ПРОГНОЗ ЭВОЛЮЦИИ ПЕСЧАНЫХ КОСГДАНЬСКОГО ЗАЛИВА В XXI СТОЛЕТИИ

И.О. Леонтьев, Т.М. Акивис

Институт океанологии им. П.П.Ширшова РАН, Москва

EVOLUTION FORECAST OF THE GULF OF GDANSK SAND SPITS

IN XXI CENTURY

I.O. Leont’yev, T.M. Akivis

P.P.Shirshov Institute of Oceanology RAS, Moscow

Гданьский залив Балтийского моря. Кресты указывают положение расчетных точек.

Объект исследованияПесчаные косы Гданьского залива Балтийского моря: Вислинская (или Балтийская) коса и коса Хель - узкие и протяженные аккумулятивные формы.

Вислинская коса

Вислинская коса отделяет Гданьский залив Балтийского моря от лагуны, называемой Вислинским заливом.

Длина – 65 км.Ширина от 300-1800 м в средней части до 8-9 км в северной части.Берега сложены преимущественно мелким и средним песком:ds=0.25 мм

Коса Хель

Коса Хель вытянута в юго-восточном направлении от порта Владиславово.

Длина – 35 км,

Ширина – от 300 м в северо-западной части до 3 км в юго-восточной части.Берега сложены преимущественно мелким и средним песком:ds=0.2 мм

Прогноз развития морского побережья песчаных кос Гданьского залива в XXI веке с учетом ожидаемых изменений уровня моря.

Первый этап. Определение бюджета наносов в морфодинамической системе, в которую включен исследуемый берег.

Второй этап. Оценка потенциальных изменений уровня моря в течение рассматриваемого периода времени.

Третий этап. Моделирование динамики профиля берега на основе данных о бюджете и уровне моря.

Цель работы

Алгоритм прогноза

Инструмент прогноза

Модель SPELT, описывающая эволюцию берегового профиля на «инженерном» и «геологическом» масштабах времени.В основу модели положено уравнение сохранения массы

где h – глубина, t - время, w – скорость изменения уровня моря, а Er и Ac - скорости эрозии и аккумуляции.

wAcErth

Модель SPELT

Здесь - потенциальный объем эрозии, определяемый суммарным годовым потоком энергии

к берегу , B – бюджет наносов.

Условию равенства скоростей эрозии и аккумуляции (Er=Ac) отвечает профиль равновесия вида

(m=2, n=3.5, p=1.5)

Скорость смещения берега определяется как изменениями уровня моря (правило Брууна [Bruun, 1988]), так и дисбалансом бюджета наносов B:

При избыточном питании (B>0) берег выдвигается, а при дефиците наносов (B<0) он отступает. Поскольку нижняя точка профиля, , при этом остается на месте, то в первом случае средний уклон профиля увеличивается, а во втором – уменьшается.

Дисбаланс бюджета наносов B : 1) обусловливает изменения геометрии профиля,

2) влияет на его эволюцию при изменении уровня моря.

x*

h*

xoxo(1)(2)

B<0

x*

h*

xoxo(1) (2)

B>0

1

1

m

np lhp /0

bzhp

pB

t

x

1

0

l*

zb

h*

x

средн ий уровен ь м о ря

x*

xo

hlb

xb

z

0 200 400 600 800

Расстояние, м

-8

-6

-4

-2

0

Глуб

ина,

м

Проф или

наблю даемый

расчетны й: m =2, n=3.5

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900

D istance, m

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

Ele

vatio

n, m

5 km

10 km

15 km

20 km

24 km

Профили дна

Волновые данныеВолновые данные за период 1958-2001 гг. любезно предоставлены

Институтом водного строительства Польской академии наук (IBW PAN).

Глубина замыкания для «инженерных» масштабов времени (десятки лет) оценивается в зависимости от значительной высоты волн обеспеченностью 0.14%, которая действует не более 12 ч в году [Hallermeier, 1981]

0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0

H s, м

0.0010

0.0050

0.0100

0.0500

0.1000

0.5000

1.0000

P(H

)

4 6 8 10

Tp, с

0.0010

0.0050

0.0100

0.0500

0.1000

0.5000

1.0000

P(T

)

Hs0,14%=4,2 м, Tp0,14%=10,3 с h*=2Hs0,14%=8,4 м

Функции обеспеченности высот Hs и периодов Tp волн

Поток энергии к берегу составляет 3.6×1010 дж·м-1год-1.Потенциальный объем эрозии – около 200 м3·м-1год-1.

