Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Современная динамика и геоэкологическое состояние морского берега Калининградской области

ВАК РФ 25.00.36, Геоэкология

Автореферат диссертации по теме "Современная динамика и геоэкологическое состояние морского берега Калининградской области"

На правах рукописи

005003588

Бурнашов Евгений Михайлович

СОВРЕМЕННАЯ ДИНАМИКА И ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ МОРСКОГО БЕРЕГА КАЛИНИНГРАДСКОЙ ОБЛАСТИ

Специальность 25.00.36. - Геоэкология (науки о Земле)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

2 4 НОЯ 2011

Барнаул-2011

005003588

Работа выполнена на кафедре ихтиологии и экологии ФГБОУ ВПО «Калининградский государственный технический университет»

Научный руководитель:

кандидат географических наук, доцент Болдырев Вадим Леонидович

Официальные оппоненты:

доктор географических наук Хабидов Александр Шамильевич

доктор технических наук, профессор Макаров Константин Николаевич

Ведущая организация:

ФГУП «Всероссийский научно-исследовательский геологический институт имени А.П. Карпинского» (ФГУП «ВСЕГЕИ»)

Защита состоится « 15 » декабря 2011 г. в 14-00 часов на заседании диссертационного совета Д 003.008.01 в Институте водных и экологических проблем СО РАН по адресу:

^ ч/'.Л'З О „ Г------------ Л Я------------ 1 1-----л < /л^

Е-шаИ: rotanova@iwep.asu.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института водных и экологических проблем СО РАН

Автореферат разослан «_//» ноября 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

кандидат географических наук, доцент и.Н. Ротанова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Береговая зона является наиболее мобильной контактной зоной моря и суши, в которой происходит взаимодействие гидросферы, литосферы, атмосферы и биосферы, что приводит ко многим негативным природным явлениям: штормовому воздействию волн на дно и берег, затоплению населенных пунктов, разрушению объектов инфраструктуры и потерям ценных береговых территорий. Кроме природных явлений, на береговую зону в значительной степени воздействует антропогенная деятельность. По большому счету, любая серьезная деятельность в береговой зоне требует детальных знаний о современном геоэкологическом состоянии берега, его современной динамики и тенденций развитая. Данные знания необходимы для принятия управленческих решений с целью сохранения морских берегов, предотвращению чрезвычайных ситуаций и экологических бедствий.

Многие береговые процессы на юго-восточном побережье Балтики были исследованы во второй половине XX века и описаны в многочисленных научных статьях и трудах. Однако большинство работ описывают состояние и процессы участков береговой зоны Калининградской области с позиции геоморфологии, гидро- и литодина-мики, без применения системного подхода геоэкологии. Разрозненные многофакторные научные материалы в основном дополняют друг друга, но не дают исчерпывающего представления о современном геоэкологическом состоянии морского берега Калининградской области.

Сиьекг исследования - берег Балтийского моря в пределах Калининградской области.

Предмет исследования - современная динамика и геоэкологическое состояние морского берега Калининградской области

Цель работы - оценка современной динамики и геоэкологического состояния морского берега Калининградской области.

Задачи исследования:

1. Дать интегральную характеристику динамики морского берега на основе анализа данных ежегодных мониторинговых исследований, полученных с 2000 по 2010 гг.

2. Выявить тенденцию современного развития морского берега по сравнению с ретроспективными данными прошлого века.

3. Провести комплексное геоэкологическое исследование природных и антропогенных факторов, определяющих состояние морского берега.

4. Оценить геоэкологическое состояние морского берега Калининградской об-

ласти на основе системного анализа берегоформирующих факторов и авторской классификации берегов по геоэкологическому состоянию.

5. Предложить сценарии развития морского берега Калининградской области.

Фактический материал и методы исследования. В основу диссертации положены материалы, собранные в многочисленных экспедициях по изучению состояния и динамики морского побережья Калининградской области. Исследования состояния и динамики берегов проводились по методикам, принятым в практике береговых исследований Атлантического отделения Института океанологии им. ГШ. Ширшова (АО ИО РАН) и государственного учреждения Калининградской области (ГУ КО) «Балтберегозащита». Всего было исследовано 145 км морского побережья Калининградской области. Проведены ежегодные измерения на 149 береговых пунктах мониторинговой сети АО ИО РАН и ГУ КО «Балтберегозащита» в период с 2000 по 2010 гг. По изучению подводного берегового склона побережья Балтийского моря в период с 2007 по 2010 гг. было исследовано 111 морских галсов общей протяженностью 211 км. Для анализа ретроспективных данных о динамики берега второй половины XX века были использованы топографические карты побережья Калининградской области 50-х гг., аэрофотоснимки 1963 г. и спутниковые снимки 1999 г. С помощью воздушного лазерного сканирования (2007 и 2008 гг.) были получены цифровые модели 140 км морского берега. В результате всех исследований накоплено около 5 тысяч количественных значений параметров побережья.

Данная работа основывается на статистических, картографических, фондовых и литературных материалах, а также результатах полевых исследований. Для определения геоэкологического состояния морского берега Калининградской области автором разработана специальная классификация морских берегов.

Научная новизна работы:

1. Получена интегральная характеристика современной динамики морского берега Калининградской области (-1 м/год) на основе детального исследования всех участков.

2. Выявлена современная тенденция развития морского берега, направленная на увеличение среднегодовых темпов отступания.

3. Впервые на основе системного анализа берегоформирующих факторов геоэкологическое состояние морского берега Калининградской области оценено как слабоустойчивое.

4. Впервые разработана классификация берегов по геоэкологическому состоянию на примере морского побережья Калининградской области.

5. Предложены новые сценарии развития морского берега Калининградской области на период до 2020 г.

Основные защищаемые положения:

1. На современную динамику морского берега Калининградской области (- 1м/год) в значительной степени оказало влияние прекращение сбросов в прибрежную зону рыхлого материала из карьеров Янтарного комбината. Без учета западного берега Калининградского полуострова современная среднегодовая динамика берега составляет - 0,6 м/год.

2. Современная тенденция развития морского берега Калининградской области по сравнению со среднегодовой динамикой берега во второй половине XX века направлена на увеличение среднегодовых темпов отступания. Исключением является северное побережье Калининградского полуострова, где за счет работы берегозащитных сооружений произошло снижение среднегодовых темпов отступания коренного берега на 12 см.

