30.11.2014 Views

Jastarnia 2010 verII - ZMiGM

Jastarnia 2010 verII - ZMiGM

Jastarnia 2010 verII - ZMiGM

SHOW MORE
SHOW LESS

Create successful ePaper yourself

Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.

<strong>Jastarnia</strong> 28.06.<strong>2010</strong> r.<br />

Stosowane metody stabilizacji brzegu morskiego<br />

w aspekcie zachowania i odtwarzania plaż<br />

oraz trwałość stosowanych rozwiązań<br />

Marek Szmytkiewicz<br />

Instytut Budownictwa Wodnego PAN w Gdańsku


Wstęp<br />

• Brzeg morski – wspaniały krajobrazowo dar przyrody, tworzony przez<br />

morze w sposób naturalny.<br />

• Pojawienie się ludzi na Ziemi - budowa miast nadmorskich, portów,<br />

sztuczne utrwalanie brzegów → rozregulowanie naturalnych procesów<br />

brzegowych.<br />

• XX wiek - masowa turystyka → budowa ośrodków wczasowych w<br />

bezpośrednim sąsiedztwie brzegu,<br />

→ utrzymanie/odtworzenie szerokich<br />

„naturalnych” plaż.<br />

Nieunikniony konflikt między cywilizacja i naturą.<br />

• Nie można ograniczać człowiekowi swobodnego dostępu do morza.<br />

• Dążenie do zachowanie „naturalnego” brzegu morskiego.


Bezpieczny profil brzegu<br />

Najlepszym naturalnym zabezpieczeniem brzegu przed erozją jest odpowiednio szeroka plaża<br />

z rozbudowanym systemem rew.<br />

Orientacyjne wymiary:<br />

rzędna korony wydmy: +4.0 m,<br />

minimalna szerokość korony wydmy: 10 m,<br />

rzędna podstawy wydmy: +2.0 m,<br />

szerokość plaży: 30÷40 m<br />

nachylenie plaży 1:20<br />

I rewa: odległość 150÷250 m od brzegu, rzędna korony: od –1.8 do –2.0 m<br />

II rewa: odległość 350÷500 m od brzegu, rzędna korony: od –3.5 do –4.5 m<br />

Średnie nachylenie dna minimum: 1:100


Stopień odporności brzegu na procesy erozyjne<br />

• Strategia Ochrony Brzegów Morskich 2003 r. → monitoring → pomiary batymetryczne i<br />

tachimetryczne strefy brzegowej → ocena aktualnego stanu brzegu, wskazania działań<br />

zmierzających do ich ochrony.<br />

• Instytut Morski → całka „Cieślaka” → ujednolicenie analizy danych pomiarowych<br />

(adaptacja holenderskiej metodologii) → wyznaczenie parametrów charakteryzujących<br />

strefę brzegową.<br />

4<br />

z [m]<br />

2<br />

0<br />

-2<br />

-4<br />

z 1<br />

X 0<br />

±0.00<br />

X<br />

z = z 1 -z2<br />

A 0 z(x)<br />

x [m]<br />

A<br />

-6<br />

w - umowna szerokość zmian brzegowych<br />

X=X 1<br />

X=X 2<br />

x - szerokość dynamicznej części profilu brzegowego<br />

2<br />

1. przyjmuje się najwyższą rzędną profilu z 1<br />

= 2 m - średnia wysokość podstawy wydmy,<br />

2. przyjmuje się najniższą rzędną profilu z 2<br />

= - 6 m - tzw. głębokość zamknięcia, czyli<br />

głębokość poniżej której nie występuje transport osadów,<br />

3. oblicza się powierzchnię aktywną przekroju A zawartą pomiędzy tymi profilami.<br />

z 2


Instytut Morski – ocenił odporność wszystkich pomierzonych profili batymetrycznych na erozję<br />

