Геоэкологическая оценка развития опасных природных и техноприродных процессов побережья Азовского моря

Актуальность работы. Побережье Таганрогского залива имеет исключительно выгодное географическое положение, и обладает значительным природно-ресурсным потенциалом, что способствует развитию различных видов хозяйственной деятельности и вызывает глубокую трансформацию природного комплекса береговой зоны.

В последние десятилетия берега Таганрогского залива интенсивно разрушаются под воздействием как природных, так и антропогенных факторов. Резко активизировалась абразия, широкое развитие получили обвалы и осыпи. В пределах Ростовской области свыше 50% береговой зоны Таганрогского залива Азовского моря находится в зоне повышенного геоэкологического риска (из-за волновых разрушений, обвально-оползневых процессов, затопления и подтопления паводковыми и нагонными водами). Данная территория отличается масимально высокой плотностью населения в Ростовской области: на 1% территории проживает 12% населения.

Общий рост техногенного воздействия — добыча раковинного материала, нерациональные берегозащитные мероприятия, усиливают негативное развитие береговых процессов. Из-за загрязнения моря неочищенными промышленными и коммунальными стоками снижается объем воспроизводства раковинного материала, который является важнейшей составляющей баланса наносов береговой зоны. Подъем уровня Мирового океана, сохранение этой тенденции по имеющимся прогнозам и в будущем столетии, ожидаемое в связи с этим усиление абразионных процессов требует оценки динамики современных береговых процессов, выявления современных тенденций развития берегов. Интенсивное хозяйственное освоение побережья и глобализация неблагоприятных природных явлений в береговой зоне требуют решения важной геоэкологической задачи: количественной оценки геоэкологических рисков развития природных и техноприродных процессов с целью разработки превентивных мероприятий по снижению их влияния в береговой зоне.

Береговые процессы Азовского моря рассматривались многими исследователями (45, 46, 47,4−7,81−87−77- 36−9-13−79,20−2,3−133−100−102−37−39- 102- 90,91- 51,53,55- 56−65,139,140,144).

Вместе с тем, необходимо признать, что изученности геоэкологических проблем береговой зоны региона до сих пор не уделяется должного внимания. Хотя именно ухудшение геоэкологической обстановки заслуживает особого внимания. В этой связи оценка степени проявления опасных природных и техноприродных процессов, выявление степени остроты геоэкологического риска является задачей первостепенной важности.

• Целью работы является геоэкологическая оценка опасных природных и техноприродных процессов на Азовском побережье Ростовской области. Поставленная цель предопределила необходимость решения следующих задач:

• анализ геолого-геоморфологических и гидродинамических условий береговой зоны Таганрогского залива Ростовской области;

• оценку влияния антропогенной деятельности на развитие природных и техноприродных процессов на берегах Азовского моря в пределах Ростовской областиоценку геоэкологических условий развития опасных природных и техноприродных процессов в береговой зоне моряранжировать побережье залива по степени остроты геоэкологического риска;

• разработку предложений по организации мониторинговых наблюдений, превентивных мероприятий по снижению последствий развития природных и техноприродных процессов на аварийных участках морских берегов Ростовской области.

Объект и предмет исследований. Основным объектом исследований является береговая зона Таганрогского залива, в пределах Ростовской области (Неклиновский, Азовский районы). К предмету исследований относится эколого-географический анализ и оценка степени остроты геоэкологического риска морского побережья Ростовской области.

Научная новизна работы заключается в следующем:

• создана концептуальная схема «Антропогенные факторы воздействия на морское побережье Ростовской области»;

• выявлены новые тренды развития опасных природных и природно-техногенных процессов для различных типов берегов Таганрогского залива;

• создана электронная база данных наблюдений за опасными экзогенными процессами и ГИС «Опасные природные и техноприродные процессы морского побережья Ростовской области».

• разработаны количественные критерии оценки геоэкологического риска от опасных природных и техноприродных процессов, впервые проведено районирование побережья по степени остроты геоэкологического риска.

