Прогноз динамики берегов, сложенных дисперсными многолетнемерзлыми породами, в условиях изменения климата и ледовитости арктических морей в XXI векеНИР

Источник финансирования НИР

ФЦП: Федеральная целевая программа, Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013 годы

Этапы НИР

# Сроки Название
1 17 сентября 2010 г.-26 ноября 2010 г. Сбор, обработка и обобщение литературных источников и фондовых материалов исследований динамики берегов арктических морей России
Результаты этапа: На примере ключевых участков исследования динамики арктических берегов морей России, в том числе районов нефтегазового освоения (Варандейский район Печорского моря, Юго-западное побережье Печорской губы, Байдарацая губа Карского моря) рассмотрены морфолитодинамические условия береговой зоны, получены скорости развития процесса разрушения берегов. В двух из трех названных районах, где степень техногенного вмешательства существенно выше, скорости абразии берегов в большей степени определяются деятельностью человека, нежели геолого-геоморфологическим строением и ветро-волновым режимом. Морские берега, относительно устойчивые в естественных условиях, теряют устойчивость при техногенных воздействиях. Под влиянием человеческой деятельности темпы разрушения берегов увеличились в 2-3 и более раз. Рассмотренные примеры по Варандейскому промышленному участку, где остро¬та ситуации уже требует неотложных мер по защите промышленных и гражданских объектов, наглядно показывают, что техногенное воздействие привело к заметной активизации абразионного процесса. Причина – неграмотное с точки зрения природопользования освоение территории, без учета особенностей строения рельефа побережья и динамики береговой зоны. Размыв берегов угрожает уже построенным и строящимся объектам нефтегазовой инфраструктуры, разрушение которых, например, нефтяных терминалов, может привести к экологической катастрофе. Во избежание подобных ситуаций важно резко поднять уровень экологического контроля при проектировании, строительстве и эксплуатации нефтегазовых объектов. Рассмотрены условия устойчивости арктических берегов, в зависимости от типа берега, криолитологического состава слагающих берег пород, ширины пляжа и средней многолетней скорости отступания приведено ранжирование берегов различных типов по степени устойчивости — от устойчивого с тенденцией к нарастанию до наиболее неустойчивого. Скорость отступления арктических берегов в естественных условиях довольно высока (до 4-6 м/год и более), т.к. большая часть берегов сложена мёрзлыми льдистыми дисперсными породами. Показано, что одна из главных причин высоких скоростей отступания — это постоянное протаивание льда в породе, которое вызывает просадку дна, в результате профиль динамического равновесия не формируется. Предложено к широкому использованию понятие термомеханического оттаивания грунта, которое проясняет физическую сущность деструктивных рельефообразующих процессов в криолитозоне. Циклический характер термомеханического оттаивания позволил разработать методику расчета его величины, служащей мерилом интенсивности деструктивных процессов. Интенсивность деструктивных процессов с небольшим числом циклов оттаивание-снос (например, периодический штормовой размыв береговых откосов) оценивается через сумму величин оттаивания грунта в ходе этих циклов, рассчитанных по модифицированной формуле В.А. Кудрявцева. Интенсивность деструктивных процессов с большим числом циклов оттаивание-снос (например, термоденудации склонов, сложенных сильнольдистыми отложениями или льдом) оценивается с помощью предельного коэффициента тепловой устойчивости, вычисляемого по приведённой в отчёте эмпирической формуле. Предельный коэффициент тепловой устойчивости существенно зависит от температуры грунта.
2 10 января 2011 г.-9 августа 2011 г. Анализ тенденций изменений климата и ледовитости арктических морей в XX и начале ХХI веков
Результаты этапа: Установлено, что в условиях глобального изменения климата и ледовитости арктических морей, наблюдаемых в начале XXI века, влияние на динамику термоабразионных берегов как термического, так и волно-энергетического факторов изменилось. Следует ожидать усиления термоабразии за счёт термического фактора в результате более интенсивного оттаивания мёрзлых грунтов под действием более высоких температур воздуха и воды, возможного увеличения количества осадков. Волновое воздействие на берег, с одной стороны, усиливается за счёт роста продолжительности безлёдного периода, с другой – потоки ветро-волновой энергии в прибрежной зоне несколько уменьшаются за счёт снижения повторяемости высоких скоростей ветра. Однако более интенсивные и частые штормовые нагоны в тёплый период, а также повышение уровня моря играют в сторону усиления волнового воздействия. Влияние изменения повторяемости действия ветра волноопасных румбов на значения ветро-волновой энергии в каждом конкретном регионе будет определяться местными условиями.
3 10 августа 2011 г.-25 ноября 2011 г. Определение вклада термического и волно-энергетического факторов в термоабразионный процесс на берегах арктических морей России