3. Современное геоэкологическое состояние морского берега Калининградской области на основе системного анализа и авторской классификации берегов по геоэкологическому состоянию оценено как слабоустойчивое.

4. На основе современного геоэкологического состояния берега, тенденции его развития, климатических характеристик и принимаемых мерах по развитию и защите побережья Балтики в Калининградской области сделаны сценарии развития морского берега на 2020 г.

Обоснованность и достоверность результатов исследования обеспечена значительным объемом исходных материалов, использованием современных методов их обработки и визуализации, анализом значительного количества российский и зарубежных публикаций по теме исследования, апробацией основных научных результатов на российских и международных конференциях.

Теоретическая значимость диссертационного исследования заключается в разработке классификации берегов по геоэкологическому состоянию.

Практическое значение работы. Выводы по состоянию и современной динамике берега Калининградской области использовались при разработке: целевой программы Калининградской области «Защита побережья Балтийского моря, Калининградского и Куршского заливов в пределах Калининградской области на 2011 - 2020 годы»; рабочего варианта концепции защиты побережья Калининградской области на среднесрочную (до 2020 г.) и долгосрочную (до 2031 г.) перспективы. Материалы работы могут быть использованы при составлении атласов морского побережья Кали-

нинградской области, при территориальном планировании области и в других целях. Данные, приводимые в работе, представляют интерес при решении важных задач, как сохранение и рациональное использование природных береговых ресурсов.

Личный вклад автора заключается в сборе и обработке фактического материала, анализе и интерпретации полученных результатов. Все основные выводы, изложенные в работе, диссертантом получены самостоятельно. Автор являлся активным участником экспедиционных исследований с 2005 по 2010 гг. Получение фактического материала в экспедиционных условиях осуществлялось совместно с группой исследователей лаборатории прибрежных систем АО ИО РАН и отдела мониторинга ГУ КО «Балтберегозащита». Автором разработана классификация геоэкологического состояния морского берега Калининградской области. Предложенные сценарии развития морского берега Калининградской области принадлежат автору.

Апробация работы и публикации.

Основные результаты исследования апробированы автором на:

- российских научно-практических конференциях: образовательных учреждений Российского рыболовства (Калининград, 2007); «Проблемы изучения и охраны природного и культурного наследия национального парка «Куршская коса»» (Калининград, 2007, 2008, 2009); Глобальные проблемы взаимодействия человека и окружающей среды» (Москва, 2008, 2009, 2010); «Устойчивость водных объектов, водосборных и прибрежных территорий; риски их использования» (Светлогорск, 2011);

- международных научных конференциях: «Экологические проблемы Калининградской области и Балтийского региона» (Калининград, 2007, 2008); «Комплексное управление, индикаторы развития, пространственное планирование и мониторинг прибрежных регионов Юго-Восточной Балтики» (Калининград, 2008); «Строительство в прибрежных курортных регионах» (Сочи, 2008); «Динамика прибрежной зоны бесприливных морей» (Балтийск, 2008, 2010); «Climate Change - The environmental and socio-economic response in the southern Baltic region» (Szczecin, 2009); «Литодина-мика донной контактной зоны океана» (Москва, 2009); «Гидро- лито и морфодинами-ка побережья восточной части Гданьского залива» (Любятово, 2010); «Учение о развитии морских берегов: вековые традиции и идеи современности» (Санкт-Петербург, 2010); «Создание и использование искусственных земельных участков на берегах и акватории водоемов» (Новосибирск, 2011); «Инженерная защита территорий и безопасность населения» (Engeopro-2011) (Москва, 2011).

По теме диссертации опубликовано 19 работ, включая 1 статью в издании, рекомендованном ВАК.

Структура и объем работы. Диссертация состоит га введения, четырех глав, заключения, списка литературы включающего 241 наименование, в том числе 32 зарубежных. Работа изложена на 205 страницах, содержит 103 рисунка, 15 таблиц и 2 приложения.

Благодарности. Диссертант глубоко благодарен своему научному руководителю к.г.н. B.JI. Болдыреву и за неоценимую помощь д.г.н. JI.A. Жиндареву. За оказанную поддержку и особое внимание благодарен директору ГУ КО «Балтберегозащита» В .В. Щербина, д.б.н. C.B. Шибаеву, к.ф-м.н. Б.В. Чубаренко, д.э.н. Г.Г. Гогоберидзе.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Введение

Обосновывается актуальность и новизна, формулируются цели и задачи работы, защищаемые положения, описывается практическое значение.

Глава 1. Природные условия Калининградского побережья и краткая история

его изучения и защиты

На основании существовавшей литературы и собственных исследований 19301941 гг. В.П. Зенкович в 1946 г. наметил ряд новых теоретических положений о волновых процессах динамики морских берегов и определил береговую зону, как полосу суши и дна моря, в пределах которых происходит взаимодействие литосферы, гидросферы, атмосферы, биосферы, а также хозяйственной деятельности человека. В последующем, разные советские исследователи издали большое количество научных трудов посвященных проблемам береговой зоны морей. В 90-х годах Хл века в связи с увеличением антропогенной нагрузки, гидротехнического строительства, добычи полезных ископаемых в прибрежной зоне, рыболовства, а также развития рекреации и туризма появилась необходимость более пристального изучения всех составляющих экосистемы береговой зоны под влиянием, природных и антропогенных факторов с точки зрения геоэкологии. В.И. Осипов (1993 г) рассматривает геоэкологию как междисциплинарную науку об экологических проблемах геосфер. Применительно к береговой зоне геоэкология изначально выросла из океанологии. Большинство исследователей океанологов и береговиков прежде всего H.A. Айбулатов (1989-2005), В.Л. Болдырев (1995-2008), М.П. Федоров (1992-2009), М.Б. Шилин (2006-2009); В.И. Лы-марев (2000), О.И. Рябкова (2004-2011), О.В Басс (2004-2011) и многие другие стали исследовать береговые процессы с позиций геоэкологии при увеличении антропогенной составляющей на геосистему береговой зоны. Поэтому оценка и описание геоэкологического состояния для всех типов берегов является актуальной задачей перед

современными исследователями.

