Береговые эрозионные процессы

Береговая линия представляет собой линию пересечения поверхности суши с поверхностью водоема или моря. Уровни водных поверхностей непостоянны, так как испытывают различные, долговременные и кратковременные, колебания.

уро­вень Мирового океана за последние 100 лет испытывал многолетние повы­шения и понижения в пределах 3 - 4 см на общем фоне слабого неуклонного повышения примерно на 1 мм в год. Кратковременные, в том числе суточные, колебания уровня еще более значительны. Они определяются, прежде всего, приливно-отливными и сгонно-нагонными явлениями. Максималь­ная высота океанических приливов достигает 18 м. Амплитуда колебаний водных поверхностей за счет сгонно-нагонных явлений, связанных с продолжительным воздействием на водную поверхность сильных ветров, может достигать нескольких метров. Наконец, сами волны кратковременно изменяют уровни воды в пляжной зоне водоема. Эти явления учитываются в понятии «урез воды».

Урез воды — линия пересечения берегового подводного склона с поверхностью моря при отсутствии волне­ния и приливов (отливов) и нагонов (сгонов) в дан­ный момент. Береговая линия - это среднемноголетнее положе­ние уреза водыв данном водоеме. Это и есть та линия, которая на мелкомасштабных географических картах отделяет океаны и моря от материков и островов. Берег — это полоса земной поверхности, прилегающая к береговой линии со стороны суши и ограниченная линией максимального распро­странения потока воды.

Со стороны моря на неприливных морях к береговой линии примыкает полоса морского дна, которая при данном среднем уровне моря подвержена воздействию морского волнения. Эта полоса морского дна называется подводным береговым склоном.

Берега по преобладающим на них процессам разделяются на абразионные и аккумулятивные. Абразионные берега формируются в условиях преобладания разрушительных волновых процессов и выноса продуктов разрушения с берега на подводный склон. Аккумулятивные берега формируются в условиях преобладания накопления продуктов разрушения или принесенных течениями наносов на берегу и на подводном склоне.

В пределах абразионного берега выделяются следующие элементы: клиф– крутой обрыв или отвесная скала на берегу водоема, образовавшиеся в процессе абразии; п ляж - или плотный морской берег – надводная часть береговой зоны, полого наклоненная к водоему и сложенная песком, гравием, галькой, ракушкой; б енч– слабонаклоненная в сторону моря подводная поверхность, наиболее сильно подверженная процессам абразии.

На аккумулятивных берегах клифу соответствует аккумулятивная береговая

Рис.3.16. Разделение береговой зоны на основные элементы (верхний рис. – аккумулятивный берег, нижний – абразионный).

терраса, а бенчу подводный береговой вал (рис. 3.16.).

Б ереговая зона (берег) — это определенное трехмер­ное пространство, включающее поверх­ность моря, водную толщу и дно. Это про­странство ограничено с одной стороны бере­говой линией, а с другой — створом, соответ­ствующим нижней границе зоны активного воздействия волнения на дно моря.

3.5.5. Волны и берег

Большинство динамических факторов, дей­ствующих в береговой зоне, - различные виды движения воды. Важнейшими среди них являются ветровое волнение и производные от него гидрологические явления: зыбь, при­бойный поток, волновые течения. Ветровое волнение возникает при воздей­ствии движущихся масс воздуха (ветра) на водную поверхность. При этом в поверхностном слое воды возникают колебательные движения или волны. Сечение нескольких последовательных волн верти­кальной плоскостью в главном направлении их движения пред­ставляет волновой профиль, на котором хорошо видны основные элементы волны (рис. 3.17.).

В волне, относительно уровня спокойной воды, различают такие основные элементы, как гребень, или вершина волны и подошва, или лож­бина волны. Кроме того, существуют такие понятия как склоны, фронты и лучи волн.

Рис.3.17. Основные элементы волны

Для морфометрической характеристики морских волн исполь­зуются следующие величины:

h - высота волны - превышение гребня волны над ложби­ной, (м);

L - длина волны - расстояние между двумя соседними гребнями (м);

Т - период волны, вре­мя, за которое волна переместится на расстояние, равное своей длине (сек).

V - скорость распространения волны – путь, который волна проходит в единицу времени, т.е.

V = L / T, (м/сек). (1)

Морская волна обладает потенциальной и кинетической энергией. Полная энергия волны описывается формулой

r gh² L (2)

где ρ — плотность воды, g — ускорение силы тяжести, h – высота волны, L – длина волны. Из этой формулы видно, что важ­нейшее значение для характеристики энергии волны имеет ее высота. Часть волновой энергии рассеивается в береговой зоне, а часть расходуется в зоне прибоя на разрушение пород, слагающих подводный береговой склон и на перемещение продуктов разрушения в береговой зоне.