Dla otwartego morza (km 124.5÷428.0)<br />

• powierzchnia aktywna przekroju większa od 1494.8 m 2 → akumulacja,<br />

• powierzchnia aktywna przekroju mniejsza od 1494.8 m 2 → erozja.<br />

1 8 0 0<br />

p o w i e r z c h n i a [ m 2 ]<br />

1 6 0 0<br />

1 4 0 0<br />

1 2 0 0<br />

a k u m u l a c j a<br />

e r o z j a<br />

A œ r<br />

= 1 4 9 4 . 8 m 2<br />

d l a o t w a r t e g o m o r z a<br />

1 0 0 0<br />

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<br />

o d r z ê d n e j + 2 m d o - 6 m<br />

2 0 0 4 { P œ r<br />

= 1 4 6 8 m 2 }<br />

2 0 0 5 { P œ r<br />

= 1 4 8 1 m 2 }<br />

2 0 0 6 { P œ r<br />

= 1 4 4 6 m 2 }<br />

2 0 0 7 { P œ r<br />

= 1 4 4 8 m 2 }<br />

2 0 0 8 { P œ r<br />

= 1 4 0 2 m 2 }<br />

8 0 0<br />

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<br />

k i l o m e t r b r z e g u [ k m ]<br />

Przykład układu erozyjno-akumulacyjnego w strefie brzegowej


Projektowanie<br />

• Skuteczne projektowanie ochrony brzegu musi być poprzedzone rozpoznaniem<br />

naturalnych procesów fizycznych występujących w strefie brzegowej morza.<br />

• Współczesne metody ochrony brzegów muszą spełniać dwa warunki:<br />

– jak najmniej ingerować w środowisko,<br />

– być niewidoczne, głównie dla oczu<br />

turystów spędzających wakacje nad<br />

morzem.<br />

W I A T R<br />

F A L O W A N I E<br />

P R Ą D Y M O R S K I E<br />

R U C H O S A D Ó W<br />

Z M I A N Y D N A M O R S K I E G O<br />

Z M I A N Y P O Ł O Ż E N I A<br />

B R Z E G U<br />

Kolejność obliczeń


Techniczna ochrona brzegu<br />

Umocnienia wspomagające utrzymanie plaży<br />

1. Sztuczne zasilanie<br />

2. Ostrogi brzegowe<br />

3. Falochrony brzegowe<br />

4. Progi podwodne


Sztuczne zasilanie brzegu – pobór piasku z pewnego obszaru lądowego lub morskiego,<br />

transport do zasilanego odcinka brzegu i złożenie na tym<br />

odcinku w celu poszerzenia plaży, spłycenia podbrzeża, lub<br />

budowy wydmy<br />

Metoda powszechnie stosowane w świecie – w Polsce metoda wiodąca (Strategia ...)<br />

Zalety:<br />

- metoda najbliższa naturalnej metodzie ochrony<br />

brzegu,<br />

- nie wznosi się żadnej konstrukcji<br />

hydrotechnicznej,<br />

- wprowadza stosunkowo niewielkie zaburzenia<br />

w naturalnych procesach zachodzących na<br />

brzegu,<br />

- szybkość realizacji.<br />

Wady:<br />

- metoda wymagająca cyklicznych powtórzeń,<br />

- konieczność posiadania odpowiednio zasobnych<br />

źródeł poboru materiału zasilającego w<br />

niedużych odległościach,<br />

- problemy związane z ochroną środowiska w<br />

miejscach poboru materiału (niszczenie<br />

siedlisk),<br />

- niemożliwość dofinansowania inwestycji z<br />

funduszy europejskich<br />

Efektywność:<br />

odkład z szalandy w strefie brzegowej: ~ 20 %,<br />

system „rainbown”: ~ 17 %,<br />

odkład bezpośrednio na plażę: ~ 43-46 %.


Ostrogi brzegowe – budowle aktywne (przechwytują piasek transportowany przez fale i prądy),<br />

usytuowane prostopadle do linii brzegowej, z reguły budowane w postaci rzędów drewnianych<br />

pali.<br />

W czasie przeciętnego<br />

falowania podchodzącego<br />

ukośnie do brzegu piasek<br />

gromadzi się w polach<br />

między ostrogami.<br />

W czasie falowania<br />

sztormowego, kiedy kierunek<br />

fal jest prawie prostopadły do<br />

brzegu następuje wynoszenie<br />

osadów.<br />

Zalety;<br />

- pozwalają zachować walory rekreacyjne plaż,<br />

- ostrogi, głównie w początkowym okresie, przyczyniają się do odbudowy i poszerzania plaż,<br />

- wspomagają utrzymanie odłożonego na brzegu refulatu.<br />

Wady:<br />

- przegłębianie dna w sąsiedztwie budowli, głównie w rejonie głowic,<br />

- rozwój zatok erozyjnych na zakończeniu grupy ostróg,<br />

- ograniczona w czasie skuteczność działania,<br />

- duża podatność na zniszczenie konstrukcji.


