Stosowane metody stabilizacji brzegu morskiego w aspekcie zachowania i odtwarzania plaż oraz trwałość stosowanych rozwiązań

Transkrypt

1 Jastarnia r. Stosowane metody stabilizacji brzegu morskiego w aspekcie zachowania i odtwarzania plaż oraz trwałość stosowanych rozwiązań Marek Szmytkiewicz Instytut Budownictwa Wodnego PAN w Gdańsku

2 Wstęp Brzeg morski wspaniały krajobrazowo dar przyrody, tworzony przez morze w sposób naturalny. Pojawienie się ludzi na Ziemi - budowa miast nadmorskich, portów, sztuczne utrwalanie brzegów rozregulowanie naturalnych procesów brzegowych. XX wiek - masowa turystyka budowa ośrodków wczasowych w bezpośrednim sąsiedztwie brzegu, utrzymanie/odtworzenie szerokich naturalnych plaż. Nieunikniony konflikt między cywilizacja i naturą. Nie można ograniczać człowiekowi swobodnego dostępu do morza. Dążenie do zachowanie naturalnego brzegu morskiego.

3 Bezpieczny profil brzegu Najlepszym naturalnym zabezpieczeniem brzegu przed erozją jest odpowiednio szeroka plaża z rozbudowanym systemem rew. Orientacyjne wymiary: rzędna korony wydmy: +4.0 m, minimalna szerokość korony wydmy: 10 m, rzędna podstawy wydmy: +2.0 m, szerokość plaży: m nachylenie plaży 1:20 I rewa: odległość m od brzegu, rzędna korony: od 1.8 do 2.0 m II rewa: odległość m od brzegu, rzędna korony: od 3.5 do 4.5 m Średnie nachylenie dna minimum: 1:100

4 Stopień odporności brzegu na procesy erozyjne Strategia Ochrony Brzegów Morskich 2003 r. monitoring pomiary batymetryczne i tachimetryczne strefy brzegowej ocena aktualnego stanu brzegu, wskazania działań zmierzających do ich ochrony. Instytut Morski całka Cieślaka ujednolicenie analizy danych pomiarowych (adaptacja holenderskiej metodologii) wyznaczenie parametrów charakteryzujących strefę brzegową. 4 z [m] 2 z 1 X 0 0 X ±0.00 x [m] -2-4 A 0 z = z -z 1 2 z(x) A -6 w - umowna szerokość zmian brzegowych X=X 1 X=X 2 x - szerokość dynamicznej części profilu brzegowego 2 1. przyjmuje się najwyższą rzędną profilu z 1 = 2 m - średnia wysokość podstawy wydmy, 2. przyjmuje się najniższą rzędną profilu z 2 = - 6 m - tzw. głębokość zamknięcia, czyli głębokość poniżej której nie występuje transport osadów, 3. oblicza się powierzchnię aktywną przekroju A zawartą pomiędzy tymi profilami. z 2

5 Instytut Morski ocenił odporność wszystkich pomierzonych profili batymetrycznych na erozję Dla otwartego morza (km ) powierzchnia aktywna przekroju większa od m 2 akumulacja, powierzchnia aktywna przekroju mniejsza od m 2 erozja p o w i e r z c h n i a [ m 2 ] a k u m u l a c j a e r o z j a A œ r = m 2 d l a o t w a r t e g o m o r z a p o w i e r z c h n i a p o d p r z e k r o j e m o d r z ê d n e j + 2 m d o - 6 m { P œ r = m 2 } { P œ r = m 2 } { P œ r = m 2 } { P œ r = m 2 } { P œ r = m 2 } k i l o m e t r b r z e g u [ k m ] Przykład układu erozyjno-akumulacyjnego w strefie brzegowej

6 Projektowanie Skuteczne projektowanie ochrony brzegu musi być poprzedzone rozpoznaniem naturalnych procesów fizycznych występujących w strefie brzegowej morza. Współczesne metody ochrony brzegów muszą spełniać dwa warunki: jak najmniej ingerować w środowisko, być niewidoczne, głównie dla oczu turystów spędzających wakacje nad morzem. W I A T R F A L O W A N I E P R Ą D Y M O R S K I E R U C H O S A D Ó W Z M I A N Y D N A M O R S K I E G O Z M I A N Y P O Ł O Ż E N I A B R Z E G U Kolejność obliczeń

7 Techniczna ochrona brzegu Umocnienia wspomagające utrzymanie plaży 1. Sztuczne zasilanie 2. Ostrogi brzegowe 3. Falochrony brzegowe 4. Progi podwodne

