sovtendsСовременные тенденции в строительстве, градостроительстве и планировке территорийModern Trends in Construction, Urban and Territorial Planning2949-1835Don State Technical University10.23947/2949-1835-2024-3-1-27-47ZBEPOKsovtends-86Research ArticleОснования и фундаменты, подземные сооруженияFootings and foundations, subsurface structuresОбзор зарубежного опыта инженерной защиты морских берегов и склоновForeign Experience Review on Engineering Protection of Seashores and Hillslopeshttps://orcid.org/0000-0002-6181-2817ПрокоповА. Ю.ProkopovA. Yu.

Альберт Юрьевич Прокопов, заведующий кафедрой «Инженерная геология, основания и фундаменты», доктор технических наук, профессор

ScopusID: 57194459519ResearcherID: AAG-6194-2020

344003, г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, 1

Albert Yu. Prokopov, Dr.Sci. (Engineering), Professor, Head of the Engineering Geology, Footings and Foundations Department

ScopusID: 57194459519ResearcherID: AAG-6194-2020

1, Gagarin Sq., Rostov-on-Don, 344003

prokopov72@rambler.ruАдоньевН. А.AdonievN. A.

Никита Александрович Адоньев, аспирант кафедры «Инженерная геология, основания и фундаменты» 

344003, г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, 1

Nikita A. Adoniev, PhD Student of the Engineering Geology, Footings and Foundations Department

1, Gagarin Sq., Rostov-on-Don, 344003

   

nikitaad1999@gmail.comДонской государственный технический университетРоссияDon State Technical UniversityRussian Federation202402042024312747Copyright © Прокопов А.Ю., Адоньев Н.А., 20242024Прокопов А.Ю., Адоньев Н.А.Prokopov A.Y., Adoniev N.A.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.stsg-donstu.ru/jour/article/view/86Введение

Введение. При проектировании, строительстве и эксплуатации зданий и сооружений в прибрежных зонах возникает серьезная проблема инженерной защиты берегов и склонов от опасных геологических процессов, к которым относятся абразия берегов, подтопление территорий, склоновая эрозия, гравитационные (склоновые) процессы, включая активизацию оползней, и др. В результате таких процессов часто возникает значительный экономический ущерб, связанный с безвозвратной потерей ценных прибрежных территорий, деформациями зданий и сооружений, повреждением и разрушением объектов транспортной и инженерной инфраструктуры. В этой связи изучение передового зарубежного опыта инженерной защиты прибрежных территорий и оценка возможности их использования в России является актуальной научно-технической задачей.

Материалы и методы

Материалы и методы. Для подготовки обзора использовались: данные натурных наблюдений с фотофиксацией объектов инженерной защиты морских берегов и склонов, полученные авторами в период командировки в Китайскую Народную Республику (КНР) в октябре–ноябре 2023 г.; изучение и анализ литературных источников по исследуемой тематике, включая методы и технологии, применяемые в Нидерландах, Японии, США, Великобритании, Италии; обобщение и систематизация методов берегозащиты для дальнейшей разработки их классификации и оценки возможности использования в РФ.

Результаты исследования

Результаты исследования. Установлены основные принципы проектирования, современные методы и технологии берегозащиты, применяемые в КНР. К ним относятся: устройство многоуровневых защитных сооружений, включая многорядные волноломы специальной формы в сочетании со ступенчатыми подпорными стенами, вертикальные стены из забивных свай, анкерно-набрызгбетонные покрытия склонов в сочетании с металлическими сетками; террасирование в комбинации с удерживающими перекрестными (горизонтальными и вертикальными) железобетонными балками; пологие железобетонные волногасящие поверхности; защитные сетчатые сооружения и заборы от эоловых процессов и др.

Определены основные методы, применяемые в Нидерландах, Японии, США, Италии для комплексной защиты больших территорий, включая системы дамб, плотин, волнорезов, мощение берегов, регулирование потоков шлюзами и барьерами, создание искусственных защитных островов; искусственное пополнение песком; зеленые насаждения вдоль побережья; создание дюн — естественных или искусственных возвышенностей из песка или гальки, которые располагаются вдоль побережья; создание бетонных структур, каменных молов, плавучих флотсамов и даже искусственных рифов.

