Морской гидрофизический журнал. 2019; 35: 185-196
Моделирование штормовых изменений рельефа береговой зоны и гранулометрического состава наносов в районе пересыпи оз. Богайлы (Западный Крым)
https://doi.org/10.22449/0233-7584-2019-2-185-196Аннотация
Введение. Проведена серия численных экспериментов с целью изучить механизм штормовых деформаций рельефа береговой зоны и перераспределение различных фракций наносов при изменении параметров ветровых волн, подходящих по нормали к берегу.
Материалы и методы. С использованием математической модели XBeach исследовались литодинамические процессы на участке береговой зоны Западного Крыма в районе пересыпи оз. Богайлы. В качестве входных параметров использовались натурные данные о рельефе дна и гранулометрическом составе наносов, полученные в ходе выполнения мониторинговых наблюдений, осуществляемых Морским гидрофизическим институтом РАН. Состав наносов задавался в виде смеси из трех компонентов, распределенных по профилю подводного берегового склона с различным соотношением объемных концентраций.
Анализ результатов. Показано, что под воздействием штормового волнения происходит интенсивный размыв пляжа и активное переформирование профиля верхней части подводного берегового склона с образованием аккумулятивного тела. Основные изменения исходного профиля и перераспределение фракций наносов наблюдаются в течение первых 3–6 часов и зависят от периода волн. Получены количественные оценки скорости отступания уреза воды и величин деформации рельефа береговой зоны для различного времени воздействия волн. Рассчитано положение мористой границы участка, на котором во время шторма происходит активное перемещение значительных объемов наносов и их аккумуляция.
Обсуждение и заключение. Проанализирована возможность размыва гребня пересыпи при различных периодах ветровых волн. Показано, что изменение объемных концентраций различных компонентов смеси происходит преимущественно в результате быстрого выноса мелких фракций в мористую часть профиля дна и перераспределения более крупных фракций в верхней части подводного берегового склона. В результате косвенно определены условия блокировки вдольберегового перемещения наносов при строительстве гидротехнических сооружений.
Список литературы
1. Анцыферов С. М., Косьян Р. Д. Взвешенные наносы в верхней части шельфа. М. : Наука, 1986. 223 с.
2. Леонтьев И. О. Бюджет наносов и прогноз развития морского берега // Океанология. 2008. Т. 48, № 3. С. 467–476.
3. Леонтьев И. О. Прогнозирование развития берега в масштабе столетия (на примере Вислинской (Балтийской) косы) // Океанология. 2012. Т. 52, № 5. С. 757–767.
4. Прогноз рецессии берегов восточной части Финского залива на ближайшее столетие / И. О. Леонтьев [и др.] // Океанология. 2015. Т. 55, № 3. С. 480–487. doi:10.7868/S0030157415030107
5. 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.
6. Observations and modeling of steep-beach grain-size variability / A. J. H. M. Reniers [et al.] // Journal of Geophysical Research: Oceans. 2013. Vol. 118, iss. 2. P. 577–591. https://doi.org/10.1029/2012JC008073
7. Modelling morphological changes of beach and dune induced by storm on the Southern Baltic coast using XBeach (case study: Dziwnow Spit) / N. Bugajny [et al.] // Journal of Coastal Research. 2013. Vol. 65, iss. sp1. P. 672–678. https://doi.org/10.2112/SI65-114.1
8. Williams J. J., Esteves L. S., Rochford L. A. Modelling storm responses on a high-energy coastline with XBeach // Modeling Earth Systems and Environment. 2015. Vol. 1, iss. 12. Article 3. https://doi.org/10.1007/s40808-015-0003-8
9. Леонтьев И. О. О некоторых свойствах процесса формирования штормового профиля песчаного берега // Процессы в геосредах. 2015. № 2. С. 75–82.
10. Корзинин Д. В. Особенности формирования профиля равновесия подводного берегового склона (на примере аккумулятивных берегов Западного Крыма) // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон моря. Севастополь : ЭКОСИ-Гидрофизика, 2015. Вып. 1. С. 29–33.
11. 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. Севастополь : ЭКОСИ-Гидрофизика, 2016. Вып. 3. С. 65–71.
12. Dynamics of the nearshore zone of Kalamitskiy Gulf (Black Sea) under influence of wind waves / V. V. Fomin [et al.] // Managing risks to coastal regions and communities in a changing world. Academus Publishing. 2019. P. 11. URL: https://seacoasts.editorum.io/en/nauka/conference_article/1783/view (date of access: 04.05.2018).
13. Зенкович В. П. Морфология и динамика советских берегов Черного моря. Т. 2. М. : Издво АН СССР, 1960. 216 с.
14. Атлас охраны природы Черного и Азовского морей / Гл. ред. Л. И. Митин. СПб. : ГУНиО, 2006. 436 c.
15. Современное состояние береговой зоны Крыма / Под ред. Ю. Н. Горячкина. Севастополь : ЭКОСИ-Гидрофизика, 2015. 249 с.
