Наука

Студенти от ВСУ „Черноризец Храбър“ работят по проект с колеги от Холандия

Изследват динамиката на въздействие на вълните върху пясъчните плажове край Варна

Дафинка Начева, Красимир Маринов, ВСУ „Черноризец Храбър”  

Крайбрежните зони са от голямо икономическо значение в страните, които имат достъп до море. Пясъчните плажове на България са едни от най-популярните и търсени морски дестинации. В близост до много от тях са изградени модерни хотели и курортни комплекси.

По данни на Комисията по крайбрежна околна среда на Международния географски съюз около 20% от пясъчните плажове отстъпват от брега със скорост около 1 м/г., което заплашва стабилността на инфраструктурата и основите на близките сгради. Нарастващото влияние на човешката дейност ускорява този процес, а в някои райони той придобива решаващо значение.

Повишаването на морското равнище, което е следствие на парниковия ефект, представлява сериозен проблем, на който се дължи размиването на пясъчните плажове. Според направените прогнози нивото на океаните може да нарасне от 1,17 м през 2050 г. до 3,45 м в 2100 г. При тези условия ерозията може да се превърне в сериозна опасност и да причини значителни щети на икономиката на България и други крайбрежни държави.

За решаването на тези проблеми от няколко години студенти на Архитек­турния факултет на ВСУ „Черноризец Храбър“ съвместно с колеги от Технологичния университет в град Делфт, Холандия, под ръководството на проф. Ферхаген и инж. Вьооренд изследват динамиката на въздействие на вълните върху морската крайбрежна зона на Варна.

През настоящата година се предвижда обучение на специалисти в магистърската програма „Брегово инженерство“. Тя се реализира от Архитектурния факултет на Варненския свободен университет „Черноризец Храбър“ съвместно с Технологичния университет в град Делфт, Холандия.

През октомври 2013 г. бяха проведени експериментални теоретични изследвания на въздействието на вълните върху ивиците в кк Св. св. Константин и Елена – хотел „Азалия“ и хотел „Сириус“; в кк Златни пясъци – плаж Кабакум, плажа в кв. „Аспарухово”, плажовете и вълнолома на курортните комплекси в румънския град Констанца. Бяха проучени и условията и възможностите за изграждане на изкуствени острови в Черно море.

Експерименталните изследвания включваха измерване на водолинията и профила на дъното на плажа, характеристиките на вълните (височина, скорост, брой за определен период от време и др.), батиметрични измервания, изследвания на тетраподи и буни. Целта е получаването на реална картина за промяната на профила на брега и брегозащитните съоръжения спрямо резултатите от проучванията през изминалите години, за да бъде отчетен характерът на литодинамичните процеси, протичащи в съответните обекти. Измерванията бяха извършвани със специализирани уреди и инструменти, предоставени от Технологичния университет в Делфт, и със съдействието на инж. Боян Савов – представител на холандската фирма „Ван Оорд“. Студентите работиха със специални сонари, GPS устройства, анализатори на вълни, анемометри и др.

Анализите на плажовете в кк Св. св. Константин и Елена и кк Златни пясъци показаха, че  значителното изменение на количеството на пясъчния материал произтича от филтрирането на пясъка през линията на откъсване на вихъра на вълната от нейната основа (пясъкът преодолява прибойната зона в дисперсно състояние). Редуването на зимни и летни профили е свързано със сезонните изменения на стръмността на вълната – фиг. 1. Зимните щормови вълни са по-стръмни и имат тенденция да размиват плажа, а летните имат по-малка стръмност и го възстановяват. За граница между формирането на зимни и летни профили се приема стръмност на вълната h/

=0,025, където h е височината на вълната, а е нейната дължина.

Ако теоретично приемем, че този процес е свързан само със структурните особености на периодичните щормови вълни през зимата, то би следвало при изменение на хидродинамичната ситуация през лятото количеството на пясъчния материал да се възстанови, което не съответства на действителността.