В главе дано описание географического положения морского побережья Калининградской области, его геологического строения, геоморфологии береговой зоны, приведена гидрометеорологическая, гидродинамическая и литодинамическая характеристика прибрежной зоны моря. Дана краткая характеристика гидрографической сети и растительности морского побережья. Кратко описывается история изучения берегов и их защита, которая условно разделена на 2 этапа: первый (до 1941 г.), когда изучением и защитой побережья занимались преимущественно германские ученые-гидротехники и второй (после 1945 г.), когда изучать побережье и его ресурсы стали советские научные институты.

Глава 2. Материалы и методы проведения мониторинговых исследований

Для получения количественных данных о современном состоянии и динамике берега выполнялись, в основном, наземные геоморфологические измерения путем тригонометрического нивелирования берега по установленным реперам мониторинговой сети и воздушное лазерное сканирование всего побережья.

В результате воздушного лазерного сканирования и обработки данных были получены детальные пространственные Ю и ЗЭ модели береговой полосы с четкими очертаниями форм рельефа. Точность определения параметров берега составляет 2030 см.

С 2000 по 2010 год накоплен ряд ежегодных данных по состоянию берега на 149 мониторинговых пунктах. По всем пунктам были построены и сопоставлены друг с другом поперечные профили морфологического строения побережья. В результате вычислений разницы значений между контрольными точками на профилях были получены количественные данные о современной среднегодовой динамике морского берега на каждом мониторинговом пункте. Основными динамическими измеряемыми параметрами профилей побережья являются: расстояние от репера до бровки абразионного уступа, до тыльной части пляжа и до уреза моря. В зависимости от морфологического типа берега (рис. 1) определяется наиболее удобный способ измерений и определение контрольных динамических параметров.

Тип 1. Абразионный берег с наличием четкого абразионного уступа. Такой тип берега отмечается на участке от м. Песчаный до п. Синявино и от м. Бакалинский до р. Алейка. Протяженность вдольбереговой линии данного участка составляет 39 км. Для данного типа берега контрольными параметрами являются расстояние от репера до бровки уступа размыва и ширина пляжа.

Тип 2. Берег с аккумулятивными эоловыми формами рельефа в тыльной части

пляжа (авандюнами). Такой берег отмечается на участках от польской границы на Балтийской косе до м. Песчаный, от Синявино до м. Бакалинский и от р. Алейка до Литовской границы на Куршской косе. Протяженность вдольбереговой линии данного участка составляет - 108 км. Для данного типа берега контрольными динамическими параметрами являются: расстояние от репера до тыльной части пляжа и ширина пляжа.

Условные обозначения:

Типы участков морского берега Калининградской области : _ населенные пункты

НИ " с абразионными {Тип 1} формами рельефа

•-V.----водотоки

ВВН " с аккумулятивными (Тип 2} формами рельефа _

р-—-в [ - государственная граница

□ - границы геоморфологических объектов морского берега Калининградской области

Уч.1-6 - морфодинамические участки геоморфологических объектов

Рисунок 1 - Типы участков и морфодинамическое зонирование морского берега Калининградской области

■ Рыба" 4Й

Куршский залив

Лесной

Калининград

Балтийское море

Куршская коса

Северное побережье Калининградского п-ова

Западное побережье Калининградского п-ова

«тарный

Калининградский полуостров

.

4_______ ______ . _

¿Светлый ЮТНЙСК ^^

Кзлининградски^,-^»^

Масштаб 1: 500 ООО в 1 сантиметре о километров

Для оценки многолетней динамики берега второй половины XX века с помощью современных средств ГИС применялись методы сравнительного анализа ретроспек-

тивных данных топографических карт 1950-х гг. и аэрофотосъемки береговой полосы 1963 г. с данными дистанционного спутникового зондирования 1999 г. Глава 3. Современное состояние, интегральная характеристика динамики и тенденция развития морского берега Калининградской области

Морской берег Калининградской области включает две крупные литодинамиче-ские системы: западное побережье (от м. Таран до российско-польской границы) и северное побережье (от м. Таран до российско-литовской границы). Такое разделение определяется выступающим в море положением Калининградского полуострова и господством в этом районе штормовых волнений западной четверти горизонта. В эти системы входят 4 геоморфологических объекта: Балтийская коса, западное побережье Калининградского полуострова, северное побережье Калининградского полуострова и Куршская коса. Каждый из этих объектов разделен на морфодинамические участки (рис. 1), в которых геоэкологическое состояние и морфодинамические процессы отличаются друг от друга.

3.1. Современное состояние и интегральная характеристика динамики морских берегов в Калининградской области

В главе подробно описаны все морфодинамические участки морского берега, приведены наглядные иллюстрации, отражающие состояния берега и подтверждающие достоверность проведенных измерений и сделанных описаний.

В результате всех современных измерений интегральная характеристика динамики морского берега Калининградской области оценивается как отрицательная (-1 м/'год). Быстрее всего отступают искусственно намытые берега Синявинского конуса (-13 м/год) (рис. 2).

Расстояние, и

|—'—2002 ■ ¿цоз -*~20М -«-2005 -»-20« -*-г007 ^2006 -«-2008 -*-Ш0|

Рисунок 2 - Отступание берега ранее искусственно намытой территории Синявинского конуса

Северное побережье Калининградского полуострова отступает меньше, чем остальные геоморфологические объекты (рис. 3), в частности, за счет расположенных вдоль абразионных склонов берегозащитных сооружений (стенок, опоясок, габионов), которые предотвращают размыв береговых склонов, но при этом способствуют размыву пляжей и прибрежного дна.

О 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140

Расстояние, км

Рисунок 3 - Интегральная характеристика среднегодовой динамики морского берега Калининградской области

Интегральная оценка развития всего морского побережья Калининградской области показывает, что берег подвержен размыву почти на всех его участках. Общая площадь потерянных земель за последние 10 лет составляет около 1,47 км2. При этом: больше половины (55%) - 0,81 км2 приходится на западный берег Калининградского полуострова, треть (29%) - 0,43 км2 на Куршскую косу, 6% - 0,09 км2 на Балтийскую косу и 10 % - 0,14 км2 на северный берег Калининградского полуострова.