• выделены участки Азовского побережья в пределах Ростовской области и разработаны превентивные мероприятия по снижению последствий развития опасных природных и природно-техногенных процессов.

Теоретическая значимость диссертации состоит в разработке новых подходов оценки природных и природнотехногенных процессов морского побережья с использованием ГИС-технологий и количественных значений геоэкологического риска.

Практическая значимость работы. Полученные результаты обеспечивают геоэкологическую оценку и прогноз состояния морского побережья Ростовской области и могут служить основой для разработки программы устойчивого развития береговой зоны, при разработке рекомендаций при строительстве гидротехнических сооружений и объектов берегозащиты, при рекреационном планировании развития прибрежных территорий и других видах хозяйственной деятельности.

Результаты исследований являются составной частью отчетов по грантам:

1) Грант РФФИ 00−05−65 379-а: Твердые примеси антропогенного происхождения в морских водоемах: поступление, перенос, захоронение и оценка воздействия на экосистему (2000 — 2002 гг.) — исполнитель.

2) Грант РФФИ 04−05−96 800-р2004юг-а: Исследование современного развития абразионных и аккумулятивных берегов Азовского моря (2004;2005 гг.) -исполнитель.

3) НИР СевкавНИВХ № 2331 «Оценка опасных природных процессов на территории Ростовской области в береговой зоне Таганрогского залива и Нижнего Дона в целях разработки мероприятий по обеспечению экологической безопасности» — (2008;2009гг) исполнитель.

4) Федеральная целевая программа «Изучение закономерностей продуцирования и трансформации органического вещества в экосистемах южных морей России в современных условиях изменения климата и антропогенной нагрузки: экспедиционные морские исследования, космический мониторинг, геоинформационные технологии, математическое моделирование» (шифр заявки 2009;1.1 -155−070−008) (2009;2010) — исполнитель.

Материалы и методы исследований. Фактический материал исследований был получен автором в ходе полевых и камеральных работ, проводимых коллективом кафедры океанологии Южного федерального университета и СевкавНИИВХ в период с 2002 — 2010 гг., а также были обобщены и проанализированы публикации, фондовые данные РГУ (ныне ЮФУ), СевкавНИИВХ, ОАО"Южгеологии" касающиеся геологического строения береговых обрывов, скоростей развития абразионно-оползневых процессов за более раннее периоды.

Комплексный характер исследований определил необходимость применения методов, используемых в геоэкологии, геоморфологии морских берегов (экспедиционные, картографические, экспериментальные, расчетные), статистические методы обработки информации, сравнительно-географический и балльных оценок, ГИС технологии. Работы проводились в соответствии с действующими наставлениями, руководствами и методическими указаниями, СНИПами. При составлении картосхем использовались возможности графических пакетов Corel DRAW 13, Golden Surfer 8, Microsoft SQL Server. При районировании береговой зоны по степени проявления геоэкологического риска использовались критерии для оценки состояния эколого-геологических условий, по характеру и интенсивности экзогенных процессов (116), а также критерии, предложенные при комплексной оценке окружающей среды Ростовской области (134).

Таблица 1. Общий объем исследований п/п Виды работ Количество.

1 Обработка данных ГМС (Таганрог, Мариуполь, Ейск, Должанская) по ветру, волнению, уровню за период 1970;2005г Обработано: 1 Ветер повторяемость по направлениям и скоростям (120 табл.) 2. Волнение повторяемость по направлениям и высотам (40 табл)3.Уровень повторяемость и обеспеченность (80 табл.).

2 Замер скоростей абразии по реперной сети 63 опорные точки. 8 серий измерений.

3 Замеры ширины пляжей за период наблюдений 2002;2010гг. 52 км.

4 Составление схемы геологического строения северного и южного побережья Таганрогского залива В программе АуШсас! схема геологического строения (2 схемы).

5 Определение гранулометрического состава пляжевых накоплений 400 проб.

6 Экспериментальные работы по изучению истираемость пляжевых накоплений 102 проб.

7 Изучение техногенных примесей пляжевых отложений 126 проб.

8 Промеры подводного склона в пределах аккумулятивных и абразионных берегов 76 км.