На базата на характеристиките, получени при експерименталните изследвания, е направено заключението, че значителна част от енергията на вълновото въздействие се пада на частта на слабите и умерени вълни. Затова в средната и тилната част на плажа пясъчният материал се размива значително по-малко и дълго време остава в същото количество. Този участък е подложен на вълново въздействие само при щормови вълни. Анализът на надлъжното движение на вълните показва, че надлъжният транспорт на пясъчни наноси се дължи на косо полегати вълни (необходимо и достатъчно условие за възникване на надлъжно движение е формирането на наклон между бреговата линия и лъча на вълната от 2° до 4°). Правите, насочени към брега, импулси на вълновите колебания и обратните, насочени към морето, импулси са неравни по скорост на движение и период на действие.

Преобладаващата скорост на правите импулси в сравнение със скоростта на обратните нараства с приближаването към брега. В определена точка, наречена неутрална (или равновесна), това преобладаване компенсира силата на тежестта и в тази точка пясъчните частици няма да изпитват преместване нито нагоре, нито надолу по склона.

Детайлните анализи установяват, че загубата на пясъчен материал произтича, когато във времето транспортът на наноси вследствие въздействието на щормовите прави и обратни вълни се изменя в полза на обратните вълни.

Изчисляването на параметрите – височина, посока, дължина и периода между две съседни вълни, е изпълнено за всяка точка на времето. Оценката е извършена за точки с координати (43° 13' N, 28° 00' E)  между 30-38 км източно от нос Шабла.

Теоретичният анализ на експерименталните изследвания и GPS измерванията показва, че в сравнение с 2011 г. и 2012 г. през 2013 г. ерозията на плажа пред хотел „Сириус“ е постоянна и значителна и профилът на водолинията се е преместил с около 3 м в средната част от плажа -  фиг. 2.

Ерозията се е задълбочила в североизточната част от плажа, което подсказва, че доминиращите вълни са в тази посока. Това води до размиване на пясъчния плаж и дефицит на пясъчен материал. И тъй като в тази част от крайбрежието няма значителен внос на пясъчни наноси, продължителната ерозия може да се превърне в проблем на плажа пред хотел „Сириус“.

Същите изводи са направени и при изследванията на плажовете пред хотел „Азалия“ в кк Златни пясъци и плажа в кв. „Аспарухово”. GPS проследяването на профила на водолинията на тези плажни зони показва дългосрочната тенденция на развитие на морфодинамичните и литодинамичните процеси в бреговата зона на българското Черноморие.

Изследванията на напречнобреговите профили позволява да се види промяната на бреговата зона на плажа, а когато такива профили са измерени на годишни бази, това дава потенциал да се оценят темповете на ерозия през годините.

Резултатите позволяват да се оцени дефицитът на пясъчни наноси по плажната ивица през годините. Измерваният напречен профил на разпределение на пясъчния материал подкрепя заключението, че бреговата линия на плажа пред хотел „Сириус“ е подложена на постоянна ерозия.

 

Изводи:

 

Изследванията, проведени в периода 2011-2013 г. от студенти на Архитектурния факултет на ВСУ „Черноризец Храбър“ и Техническия университет, Делфт, Холандия, показват, че бреговата линия на пясъчните плажове на курортите по северното крайбрежие на Черно море е подложена на продължителна ерозия.

Вследствие на това профилът на водолинията на крайбрежната зона се е преместил с около 3 м по-навътре в централната част на плажа.

Доминиращите вълни, водещи до размиване на пясъчните плажове, имат посока север-североизток. Следователно в североизточните части на крайбрежието е необходимо да бъдат взети мерки за тяхното брегоукрепване.

Трябва да продължат изследванията по проблемите на зоната и да бъдат подготвени съответните специалисти по брегово инженерство. Реализацията на магистърската програма на Архитектурния факултет на ВСУ „Черноризец Храбър“ съвместно с Технологичния университет, Делфт, Холандия, е от голямо значение за създаване на бъдещите специалисти в тази област.