16. Шуйский Ю. Д. Механический состав пляжевых наносов на западных берегах Крымского полуострова // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. Севастополь : ЭКОСИ-Гидрофизика, 2007. Вып. 15. С. 370–385.
17. Шуйский Ю. Д. Основные закономерности морфологии и динамики Западного берега Крымского полуострова // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. Севастополь : ЭКОСИ-Гидрофизика, 2005. Вып. 13. С. 62–72
18. Удовик В. Ф., Горячкин Ю. Н. Межгодовая изменчивость вдольберегового потока наносов в береговой зоне Западного Крыма // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. Севастополь : ЭКОСИ-Гидрофизика, 2013. Вып. 27. С. 363–368.
19. Удовик В. Ф., Горячкин Ю. Н. Оценки межгодовой изменчивости вдольберегового транспорта наносов на участке береговой зоны от Севастополя до Евпатории // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон моря. Севастополь : ЭКОСИГидрофизика, 2015. № 1. С. 54–65.
20. Атлас волнения и ветра Черного моря / [под ред. Г. В. Ржеплинского]. Л. : Гидрометеоиздат, 1969. 111 с.
21. Типовые поля ветра и волнения Черного моря / Ред. Э. Н. Альтман, Г. В. Матушевский. Севастополь : ФОЛ СО ГОИН, 1987. 116 с.
22. Ефимов В. В., Комаровская О. И. Атлас экстремального ветрового волнения Черного моря. Севастополь : ЭКОСИ-Гидрофизика, 2009. 59 c.
23. XBeach model description and manual : report / D. J. A. Roelvink [et al.] ; UNESCO-IHE Institute for Water Education. Deltares, Delft : Deltares and Delft Univ. Technology, 2010. 106 p.
Morskoy Gidrofizicheskiy Zhurnal. 2019; 35: 185-196
Modeling of the Coastal Zone Relief and Granulometric Composition Changes of Sediments in the Region of the Bogaily Lake Bay-Bar (the Western Crimea) during Storm
https://doi.org/10.22449/0233-7584-2019-2-185-196Abstract
Introduction. A series of numerical experiments was carried out to study the mechanism of storm deformations of the coastal zone relief and the redistribution of different sediment fractions after the parameters of the wind waves directed almost normally to the coastline, are changed.
Data and methods. The lithodynamic processes taking place at the Western Crimea coastal zone in the region of the Lake Bogaily bay-bar were investigated using the XBeach mathematical model. The in-situ data on the bottom relief and the sediments granulometric composition obtained during monitoring observations in the Western Crimea coastal zone performed by the Marine Hydrophysical Institute of RAS was used as the model input parameters. The granulometric composition was preset as a mixture of three components distributed along the profile of the underwater coastal slope; at that the ratios of volume concentrations were different.
Results. It is shown that influence of the storm waves results in intensive beach erosion, strong alteration of the profile of the underwater coastal slope upper part and formation of an accumulative body. Main changes of the initial profile and redistribution of the sediment fractions are observed during the first 3–6 hours and depend on the wave period. The rate of the water edge retreat and the values of the coastal zone relief deformation were quantitatively assessed for various time periods of the wave action. Position of the marine boundary of the site within which significant motion of sediments and their accumulation during a storm took place was calculated.
Discussion and conclusion. Possibility of the bay-bar crest erosion is analyzed for the wind wave’ different periods. It is shown that the volume concentrations of different components of the mixture change mainly after the fine fractions are rapidly removed to the seaward part of the bottom profile and the coarser fractions are redistributed in the upper part of the underwater coastal slope. The obtained results provide a possibility of indirect determining the conditions for blocking the alongshore sediments transport in case of building a hydraulic structure.
References
1. Antsyferov S. M., Kos'yan R. D. Vzveshennye nanosy v verkhnei chasti shel'fa. M. : Nauka, 1986. 223 s.
2. Leont'ev I. O. Byudzhet nanosov i prognoz razvitiya morskogo berega // Okeanologiya. 2008. T. 48, № 3. S. 467–476.
3. Leont'ev I. O. Prognozirovanie razvitiya berega v masshtabe stoletiya (na primere Vislinskoi (Baltiiskoi) kosy) // Okeanologiya. 2012. T. 52, № 5. S. 757–767.
4. Prognoz retsessii beregov vostochnoi chasti Finskogo zaliva na blizhaishee stoletie / I. O. Leont'ev [i dr.] // Okeanologiya. 2015. T. 55, № 3. S. 480–487. doi:10.7868/S0030157415030107
5. Kuznetsova O. A., Saprykina Ya. V. Vnutrigodovye variatsii shtormovykh deformatsii rel'efa dna peschanogo poberezh'ya na primere Kamchiisko-Shkorpilovskogo plyazha (Chernoe more, Bolgariya) // Protsessy v geosredakh. 2017. № 1 (10). S. 435–444.