9 Расчеты объемов абразии за периоды исследований Три серии расчетов (2002, 2005.2010).

10 Обследование берегозащитных сооружений 17 км.

11 Обследование аварийных участков 59 км.

12 Фотографирование участков берега и берегозащитных сооружений Более 700 снимков.

13 Создание карто-схем хозяйственной освоенности побережья, интенсивности проявления оврагообразования, состояния берегозащиты, загрязнения пляжей, застроенности береговой зоны, интенсивности проявления абразионно-оползневых процессов, районирование по степени остроты геоэкологического риска карто-схемы в программе CorelDRAW (23K3.), карты (6 экз.) с использованием программы ArcGIS 9.3.

14 ГИС карта «Опасные экзогенные процессы Таганрогского залива» карта (1экз.) с использованием программы ArcGIS 9.3.

15 Сопоставление картографического материала, космоснимков морского края дельты Дона топографические карты за1927,1952,1963,1965,1982, 1983,2001 гг космоснимки 2002,2004,2007 г., программы ArcGis 9.3, Adobe Photoshop CS 8.0 и CorelDRAW X4.

Личный вклад автора выразился в непосредственном участии на всех этапах полевых, камеральных, лабораторных исследований при планировании работ, сборе и обобщении статистической и литературной информации, оценке скоростей абразии, объемов поступления терригенного материала, оценке влияния биогенного материала на состояние пляжей, определении уровня загрязненности пляжей побережья Таганрогского залива и Восточного Приазовья, оценке состояния берегозащитных сооружений г. Таганрога, составлении карт районирования по степени остроты геоэкологического риска.

Соответствие диссертации паспорту специальности. Тема диссертационной работы соответствует паспорту специальности 25.00.36 -«Геоэкология», так как оценка опасных природных и техноприродных процессов в условиях антропогенного воздействия на морском побережье Ростовской области и разработанные превентивные мероприятия по снижению последствий развития этих процессов входят в круг задач геоэкологии. Проведенные исследования отвечают следующим пунктам паспорта специальности: 1) п. 1.6. «Природная среда и ее изменение под влиянием урбанизации и хозяйственной деятельности человека, возникновение и развитие опасных техноприродных прог^ссов.», п. 1.11. «Динамика, механизм, факторы и закономерности развития опасных техноприродных процессов, прогноз их развития, оценка опасности и риска.».

Основные защищаемые положения:

1. Из опасных природных и техноприродных процессов, получивших развитие на побережье Азовского моря (Ростовская область), основным фактором дестабилизации морских берегов являются абразия и оползнеобразование, обуславливающие размыв берегов и утрату промышленных, селитебных и сельскохозяйственных территорий. В пределах морского побережья на берега с сильной и средней активностью абразионно-оползневых процессов приходится 48% береговой линии залива.

2. Выявлен положительный тренд активности проявления абразионно-оползневых процессов за период 1980;2010 гг. Увеличение скоростей размыва берегов связано с усилением циклональной деятельности, увеличением повторяемости западных штормов и нагонов и повышением уровня Таганрогского залива.

3. В пределах морского побережья Ростовской области выделены районы, соответствующие четырем уровням геоэкологического риска — низкому, среднему, высокому и очень высокому. Большая часть побережья (52%), преимущественно северный берег Таганрогского залива, относится к зоне высокого и очень высокого риска, что характеризует крайне неблагоприятные условия для проживания человека и в ряде случаев представляет прямую угрозу для жизни.

4. Комплекс мероприятий по снижению последствий развития опасных природных и природно-техногенных процессов включает первоочередные берегозащитные мероприятия на девяти аварийных участках (59 км) морского побережья Ростовской области. На территории Неклиновского района выделено пять участков (47,2 км), на территории Азовского района — четыре участка (11,8 км.).