Под зоной прибоя понимается часть береговой зоны, ограниченная линией начала разрушения волн, происходящего вследствие воздействия мелководья на волновой поток, а со стороны берега – вершиной заплеска воды по пляжу (рис. 3.18).

Разрушение волны начинается с критической глубины, которая равна примерно двум величинам высоты волны, т.е. Н_к ~ 2h, где Н_к – критическая глубина, м; h – высота волны, м. максимальная сила удара волны во время прибоя приходится на глубины, примерно равные половине высоты волны. Ширина прибойной зоны (S) изменяется в широких пределах. Она зависит от среднего уклона дна (tg β) и силы волнения или высоты волн (Н_к ~ 2h).

(3)

Таким образом, количество энергии волнового воздействия на единицу протяженности прибойной зоны в первую очередь зависит от угла встречи волнового потока

Рис. 3.18. Структура прибойной волны. Заштрихована часть водной толщи, перенос которой направлен в сторону берега.

с породами и отложениями дна и пляжа.

Работа по разрушению пород, слагающих берег, происходит под действием гидравлического удара прибойного потока, мгновенной компрессии и декомпрессии воздуха в трещинах пород в результате взаимодействия прибоя, а также путем бомбардировки и истирания горной породы обломками этой же или другой породы. Этот вид абразии называется механической абразией. Кроме нее, различают химическую и термическую абразию. Химическая абразия происходит под действием растворяющей способности воды, а термическая - за счет её термического эффекта.

Объемы разрушения и размыва берега за счет механической абразиизависят и от класса пород по степени сопротивляемости абразии на клифе и бенче. Для прочных скальных пород типа гранитов (I класс) скорость абразии на клифе не превышает 0,01 м/год; на бенче (прибрежный склон) 0,001 м/год. Для рыхлых несцементированных пород типа лёссов (V класс), скорости размыва на клифах могут достигать 15 – 20 м/год; на бенче – до 0,1 м/год.

Волновые процессы, создавая неоднород­ность гидродинамического поля, обусловли­вают образование в береговой зоне различ­ных течений, имеющих важнейшее значение для процессов перемещения осадочного материала. Наибольшие значения имеют вдольбереговые (энергетические) течения, а также градиентные, компенсационные и разрывные течения.

При косом подходе волн к берегу возникают вдольбереговые течения. Градиентные течения возникают за счет рельефа подводного берегового склона. Компенсационные течения (противотечения) возникают за счет возврата объемов воды от волнового нагона. Разрывные течения возникают за счет резкой неоднородности очертаний берега и механизма рефракции волн.

Течения принимают участие в транспортировке осадочного материала, который поступает в береговую зону в виде твердого стока рек, путем эолового прив­носа, за счет обрушения береговых склонов, обвалов, осыпей. Вместе с продуктами абразии они образуют прибрежно-морские наносы. В их составе преобла­дают песчаные частицы, так как для мелких алевритовых и глинистых частиц в пределах береговой зоны в большинстве случаев нет условий для их оса­ждения и накопления, а крупные фракции — валуны, галька, гра­вий обычно перемещаются в прибойной зоне по дну или по поверхности пляжа. Это - влекомые наносы. Поэтому на пляже и прилегающей к нему части подводного берегового склона сосредоточиваются крупные наносы, в сред­ней части подводного берегового склона — наносы средней крупности, а в нижней, где длительное время между штормами в придон­ном слое воды может быть затишье, отлага­ются наиболее мелкие наносы.

Высокая подвижность составляющих наносы частиц является очень важной отли­чительной чертой рассматриваемого типа отложений. В ходе мно­гократных передвижений частиц наносов происходит их сортировка, т. е. дифферен­циация по крупности и составу, а также окатывание, т. е. обработка их поверхности.

Развитие абразионного берега стремится к некоторому динамическому профилю равновесия, когда за счет отступления клифа и расширения бенча происходит увеличение прибойной зоны с одновременным уменьшением угла встречи волнового потока с этими поверхностями. В результате процессы абразии затухают, а процессы аккумуляции наносов нарастают. В дальнейшем при преобладании аккумуляции происходит формирование аккумулятивных типов береговых форм. К таким формам относятся аккумулятивные прибрежные острова, выступы, косы, пересыпи, бары.

ТЕМА 4. ГИДРОЛОГИЯ СУШИ