8 Sztuczne zasilanie brzegu pobór piasku z pewnego obszaru lądowego lub morskiego, transport do zasilanego odcinka brzegu i złożenie na tym odcinku w celu poszerzenia plaży, spłycenia podbrzeża, lub budowy wydmy Metoda powszechnie stosowane w świecie w Polsce metoda wiodąca (Strategia...) Zalety: - metoda najbliższa naturalnej metodzie ochrony brzegu, - nie wznosi się żadnej konstrukcji hydrotechnicznej, - wprowadza stosunkowo niewielkie zaburzenia w naturalnych procesach zachodzących na brzegu, - szybkość realizacji. Wady: - metoda wymagająca cyklicznych powtórzeń, - konieczność posiadania odpowiednio zasobnych źródeł poboru materiału zasilającego w niedużych odległościach, - problemy związane z ochroną środowiska w miejscach poboru materiału (niszczenie siedlisk), - niemożliwość dofinansowania inwestycji z funduszy europejskich Efektywność: odkład z szalandy w strefie brzegowej: ~ 20 %, system rainbown : ~ 17 %, odkład bezpośrednio na plażę: ~ %.

9 Ostrogi brzegowe budowle aktywne (przechwytują piasek transportowany przez fale i prądy), usytuowane prostopadle do linii brzegowej, z reguły budowane w postaci rzędów drewnianych pali. W czasie przeciętnego falowania podchodzącego ukośnie do brzegu piasek gromadzi się w polach między ostrogami. W czasie falowania sztormowego, kiedy kierunek fal jest prawie prostopadły do brzegu następuje wynoszenie osadów. Zalety; - pozwalają zachować walory rekreacyjne plaż, - ostrogi, głównie w początkowym okresie, przyczyniają się do odbudowy i poszerzania plaż, - wspomagają utrzymanie odłożonego na brzegu refulatu. Wady: - przegłębianie dna w sąsiedztwie budowli, głównie w rejonie głowic, - rozwój zatok erozyjnych na zakończeniu grupy ostróg, - ograniczona w czasie skuteczność działania, - duża podatność na zniszczenie konstrukcji.

10

11 Warunkiem dobrego oddziaływania ostróg jest stała podaż piasku i zrównoważony transport osadów w ciągu roku (wypadkowy transport bliski zero) r o c z n y t r a n s p o r t o s a d ó w Q [ m 3 / r o k / m ] T r a n s p o r t o b l i c z a n y z m o d e l u B i j k e r a t r a n s p o r t w y p a d k o w y, ³¹ c z n y d l a w s z y s t k i c h k i e r u n k ó w f a l o w a n i a r o c z n y t r a n s p o r t d l a f a l o w a n i a z k i e r u n k u W N W r o c z n y t r a n s p o r t d l a f a l o w a n i a z k i e r u n k u N W r o c z n y t r a n s p o r t d l a f a l o w a n i a z k i e r u n k u N r o c z n y t r a n s p o r t d l a f a l o w a n i a z k i e r u n k u N N E r o c z n y t r a n s p o r t d l a f a l o w a n i a z k i e r u n k u N E o d l e g ³o œ æ o d b r z e g u [ m ] Przykład zrównoważonego wypadkowego rocznego transportu osadów r o c z n y t r a n s p o r t o s a d ó w Q [ m 3 / r o k / m ] T r a n s p o r t o b l i c z a n y z m o d e l u v a n R i j n a r o c z n y t r a n s p o r t d l a f a l o w a n i a z k i e r u n k u W S W r o c z n y t r a n s p o r t d l a f a l o w a n i a z k i e r u n k u W r o c z n y t r a n s p o r t d l a f a l o w a n i a z k i e r u n k u W N W r o c z n y t r a n s p o r t d l a f a l o w a n i a z k i e r u n k u N W r o c z n y t r a n s p o r t d l a f a l o w a n i a z k i e r u n k u N N W r o c z n y t r a n s p o r t d l a f a l o w a n i a z k i e r u n k u N t r a n s p o r t w y p a d k o w y o d l e g ³o œ æ o d b r z e g u [ m ] Przykład niezrównoważonego wypadkowego rocznego transportu osadów

12 Falochrony brzegowe aktywne działanie na brzeg, usytuowane równolegle do brzegu w strefie brzegowej, budowane jako wynurzone lub zanurzone. Zalety: - trwały przyrost brzegu w chronionym obszarze, - redukcja fal działających na brzeg morski, - pozwala zachować walory rekreacyjne plaż (konstrukcja zanurzona). Redukcja oddziaływania falowania na plażę, tworzenie korzystnych warunków do odkładania się osadów w cieniu falochronów. Skuteczność działania zależy od długości odcinków, odległości między nimi, odległości od brzegu. Wady: - wysoki koszt, - erozja plaż na odcinkach przyległych, - intensyfikacja prądów w sąsiedztwie budowli, - pogorszenie walorów krajobrazowych dla konstrukcji wynurzonych.