Апробация работы и публикации. Основные положения и результаты исследований докладывались автором на конференциях студентов и аспирантов базовых кафедр Южного научного центра РАН (Ростов-на-Дону, 2003;2007 гг.), на международной научной конференции «XVI Международной школе морской геологии. Геология морей и океанов» (г. Москва, 2005 г.), на научно-практической конференции «Проблемы литодинамики и экосистем Азовского моря и Керченского пролива (г. Ростов-на-Дону, 2004 г, на школесеминаре «Молодежно-студенческие разработки и творческие проекты для исследования и освоения прибрежно-шельфовых зон Юга России, Геленджик 2010, на всероссийской научно-практической конференции «Проблемы геологии, планетологии, геоэкологии и рационального природопользования», Новочеркасск, 2011. Всего по теме диссертации опубликовано 21 печатная работа, в том числе 2 — в научных изданиях, рекомендованных ВАКом -«Естественные и технические науки», «Известия вузов. Северо-Кавказский регион. Естественные науки» и в 1 коллективной монографии.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения и списка литературы. Общий объем работы составляет 137 страницы. Текст сопровождается 40 рисунками и 21 таблицами. Список использованной литературы включает 144 наименования.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Проведенные исследования позволяют сделать следующие основные выводы:

1. Основные причины деструктивных процессов на побережье Ростовской области имеют природное и техногенное происхождение. К числу причин природного характера следует отнести: изменение климатических условий и связанное с ним усиление циклональной деятельности, увеличение повторяемости западных штормов и нагонов и вызванное этим повышение уровня Таганрогского заливанеблагоприятная геологическая обстановка — широкое распространение легкоразмываемых суглинистых отложений в береговых обрывах, малые мощности песков, дефицит пляжеобразующего материаларазнонаправленный характер неотектонических процессов в береговой зонеширокое развитие овражно-балочной сети.

2. В число основных техногенных факторов следует отнести: неэффективность и аварийное состояние значительной части существующих берегозащитных сооружений, интенсивное освоение побережья Отличительной чертой освоенности побережья Таганрогского залива является его неравномерность, обусловленная не столько природно-ресурсными, сколько историческими причинами. Приморский регион Ростовской области имеет одну из самых высоких показателей плотности населения (613 чел/км2 на северном побережье залива и более 120 чел/км2 на южном — что в 10 раз превышает средний показатель по области). На побережье находится г. Таганрог и 56 населенных пунктов. В пределах Южного побережья застроено 18% береговой полосы, в пределах северного — более 50%. В целом на городскую застройку города Таганрога приходится 10% протяженности побережья, на сельские поселения-36%, на сельхозугодья- 36% и на дельту Дона 21%.

3.Высокий процент промышленного производства (15% от областного показателя), сконцентрированного в основном на северном побережье, обусловил высокую степень загрязнения пляжевой зоны (Среднее содержание техногенного материала в пляжевой зоне северного берега составляет 10%- на южном побережье до 4%.) Землепользование осуществляется без учета природных особенностей береговой зоны (интенсивная распашка земель, сведение лесонасаждений, орошаемое земледелие) обуславливают увеличение скорости разрушения берегов (Таганрог, с. Чумбурка).

4. Ухудшение качества вод и снижение билогической компоненты в питании пляжейизъятие песчано-ракушечного материала на пляжах и косах, зарегулирование стока малых рек, повлекло за собой уменьшение поступления пляжеобразующего материала и уменьшение их ширины. В сравнении с 80-ми годами двадцатого века ширина пляжей, содержание раковинного материала на пляжах уменьшилось практически вдвое с 30% в среднем до 15%.Сокращение твердого стока р. Дон по сравнению с условно естественным режимом более чем в 10 раз, обусловило современный размыв морского края дельты Дона до 0,6 м/год.

