Оценка последствий хозяйственной деятельности береговой зоны

Принципиально другого анализа волновых процессов требует хозяйственная деятельность в береговой зоне, ведущая к изменению уровня волновой динамики акватории.

Но она еще не достигла тех масштабов, которые требовали бы рассмотрения таких природных объектов, как зал. Петра Великого в целом или заливы и бухты второго порядка, входящие в его состав. На сегодняшний день это пока небольшие фрагменты береговой зоны протяженностью несколько сотен метров. Однако нарушение сложившегося естественного баланса даже в этих размерах может принести значительный материальный ущерб и часто приводит к глубоким изменениям в морских экосистемах.

Наиболее распространенной формой такой деятельности является строительство в береговой зоне различных гидротехнических сооружений (портовых, берегозащитных и др.), имеющих основную перпендикулярную направленность к береговой линии. Поскольку на большей части прибрежной зоны наблюдается асимметрия углового распределения потоков волновой энергии, то вблизи построенной конструкции, со стороны, закрытой от преобладающего волнового направления, образуется зона волновой тени. На этих участках прибрежной полосы происходит полная перестройка гидродинамических процессов: снижается уровень волновой динамики, практически не наблюдаются вдольбереговые течения и, соответственно, значительно уменьшается степень их включенности в систему прибрежной циркуляции. Последствия этих явлений сразу отражаются на динамике и характеристиках других компонентов морских ландшафтов: осадков и биоты.

Верхняя, мелководная, часть прибрежной зоны характеризуется преобладанием в ее пределах морских ландшафтов с общим автотрофным уровнем трофодинамики донных сообществ. Снижение волновой динамики на акватории приводит к сужению зоны их распространения и выходу на меньшие глубины малопродуктивных, в основном гетеротрофных, биоценозов илистых грунтов. При этом в самой верхней зоне также могут произойти изменения. В донных ландшафтах на твердых субстратах из-за снижения интенсивности водообмена уменьшатся общая биомасса и продукционные характеристики макрофитов, а также уровень продуктивности соответствующих донных сообществ. Кроме того, на некоторых участках могут сложиться условия для накопления рыхлых осадков с последующей существенной перестройкой преобладающих на них морских экосистем. На участках береговой зоны с мягкими грунтами последствия могут быть еще более печальными.

Понижение уровня волновой активности может привести к значительному уменьшению площадей или полному исчезновению одного из самых высокопродуктивных сообществ зал. Петра Великого, сообщества морских трав Zostera. Следствием низкой интенсивности прибрежной циркуляции и незначительного оттока на большие глубины образующегося органического детрита может стать накопление органики в пределах мелководья, повышение эвтрофицированности прибрежных вод и возникновение заморных явлений. Кроме того, эти явления будут усиливаться в период штормов, когда в образуемой зоне волновой тени, где происходит ослабление прибрежных вдольбереговых течений, будет наблюдаться накопление остатков макрофитов, выносимых к линии уреза волнами со всей прибрежной акватории.

В качестве примера можно привести ситуацию, описанную В. С. Петренко, которая сложилась в бух. Андреева (Уссурийский залив) после строительства вблизи пос. Лифляндия нового причала для судов рыболовецкого колхоза «Новый мир». Своей береговой стороной причал упирается в северную мысовую оконечность небольшой бухточки в юго-восточной части бух. Андреева, к побережью которой выходят основные производственные площади рыбацкого колхоза. Общая направленность причала — с востока на запад, длина около 250 м, глубины на внешнем краю после проведения дноуглубительных работ составляют 9-10 м. Наиболее мощные волны, достигающие этого участка прибрежной зоны, формируются в северной части Уссурийского залива и поступают с сектора, заключенного между западным-северо-западным и северным румбами. Местное волнение, образуемое в южной половине бух. Андреева главным образом западными ветрами, из-за небольшого разгона, составляющего около 2,0-2,5 км, характеризуется незначительными величинами.

До строительства причала литодинамическая ситуация на указанном участке акватории складывалась следующим образом. Основным поставщиком твердого материала в береговую зону была речка, впадающая в рассматриваемую бухточку в ее юго-восточной части. Вся взвешенная составляющая твердого стока реки вовлекалась течениями в прибрежную циркуляцию, а более грубозернистые фракции, как выносимые из реки, так и образуемые при абразии северного и южного мысов, накапливались вдоль выровненного участка береговой линии, прилегающего к устью.

После строительства причала в начале 80-х гг. этот участок оказался закрыт от волн северного сектора, которые в основном обеспечивали здесь накопление наносов. При северо-западном волнении на отрезке прибойной полосы между устьем и областью волновой тени возникало вдольбереговое градиентное течение, которое способствовало аккумуляции части выносимого материала в северной половине бухточки. Смещение зоны аккумуляции в эту часть привело к дефициту твердого материала и последующему интенсивному размыву берега на южном участке береговой полосы рассматриваемой акватории. Последнее отмечалось В. С. Петренко и В. А. Мануйловым (личное сообщение) при проведении ими полевых работ по исследованию динамики берегов Уссурийского залива.

Кроме того, по перечисленным выше причинам взвешенная составляющая твердого стока реки, больше представляющей собой сточную систему поселка, перемещаясь в северном направлении при северо-западном волнении и оседая, стала накапливаться на северном участке бухты. Уже в 1990 г. многие жители поселка говорили о заметном заилении этой акватории и жаловались на часто распространяющийся с нее неприятный запах.