3.2. Тенденция развития морского берега Калининградской области

По результатам сравнительно-географического анализа современных данных (2000-2010 гт.) и ретроспективных данных второй половины прошлого века оказалось, что общая тенденция развития морского побережья Калининградской области направлена на увеличение среднегодовых темпов отступания (табл. 1).

Таблица 1 - Тенденция развития морского берега Калининградской области

Структурное разделение побережья Интегральная характеристика среднегодовой динамики берега (м/год) Разница, м Тенденция развития побережья

2-я половина XX века Современная

Балтийская коса -0,14 -0,35 -0,21 Увеличение размыва

Северное побережье Калинин- -0,5 -0,38 0 12 Уменьшение абра-

градского п-ова зии

Куршская коса -0,86 -0,87 -0,01 Увеличение размыва

Морское побережье Калининградской области без учета западного побережья Калининградского п-ова -0,55 -0,59 -0,04 Слабое увеличение среднегодовых темпов отступания

Западное побережье Калининградского п-ова +8,63 -2,25 -10,88 Сильное увеличение размыва

Морское побережье Калининградской области +1,32 -0,99 -2,31 Сильное увеличение среднегодовых темпов отступания

Такая тенденция обусловлена исключительно за счет работы янтарного комбината во второй половине XX века. Как только в 2000 г. янтарный комбинат прекратил осуществлять сброс рыхлого материала в море, сразу и очень быстро стали отступать искусственно намытые территории берега.

Глава 4. Геоэкологическое состояние и сценарии развития морского берега Калининградской области

4.1. Основные факторы, процессы, их взаимодействие и результаты, определяющие геоэкологическое состояние морского берега

На формирование береговой зоны влияет множество природных и антропогенных факторов, которые зачастую действуют в комплексе. Все факторы вызывают определенные негативные и благоприятные для гео-экологического состояния берега процессы. Кроме отдельного влияния на состояние берега, процессы взаимодействуют между собой и способствуют либо усилению разрушения береговой зоны либо ее сохранению. По этому, для определения геоэкологического состояния берега - как геосистемы, необходимо рассматривать не только комплекс берегоформирую-щих процессов, но взаимодействие их между собой. Для каждого участка берега имеются свои основные берегоформирующие факторы, определяющие его геоэкологическое состояние. В результате взаимодействия берегоформирующих процессов происходят потери ценных береговых территорий, сохранение целостности берега или его накопление в виде широких пляжей и авандюн.

4.2. Индикаторные показатели и системный анализ геоэкологического состояния морского берега Калининградской области

Берегоформирующие факторы характеризуются индикаторными показателями, которые можно измерить и привести к количественным и качественным значениям. Системный анализ основан на совокупности ряда индикаторных показателей и показывает степень воздействия факторов на геоэкологическое состояние морского берега. Современная динамика берега является результирующим показателем воздействия всех пространственно временных берегоформирующих факторов.

Самым интенсивным и разрушающим современным природным фактором является штормовая активность. Чем чаще наблюдается повторяемость штормов, тем быстрее берег разрушается и отступает из-за абразии или размыва. Особое внимание нужно уделить роли берегозащитных сооружений, которые, как показывает системный анализ, способствуют сохранению коренного берега, замедлению темпов его отступания и тем самым - улучшению его геоэкологического состояния. Однако расположенные вдоль основания абразионных уступов берегозащитные сооружения вызы-

12

вают дефицит наносов, что приводит к размыву пляжей и прибрежной части подводного берегового склона.

На примере северного побережья Калининградского полуострова хорошо показана зависимость площадей потерянных в результате абразии территории от степени их защищенности различными берегозащитными сооружениями (рис. 4).

40000

зоооо

Участок! Участок 2 Участок 3 Участок 4

[в Площадь размыва (м2) □ Протяженность участка (м) □ Протяженность БЗС (м) {

Рисунок 4 - Диаграмма современного (2000-2010 гг.) распределения площадей утраченных территорий северного побережья Калининградского полуострова с учетом протяженности его участков и берегозащитных сооружений

В результате построенных берегозащитных сооружений на северном побережье Калининградского полуострова за последние десятилетие удалось сохранить более 100 тыс. м2 приморских территорий. В общем, на морском побережье Калининградской области за счет берегозащитных сооружений предотвращено развитие чрезвычайных штормовых ситуаций в населенных курортных зонах и на Куршской косе с сохранением около 300 тыс. м2 приморских территорий. Соотношение площадей искусственно сохраненных и потерянных приморских территорий Калининградской области за последние десять лет составляет: 0,3 км2/1,47км2 или приблизительно 1/5.

По отношению ко всей протяженности морской береговой линии Калининградской области современная степень благоприятного воздействия совокупных антропогенных факторов составляет около 15%, а негативного воздействия - всего 5%. Совокупность природных факторов оказывающих благоприятное воздействие на геоэкологическое состояние оценивается в 20%, а негативное воздействие около 60%. Данное соотношение подтверждается отрицательной динамикой морского берега Калининградской области.

4.3. Классификация морских берегов Калининградской области по геоэкологическому состоянию

Геоэкологическое состояние берега характеризуется устойчивостью ко всему комплексу воздействующих природных и антропогенных факторов. Устойчивость бе-

регов - это способность берега противостоять к какому-либо воздействию и восстанавливаться в исходное или близко к исходному состоянию после прекращения воздействия.

С понятием устойчивости берегов тесно связано понятие их экологической безопасности. Экологическая безопасность - это устойчивое состояние окружающей среды, обеспечивающее возможность улучшения качества жизни людей, защищенность от природных и техногенных катастроф, возможность стабильного прогресса общества и государства.

Устойчивость берегов напрямую выражается в их среднегодовой динамике. Если динамика берега положительная или нулевая, то берег считается устойчивым. Если динамика берега отрицательная, то в зависимости от темпов отступания берег считается: среднеустойчивым, слабоустойчивым, не устойчивым и крайне не устойчивым (табл. 2).

Таблица 2 - Классификация морских берегов по геоэкологическому состоянию

Среднегодовое значение динамики берега, м. Геоэкологическое состояние берега

от 0 м и более Устойчивое

от -0,5 м до 0 м Среднеустойчивое

от -1 м до -0,5 м Слабоустойчивое

от -2 м до -1 м Неустойчивое

менее -2 м Крайне неустойчивое

Даная классификация разработана на примере морского побережья Калининградской области, но также может быть применима на берегах юго-восточной Балтики. Применение единой классификации в дальнейшем позволит точнее, проще и быстрее расставлять приоритеты к различным участкам берега и применять меры по улучшению их геоэкологического состояния. Чем менее устойчив участок, тем больше внимания ему должно быть оказано для повышения его устойчивости.

