Jastarnia 2010 verII - ZMiGM

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
0
-2
-4
z 1
X 0
±0.00
X
z = z 1 -z2
A 0 z(x)
x [m]
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

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 m 2 → akumulacja,
• powierzchnia aktywna przekroju mniejsza od 1494.8 m 2 → erozja.
1 8 0 0
p o w i e r z c h n i a [ m 2 ]
1 6 0 0
1 4 0 0
1 2 0 0
a k u m u l a c j a
e r o z j a
A œ r
= 1 4 9 4 . 8 m 2
d l a o t w a r t e g o m o r z a
1 0 0 0
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
2 0 0 4 { P œ r
= 1 4 6 8 m 2 }
2 0 0 5 { P œ r
= 1 4 8 1 m 2 }
2 0 0 6 { P œ r
= 1 4 4 6 m 2 }
2 0 0 7 { P œ r
= 1 4 4 8 m 2 }
2 0 0 8 { P œ r
= 1 4 0 2 m 2 }
8 0 0
3 8 0 3 7 9 3 7 8 3 7 7 3 7 6 3 7 5 3 7 4 3 7 3 3 7 2 3 7 1 3 7 0 3 6 9 3 6 8 3 6 7 3 6 6 3 6 5 3 6 4 3 6 3 3 6 2
k i l 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 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

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).
8 0 0
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 ]
7 0 0
6 0 0
5 0 0
4 0 0
3 0 0
2 0 0
1 0 0
0
- 1 0 0
- 2 0 0
- 3 0 0
- 4 0 0
- 5 0 0
- 6 0 0
- 7 0 0
- 8 0 0
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 , ³ ¹ 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
0 1 0 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0 5 0 0 6 0 0 7 0 0 8 0 0 9 0 0 1 0 0 0
o d l e g ³ o 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 ]
1 0 0 0
7 5 0
5 0 0
2 5 0
0
- 2 5 0
- 5 0 0
- 7 5 0
- 1 0 0 0
- 1 2 5 0
- 1 5 0 0
- 1 7 5 0
- 2 0 0 0
- 2 2 5 0
- 2 5 0 0
- 2 7 5 0
- 3 0 0 0
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
0 1 0 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0 5 0 0 6 0 0 7 0 0 8 0 0 9 0 0 1 0 0 0
o d l e g ³ o œ æ o d b r z e g u [ m ]
Przykład niezrównoważonego wypadkowego
rocznego transportu osadów

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.