6. Observations and modeling of steep-beach grain-size variability / A. J. H. M. Reniers [et al.] // Journal of Geophysical Research: Oceans. 2013. Vol. 118, iss. 2. P. 577–591. https://doi.org/10.1029/2012JC008073
7. Modelling morphological changes of beach and dune induced by storm on the Southern Baltic coast using XBeach (case study: Dziwnow Spit) / N. Bugajny [et al.] // Journal of Coastal Research. 2013. Vol. 65, iss. sp1. P. 672–678. https://doi.org/10.2112/SI65-114.1
8. Williams J. J., Esteves L. S., Rochford L. A. Modelling storm responses on a high-energy coastline with XBeach // Modeling Earth Systems and Environment. 2015. Vol. 1, iss. 12. Article 3. https://doi.org/10.1007/s40808-015-0003-8
9. Leont'ev I. O. O nekotorykh svoistvakh protsessa formirovaniya shtormovogo profilya peschanogo berega // Protsessy v geosredakh. 2015. № 2. S. 75–82.
10. Korzinin D. V. Osobennosti formirovaniya profilya ravnovesiya podvodnogo beregovogo sklona (na primere akkumulyativnykh beregov Zapadnogo Kryma) // Ekologicheskaya bezopasnost' pribrezhnoi i shel'fovoi zon morya. Sevastopol' : EKOSI-Gidrofizika, 2015. Vyp. 1. S. 29–33.
11. Gurov K. I., Fomin V. V., Lazorenko D. I. Modelirovanie pereraspredeleniya peschanykh fraktsii po podvodnomu beregovomu sklonu pod vozdeistviem vetrovogo volneniya // Ekologicheskaya bezopasnost' pribrezhnoi i shel'fovoi zon morya. Sevastopol' : EKOSI-Gidrofizika, 2016. Vyp. 3. S. 65–71.
12. Dynamics of the nearshore zone of Kalamitskiy Gulf (Black Sea) under influence of wind waves / V. V. Fomin [et al.] // Managing risks to coastal regions and communities in a changing world. Academus Publishing. 2019. P. 11. URL: https://seacoasts.editorum.io/en/nauka/conference_article/1783/view (date of access: 04.05.2018).
13. Zenkovich V. P. Morfologiya i dinamika sovetskikh beregov Chernogo morya. T. 2. M. : Izdvo AN SSSR, 1960. 216 s.
14. Atlas okhrany prirody Chernogo i Azovskogo morei / Gl. red. L. I. Mitin. SPb. : GUNiO, 2006. 436 c.
15. Sovremennoe sostoyanie beregovoi zony Kryma / Pod red. Yu. N. Goryachkina. Sevastopol' : EKOSI-Gidrofizika, 2015. 249 s.
16. Shuiskii Yu. D. Mekhanicheskii sostav plyazhevykh nanosov na zapadnykh beregakh Krymskogo poluostrova // Ekologicheskaya bezopasnost' pribrezhnoi i shel'fovoi zon i kompleksnoe ispol'zovanie resursov shel'fa. Sevastopol' : EKOSI-Gidrofizika, 2007. Vyp. 15. S. 370–385.
17. Shuiskii Yu. D. Osnovnye zakonomernosti morfologii i dinamiki Zapadnogo berega Krymskogo poluostrova // Ekologicheskaya bezopasnost' pribrezhnoi i shel'fovoi zon i kompleksnoe ispol'zovanie resursov shel'fa. Sevastopol' : EKOSI-Gidrofizika, 2005. Vyp. 13. S. 62–72
18. Udovik V. F., Goryachkin Yu. N. Mezhgodovaya izmenchivost' vdol'beregovogo potoka nanosov v beregovoi zone Zapadnogo Kryma // Ekologicheskaya bezopasnost' pribrezhnoi i shel'fovoi zon i kompleksnoe ispol'zovanie resursov shel'fa. Sevastopol' : EKOSI-Gidrofizika, 2013. Vyp. 27. S. 363–368.
19. Udovik V. F., Goryachkin Yu. N. Otsenki mezhgodovoi izmenchivosti vdol'beregovogo transporta nanosov na uchastke beregovoi zony ot Sevastopolya do Evpatorii // Ekologicheskaya bezopasnost' pribrezhnoi i shel'fovoi zon morya. Sevastopol' : EKOSIGidrofizika, 2015. № 1. S. 54–65.
20. Atlas volneniya i vetra Chernogo morya / [pod red. G. V. Rzheplinskogo]. L. : Gidrometeoizdat, 1969. 111 s.
21. Tipovye polya vetra i volneniya Chernogo morya / Red. E. N. Al'tman, G. V. Matushevskii. Sevastopol' : FOL SO GOIN, 1987. 116 s.
22. Efimov V. V., Komarovskaya O. I. Atlas ekstremal'nogo vetrovogo volneniya Chernogo morya. Sevastopol' : EKOSI-Gidrofizika, 2009. 59 c.
23. XBeach model description and manual : report / D. J. A. Roelvink [et al.] ; UNESCO-IHE Institute for Water Education. Deltares, Delft : Deltares and Delft Univ. Technology, 2010. 106 p.