4.4. Распределение морфодинамических участков побережья по геоэкологическому состоянию

Калининградское побережье Балтики на протяжении последних 10 лет подвергалось значительным изменениям, как со стороны природного, так и антропогенного влияния. В результате комплексного действия факторов разные морфодинамические участки морского берега имеют соответствующее им геоэкологическое состояние (рис 5).

,Ры6в<

Севеюное лобеоежье Калининградского п-ова

у* Куршский Гласной залив

I »тарный

Приморек

♦Калининград

Калининградский залив

Балтийская коса /

Ладушкин

Балтийское море

Куршская коса

Западное у, побережье Калининград ского п-ов^

Калининградский полуостров

масштаб 1:500 ООО е 1 сантиметре 5 километров

Условные обозначения:

иивр«м*КпСв ГабЗКйЛОГпЧсьКйв СО СТОЯ НИ «я .

| | - Устойчивое

- населенные пункты

I : I - Среднеустойчивое ___

' '......I I - границы геоморфологических

- Слабоустойчивов объектов

—- - водотоки

ЦЦ - Неустойчивое

I Н | . государственная граница

| . Крайне неустойчивое

Рисунок 5 - Деление морфодинамических участков берега по геоэкологическому состоянию

После объединения всех однотипных по геоэкологическому состоянию морфодинамических участков морского побережья Калининградской области оказалось, что больше всего по протяженности наблюдаются берега со среднеустойчивым состоянием (40%) (рис. 6. А). При этом, наибольшие потери приморских территорий за последние 10 лет наблюдаются на участках с крайне неустойчивым состоянием. На 14% крайне неустойчивого берега за 10 лет пришлось больше половины (53,7%) всех общих потерь береговых территорий (рис. 6. Б).

А

Б

Современное геоэкологическое состояние Общие потери и аккумуляции площадей приморских территорий морского берега Калининградской области по однотипным геоэкологическим участкам с 2000 по 2010 гг., м'

| а Устойчивое о Среднеустойчивое о Спабоустойчивое а Неустойчивое ■ Крайне неустойчивое |

Рисунок 6 - Диаграммы современного распределения морского побережья Калининградской области по геоэкологическому состоянию (А) и распределения общих потерь и аккумуляции площадей береговых территорий по однотипным геоэкологическим участкам (Б)

4.5. Сценарии развития морского берега Калининградской области на 2020 год

Пессимистический сценарий. При условии продолжения увеличения штормовой активности моря, увеличения антропогенной нагрузки и бездействия властей, за следующие 10 лет произойдет резкое ухудшение геоэкологического состояния побережья с увеличением отступания берега на 0,4-0,5 м. Общие потери приморской территории составят - 2,5 км2.

Оптимистический сценарий. При условии отсутствия экстремальных штормов, намыва песчаных пляжей в городах курортах и на аварийных участках берега, своевременного ремонта берегозащитных сооружений и уменьшения негативной антропогенной нагрузки произойдет улучшение геоэкологического состояния побережья. Интегральная характеристика среднегодовой отрицательной динамики берега уменьшиться до -0,3 м/год. Общие потери приморской территории при таких условиях за последующие 10 лет не превысят 0,4 км2.

Ожидаемый сценарий. Реализация планов ФЦП развития Калининградской области и ЦП Калининградской области «Защита побережья Балтийского моря, Калининградского и Куршского заливов в пределах Калининградской области на 2011 -2020 годы», предусматривает искусственный намыв пляжей и восстановление аван-дюн в курортных зонах и аварийных участках, а также капитальный ремонт берегозащитных сооружений. С учетом увеличения штормовой активности моря и антропогенной нагрузки на берег выполнение мероприятий целевых программ Калининградской области приведет к улучшению геоэкологического состояния берега. Ожидается снижение среднегодовой отрицательной динамики берега в 2 раза до -0,5 м/год. Общие потери приморской территории за последующие 10 лет составят 0,6-0,7 км2.

Основные выводы

1. Интегральная характеристика среднегодовой динамики берега Калининградской области за период 2000-2010 гг. является отрицательной и составляет -1 м/год, а без учета западного побережья Калининградского полуострова -0,6 м/год. Максимальные среднегодовые темпы абразии составляют -13 м/год и наблюдаются на искусственно намытой Янтарным комбинатом территории Синявинского конуса.

2. Тенденция современного развития Калининградского побережья Балтики по сравнению с развитием во второй половине XX века характеризуется: усилением темпов отступания на Балтийской косе на 0,21 м; полной сменой направленности береговых процессов с активной аккумуляции на активный размыв на западном побережье Калининградского полуострова; снижением темпов абразии на 0,12 м на северном побережье Калининградского полуострова за счет строительства берегозащитных сооружений; незначительным усилением темпов размыва берега на Куршской косе.

3. Проведенное комплексное геоэкологическое исследование природных и антропогенных факторов, определяющих состояние морского берега, показало преобладание природных факторов над антропогенными и негативных процессов над благоприятными. Самым интенсивным и разрушающим природным фактором современного формирования берега является штормовая активность моря. Берегозащитные сооружения снижают действие штормов на берег, принимая основной удар стихии на себя - это способствует сохранению коренных берегов и замедлению темпов их отступания на участке.

4. На основе системного анализа и авторской классификации берегов общее современное состояние морского берега Калининградской области оценивается как слабоустойчивое. Больше половины всех потерь приморских территорий за последние 10 лет наблюдаются на участках с крайне неустойчивым геоэкологическим состоянием.

5. Сценарии развития Калининградского побережья Балтики зависят от штормовой активности моря и от результатов реализации ФЦП и ЦП Калининградской области. К концу следующего десятилетия ожидается улучшение геоэкологического состояния до среднеустойчивого уровня за счет реализации целевых программ.

