Sztuczne zasilanie brzegu
Transkrypt
Sztuczne zasilanie brzegu
Jastarnia 28.06.2010 r. Stosowane metody stabilizacji brzegu morskiego w aspekcie zachowania i odtwarzania plaż oraz trwałość stosowanych rozwiązań Marek Szmytkiewicz Instytut Budownictwa Wodnego PAN w Gdańsku 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. 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: 30÷40 m nachylenie plaży 1:20 I rewa: odległość 150÷250 m od brzegu, rzędna korony: od –1.8 do –2.0 m II rewa: odległość 350÷500 m od brzegu, rzędna korony: od –3.5 do –4.5 m Średnie nachylenie dna minimum: 1:100 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 z1 X0 0 -2 ±0.00 X x [m] z = z1 -z2 A0 z(x) -4 z2 -6 X=X1 A w - umowna szerokość zmian brzegowych X=X2 x2 - szerokość dynamicznej części profilu brzegowego 1. przyjmuje się najwyższą rzędną profilu z1 = 2 m - średnia wysokość podstawy wydmy, 2. przyjmuje się najniższą rzędną profilu z2 = - 6 m - tzw. głębokość zamknięcia, czyli głębokość poniżej której nie występuje transport osadów, 3. oblicza się powierzchnię aktywną przekroju A zawartą pomiędzy tymi profilami. Instytut Morski – ocenił odporność wszystkich pomierzonych profili batymetrycznych na erozję Dla otwartego morza (km 124.5÷428.0) • powierzchnia aktywna przekroju większa od 1494.8 m2 → akumulacja, • powierzchnia aktywna przekroju mniejsza od 1494.8 m2 → erozja. a k u m u la c ja 1800 A œr = 1 4 9 4 . 8 m 2 d la o tw a r te g o m o r z a e r o z ja p o w ie r z c h n ia [ m 2 ] 1600 1400 1200 p o w i e r z c h n i a p o d p r z e k r o je m o d rz ê d n e j + 2 m d o -6 m 2 0 0 4 { P œr = 1 4 6 8 m 2 } 1000 2 0 0 5 { P œr = 1 4 8 1 m 2 } 2 0 0 6 { P œr = 1 4 4 6 m 2 } 2 0 0 7 { P œr = 1 4 4 8 m 2 } 2 0 0 8 { P œr = 1 4 0 2 m 2 } 800 380 379 378 377 376 375 374 373 372 371 370 369 368 367 366 365 364 363 362 k il o m e t r b r z e g u [ k m ] Przykład układu erozyjno-akumulacyjnego w strefie brzegowej 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 IA T R F A L O W A N IE P R Ą D Y M O R S K IE RUCH O SADÓ W Z M IA N Y D N A M O R S K IE G O Z M IA N Y P O Ł O Ż E N IA BRZEG U Kolejność obliczeń Techniczna ochrona brzegu Umocnienia wspomagające utrzymanie plaży 1. Sztuczne zasilanie 2. Ostrogi brzegowe 3. Falochrony brzegowe 4. Progi podwodne 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: ~ 43-46 %. 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. Warunkiem dobrego oddziaływania ostróg jest stała podaż piasku i zrównoważony transport osadów w ciągu roku (wypadkowy transport bliski zero). 800 700 T r a n s p o r t o b lic z a n y z m o d e lu B ijk 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 tr a n s p o r t d la fa lo w a n ia z k ie r u n k u W N W r o c z n y tr a n s p o r t d la fa lo w a n ia z k ie r u n k u N W r o c z n y tr a n s p o r t d la fa lo w a n ia z k ie r u n k u N r o c z n y tr a n s p o r t d la fa lo w a n ia z k ie r u n k u N N E r o c z n y tr a n s p o r t d la fa lo w a n ia z k ie r u n k u N E 600 ro c z n y tra n s p o rt o s a d ó w Q [m 3/ro k /m ] 500 400 300 200 100 0 -1 0 0 -2 0 0 -3 0 0 1000 -4 0 0 750 -5 0 0 500 -6 0 0 250 -8 0 0 0 100 200 300 400 500 600 o d l e g ³o œæ o d b r z e g u [ m ] 700 800 900 Przykład zrównoważonego wypadkowego rocznego transportu osadów 1000 ro c z n y tr a n s p o rt o s a d ó w Q [m 3/ro k /m ] -7 0 0 0 -2 5 0 -5 0 0 -7 5 0 -1 0 0 0 T r a n s p o r t o b lic z a n y z m o d e lu v a n r o c z n y tr a n s p o r t d la f a lo w a n ia r o c z n y tr a n s p o r t d la f a lo w a n ia r o c z n y tr a n s p o r t d la f a lo w a n ia r o c z n y tr a n s p o r t d la f a lo w a n ia r o c z n y tr a n s p o r t d la f a lo w a n ia r o c z n y tr a n s p o r t d la f a lo w a n ia tr a n s p o r t w y p a d k o w y -1 2 5 0 -1 5 0 0 -1 7 5 0 -2 0 0 0 -2 2 5 0 -2 5 0 0 z z z z z z R ijn a k ie r u k ie r u k ie r u k ie r u k ie r u k ie r u n n n n n n ku ku ku ku ku ku W W W N N N SW N W W N W -2 7 5 0 -3 0 0 0 0 100 200 300 400 500 600 o d l e g ³o œæ o d b r z e g u [ m ] 700 800 900 Przykład niezrównoważonego wypadkowego rocznego transportu osadów 1000 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. Przykłady 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. Progi w Orłowie Odległość od brzegu 130÷170 m, długość segmentu 330 m, zbudowane z kamiennych bloków o średnicy 0.7÷1.5 m. Budowa zakończono w czerwcu 2006. 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. 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. Geotuby Instalacja Obkładanie narzutem Przekrój poprzeczny Geokontenery Napełnianie Zszywanie Zatapianie 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: 40÷60 m, Rzedne korony: ~ 2 m, Głebokości w miejscu posadowienia: ~ 10 m Ciężar pojedynczego bloku: 6÷10 ton Układane na podsypce kamiennej. Schemat układania 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.