5. Очень высокой и высокой степени абразии подвержено 22 км берега (31%), из них 14 км приходится на северное побережье залива. Преимущественно большие скорости данного опасного процесса получили развитие в северо-западной части побережья от с. Весело-Вознесенка до х. Рожок. Средне-слабой скоростью разрушения берегов охвачен 21 км берега. В основном, данные скорости абразии, наблюдаются на северном побережье от косы Беглицы до косы Петрушино. Слабая абразионная деятельность моря в береговой зоне отмечается преимущественно на юго-восточном побережье залива от косы Очаковской до с. Займо-Обрыв и составляет по побережью в целом 26 км (38%). Очень высокой и высокой степенью проявления оползневого процесса подвержено более 40% оползневых берегов (16,4 км). Самые высокие скорости оползневого процесса проявляются в пределах южного побережья от с. Молчановка до с. Порт-Катон и на северном побережье залива от п. Приморка до с. Мержаново. Средней скоростью разрушения берегов в результате оползневых процессов охвачено 10,3 км берега. Эта скорость развития процесса фиксируется в основном на южном побережье от косы Чумбурской до косы Очаковской. Слабая оползневая деятельность в береговой зоне отмечается преимущественно в южном секторе залива на отдельных участках на юго-восточном побережье и на северном берегу от с. Мержаново до с. Морской Чулек и составляет по побережью в целом 12,3 км (30%). Мощным фактором локальной активизации оползневых процессов является подтопление, проявляющееся в двух уже отмеченных районах (г.Таганрог и район от с. Павло-Очаково до с. Чумбур-Коса).

В целом по Таганрогскому заливу на берега с катастрофическими условиями проявления абразионно-оползневых процессов приходится около 38 км или 26% береговой линии залива, неудовлетворительные геоэкологические условия наблюдается на 31 км берега (22%), зона условно-удовлетворительных и удовлетворительных условий охватывает побережье протяженностью 70 км и составляет около 50% побережья.

6.По степени пораженности побережья оврагами следует отметить, что центральная часть морского побережья Ростовской области имеет условно-удовлетворительные условия, не более 20−30% от протяженности участка затрагивает этот процесс. Западный и восточный секторы побережья имеют удовлетворительные экологические условия, площадь пораженности оврагами от длины участка не превышает 10%.

7. В пределах морского побережья Ростовской области выделены районы соответствующие четырем уровням геоэкологического рисканизкому, среднему, высокому и очень высокому. Большая часть побережья (52%), преимущественно северный берег Таганрогского залива, относится к зоне высокого и очень высокого риска, что характеризует крайне неблагоприятные условия проживания человека и в ряде случаев представляет прямую угрозу для жизни. Очень высокий геоэкологической риск отмечается в основном в пределах северного побережья Таганрогского залива, средний уровень риска характерен для центральных частей залива, юго-восточная часть побережья характеризуется самыми низкими уровнями.

— Таким образом, результаты геоэкологической оценки морского побережья Ростовской области достаточно убедительно указывают на необходимость неотложной разработки и реализации соответствующих берегозащитных мероприятий. Первоочередные берегозащитные мероприятия должны быть проведены на девяти аварийных участках (59 км) морского побережья Ростовской области: г. Таганрога, с. Весело-Вознесенка, х. Рожок, с. Новозолотовка, с. Приморка коса Очаковская, с. Чумбур-Коса, с. Новомаргаритово, с. Порт-Катон.

— Первоочередным объектом берегозащиты на побережье Росовской области является береговая зона в пределах Таганрога. Ценность разрушаемых здесь городских земель исключительно высока. Применяемые защитные сооружения разнотипны (более 10 типов на 7 км берега) и не отвечают природным условиям района Основным стратегическим направлением защиты берегов в настоящее время должно быть создание пляжа, обеспечивающего не только защиту берега от абразии, но и дополнительных ресурсов для рекреационных целей. В качестве перспективных способов берегозащиты, с учетом положительного мирового опыта, целесообразно использование комбинированного способа защиты, сочетающего искусственный пляж с наносоудерживающими сооружениями, а также свободные галечно-песчаные пляжи.

— Основные принципы концепции освоения и рационального использования побережья Приазовского региона можно свести к следующим положениям: комплексность подхода, ограниченность контакта с прибойной зонойглубинное развитие систем рекреации, расселения, производстварезервирование части прибрежных территорийсохранение экологического равновесиялитодинамический подход к защите берегов. Реализация комплексного подхода к рациональному использованию береговой зоны Таганрогского залива требует разработки «Генеральной схемы комплексного использования побережья».