Список публикаций по теме диссертации

В изданиях, рекомендованных ВАК; 1. Бурнашов, Е.М. Современная динамика морского побережья Калининградской области по данным ежегодных мониторинговых исследований / Е.М. Бурнашов // Вопросы современной науки и практики. Университет им. В.И. Вернадского. 2011. №2 (33).-С. 10-17.

В других изданиях (статьи и материалы конференций):

2. Бурнашов, Е.М. Определяющая роль геоэкологии в состоянии берегов Куршской косы / B.JI. Болдырев, Е.М. Бурнашов // Экологические проблемы Калининградской области и Балтийского региона: Сборник научных трудов - Калининград: Изд-во РГУ им. И. Канта, 2007. - С. 77-82.

3. Бурнашов, Е.М. Геоэкологические аспекты состояния берегов Куршской косы / Е.М. Бурнашов // Материалы студенческой научно-технической конференции образовательных учреждений Росрыболовства П.О.И.С.К., Калининград, 17-20 апреля 2007. - Калининград: Изд-во КГТУ, 2007. - С. 9.

4. Бурнашов, Е.М. Результаты и дальнейшие перспективы мониторинга берегов Куршской косы / В.Л. Болдырев, В.П. Бобыкина, Е.М. Бурнашов // Проблемы изучения и охраны природного и культурного наследия нац. парка «Куршская коса»: Сб. науч. стат. Вып. 5. - Калининград: Изд-во РГУ им. И.Канта, 2007. - С. 76-93.

5. Бурнашов, Е.М. Современный комплексный мониторинг состояния берегов Калининградской области / Е.М. Бурнашов, В.В. Щербина // Ученые записки РГО (Калининградское отделение) Т.7.,4.1., 2008. Спец. выпуск. Избранные труды международной конференции «Комплексное управление, индикаторы развития, пространственное планирование и мониторинг прибрежных регионов Юго-Восточной Балтики», Калининград, 26-30 марта 2008. - Калининград, 2008. - С. V1-V7.

6. Бурнашов, Е.М. Достоинства и недостатки 1-й эксплуатационной части информационной прогнозной автоматизированной системы (ИПАС) с точки зрения пользователя / Е.М. Бурнашов, В.В. Щербина // Строительство в прибрежных курортных регионах: Материалы 5-й международной научно-практической конф., Сочи, 12-17 мая 2008. - Сочи: Изд-во СГТУ и КД, 2008. - С. 59-64.

7. Бурнашов, Е.М. Куршская коса - природное наследие ЮНЕСКО. Аспекты устойчивого развития и мониторинговые исследования территории / Д.В. Чно-Си-Чон, Е.М. Бурнашов, В.И. Шабалова, JI.H. Дзигунская // Глобальные проблемы взаимодействия человека и окружающей среды: Матер. VIII Всерос. студ. научно-

пмлжпг.^., .... Д. 1 J„„____ 1 Л__—___1ПЛО « I . Г I____»ITMT тгг 1 Л -11-

11^41411-1. JVWI1VJJ.. ivi v^ixmi, 1--Т аи^/иш ¿wo. — -Vi., илд-ьо -VIIVJ иш, ¿\J\Jо. — XZ-1J.

8. Бурнашов, Е.М. Фото-мониторинг, как наглядный показатель динамики прибрежной зоны на примере берегов Калининградской области / Е.М. Бурнашов, B.JI. Болдырев, В.П. Бобыкина // Динамика прибрежной зоны бесприливных морей: Материалы международной конференции (школа-семинар), Балтийск, 30 июня - 5 июля 2008. - Калининград: Терра Балтика, 2008. - С. 39-41.

9. Бурнашов, Е.М. Состояние берегов Куршской косы после штормового периода / В.Л. Болдырев, В.П. Бобыкина, Е.М. Бурнашов // Проблемы изучения и охраны природного и культурного наследия национального парка «Куршская коса»: Сб. науч. статей. Вып. 6. - Калининград: Изд-во РГУ им. И.Канта, 2008. - С. 105-114.

10. Бурнашов, Е.М. Аспекты мониторинговых исследований морской береговой зоны Калининградской области / Е.М. Бурнашов, В.И. Шабалова // Глобальные проблемы взаимодействия человека и окружающей среды: Сборник материалов IX Всероссийской студенческой научно-практической конференции, Москва, 31 марта -3 апреля 2009. - М.: Изд-во МКУ и НТ, 2009. - С.51-54.

11. Burnashov, Е. Long-term changes in the rate of coastal erosion in the Kaliningrad Oblast (south-east Baltic) / B. Chubarenko, E. Burnashov, V. Boldyrev, V. Bobykina, K. Kar-manov // International Conference on Climate Change - The environmental and socioeconomic in the southern Baltic region. Conference Proceedings. Szczecin, Poland, 2528 May 2009. - Szczecin: BALTEX, 2009. - P. 101.

12.Бурнашов, Е.М. Марины и малые порты Балтики: типичные конфигурации оградительных конструкций и литодинамическая обстановка / Е.М. Бурнашов, Б.В. Чубаренко // Литодинамика донной контактной зоны океанов: Материалы Международной конференции, посвященной 100-летию со дня рождения профессора В.В. Лонгинова - М.: ГЕОС, 2009. - С. 65-67.

13.Бурнашов, Е.М. Современное морфодинамическое и экологическое состояние морского побережья Калининградской области / Е.М. Бурнашов, В.И. Шабалова У/ Глобальные проблемы взаимодействия человека и окружающей среды: Сборник материалов X Всероссийской студенческой научно-практической конференции, Москва, 6-9 апреля 2010. Ч. 1. - М.: Изд-во МКУ и НТ, 2010. - С. 44-46.

14.Burnashov, Е. Results of monitoring the seashore of the Kaliningrad region according to the GU КО "Baltberegozaschita" / E. Burnashov, A. Bednov, A. Trashchenkov // Proceedings of the 2nd International Conference (school) on Dynamics of Coastal Zone of Non-Tidal Seas. Baltiysk (Kaliningrad Oblast, Russia), 26-30 June 2010. - Kaliningrad: Terra Baltica, 2010. - P.76-81.

15. Бурнашов, Е.М. Абразионные процессы на берегах юго-восточной Балтики / В.Л. Болдырев, В .П. Бобыкина, Б.В. Чубаренко, Е.М. Бурнашов, К.В. Карманов // ХХШ Межд. конф. «Учение о развитии морских берегов: вековые традиции и идеи современности». СПб, 05-09.10.2010. Мат. конф. - СПб: РГГМУ, 2010. - С. 54-55.

