения активной защиты, например с морской стороны подводных волноломов, применяющихся в комплексе с бунами.

Способ защиты берегов лиманов и заливов от разрушения ветровыми волнами и дрейфующими ледяными полями, при котором создают системы бун. Буны создают из донных грунтов путем их механизированной выемки из двух параллельных прорезей, ориентированных перпендикулярно берегу с пологими откосами, а угол заложения откосов бун равен углу внутреннего трения донных водонасыщенных почв. Головы бун укрепляют каменными набросками, а корневые части бун не прилегают непосредственно к берегу. Способ защиты берега лимана и залива от разрушения ветровыми волнами и дрейфующими ледовыми полями

После завершения строительства бун в пространстве между ними в зимние периоды года при отрицательных температурах воздуха будет формироваться ледяной покров, который под воздействием ветров и течений не сможет дрейфовать из - за наличия бун. Тем самым будет исключено прямое силовое воздействие равных ледяных полей непосредственно на защищаемые берега, а также на водную растительность, которая в безледовие периоды года будет гасить энергию штормовых волн, препятствуя разрушению защищаемых берегов. Сложившаяся в межбунном пространстве растительность и наличие проемов будет способствовать воспроизводству рыбных запасов и водоплавающих птиц.

УНИВЕРСАЛЬНОЕ БЕРЕГОЗАЩИТНОЕ СООРУЖЕНИЕ Универсальное берегозащитное сооружение выполнено в виде откосной плиты 1, например, бетонной, которая оборудована конструктивным элементом 2 с закладной деталью 3 пилообразной формы с монтажными пластинами 4, расположенной на верхнем ребре пирамиды. Берегозащитное сооружение также содержит упорный массив 5, контрфильтр 6 и постель с несортированного камня 7.

Универсальное берегозащитное сооружение эффективно работает в любое время года. Так летом, в период накатывание волн, конструктивный элемент в форме неправильной треугольной пирамиды служит препятствием для гребня волны в период накатывания на откос. Так происходит гашение волновой энергии и уменьшение величины наката. В результате существенно уменьшается волновая нагрузка на основание под откосной плитой, что увеличивает долговечность сооружения в целом. При косом подходе волн к берегу эффективность работы такого универсального берегозащитного сооружения растет. Наличие конструктивного элемента на откосного плите любой гидротехнической, а также транспортного сооружения позволяет снизить ледовые нагрузки.

В зимние периоды года на универсальное берегозащитное сооружение наплывают ледовые образования, дрейфующие в виде ровных ледяных полей или их обломков. Под влиянием сил дрейфа ровные ледяные поля и их обломки будут наползать на откос, сталкиваясь с верхней пилообразной гранью закладной детали, которая выступает над ледоразрушающим элементом. При этом они будут испытывать напряжение и разрушаться на мелкие осколки в двух взаимно-перпендикулярных плоскостях за счет изгиба. Размер обломков зависит от прочностных и метрических характеристик ровных ледяных полей, а также от угла наклона, размеров разрушаемых элементов и расстояний между ними. Доля обломков льда будет выжиматься силами дрейфа на откос, а часть из них создаст буферную зону перед универсальным берегозащитным сооружением.

ВЫВОДЫ Проектирование берегозащитных сооружений необходимо осуществлять с учетом расчетного шторма повторяемостью 1 раз в 50 лет. На основании анализа результатов изысканий и требований действующих нормативных документов следует назначить расчетные параметры природных воздействий на проектируемые сооружения с учетом их срока службы и капитальности. Новые типы берегозащитных сооружений могут быть успешно применены для защиты берегов. Вносимые в береговую зону гидротехнические сооружения должны оказывать минимальное воздействие на естественные природные процессы. Необходимо учитывать, чтобы проводимые работы не наносили ущерб окружающей среде, отдыхающим, либо он должен быть минимальным. Проектирование берегозащитных сооружений необходимо осуществлять с использованием результатов математического и физического моделирования процессов взаимодействия факторов внешней среды с конструкцией.

Проблему защиты берегов недопустимо рассматривать как задачи защиты отдельных участков берега, она должна решаться для всего побережья, либо для нескольких крупных участков ( литодинамических и береговых систем ). В процессе реализации проекта необходимо соблюдать требования нормативных документов, обеспечивающих надлежащее качество работ. Искусственно создаваемый ландшафт и новые архитектурные образы должны органично сочетаться с исторически сложившейся градостроительной ситуацией на основе традиционных, современных и перспективных архитектурных и инженерных решений. Все инженерные сооружения должны быть многофункциональны. После завершения строительства в процессе эксплуатации берегозащитных сооружений необходимо осуществлять систематический контроль их технического состояния с помощью измерительных систем, предусмотренных проектом.