Warunkiem dobrego oddziaływania ostróg jest stała podaż piasku i zrównoważony<br />

transport osadów w ciągu roku (wypadkowy transport bliski zero).<br />

8 0 0<br />

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 ]<br />

7 0 0<br />

6 0 0<br />

5 0 0<br />

4 0 0<br />

3 0 0<br />

2 0 0<br />

1 0 0<br />

0<br />

- 1 0 0<br />

- 2 0 0<br />

- 3 0 0<br />

- 4 0 0<br />

- 5 0 0<br />

- 6 0 0<br />

- 7 0 0<br />

- 8 0 0<br />

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<br />

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<br />

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<br />

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<br />

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<br />

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<br />

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<br />

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<br />

o d l e g ³ o œ æ o d b r z e g u [ m ]<br />

Przykład zrównoważonego wypadkowego rocznego<br />

transportu osadów<br />

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 ]<br />

1 0 0 0<br />

7 5 0<br />

5 0 0<br />

2 5 0<br />

0<br />

- 2 5 0<br />

- 5 0 0<br />

- 7 5 0<br />

- 1 0 0 0<br />

- 1 2 5 0<br />

- 1 5 0 0<br />

- 1 7 5 0<br />

- 2 0 0 0<br />

- 2 2 5 0<br />

- 2 5 0 0<br />

- 2 7 5 0<br />

- 3 0 0 0<br />

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<br />

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<br />

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<br />

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<br />

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<br />

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<br />

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<br />

t r a n s p o r t w y p a d k o w y<br />

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<br />

o d l e g ³ o œ æ o d b r z e g u [ m ]<br />

Przykład niezrównoważonego wypadkowego<br />

rocznego transportu osadów


Falochrony brzegowe – aktywne działanie na brzeg, usytuowane równolegle do<br />

brzegu w strefie brzegowej, budowane jako wynurzone lub zanurzone.<br />

Zalety:<br />

- trwały przyrost brzegu w<br />

chronionym obszarze,<br />

- redukcja fal działających na brzeg<br />

morski,<br />

- pozwala zachować walory<br />

rekreacyjne plaż (konstrukcja<br />

zanurzona).<br />

Redukcja oddziaływania falowania na<br />

plażę, tworzenie korzystnych warunków<br />

do odkładania się osadów w cieniu<br />

falochronów. Skuteczność działania<br />

zależy od długości odcinków, odległości<br />

między nimi, odległości od brzegu.<br />

Wady:<br />

- wysoki koszt,<br />

- erozja plaż na odcinkach<br />

przyległych,<br />

- intensyfikacja prądów w sąsiedztwie<br />

budowli,<br />

- pogorszenie walorów<br />

krajobrazowych dla konstrukcji<br />

wynurzonych.


Przykłady


Progi podwodne – aktywnie oddziałują na brzegi, zatrzymują rumowisko<br />

wynoszone z brzegu w kierunku morza, spłycają podbrzeże, z reguły stosowane<br />

łącznie ze sztucznym zasilaniem brzegu.<br />

Zalety:<br />

- minimalny wpływ na erozję sąsiednich odcinków brzegów,<br />

- pozwala zachować rekreacyjne walory plaż, progi są niewidoczne dla<br />

przebywających na plażach turystów,<br />

- istotne wspomaganie sztucznego zasilania plaż,<br />

- zmniejszenie fal działających na brzeg morski.<br />

Wady:<br />

- wysoki koszt,<br />

- wymaga szczególnie starannego zaprojektowania,<br />

- wymaga systematycznego monitoringu i konserwacji.