16. Бурнашов, Е.М. Анализ эффективности намыва искусственных территорий на примере динамики берега в районе действия Янтарного комбината / Е.М. Бурнашов, Б.В. Чубаренко, В.Л. Болдырев, Ж.И. Стонт // XXIII Межд. конф. «Учение о развитии морских берегов: вековые традиции и идеи современности». Санкт-Петербург, 05-09.10.2010: Мат. Конф. - СПб: Изд. РГГМУ, 2010. - С. 56-58.

17.Бурнашов, Е.М. Типичные конфигурации портов и внешних оградительных конструкций марин и гаваней их влияние на морские песчаные берега Балтики / Е.М. Бурнашов, О.В. Бурнашова, Б.В.Чубаренко // XXIII Межд. конф. «Учение о развитии морских берегов: вековые традиции и идеи современности». Санкт-Петербург, 05-03.10. 2010: Матер, конф. - СПб: Изд-во РГГМУ, 2öiu. - С. 273-274.

18. Burnashov, Е. Natural Evolution of Western Shore of the Sambian Peninsula on Completion of Dumping from an Amber Mining Plant / E. Burnashov, B. Chubarenko, J. Stont // Archives of Hydro-Engineering and Environmental Mechanics. 2010. Vol. 57. No. 2.-P. 105-117.

19. Бурнашов Е.М. Современное геоэкологическое состояние морского побережья в Калининградской области / Е.М. Бурнашов // Создание искусственных пляжей, островов и других сооружений в береговой зоне морей, озер и водохранилищ: Труды 2-й Международ, конференции "Создание и использование искусственных земельных участков на берегах и акватории водоемов", Новосибирск, 1-6 августа 2011. - Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2011. - С. 111-114.

Подписано в печать 03.11.2011 г. Бумага 60x84 (1/16). Объем 1 п.л.

Тираж 100 экз. Заказ № ¿ЯЗ/

Издательство ФГБОУ ВПО «КГТУ» 236022, Калининград, Советский пр., 1.

-7 f

Содержание диссертации, кандидата географических наук, Бурнашов, Евгений Михайлович

Введение.

1. Природные условия Калининградского побережья и краткая история его изучения и защиты.

1.1. Географическое положение морского побережья Калининградской области.

1.2. Геологическое строение.

1.3. Геоморфология береговой зоны.

1.4. Гидрометеорологическая и гидродинамическая характеристика прибрежной зоны моря.

1.4.1. Краткая климатическая характеристика.

1.4.2. Уровень.

1.4.3. Ветровой режим.

1.4.4. Волновой режим.

1.4.5. Течения.

1.5. Литодинамическая характеристика прибрежной зоны моря.

1.6. Гидрографическая сеть морского побережья.

1.7. Растительность морского побережья.

1.8. Краткая история изучения и защиты берегов в пределах Калининградской области.

2. Материалы и методы проведения мониторинговых исследований.

3. Современное состояние, интегральная характеристика динамики и тенденция развития морского берега Калининградской области.

3.1. Современное состояние и интегральная характеристика динамики морских берегов в Калининградской области.

3.1.1. Балтийская коса.

3.1.2. Западное побережье Калининградского полуострова.

3.1.3. Северное побережье Калининградского полуострова.

3.1.4. Куршская коса.

3.2. Тенденция развития морского берега Калининградской области.

4. Геоэкологическое состояние и сценарии развития морского берега Калининградской области.

4.1. Основные факторы, процессы, их взаимодействие и результаты, определяющие геоэкологическое состояние морского берега.

4.2. Индикаторные показатели и системный анализ геоэкологического состояния морского берега Калининградской области.

4.3. Классификация морских берегов Калининградской области по геоэкологическому состоянию.

4.3.1. Устойчивые участки берега.

4.3.2. Среднеустойчивые участки берега.

4.3.3. Слабоустойчивые участки берега.

4.3.4. Неустойчивые участки берега.

4.3.5. Крайне неустойчивые участки берега.

4.4. Распределение морфодинамических участков морского побережья по геоэкологическому состоянию.

4.5. Сценарии развития морского берега Калининградской области на

2020 год.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Современная динамика и геоэкологическое состояние морского берега Калининградской области"

Актуальность исследования. Береговая зона является наиболее мобильной контактной зоной моря и суши, в которой происходит взаимодействие гидросферы, литосферы, атмосферы и биосферы, что приводит ко многим негативным природным явлениям: штормовому воздействию волн на дно и берег, затоплению населенных пунктов, разрушению объектов инфраструктуры и потерям ценных береговых территорий. Кроме природных явлений, на береговую зону в значительной степени воздействует антропогенная деятельность. По большому счету, любая серьезная деятельность в береговой зоне требует детальных знаний о современном геоэкологическом состоянии берега, его современной динамики и тенденций развития. Данные знания необходимы для принятия управленческих решений с целью сохранения морских берегов, предотвращению чрезвычайных ситуаций и экологических бедствий.

Многие береговые процессы на юго-восточном побережье Балтики были исследованы во второй половине XX века и описаны в многочисленных научных статьях и трудах (Зенковича В.П., Ульста В.Г., Гуделиса В.К., Болдырева В.Л., Шуйского Ю.Д., Блажчишина А.И., Айбулатова H.A., Анцыферова С.М., Жиндарева JI.A., Бабакова А.Н., Балаяна Б.М., Бойнагряна В.Р., Долотова Ю.С., Жаромксиса Р.Б., Кирлиса В.И., Кнапса Р.Я., Лащенкова В.М., Леонтьевых O.K. и И.О., Рябковой О.И., Бобыкиной В.П., Басса О.В. и др.). Однако большинство работ описывают состояние и процессы участков береговой зоны Калининградской области с позиции геоморфологии, гидро- и литодинамики, без применения системного подхода геоэкологии. Разрозненные многофакторные научные материалы в основном дополняют друг друга, но не дают исчерпывающего представления о современном геоэкологическом состоянии морского берега Калининградской области.

Объект исследования - берег Балтийского моря в пределах Калининградской области.

