Моделирование морфодинамики искусственного пляжа в береговой зоне пгт Коктебель (Крым) под воздействием штормового волнения

Л. В. Харитонова*, Д. И. Лазоренко, Д. В. Алексеев, В. В. Фомин

Морской гидрофизический институт РАН, Севастополь, Россия

* e-mail: l.kharitonova@mhi-ras.ru

Аннотация

Искусственные пляжи являются одним из наиболее эффективных методов защиты берегов и гидротехнических сооружений в условиях дефицита естественного пляжеобразующего материала. В статье на примере района берега пгт Коктебель (г. Феодосия, Крым) исследуется изменение ширины зон размыва искусственного галечного пляжа, расположенного перед отвесной бетонной гидротехнической стенкой, под воздействием экстремальных штормов. На основе данных реанализа ветрового волнения, полученных с использованием спектральной модели SWAN и полей приземного ветра ERA-Interim и ERA5 за 1979–2020 гг., проведены расчеты индекса мощности шторма в центральной части бухты Коктебель. Выделено 146 штормовых ситуаций с продолжительностью не менее 12 ч. Проанализировано три наиболее экстремальных шторма: по индексу мощности (660 м2·ч) – шторм 26–29 января 1988 г.; по средней высоте значительных волн (3.6 м) – шторм 10–11 ноября 2007 г.; по длительности (95 ч) – шторм 25–29 сентября 2017 г. Для первого и второго штормов на основе одномерного варианта численной модели XBeach (eXtreme Beach behavior) рассчитаны штормовые деформации профиля искусственного, прислоненного к отвесной бетонной стенке галечного пляжа. Показано, что под воздействием штормового волнения крутизна берега в районе уреза постепенно меняется и происходит сползание материала с приурезовой части пляжа вниз по подводному склону. Это приводит к локальному уменьшению глубины у берега. Установлено, что ширина зоны размыва подводной части пляжа в три раза больше надводной. Наиболее значительные деформации профиля пляжа происходят в первые 6 часов действия штормов, далее скорость деформации снижается. Отступание береговой линии под воздействием экстремального шторма для исследуемого района может достигать 10 м. При средней крупности пляжеобразующего материала 30 мм для береговой зоны бухты Коктебель пляжи шириной 20 м и более могут полностью гасить энергию волнения экстремальных штормов и в достаточной мере выполнять защитные функции.

Ключевые слова

пляж, берегозащитные сооружения, ветровое волнение, экстремальный шторм, XBeach, Крым, Коктебель

Благодарности

Работа выполнена в рамках темы государственного задания ФГБУН ФИЦ МГИ FNNN-2024-0016.

Для цитирования

Моделирование морфодинамики искусственного пляжа в береговой зоне пгт Коктебель (Крым) под воздействием штормового волнения / Л. В. Харитонова [и др.] // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон моря. 2024. № 3. С. 93–109. EDN OILBDL.

Kharitonova, L.V., Lazorenko, D.I., Alekseev, D.V. and Fomin, V.V., 2024. Modeling of Artificial Beach Morphodynamics in the Koktebel Village Coastal Zone (Crimea) under the Storm Wave Impact. Ecological Safety of Coastal and Shelf Zones of Sea, (3), pp. 93–109.

