Обзор зарубежного опыта инженерной защиты морских берегов и склонов

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. 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. 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. 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.

1. Прокопов 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.

2. Хамидуллина Н.В., Прокопова М.В., Прокопов А.Ю. Физическое моделирование провалов земной поверхности. Вестник РГУПС. 2019;2(74):124–131.

3. Прокопов А.Ю., Лебидко В.А. Выбор и обоснование методов берегоукрепления (на примере р. Кубань в г. Краснодаре). Известия РГСУ. 2015;20:41–48.

4. 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.

5. 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).

6. 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.

7. 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.

8. 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/10.33075/2220-5861-2022-1-5-14

9. Kazmin 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).2

10. Мороз 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.

11. 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.

12. 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.

13. 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/buildings12111806

14. Kok 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.2020.106828

15. Singhvi 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.2022.114824

16. Huang 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.x

17. Shimozono 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/10.1080/21664250.2020.1744212

18. Udo 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/s41598-020-59718-5

19. Luan 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/ICITBS49701.2020.00045

20. Ysebaert 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_13

21. Staudt 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-y

22. Bruno 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/jmse8070531

23. Davoli 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-01

24. Morris 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/10.1111/1365-2664.13390