Отмечена важность организационных мероприятий, включая системы раннего предупреждения о штормах и цунами, системы мониторинга погоды и морских условий, а также распространение предупреждающих сообщений и эвакуационных планов для населения в зоне потенциальной угрозы.

Обсуждение и заключение

Обсуждение и заключение. Сформулированы основные выводы по результатам обзора. Даны рекомендации о возможных направлениях совершенствования берегозащиты на Черноморском побережье Кавказа и других прибрежных зон в Российской Федерации на основе передового зарубежного опыта.

Introduction

Introduction. During design, construction and operation of buildings and structures in the coastal areas there arises a serious problem of engineering protection of coasts and hillslopes from the dangerous geological processes, which include the coastal erosion, underflooding of territories, hillslope erosion, gravitational (slope) processes, such as intensification of landslides, etc. These processes often result in significant economic damage usually related to the non-recoverable loss of valuable coastal territories, deformation of buildings and structures, damage and destruction of the objects of transport and engineering infrastructure. In this regard, the study of the advanced foreign experience in engineering protection of the coastal areas and the evaluation of the possibility of it to be implemented in Russia is a relevant scientific and engineering task.

Materials and methods

Materials and methods. To prepare the review, the following data was used: field observation data with photographic evidences of the objects of engineering protection of seashores and hillslopes obtained by the authors during a business trip to the People's Republic of China (PRC) in October–November 2023; study and analysis of literature sources in the subject area, including the methods and technologies implemented in the Netherlands, Japan, the USA, Great Britain, Italy; summary and systematisation of the coastal protection methods for further development of their classification and evaluation of the possibility of implementing thereof in the Russian Federation.

Research results

Research results. The main principles of design, the advanced methods and technologies of coastal protection used in China have been defined. They include: construction of the multi-level protective structures, such as the multiple-row breakwaters of special shape in combination with the stepped retaining walls, the vertical walls consisting of the driven piles, anchoring and spray-concrete covering of the slopes in combination with the metal meshes; terracing in combination with the retaining reinforced concrete (horizontal and vertical) crossbeams; the sloping wave-absorbing reinforced concrete surfaces;  the meshy structures and fences combating the Aeolian processes, etc.

The main methods used in the Netherlands, Japan, the USA and Italy for comprehensive protection of the large territories have been defined. Such as: the network of dams, weirs, wave breakers, coast paving, regulation of the flows by water locks and barriers, creation of the artificial protective islands; artificial replenishment with sand; creation of the green spaces along the coast; forming the dunes — natural or artificial hills of sand or pebbles located along the coast; creation of the concrete structures, stone jetties, floating constructions and even artificial reefs.

The importance of management was emphasised, including the early warning systems for storms and tsunamis, weather and marine condition monitoring systems, as well as dissemination of the warning messages and evacuation plans among the population in the areas of potential threat.

Discussion and conclusion. Based on the results of the review, the main conclusions were formulated. The recommendations were given on the possible ways of improving the coastal protection of the Caucasian Black Sea Coast and other coastal areas of the Russian Federation based on the advanced foreign experience.