Progi w Orłowie<br />

Odległość od brzegu 130÷170 m, długość segmentu 330 m, zbudowane z kamiennych<br />

bloków o średnicy 0.7÷1.5 m. Budowa zakończono w czerwcu 2006.<br />

Symulacje numeryczne<br />

• W warunkach silnych sztormów z NE i E - wzdłuż brzegu pojawia się szeroki pas<br />

spłyceń, który co najmniej stabilizuje dotychczasowe położenie linii brzegowej.<br />

• Po odlądowych stronach progów tworzą się obszary akumulacji osadów, co<br />

przyczynia się do zwiększenia dyssypacji energii fal w tym rejonie.<br />

• Przy słabszych oddziaływaniach brak jest widocznych zmian głębokości.


Współczesne tendencje w budowie falochronów brzegowych i progów<br />

podwodnych<br />

1) Wykorzystanie geosyntetyków<br />

2) Budowa sztucznych raf<br />

Zalety:<br />

• utrzymanie wszystkich zalet tradycyjnych progów przy jednoczesnym<br />

zmniejszeniu kosztów realizacji przedsięwzięcia,<br />

• zmniejszenie zapotrzebowania na kruszywo,<br />

• znaczna kubatura tak budowanych progów podwodnych i ich duża elastyczność<br />

zmniejsza problemy związane z nierównomiernym osiadaniem,<br />

• ograniczenie kosztów budowy i konserwacji.<br />

Główna trudność:<br />

• opanowanie technologii napełniania geotekstylnych prefabrykatów metodami<br />

hydraulicznymi,<br />

• precyzyjne układanie w żądanych miejscach strefy brzegowej morza,<br />

• produkcja/kupno odpowiednio wytrzymałych materiałów geotekstylnych.


Geotuby<br />

Instalacja<br />

Obkładanie narzutem<br />

Przekrój poprzeczny


Geokontenery<br />

Napełnianie<br />

Zszywanie<br />

Zatapianie


Sztuczne rafy<br />

Bloki Aquareef - opracowane w Japonii w latach 90-tych – do budowy progów<br />

podwodnych działających jak rafy koralowe<br />

Zastosowane co najmniej 4-krotnie u wybrzeży Japonii<br />

Wygląd bloków Aquareef<br />

Szerokość korony: 40÷60 m,<br />

Rzedne korony: ~ 2 m,<br />

Głebokości w miejscu posadowienia: ~ 10 m<br />

Ciężar pojedynczego bloku: 6÷10 ton<br />

Układane na podsypce kamiennej.<br />

Schemat układania


Podsumowanie<br />

• Spośród istniejących metod ochrony brzegów metodami wspomagającymi utrzymanie plaż są:<br />

- sztuczne zasilanie brzegów – w Polsce przyjęta jako metoda wiodąca,<br />

- budowa ostróg brzegowych,<br />

- budowa progów podwodnych, bądź falochronów brzegowych o zatopionej koronie<br />

• Przy zrównoważonym w kierunku wschodnim i zachodnim transporcie osadów można<br />

rozważać budowę ostróg brzegowych jako:<br />

- budowli samodzielnych,<br />

- łącznie ze sztucznym zasilaniem – dłuższy okres utrzymania refulatu na brzegu.<br />

• Transport niezrównoważony z przewagą falowania podchodzącego w miarę prostopadle do<br />

brzegu — budowa progów podwodnych jako:<br />

- budowli samodzielnych,<br />

- łącznie ze sztucznym zasilaniem.<br />

• Niewielka podaż rumowiska, miąższość warstwy piaszczystej na dnie niewielka — sztuczne<br />

zasilanie brzegu, budowa progów i ostróg brzegowych.<br />

• Ostatnia dekada to:<br />

- wykorzystanie prefabrykatów geotekstylnych stosowanych jako rdzenie falochronów i<br />

progów podwodnych, bądź jako samodzielne budowle ochronne (opaski brzegowe i ostrogi)<br />

- budowa sztucznych raf pełniących zadania progów podwodnych,<br />

- moduły siedliskowe.

Hooray! Your file is uploaded and ready to be published.

Saved successfully!

Ooh no, something went wrong!