ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПРОЦЕССОВ ПЕРЕРАБОТКИ РОССИЙСКИХ УЧАСТКОВ БЕРЕГА БАЛТИЙСКОГО МОРЯ, ИСПЫТЫВАЮЩИХ СУЩЕСТВЕННОЕ АНТРОПОГЕННОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ, НА КАЧЕСТВО МОРСКИХ ВОД И РАЗРАБОТКА РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО ПРЕДОТВРАЩЕНИЮ ЗАГРЯЗНЕНИЯ И ЗАСОРЕНИЯ ВОД БАЛТИКИ» (И-12-74)

Заказчик: Невско-Ладожское Балтийское водное управление Федерального Агентства водных ресурсов
Научный руководитель: Спиридонов М.А., зав.отделом, д.г.-м.н.
Ответственный исполнитель: Рябчук Д.В., вед.н.с., к.г.-м.н.
Исполнители: Буданов Л.М., инж.; Жамойда В.А., вед.н.с., к.г.-м.н.; Кропачев Ю.П., вед. инж.; Малышева Н.Б., вед. инж.; Мануйлов С.Ф., зам.зав.отд.; Неевин И.А., инж.; Нестерова Е.Н., ст.н.с.; Сергеев А.Ю., н.с.; Спиридонов М.А., зав.отделом, д.г.-м.н.; Яровенко О.А., инж. (ФГУП «ВСЕГЕИ им.А.П.Карпинского»); Колесов А.М., главный Синоптик, (СПб ЦГМС-р); Леонтьев И.О., вед. н.с., д.г.н. (ИО РАН); Чубаренко Б.В., зам.дир. по науч.работе, к.ф.-м.н.; Соколов А.Н., ст.н.с., к.т.н.; Стонт Ж.И., ст.н.с.; Бобыкина В.П., ст.н.с., к.г.н.; Карманов К.В., м.н.с.; Чечко В.А., с.н.с., к.г.н.; Домнин Д.А., м.н.с.; Бабаков А.Н., с.н.с., к.г.н., Навроцкая С.Е., н.с., к.г.н.; Пака В.Т., зав.лаб., д.ф.-м.н. (АО ИО РАН); Жиндарев Л.А., проф., д.г.н.; Луговой Н.Н. аспирант (МГУ им.М.В. Ломоносова).

Цель работы: исследование динамики прибрежной зоны, прогноз развития переработки (абразии) берега Балтийского моря в границах Российской Федерации и разработка научно обоснованных мероприятий по смягчению негативного воздействия морских вод на берега.

Основные результаты.
Проведенные исследования осуществлялись в соответствии с Государственным Контрактом № 19/12-200 от 13.11.12 между Невско-Ладожским бассейновым водным управлением Федерального агентства водных ресурсов и ФГУП «ВСЕГЕИ».
К числу основных научно-практических результатов завершенных исследований в пределах ключевых участков - южный берег Финского залива в районе пос.Лебяжье – Большая Ижора (Ленинградская область) и северное побережье Самбийского полуострова (Калининградская область) - следует отнести следующие:
- за счет проведенных полевых исследований существенно пополнен региональный банк геолого-геоморфологических, геофизических, гидрологических, гидрофизических данных о морской береговой зоне Калининградской и Ленинградской области;
- проведена актуальная оценка состояния морских берегов Калининградской и Ленинградской областей в пределах исследованных ключевых участков, выявлены закономерности и особенности динамики береговой зоны, определены контролирующие ее процессы, установлены скорости многолетней динамики трансформации береговой линии, выделены зоны наиболее интенсивной абразии (размыва), определены аварийные участки берега и проведено их картирование;
- выполнено численное гидродинамическое моделирование волнения, течений и уровней волнового нагона для наиболее волноопасных направлений, а также оценка величины потока наносов и ее изменений вдоль побережий Финского залива;
- полученные материалы обобщены в виде «ГИС проблемных участков береговой зоны Балтийского моря в границах Российской Федерации», которая в дальнейшем должна стать основой проведения мониторинга состояния природной среды береговых зон (рис.1);

Рис.1. Литологическая карта субаквальной части береговой зоны ключевого участка «Большая Ижора» (восточная часть Финского залива)