Предмет исследования - современная динамика и геоэкологическое состояние морского берега Калининградской области

Цель работы - оценка современной динамики и геоэкологического состояния морского берега Калининградской области.

Задачи исследования:

1. Дать интегральную характеристику динамики морского берега на основе анализа данных ежегодных мониторинговых исследований, полученных с 2000 по 2010 гг.

2. Выявить тенденцию современного развития морского берега по сравнению с ретроспективными данными прошлого века.

3. Провести комплексное геоэкологическое исследование природных и антропогенных факторов, определяющих состояние морского берега.

4. Оценить геоэкологическое состояние морского берега Калининградской области на основе системного анализа берегоформирующих факторов и авторской классификации берегов по геоэкологическому состоянию.

5. Предложить сценарии развития морского берега Калининградской области.

Научная новизна работы:

1. Получена интегральная характеристика современной динамики морского берега Калининградской области (-1 м/год) на основе детального исследования всех участков.

2. Выявлена современная тенденция развития морского берега, направленная на увеличение среднегодовых темпов отступания.

3. Впервые на основе системного анализа берегоформирующих факторов геоэкологическое состояние морского берега Калининградской области оценено как слабоустойчивое.

4. Впервые разработана классификация берегов по геоэкологическому состоянию на примере морского побережья Калининградской области.

5. Предложены новые сценарии развития морского берега Калининградской области на период до 2020 г.

Основные защищаемые положения:

1. На современную динамику морского берега Калининградской области (- 1м/год) в значительной степени оказало влияние прекращение сбросов в прибрежную зону рыхлого материала из карьеров Янтарного комбината. Без учета западного берега Калининградского полуострова современная среднегодовая динамика берега составляет - 0,6 м/год.

2. Современная тенденция развития морского берега Калининградской области по сравнению со среднегодовой динамикой берега во второй половине XX века направлена на увеличение среднегодовых темпов отступания. Исключением является северное побережье Калининградского полуострова, где за счет работы берегозащитных сооружений произошло снижение среднегодовых темпов отступания коренного берега на 12 см.

3. Современное геоэкологическое состояние морского берега Калининградской области на основе системного анализа и авторской классификации берегов по геоэкологическому состоянию оценено как слабоустойчивое.

4. На основе современного геоэкологического состояния берега, тенденции его развития, климатических характеристик и принимаемых мерах по развитию и защите побережья Балтики в Калининградской области сделаны сценарии развития морского берега на 2020 г.

Практическое значение работы. Выводы по состоянию и современной динамике берега Балтийского моря в пределах Калининградской области, составленные автором схемы динамики участков морского берега Калининградской области использовались при разработке: Ведомственной целевой программы Калининградской области «Текущий, капитальный ремонт и мониторинг береговой зоны, берегозащитных сооружений на побережье Балтийского моря в пределах Калининградской области» на 2008 - 2012 годы; целевой программы Калининградской области «Защита побережья Балтийского моря, Калининградского и Куршского заливов в пределах Калининградской области на 2011 - 2020 годы»; рабочего варианта концепции защиты побережья Калининградской области на среднесрочную (до 2020 г.) и долгосрочную (до 2031 г.) перспективы с анализом возможных ресурсов материального обеспечения. Полученные результаты внесены в базу данных информационной прогнозной автоматизированной системой береговой зоны Калининградской области (ИПАС). Результаты диссертации будут использованы при принятии практических решений строительства объектов инфраструктуры, берегозащитных, гидротехнических, портовых и иных сооружений в береговой зоне. Кроме того, материалы работы могут быть использованы при чтении лекций по вузовским курсам береговедения, географии Калининградской области и комплексного управления прибрежными зонами, при составлении географических атласов, в части состояния морского побережья Калининградской области, при территориальном планировании области и в других целях. Данные, приводимые в работе, безусловно, представляют интерес при решении таких важных практических задач, как сохранение и рациональное использование природных береговых ресурсов.

Личный вклад автора заключается в сборе и обработке фактического материала, анализе и интерпретации полученных результатов. Все основные выводы, изложенные в работе, диссертантом получены самостоятельно. Автор являлся активным участником экспедиционных исследований с 2005 по 2010 года. Получение фактического материала в экспедиционных условиях осуществлялось совместно с группой исследователей лаборатории прибрежных систем АО ИО РАН и отдела мониторинга ГУ КО «Балтберегозащита». Автором разработана и представлена классификация геоэкологического состояния морского берега Калининградской области. Предложенные сценарии развития морского берега Калининградской области принадлежат автору.

Апробация работы и публикации. Основные результаты исследования апробированы автором на:

- российских научно-практических конференциях: образовательных учреждений Российского рыболовства (Калининград, 2007); «Проблемы изучения и охраны природного и культурного наследия национального парка «Куршская коса»» (Калининград, 2007, 2008, 2009); Глобальные проблемы взаимодействия человека и окружающей среды» (Москва, 2008, 2009, 2010); «Устойчивость водных объектов, водосборных и прибрежных территорий; риски их использования» (Светлогорск, 2011);

- международных научных конференциях: «Экологические проблемы Калининградской области и Балтийского региона» (Калининград, 2007, 2008); «Комплексное управление, индикаторы развития, пространственное планирование и мониторинг прибрежных регионов Юго-Восточной Балтики» (Калининград, 2008); «Строительство в прибрежных курортных регионах» (Сочи, 2008); «Динамика прибрежной зоны бесприливных морей» (Балтийск, 2008, 2010); «Climate Change - The environmental and socio-economic response in the southern Baltic region» (Szczecin, 2009); «Литодинамика донной контактной зоны океана» (Москва, 2009); «Гидро- лито и морфодинамика побережья восточной части Гданьского залива» (Любятово, 2010); «Учение о развитии морских берегов: вековые традиции и идеи современности» (Санкт-Петербург, 2010); «Создание и использование искусственных земельных участков на берегах и акватории водоемов» (Новосибирск, 2011); «Инженерная защита территорий и безопасность населения» (Engeopro-2011) (Москва, 2011).

По теме диссертации опубликовано 19 работ, включая 1 статью в издании, рекомендованном ВАК.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы включающего 241 наименование, в том числе 32 зарубежных. Работа изложена на 205 страницах, содержит 103 рисунка, 15 таблиц и 2 приложения.