Бюджет наносов

yQqqB Aeol /

i

ijwj

tQQ )(Вдольбереговой поток наносов

Формула расхода (Леонтьев, 2001)

BBBgs

Bs EC

w

ghQ

cossin8.004.0

5/25/125/4

5/2

2 cos

cos

4

1

B

prmsB

B gTHh B

rmsBB h

H =0.37

CCBB /sin/sin BB ghC pTgC 2/

Эоловый снос материала пляжа

Поток наносов на глубине замыкания

i

ijwAeolj

AAeol tqcq

cos

3

s

DAeol

gd

uKq

i

iwj

tqq )(

m

cw

m

mf

b

u

UU

u

uD

tgq cos

2

1

8

9 2

Суммарный бюджет наносов на различных участках побережья

Коса Вислинская Хель

Участок P0 - P1 P1 - P2 P2 - P3 P3 - P4 Q0 - Q1 Q1 - Q2

Бюджет, м3м-1год-1 -0.8 2.0 -1.6 -12.8 0.3 -0.7

Стрелки и числа указывают направление и величину вдольбереговых потоков наносов в тыс. м3/год.

Изменения уровня моря в XXI веке

1990 2000 2010 2020 2030 2040 2050 2060 2070 2080 2090 2100

Годы

0

200

400

600

800

Уро

вень

мор

я, м

м

A1FI

B1

A1FI

B1

M ax

M ax

M in

M in

1990 2000 2010 2020 2030 2040 2050 2060 2070 2080 2090 2100

Годы

0

2

4

6

8

10

12

w, м

м/г

од

M ax

M ax

M in

M in

A1FI

B1

B1

A1FI

Минимальный и максимальный прогнозыповышения уровня моря, по сценариям A1F1 и B1

Минимальный и максимальный прогнозыскорости повышения уровня моря,

по сценариям A1F1 и B1

Прогнозируемое отступление береговой линии кос Гданьского залива

Стабильные участки:Основная часть Вислинской косы и коса Хель

Дефицитный участок:северо-восточная часть Вислинской косы

1990 2000 2010 2020 2030 2040 2050 2060 2070 2080 2090 2100

Годы

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

Отс

тупл

ение

бер

ега,

м

A1FI M in

A1FI M ax

B1 M in

B1 M ax

1990 2000 2010 2020 2030 2040 2050 2060 2070 2080 2090 2100

Годы

-240

-200

-160

-120

-80

-40

0

Отс

тупл

ение

бер

ега,

м

A1FI M in

A1FI M ax

B1 M in

B1 M ax

ЗаключениеПредставленный алгоритм прогноза эволюции береговой зоны

песчаных кос Гданьского залива включает три основных этапа:1.Определение бюджета наносов;2. Оценка потенциальных изменений уровня моря.3. Моделирование динамики профиля берега (модель SPELT).Расчеты показывают, что бюджет наносов вдоль основной части

побережья Вислинской косы и косы Хель относительно сбалансирован. Напротив, северо-восточный участок Вислинской косы испытывает

дефицит бюджета наносов порядка 13 тыс. м3·м-1 · год-1

Типичные сценарии (A1FI и B1) потенциальных изменения уровня моря предсказывают его повышение на величину от 0.2 до 0.8 м на протяжении XXI века.

Моделирование динамики берегового профиля показывает, что, отступление сбалансированных участков побережья Вислинской косы в основном определяется изменениями уровня моря. Скорость рецессии в XXI веке составит здесь порядка 0.3-0.4 м/год по отношению к 2010 г.

Отступление северо-восточного участка берега Вислинской косы определяется дефицитом бюджета наносов и может составить до 160-200 м.

Прогноз эволюции косы Хель показывает, что здесь бюджет наносов практически сбалансирован, поэтому средняя рецессия на всем ее протяжении не будет превосходить 0.3 м/год

Полуостров Хель представляет собой классический пример косы, когда доминирующие волнения распространяются почти параллельно берегу (или под острым углом к нему). В этих условиях возникает неустойчивость контура берега, приводящая к росту амплитуды возникающих возмущений.

Вислинская коса - это типичная пересыпь (того же типа, что и Куршская коса), которая развивается в условиях, когда доминирующие волнения близки к нормальным.

Несмотря на различия генезиса рассмотренных аккумулятивных форм, поведение их берегов в настоящем и будущем оказывается сходным. Это, по-видимому, связано с тем, что обе формы в целом пребывают в состоянии равновесия (за исключением локальных участков), которое едва ли может быть нарушено в ближайшее столетие естественными причинами.

Авторы считают, что неблагоприятный прогноз эволюции оконечной части Балтийской косы в значительной степени обусловлен строительством гидротехнических сооружений, связанных с судоходным каналом в районе Балтийска.

Спасибо за внимание!