- проведен анализ берегозащитных мероприятий в России и мире с оценкой их эффективности; сформулированы рекомендации по стратегии берегозащитных мероприятий для ключевых участков в пределах Калининградской и Ленинградской областей, а также обоснованные рекомендации по смягчению негативного воздействия морских вод на берега Ленинградской и Калининградской областей и предотвращению загрязнения и засорения вод.
Основными выводами для ключевого участка в Финском заливе (район пос.Лебяжье – Большая Ижора) являются следующие:
- особенности рельефа дочетвертичной поверхности определяют субширотную ориентировку береговой линии и ее относительную выровненность, и, как следствие, незащищенность от волнового воздействия штормов западных и северо-западных направлений;
- геологическое строение верхней части разреза субаэральной части береговой зоны, сложенной неустойчивыми к размыву песками и глинами, способствует активному проявлению абразионных (размывных) процессов;
- характер современных тектонических движений (опускание со скоростями до 2 мм/год) создает благоприятный фон для проявления абразии;
- по данным исследований 2013 г. на поверхности дна ниже прибрежной подводной террасы (глубины 2.5 – 10 м) преобладают зоны подводного размыва и транзита (зоны динамичных песков) осадков; характер микрорельефа дна зон динамичных песков свидетельствует о периодическом воздействии на него достаточно интенсивных (до 40-50 см/с) придонных течений. На ряде участков мощность покровных песков не превышает 10-20 см;
- изъятие песка с подводного берегового склона в ходе разработки месторождения «Лондонская отмель» повышает риск возникновения опасных размывов берегов. По данным пробоотбора в отработанных карьерах происходит накопление алевро-пелитовых илов;
- экстремальные размывы берегов наблюдаются при следующем сочетании гидрометеорологических факторов: подъем уровня воды, шторм западных – юго-западных румбов и отсутствие ледового покрова вдоль берегов. За период с 2004 по 2012 гг. такие условия наблюдались дважды – в осенне-зимние периоды 2006-2007 гг. и 2011-2012 гг., что в обоих случаях привело к резкой активизации экзогенной геодинамики в береговых зонах, опасным размывам берегов и существенному повреждению инфраструктуры прибрежных территорий;
- примеры зим 2006-2007 гг. и 2011-2012 гг., когда наиболее позднее установление ледяного покрова соответствовало наибольшим размывам песчаных пляжей, выявил общую тенденцию в нарушении ритма действия режимообразующих факторов: ледяной покров, обеспечивающий естественную защиту берега от волнового воздействия, не успевал установиться, в то время как шторма происходили в обычный для них срок. Результаты исследований по Балтийскому морю в целом, показывают уменьшение периода развития льда на акватории на протяжении последнего столетия. Таким образом, в будущем следует ожидать существенного увеличения интенсивности размыва берегов исследуемого района именно в период, предшествующий установлению ледового покрова.
- ввод в строй комплекса защитных сооружений Санкт-Петербурга (КЗС) коренным образом повлиял на развитие литодинамических процессов в их экстремальных проявлениях. При закрытых створах КЗС угроза размыва берегов с внутренней стороны сооружений (в Невской Губе) понижается, однако с внешней, морской стороны, в том числе в пределах рассматриваемого ключевого участка (пос.Лебяжье – пос.Большая Ижора), интенсивность абразии резко возрастает. Результаты моделирования, подтвердившиеся во время наводнений осени – зимы 2011 г., прогнозируют дополнительный (по сравнению с условиями, существовавшими до строительства КЗС) подъем уровня воды в районе пос.Большая Ижора на 40-50 см, что приведет к существенному увеличению площадей затапливаемых территорий;
- по результатам наблюдений установлено, что в пределах выявленных ранее аварийных участков береговой зоны, на которых требуются безотлагательные меры по берегозащите, ситуация продолжает ухудшаться;
- выявлен ряд аварийных участков, для которых требуется срочная реализация берегозищитных мероприятий:
a) участок активизации абразионных и обвально-осыпных процессов в районе пос. Красная Горка (длина участка 700 м), угрожающих сохранности частной застройки (исторически сложившейся и вновь возведенной) и автодороги. Неустойчивости склонов способствует наличие в разрезе уступов глинистых слоев и зон разгрузки подземных вод (рис.2).
б) участок периодической (сезонной) активизации абразионных процессов в районе пос Лоцманское Селение; под угрозой частная жилая застройка. На западе участка за период с 1990 г. по 2010 г. береговой уступ сместился на 8 м в сторону берега. За этот период площадь береговой террасы сократилась на 260 кв.м. При эксплуатации порта МЧС, расположенного к западу от рассматриваемого аварийного участка, крайне важным является схема использования песка, изъятого при дноуглублении фарватера, расположенного к западу от устья реки Лебяжьей, впадающей в залив. В случае изъятия песка из вдольберегового потока наносов значительно усилится угроза размыва на соседних (восточных) участках берега.

Рис.2. Восточная часть аварийного участка береговой зоны в районе пос. Красная Горка