Список литературы

  1. Шуйский Ю. Д. Антропогенный рельеф в береговой зоне морей (на примере Черного и Азовского морей). Одесса : Фенiкс, 2022. 102 с.
  2. Шахин В. М., Рыбка В. Г., Ярославцев Н. А. Современное состояние береговой зоны и берегозащитных сооружений Черного и Азовского морей в пределах Краснодарского края // Человечество и береговая зона Мирового океана в XXI веке. Москва : ГЕОС, 2001. С. 423–429.
  3. Горячкин Ю. Н., Марков А. А. Анализ эффективности реконструкции берегозащитных сооружений Крыма // Гидротехника. 2023. № 3. С. 2–9. EDN AJUSSH. https://doi.org/10.55326/22278400_2023_3_2
  4. Modelling storm impacts on beaches, dunes and barrier islands / D. Roelvink [et al.] // Coastal Engineering. 2009. Vol. 56, iss. 11 –12. P. 1133–1152. https://doi.org/10.1016/j.coastaleng.2009.08.006
  5. Application and validation of Xbeach for three different field sites / A. Bolle [et al.] // Coastal Engineering Proceedings. 2011. Vol. 1, no. 32, sediment 40. https://doi.org/10.9753/icce.v32.sediment.40
  6. Кузнецова О. А., Сапрыкина Я. В. Внутригодовые вариации штормовых деформаций рельефа дна песчаного побережья на примере Камчийско-Шкорпиловского пляжа (Черное море, Болгария) // Процессы в геосредах. 2017. № 1(10). С. 435–444.
  7. Кузнецова О. А., Сапрыкина Я. В. Моделирование изменчивости песчаного пляжа при взаимодействии волн с подводным валом // Геоморфология. 2019. № 3. С. 57–67. https://doi.org/10.31857/S0435-42812019357-67
  8. Харитонова Л. В., Иванча Е. В., Алексеев Д. В. Влияние штормовых нагонов и ветровых волн на морфодинамические процессы в районе Бакальской косы // Морской гидрофизический журнал. 2015. № 1. С. 79–90. https://doi.org/10.22449/0233-7584-2015-1-79-90
  9. Корзинин Д. В. Особенности формирования профиля равновесия подводного берегового склона (на примере аккумулятивных берегов Западного Крыма) // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон моря. 2015. Вып. 1. С. 29–33.
  10. Гуров К. И., Фомин В. В., Лазоренко Д. И. Моделирование перераспределения песчаных фракций по подводному береговому склону под воздействием ветрового волнения // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон моря. 2016. Вып. 3. С. 65–71.
  11. Dynamics of the nearshore zone of Kalamitskiy Gulf (Black Sea) under influence of wind waves / V. V. Fomin [et al.] // Materials of XXVI International Coastal Conference “Managing risks to coastal regions and communities in a changing world”. Academus Publishing, 2016. P. 1–1. https://doi.org/10.31519/conferencearticle_5b1b948b20d587.32401065
  12. Гуров К. И., Удовик В. Ф., Фомин В. В. Моделирование штормовых изменений рельефа береговой зоны и гранулометрического состава наносов в районе пересыпи оз. Богайлы (Западный Крым) // Морской гидрофизический журнал. 2019. Т. 35, № 2. С. 185–196. https://doi.org/10.22449/0233-7584-2019-2-185-196
  13. Sediments granulometric composition dynamics in the Kalamitsky Gulf / K. I. Gurov [et al.] // 14th MEDCOAST Congress on Coastal and Marine Sciences, Engineering, Management and Conservation, MEDCOAST 2019. Marmaris, 2019. Vol. 2. P. 597–606. EDN ETCGSN.
  14. Гуров К. И., Фомин В. В. Влияние штормовых условий на изменение гранулометрического состава донных отложений в прибрежной зоне Западного Крыма // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон моря. 2021. № 2. С. 30–46. EDN OSABJC. https://doi.org/10.22449/2413-5577-2021-2-30-46
  15. Фомин В. В., Горячкин Ю. Н. Учет локальных волновых и морфодинамических процессов в прибрежном гидротехническом строительстве // Морской гидрофизический журнал. 2022. Т. 38, № 3. С. 291–311. EDN DVZRQV. https://doi.org/10.22449/0233-7584-2022-3-291-311
  16. Горячкин Ю. Н., Ефремова Т. В. Антропогенное воздействие на литодинамику черноморского побережья Крымского полуострова // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон моря. 2022. № 1. С. 6 –30. https://doi.org/10.22449/2413-5577-2022-1-6-30
  17. Kharitonova L. V., Fomin V. V., Alekseev D. V. Wave climate of Koktebel Bay (Crimea) of the Black Sea // Processes in GeoMedia. Springer, 2023. 12 p. (Springer Geology ; vol. VIII.). https://doi.org/10.1007/978-981-97-6627-7_28
  18. Горячкин Ю. Н. Антропогенное воздействие на береговую зону бухты Коктебель (Крым) в последние 100 лет // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон моря. 2024. № 2. С. 6–22. EDN UTBCDW.
  19. Гуров К. И. Гранулометрический состав наносов береговой зоны бухты Коктебель (Крым) // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон моря. 2023. № 4. С. 34–45. EDN PYURTV.
  20. Booij N., Ris R. C., Holthuijsen L. H. A third-generation wave model for coastal regions: 1. Model description and validation // Journal of Geophysical Research: Oceans. 1999. Vol. 104, iss. C4. P. 7649–7666. https://doi.org/10.1029/98JC02622
  21. Extreme wind waves in the Black Sea / B. V. Divinsky [et al.] // Oceanologia. 2020. Vol. 62, iss. 1. P. 23–30. https://doi.org/10.1016/j.oceano.2019.06.003
  22. Amarouche K., Akpınar A. Increasing Trend on Storm Wave Intensity in the Western Mediterranean // Climate. 2021. Vol. 9, iss. 1. 11. https://doi.org/10.3390/cli9010011

Текст статьи

Русскоязычная версия (PDF)

Англоязычная версия (PDF)