13 Przykłady

14 Progi podwodne aktywnie oddziałują na brzegi, zatrzymują rumowisko wynoszone z brzegu w kierunku morza, spłycają podbrzeże, z reguły stosowane łącznie ze sztucznym zasilaniem brzegu. Zalety: - minimalny wpływ na erozję sąsiednich odcinków brzegów, - pozwala zachować rekreacyjne walory plaż, progi są niewidoczne dla przebywających na plażach turystów, - istotne wspomaganie sztucznego zasilania plaż, - zmniejszenie fal działających na brzeg morski. Wady: - wysoki koszt, - wymaga szczególnie starannego zaprojektowania, - wymaga systematycznego monitoringu i konserwacji.

15 Progi w Orłowie Odległość od brzegu m, długość segmentu 330 m, zbudowane z kamiennych bloków o średnicy m. Budowa zakończono w czerwcu Symulacje numeryczne W warunkach silnych sztormów z NE i E - wzdłuż brzegu pojawia się szeroki pas spłyceń, który co najmniej stabilizuje dotychczasowe położenie linii brzegowej. Po odlądowych stronach progów tworzą się obszary akumulacji osadów, co przyczynia się do zwiększenia dyssypacji energii fal w tym rejonie. Przy słabszych oddziaływaniach brak jest widocznych zmian głębokości.

16 Współczesne tendencje w budowie falochronów brzegowych i progów podwodnych 1) Wykorzystanie geosyntetyków 2) Budowa sztucznych raf Zalety: utrzymanie wszystkich zalet tradycyjnych progów przy jednoczesnym zmniejszeniu kosztów realizacji przedsięwzięcia, zmniejszenie zapotrzebowania na kruszywo, znaczna kubatura tak budowanych progów podwodnych i ich duża elastyczność zmniejsza problemy związane z nierównomiernym osiadaniem, ograniczenie kosztów budowy i konserwacji. Główna trudność: opanowanie technologii napełniania geotekstylnych prefabrykatów metodami hydraulicznymi, precyzyjne układanie w żądanych miejscach strefy brzegowej morza, produkcja/kupno odpowiednio wytrzymałych materiałów geotekstylnych.

17 Geotuby Instalacja Obkładanie narzutem Przekrój poprzeczny

18 Geokontenery Napełnianie Zszywanie Zatapianie

19 Sztuczne rafy Bloki Aquareef - opracowane w Japonii w latach 90-tych do budowy progów podwodnych działających jak rafy koralowe Zastosowane co najmniej 4-krotnie u wybrzeży Japonii Wygląd bloków Aquareef Szerokość korony: m, Rzedne korony: ~ 2 m, Głebokości w miejscu posadowienia: ~ 10 m Ciężar pojedynczego bloku: 6 10 ton Układane na podsypce kamiennej. Schemat układania

20 Podsumowanie Spośród istniejących metod ochrony brzegów metodami wspomagającymi utrzymanie plaż są: - sztuczne zasilanie brzegów w Polsce przyjęta jako metoda wiodąca, - budowa ostróg brzegowych, - budowa progów podwodnych, bądź falochronów brzegowych o zatopionej koronie Przy zrównoważonym w kierunku wschodnim i zachodnim transporcie osadów można rozważać budowę ostróg brzegowych jako: - budowli samodzielnych, - łącznie ze sztucznym zasilaniem dłuższy okres utrzymania refulatu na brzegu. Transport niezrównoważony z przewagą falowania podchodzącego w miarę prostopadle do brzegu budowa progów podwodnych jako: - budowli samodzielnych, - łącznie ze sztucznym zasilaniem. Niewielka podaż rumowiska, miąższość warstwy piaszczystej na dnie niewielka sztuczne zasilanie brzegu, budowa progów i ostróg brzegowych. Ostatnia dekada to: - wykorzystanie prefabrykatów geotekstylnych stosowanych jako rdzenie falochronów i progów podwodnych, bądź jako samodzielne budowle ochronne (opaski brzegowe i ostrogi) - budowa sztucznych raf pełniących zadania progów podwodnych, - moduły siedliskowe.