в) участок активизации абразионных процессов, угрожающих полотну автодороги (57 км шоссе Санкт-Петербург – Ручьи). Берег в районе 57-ого километра автодороги Санкт-Петербург - Ручьи отступил на 30 м за 20 лет (средняя скорость отступания около 1.5 м/год). Сократившаяся площадь береговой террасы составила 13.7 тыс. кв. м. Протяженность отрезка берега на этом участке составляет 700 м. Исследования показали, что основной причиной деструктивных экзогенных геологических процессов в данном случае является геологическое строение разреза. На глубине от 4 – 4.5 м (на участках максимальной высоты берегового уступа к востоку и западу от зоны размыва шоссе) до 2.5 – 3 м под слоем песков прослеживается слой глин, по кровле которого происходит разгрузка подземных вод, что резко увеличивает темпы разрушения берега.
г) песчаные косы в районе пос.Большая Ижора. Данный участок характеризуется сложной динамикой контура береговой линии (скорости трансформации до 15 м/год). В настоящее время активные экзогенные геологические процессы не выходят на уровень опасных вследствие отсутствия здесь жилой и промышленной застройки, а также транспортных коммуникаций, однако в случае реализации существующих планов по застройке зоны песчаных кос, ситуация может коренным образом измениться.
- для выделенных аварийных участков необходима срочная реализация комплексных берегозащитных мероприятий.
По результатам исследований на ключевом участке в Калининградской области (северное побережье Самбийского п-ва) могут быть сделаны следующие выводы:
- геологическое строение абразионно-денудационных уступов северного побережья Самбийского полуострова, сложенных толщами рыхлых палеоген-четвертичных отложений, способствует активному развитию здесь обвально-оползневых процессов. Одной из ведущих причин деградации таких склонов являются выходы грунтовых вод, отведение которых путем создания систем дренажа будет способствовать стабилизации склонов;
- в субаквальной части исследованной береговой зоны от прибрежного мелководья и до северной его границы (глубины 15-20 м) широко (до 30-40% площади полигона) развиты грубообломочные отложения, маркирующие зоны активного размыва подстилающих относительно древних четвертичных отложений (в основном, морены последнего оледенения);
- в дальнейшем, в результате воздействия гидродинамических факторов и, как следствие, селективного выноса тонкозернистых частиц из поверхностных образований, все большие площади будут занимать валунно-галечные отмостки, бронирующие поверхность дна от дальнейшего размыва. Соответственно, все меньший объем песчаного материала будет вовлекаться в поток наносов за счет размыва морского дна. Поэтому можно прогнозировать увеличение дефицита наносов, что в свою очередь негативно скажется на состоянии пляжей северной части Самбийского п-ва;
- песчаные образования, развитые на поверхности дна в пределах полигона (и к северу от него), характеризуются небольшой мощностью (обычно не более 2-3 м), соответственно их залежи не могут рассматриваться в качестве значимого потенциального источника материала для восстановления пляжей даже этого участка;
- анализ метеопараметров, измеренных в 2004-2010 гг. у побережья Калининградской области на МЛСП D-6, подтвердил рост интенсивности атмосферных процессов над Юго-восточной Балтикой. Отмечены увеличение температуры воздуха, средней и максимальной скорости ветра, особенно в зимний период;
- многолетний ход годовых средних и измеренных экстремальных уровней для российских постов на прилегающем побережье Балтийского моря характеризуется устойчивой тенденцией роста (14-15 мм/год – средний уровень, 25-50 мм/год - максимальный). Повышение уровня вод в юго-восточной части Балтийского моря создает угрозу береговым районам (абразия берегов и изменение конфигурации береговой черты, ветровые нагоны, поступление морских вод в устьевые зоны);
- средняя скорость отступания для всего ключевого участка северного берега Самбийского полуострова (от м. Таран до м. Гвардейский) составляет 0.9 м/год. 53% берега от общей протяженности ключевого участка приходиться на участки размыва со значениями до 0.5 м/год.
Участки со значением размыва от 0.5 до 1.0 м/год занимают 14.8% процента берега, значение отступание от 1.0 до 1.5 м/год приходится на 20.8% длины ключевого участка. Участки с размывом от 1.5 до 2.0 м/год и от 2.0 до 2.5 м/год занимают 5.4% и 5.9%, и приходятся по большой части на аварийные участки берега;
- в пределах исследованного полигона выделены следующие аварийные и предаварийные участки:
а) участок абразионного берега в пос. Филино, характеризующийся высокой активностью обвально-оползневых процессов;
б) оползневой склон берега в западной части г. Светлогорска. Аварийность участка берега обусловлена активными оползневыми процессами и близким расположением жилых зданий к бровке активного оползневого клифа. Геологическое строение склона и выход грунтовых вод располагают к образованию оползней.
в) осыпной склон берега в восточной части г. Светлогорска. Аварийность участка берега обусловлена периодическими осыпными и обвальными процессами и близким расположением многоэтажных жилых зданий к бровке активного осыпного клифа. В результате осыпных и обвальных процессов обрушению подвергается территория приморского парка в г. Светлогорске и элементы его инфраструктуры.
г) абразионный берег в районе детских оздоровительных лагерей им. А. Гайдара и спортивного лагеря «Юность».
д) абразионный берег у мыса Купальный.
е) абразионный берег у мыса Гвардейский.
- в целом, в пределах рассматриваемого ключевого участка необходима реализация комплексных берегозащитных мероприятий.
Проведенные исследования показали, что проблемы переработки берегов Калининградской и Ленинградской областей и негативного воздействия вод Балтийского моря крайне важны, что обусловлено активным освоением приморских территорий и дна акваторий. Полученные в ходе исполнения работ материалы могут быть использованы в дальнейшем, как базовая информация для мониторинга состояния природной среды береговых зон, опасных экзогенных геологических процессов, а также при выполнении проектно-изыскательских работ в области берегозащиты.