абразия береговопасные геологические процессыинженерная защита береговсклоновые процессыволноломымолытеррасированиеискусственные островадамбыcoastal erosionhazardous geological processesengineering protection of coastshillslope processesbreakwatersjettiesterracingartificial islandsdamsReferencesПрокопов А.Ю., Акопян В.Ф., Ким Р.В. О причинах и последствиях оползневых процессов в районе ул. Медовой Адлерского района г. Сочи. Известия РГСУ. 2015;20:48–57.Prokopov AYu, Akopyan VF, Kim RV. On The Causes and Consequences of Landslide Processes in the Area of Medovaya Street, Adler District, Sochi. Izvestiya RGSU. 2015;20:48–57. (In Russ.).Хамидуллина Н.В., Прокопова М.В., Прокопов А.Ю. Физическое моделирование провалов земной поверхности. Вестник РГУПС. 2019;2(74):124–131.Hamidullina NV, Prokopova MV, Prokopov AYu. Physical Modeling of Failures of the Ground Surface. Vestnik Rostovskogo Gosudarstvennogo Universiteta Putey Soobshcheniya’ (Vestnik RGUPS. 2019;(2(74)):124-131. (In Russ.).Прокопов А.Ю., Лебидко В.А. Выбор и обоснование методов берегоукрепления (на примере р. Кубань в г. Краснодаре). Известия РГСУ. 2015;20:41–48.Prokopov AYu, Lebedko VA. Selection and Justification of Shore Protection Methods (on the Example of the Kuban River in Krasnodar). Izvestiya RGSU. 2015;20:41–48. (In Russ.).Прокопов А.Ю., Адоньев Н.А. Анализ существующих методов берегозащиты, применяемых на Черноморском побережье Кавказа. В: Материалы Всероссийской (национальной) научно-практической конференции «Актуальные проблемы науки и техники. 2023». Ростов-на-Дону: ДГТУ; 2023. С. 287–289.Prokopov AYu, Adoniev NA. Analysis of Existing Coastal Protection Methods Used at the Black Sea Coast. In: Proceedings of the All-Russian (National) Scientific and Practical Conference "Topical Problems of Science and Technology. 2023”. Rostov-on-Don: DSTU; 2023. P. 287-289. (In Russ.).Куштин В.И., Турчик С.Е., Глинская О.С. Анализ современных методов получения геопространственной информации при мониторинге объектов железнодорожной инфраструктуры. Инженерный вестник Дона. 2022;11(95):18–25. http://ivdon.ru/ru/magazine/archive/n11y2022/8004 (дата обращения 09.03.2024).Kushtin VI, Turchik SE, Glinskaya OS. The Analysis of the Modern Methods of Obtaining Geospace Information for Railway Infrastructure Objects Monitoring. Engineering Journal of the Don. 2022;(11(95)):18-25. http://ivdon.ru/ru/magazine/archive/n11y2022/ (accessed: 9.03.2024). (In Russ.).Звегинцева А.А., Василенко М.И. Некоторые аспекты благоустройства прибрежных зон населенных пунктов. В: Сборник докладов Всероссийской научной конференции «Безопасность, защита и охрана окружающей природной среды: фундаментальные и прикладные исследования». Белгород: БГТУ им. В.Г. Шухова; 2020. С. 289–293.Zvegintseva AA, Vasilenko MI. Some Aspects of the Improvement of Coastal Areas of Settlements. In: Proceedings of the All-Russian Scientific Conference "Safety, Protection and Preservation of the Natural Environment: Fundamental and Applied Research". Belgorod: BSTU named after V. G. Shukhov; 2020. P. 289-293. (In Russ.).Ефремова Т.В., Долотов В.В. Последствия техногенного воздействия на южные и западные берега Черного моря. В: Материалы VI Всероссийской научной конференции молодых ученых «Комплексные исследования Мирового океана». Москва: Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН; 2021. С. 449–450.Efremova TV, Bolotov VV. Consequences of man-made impact on the southern and western shores of the Black Sea. In: Proceedings of the VI All-Russian Scientific Conference of Young Scientists "Integrated Research of the World Ocean". Moscow: P.P. Shirshov Institute of Oceanology of the Russian Academy of Sciences; 2021. P. 449-450. (In Russ.).Sun J.，Zhu Z.，Song J.，Guo J.，Cai Y., Fu Y. et al. Research on multivariate Yellow sea SST week prediction method based on Encoder-Decoder LSTM. Системы контроля окружающей среды. 2022;1(47):5–14. https://doi.org/10.33075/2220-5861-2022-1-5-14Sun J，Zhu Z，Song J，Guo J，Cai Y, Fu Y, et al. Research on Multivariate Yellow Sea SST Week Prediction Method Based on Encoder-Decoder LSTM. Monitoring systems of environment. 