Результаты этапа: Установлено, что динамику типичных термоабразионных и так называемых абразионно-термоденудационных берегов, сложенных мёрзлыми льдистыми отложениями, определяет весь комплекс активных гидрометеорологических факторов – и термических, и волно-энергетических, – находящихся в постоянном взаимодействии и взаимосвязи друг и другом. Чем выше льдистость мерзлых дисперсных пород, слагающих берега, тем большую роль в их динамике играет термический фактор и, соответственно, чем ниже льдистость пород, тем большее значение в динамике берегов приобретает волно-энергетический фактор. В динамике берегов баров и кос, сложенных малольдистыми отложениями, главенствующая роль принадлежит волно-энергетическому фактору. Оценено влияние изменений термического режима на ледовитость морей и ветро-волно-энергетические характеристики береговой зоны. На примере района пос. Марре-Сале показано, что снижение ледовитости, несмотря на увеличение продолжительности безледного периода и длины разгона волн, не всегда влечет за собой рост волновой энергии и, соответственно ускорение волновой абразии термоабразионных берегов. Оказалось, что годы с большой продолжительностью динамически активного периода характеризуются низкой ветроволновой активностью, и, наоборот, в годы с коротким безледным периодом отмечалось 1-2 экстремально сильных и продолжительных шторма, определивших относительно высокие значения волновой энергии в эти годы. Корреляция между температурой воздуха и значениями волновой энергией исследуемого района Печорского моря отсутствует, что опровергает распространённое мнение о прямой связи между ростом температур и усилением волновой активности и, соответственно, темпов отступания берега. По методу Попова-Совершаева проведён тестовый расчёт волновой энергии, приходящей на внешнюю границу береговой зоны, в условиях потепления климата при последовательном смещении границы ледяного покрова от берега в сторону открытой акватории. По результатам выполненных расчетов и проведенного анализа влияния различных гидрометеорологических факторов на динамику берегов в условиях изменения климата и ледовитости можно говорить, что хотя скорости развития природных процессов и увеличатся, катастрофического многократного усиления волновой активности и абразии арктических берегов, скорее всего, не произойдет.
4 10 января 2012 г.-9 августа 2012 г. Сбор, обработка и обобщение исходных данных, необходимых для прогноза динамики берегов, сложенных многолетнемерзлыми породами, в условиях изменения климата и ледовитости арктического бассейна
Результаты этапа: Для ключевых районов нефтегазового освоения ГМС Варандей (Баренцево море) и ГМС Марре-Сале (Карское море) собраны, обработаны и обобщены исходные данные, доступные с 1979 года, необходимые для прогноза динамики берегов, сложенных многолетнемерзлыми породами, в условиях изменения климата и ледовитости арктического бассейна, включая данные по ледовым условиям, температурному и ветро-волновому режиму, рельефу морского дна и берегов. Выполнена оценка влияния качества исходных данных на результат ветроволноэнергетических расчетов. Тестовый расчёт волновой энергии, приходящей на внешнюю границу береговой зоны, выполненный по методу Попова-Совершаева показал необходимость предварительной обработки и отсева срочных данных, происхождение и отклонение от выборки которых вызывает сомнение.
5 10 августа 2012 г.-26 ноября 2012 г. Прогнозирование динамики берегов, сложенных многолетнемерзлыми породами, на участках нефтегазового освоения арктических морей России в условиях изменения климата и ледовитости арктического бассейна в XXI веке
Результаты этапа: Обосновано, что гидрометеорологические, в том числе литодинамические и ледовые процессы, протекающие в береговой зоне моря, являются одним из главных факторов, определяющих выбор места и инженерных решений при строительстве объектов обустройства нефтегазового комплекса как на акватории, так и на берегу. В XXI веке в условиях глобального изменения климата неизбежно должны произойти заметные изменения гидрометеорологических характеристик приземного слоя атмосферы, которые в свою очередь приведут к изменениям в гидросфере и литосфере. Рост температур вызовет уменьшение площади, покрытой льдами, при этом продолжительность безлёдного периода увеличится. Снизится продолжительность ледового сезона, вместе с тем, одновременно активизируется динамика льда, увеличится его торосистость и, вероятно, в результате усилится воздействие дрейфующих в ледяных полях торосистых образований на дно. Сокращение площади морских льдов и приведет к увеличению длины разгона ветровых волн, доминирующих в арктическом бассейне. В арктических морях доминирует ветровое волнение. Лишь в Баренцевом и в меньшей степени Чукотском морях заметное значение имеет океанская зыбь. В результате усилится воздействие волн на берег, что, несомненно, скажется на динамике берегов, вызвав усиление их абразии. Соответственно, абразионная эффективность периода открытой воды определяется как интенсивностью штормовых нагонов, так и продолжительностью штормового периода. Интенсивность штормовых нагонов будет зависеть от разгона волн, который определяется размером полыньи, и при ее увеличении энергия волн будет расти. Дан прогноз скоростей отступания берегов для двух конкретных участков нефтегазового освоения на берегах российской Арктики. На Уральском берегу Байдарацкой губы Карского моря плановое отступание бровки берегового уступа может оказаться весьма значительным и за 30-35-летний период, при условии сохранения последних тенденций активизации ветроволновой энергии и потепления климата, составит на различных участках от 60-80 и до 90-100 м. Столь существенные скорости необходимо учитывать при планировании хозяйственного освоения арктических побережий России, т.е. результаты НИР находят прямое применение в реальном секторе экономики.

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".