Ситуация, подобная описанной, является нередкой для прибрежной зоны зал. Петра Великого, поскольку присущие ей невысокие величины волнового энергопотока и незначительный вынос рыхлых отложений впадающими в залив реками и ручьями ведут к очень неустойчивому динамическому балансу в береговой зоне. Поэтому строительство даже небольших молов, причалов и других гидротехнических сооружений, а также проведение каких-либо берегозащитных мероприятий в приурезовой зоне приводят к его нарушению.

Аналогичные процессы имеют место на акватории Амурского залива: в «ковше» Моргородка, созданном для стоянки маломерного флота, а также в Спортивной гавани и других искусственно отчлененных молами или волноотбойными стенками акваториях залива.

По всей видимости, в аналогичных ситуациях количественная характеристика изменений волнодинамической обстановки в результате планируемой хозяйственной деятельности может оказаться единственно возможным методом оценки нарушений состояния природных систем. При этом величины, характеризующие волновую активность в прибрежной зоне зал. Петра Великого, могут послужить базой прогноза возможных структурных перестроек донных геосистем. Соответствующий расчет должен опираться на оценку всех волновых процессов, происходящих в пределах прибрежной зоны, ведущих как к увеличению волновой энергии, так и к ее перераспределению по изучаемой акватории с последующей диссипацией. Более того, поскольку влияние большинства современных гидротехнических сооружений сосредоточено в мелководной полосе прибрежных акваторий, роль учета процессов волновой трансформации значительно возрастает.

Так, для упомянутого выше участка акватории бух. Андреева снижение потока волновой энергии составляло существенную величину. Это было вызвано тем, что строительство причала привело к отсечению одного из наиболее энергонагруженных на данной акватории волновых румбов — северного, а северо-восточная часть была перекрыта также и от другого мощного источника механической энергии — волнения северо-западного направления.

Для анализа изменений волнодинамической обстановки, произошедших после строительства причала и проведения дноуглубительных работ, были проведены расчеты потоков волновой энергии и динамической нагрузки на дно. Расчеты проводились для волн северного и северо-западного направлений на трех участках, относительно равномерно расположенных вдоль береговой линии рассматриваемой акватории в пределах глубин 2-4 м. Так как для вычислений использовались данные, полученные с помощью модели REFRAK, то среди процессов волновой трансформации в рассмотрение были включены процессы рефракции и деформации.

Зона волновой тени при северном волнении занимает большую часть исследуемой акватории. Но она становится еще более обширной, если соответствующие волновые расчеты производить с учетом тех изменений морфологии подводного склона бухты, которые являются результатом проведения периодических дноуглубительных работ в пределах этой акватории. В качестве исходных данных использовались материалы эхолотных промеров, проводившихся Береговым исследовательским центром Дальневосточного государственного университета в 1990 г., которые были любезно предоставлены автору В. А. Мануйловым.

Волновая активность на всех трех участках составляла близкие значения — 0,9-1,2·10⁹ Дж/м. Но возведение причала и сопутствующий комплекс дноуглубительных работ оказали наиболее существенное влияние на волнодинамическую обстановку на расчетном участке № 1, расположенном в северо-восточной части бухты. Причем снижение волнодинамической активности акватории более чем на 98% обусловлено как самим строительством, так и работами по углублению подходов к причалам. На участке № 2 снижение волновой динамики не настолько значительно (чуть более 25%) и обусловлено возведением причальной стенки, которая служит преградой для проникновения в эту часть бухты волн северных румбов.

Интересная ситуация сложилась на участке № 3, где первоначально, с учетом его наибольшей удаленности от причала, предполагались наименьшие нарушения волнодинамической обстановки. Но углубление акватории явилось причиной изменений характеристик волнового поля, которые привели к снижению общего волноэнергетического потока, поступающего в южную оконечность бухты, примерно на 40%.

На выбранных участках проводились также расчеты волнодинамической нагрузки (в 10^-6 м²/с²), аналогичные тем, которые были проведены для акватории бух. Андреева, но уже с учетом рефракционных процессов:

Показанные значения волноэнергетических потоков характеризуют степень нарушений, вносимых в природную обстановку техногенными системами. Все величины относятся к нижнему диапазону волновой активности и мало говорят о возможных изменениях в геосистемах подводного склона данной акватории. О последнем можно судить по волнодинамическим параметрам, которые более конкретно характеризуют ситуацию у дна. Если в этом аспекте для участков № 2 и 3 изменения несущественны, то для участка № 1 снижение придонной нагрузки почти на два порядка составляет уже значительную величину. По приведенным данным такое изменение придонной волновой динамики соответствует замещению основной осадкообразующей фракции песков илистыми грунтами, а это в свою очередь влечет за собой коренные структурные преобразования ландшафтной ситуации.

Изложенная методика позволяет осуществлять количественную оценку фоновых динамических изменений в природной среде, вызванных созданием природно-техногенных систем в прибрежной зоне. Совместно с изучением литодинамических процессов и структуры донных ландшафтов она может стать важным инструментом для проведения предпроектных исследований и. таким образом, быть положена в основу экологической экспертизы различных проектов строительства в береговой зоне. Она также вполне применима для прибрежных районов других морей, где ведущее положение среди гидродинамических процессов занимает ветровое волнение, и вполне может быть рекомендована для включения в комплекс работ, проводимых на стадии предпроектных исследований.