2022;1(47):5–14. https://doi.org/10.33075/2220-5861-2022-1-5-14Kazmin A.S. Fronts in the Yellow and East China Seas: the Case Study. Journal of Oceanological Research. 2018;46(3):20–34. https://doi.org/10.29006/1564-2291.JOR-2018.46(3).2Kazmin AS. Fronts in the Yellow and East China Seas: the Case Study. Journal of Oceanological Research. 2018;46(3):20–34. https://doi.org/10.29006/1564-2291.JOR-2018.46(3).2Мороз В.В., Богданов К.Т., Ростов В.И., Ростов И.Д. Атлас приливов Берингова, Охотского, Японского и Восточно-Китайского морей. Том 10. Владивосток: Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева ДВО РАН, 2007.Moroz VV, Bogdanov KT, Rostov VI, Rostov ID. Atlas of Tides of the Bering, Okhotsk, Japanese and East China Seas. Volume 10. Vladivostok: V.I. Ilyichev Pacific Oceanological Institute, Far Eastern Branch RAS; 2007. (In Russ.).Долгих Г.И., Будрин С.С., Швец В.А., Яковенко С.В. Определение областей формирования волн «предвестников» тайфунов, проходящих над Восточно-Китайским и Японским морями. Доклады Российской академии наук. Науки о Земле. 2023;513(2):245–249.Dolgikh GI, Budrin SS, Shvets VA, Yakovenko SV. Determination of “Forerunner”-Waves Formation Zones for Typhoons Passing over the East China and Japan Sea. Doklady Rossiiskoi akademii nauk. Nauki o Zemle. 2023;513(2):245–249. (In Russ.).Турлов А.Г. Математическая модель системы инженерной защиты берегов водохранилища с использованием дренажных вод на орошение. Вестник Поволжского государственного технологического университета. Серия «Материалы. Конструкции. Технологии». 2021;3(19):64–76.Turlov AG. Mathematical Model of the Engineering Protection of the Shore Reservoirs with the Use of Drainage Water for Irrigation. Vestnik of Volga State University of Technology Series «Forest. Ecology. Nature Management. 2021;3(19):64–76. (In Russ.).Dörrie R., Laghi V., Arrè L., Kienbaum G., Babovic N., Hack N. et al. Combined Additive Manufacturing Techniques for Adaptive Coastline Protection Structures. Buildings. 2022;12(11):1806. https://doi.org/10.3390/buildings12111806Dörrie R, Laghi V, Arrè L, Kienbaum G, Babovic N, Hack N, et al. Combined Additive Manufacturing Techniques for Adaptive Coastline Protection Structures. Buildings. 2022;12(11):1806. https://doi.org/10.3390/buildings12111806Kok S., Bisaro A., de Bel M., Hinkel J., Bouwer L.M. The Potential of Nature-Based Flood Defences to Leverage Public Investment in Coastal Adaptation: Cases from the Netherlands, Indonesia and Georgia Ecological Economics. 2021;179:106828. https://doi.org/10.1016/j.ecolecon.2020.106828Kok S, Bisaro A, de Bel M, Hinkel J, Bouwer LM. The Potential of Nature-Based Flood Defences to Leverage Public Investment in Coastal Adaptation: Cases from the Netherlands, Indonesia and Georgia. Ecological Economics. 2021;179:106828. https://doi.org/10.1016/j.ecolecon.2020.106828Singhvi A., Luijendijk A.P., van Oudenhoven A.P.E. The Grey–Green Spectrum: A Review of Coastal Protection Interventions. Journal of Environmental Management, 2022;311:114824. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2022.114824Singhvi A, Luijendijk AP, van Oudenhoven APE. The Grey–Green Spectrum: A Review of Coastal Protection Interventions. Journal of Environmental Management, 2022;311:114824. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2022.114824Huang Z., Zhao D., Wang L. Seismic heterogeneity and anisotropy of the Honshu arc from the Japan Trench to the Japan Sea. Geophysical Journal International. 2011;184(3):1428–1444. https://doi.org/10.1111/j.1365246X.2011.04934.xHuang Z, Zhao D, Wang L. Seismic heterogeneity and anisotropy of the Honshu arc from the Japan Trench to the Japan Sea. Geophysical Journal International. 2011;184(3):1428–1444. https://doi.org/10.1111/j.1365246X.2011.04934.xShimozono T., Tajima Y., Kumagai K., Arikawa T., Oda Y., Shigihara Y. et al. Coastal Impacts of Super Typhoon Hagibis on Greater Tokyo and Shizuoka Areas, Japan. Coastal Engineering Journal. 2020;62(2):129–145. https://doi.org/10.1080/21664250.2020.1744212Shimozono T., Tajima Y., Kumagai K., Arikawa T., Oda Y., Shigihara Y. et al. Coastal Impacts of Super Typhoon Hagibis on Greater Tokyo and Shizuoka Areas, Japan. Coastal Engineering Journal. 2020;62(2):129–145. https://doi.org/10.1080/21664250.2020.1744212Udo K., Ranasinghe R., Takeda Y. An Assessment of Measured and Computed Depth of Closure Around Japan. Scientific Reports. 2020;10(1):2987. https://doi.org/10.1038/s41598-020-59718-5Udo K, Ranasinghe R, Takeda Y. An Assessment of Measured and Computed Depth of Closure Around Japan. Scientific Reports. 2020;10(1):2987. https://doi.org/10.1038/s41598-020-59718-5Luan Y-n, Li D, Chen H-b, Geng B-l, Liu H-y. Review of Ecological Coast Construction Technology. In: Proceedings of the International Conference on Intelligent Transportation, Big Data & Smart City (ICITBS). Vientiane. Laos; 2020. P. 181-186. https://doi.org/10.1109/ICITBS49701.2020.00045Luan Y-n, Li D, Chen H-b, Geng B-l, Liu H-y. Review of Ecological Coast Construction Technology. In: Proceedings of the International Conference on Intelligent Transportation, Big Data & Smart City (ICITBS). Vientiane. Laos; 2020. P. 181-186. https://doi.org/10.1109/ICITBS49701.2020.00045Ysebaert T., Walles B., Haner J., Hancock B. Habitat Modification and Coastal Protection by Ecosystem- Engineering Reef-Building Bivalves. In book: Goods and Services of Marine Bivalves. Cham: Springer; 2019. Р. 253–273. https://doi.org/10.1007/978-3-319-96776-9_13Ysebaert T, Walles B, Haner J, Hancock B. Habitat Modification and Coastal Protection by Ecosystem- Engineering Reef-Building Bivalves. In book: Goods and Services of Marine Bivalves. Cham: Springer; 2019. Р. 253–273. https://doi.org/10.1007/978-3-319-96776-9_13Staudt F., Gijsman R., Ganal C., Mielck F., Wolbring J., H. Hass C. et al. The Sustainability of Beach Nourishments: a Review of Nourishment and Environmental Monitoring Practice. Journal of Coastal Conservation. 2021;25(34):1–24. https://doi.org/10.1007/s11852-021-00801-yStaudt F, Gijsman R, Ganal C, Mielck F, Wolbring J, Hass HC, et al. The Sustainability of Beach Nourishments: A Review of Nourishment and Environmental Monitoring Practice. Journal of Coastal Conservation. 2021;25:34. https://doi.org/10.1007/s11852-021-00801-yBruno M.F., Saponieri A., Molfetta M.G., Damiani L. The DPSIR Approach for Coastal Risk Assessment Under Climate Change at Regional Scale: The Case of Apulian Coast (Italy). Journal of Marine Science and Engineering. 2020;8(7):531. https://doi.org/10.3390/jmse8070531Bruno MF, Saponieri A, Molfetta MG, Damiani L. The DPSIR Approach for Coastal Risk Assessment under Climate Change at Regional Scale: The Case of Apulian Coast (Italy). Journal of Marine Science and Engineering. 2020;8(7):531. https://doi.org/10.3390/jmse8070531Davoli L., Raffi R., Baldassarre M.A., Bellotti P., Di Bella L. New Maps Relative to the Special Protection Area of the Palude Di Torre Flavia (Central Tyrrhenian Sea-Italy) Prone to Severe Coastal Erosion. Italian Journal of Engineering Geology and Environment. 2019;2:5–12. https://doi.org/10.4408/IJEGE.2019-02.O-01Davoli L, Raffi R, Baldassarre MA, Bellotti P, Di Bella L. New Maps Relative to the Special Protection Area of the Palude Di Torre Flavia (Central Tyrrhenian Sea-Italy) Prone to Severe Coastal Erosion. Italian Journal of Engineering Geology and Environment. 2019;2:5–12. https://doi.org/10.4408/IJEGE.2019-02.O-01Morris R.L., Bilkovic D.M., Boswell M.K., Bushek D., Cebrian J., Goff J. et al. The Application of Oyster Reefs in Shoreline Protection: Are We Over‐Engineering for an Ecosystem Engineer? Journal of Applied Ecology. 2019;56(7):1703–1711. https://doi.org/10.1111/1365-2664.13390Morris RL, Bilkovic DM, Boswell MK, Bushek D, Cebrian J, Goff J, et al. The Application of Oyster Reefs in Shoreline Protection: Are We Over‐Engineering for an Ecosystem Engineer? Journal of Applied Ecology. 2019;56(7):1703–1711. https://doi.org/10.1111/1365-2664.13390

The authors declare that there are no conflicts of interest present.