КОМПЛЕКСНЫЕ ГЕОЛОГО-ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЯ В БЕРЕГОВОЙ ЗОНЕ ОСТРОВА КОТЛИН

Заказчик: Санкт-Петербургское государственное геологическое унитарное предприятие «Специализированная фирма «Минерал»
Научный руководитель: Рябчук Д.В., зав.отделом, к.г.-м.н.
Ответственный исполнитель: Сергеев А.Ю., ст.н.с., к.г.-м.н.
Исполнители: Буданов Л.М., инж.; Григорьев А.Г., вед. н.с., к.г.-м. н.; Дерюгина Н.О., техн.; Дронь О.В., инж.; Жамойда В.А., вед. н.с., к.г.-м.н.; Ковалева О.А., инж.; Кропачев Ю.П., вед. инж.; Мануйлов С.Ф., зам.зав.отд.; Малышева Н.Б., вед. инж.; Меньшенина И.В. вед.инж.; Неевин И.А., инж.; Нестерова Е.Н., ст.н.с.; Рябчук Д.В., зав.отделом, к.г.-м.н.; Спиридонов М.А. глав. н.с., д.г.-м.н. (ФГУП «ВСЕГЕИ им.А.П.Карпинского»); Сухачева Л.Л., вед. н.с., к.г.-м.н.; Останин Н.Б., инж. (НИИКАМ); Орлова М.И., вед. н.с, д. биол. н. (ЗИН РАН); Колесов А.М., главн. синоптик Санкт-Петербургского ЦГМС-р.

Цель работ: систематизация, обобщение и анализ архивных, фондовых и опубликованных материалов и получение массива актуальной геолого-геофизической информации о состоянии геологической среды береговой зоны о. Котлин и развитии опасных геологических процессов, необходимой для составления Генеральной схемы берегозащиты и эскизного проекта системы берегозащиты о. Котлин.

Основание для проведения работ: Государственный контракт № 362-16 от 26.09.2016 г. на оказание услуг по созданию Генеральной схемы берегозащиты о. Котлин.

Выполнена актуальная оценка современного состояния берегов о.Котлин, выявлены закономерности лито- и морфодинамичеких процессов, определена направленность процесса лито- и морфодинамики, установлены участки наиболее вероятного опасного размыва берегов, охарактеризованы берегозащитные сооружения острова и даны рекомендации по созданию Генеральной схемы берегозащиты о. Котлин. Дана характеристика основных природных и антропогенных факторов, воздействующих на динамику прибрежной зоны и работу берегозащитных сооружений. В ГИС (программа ArcGIS 10.2) составлены карты четвертичных отложений подводной и надводной частей береговой зоны Невской губы, литологическая карта поверхности дна в масштабе 1:25000 и создана схема литодинамики береговой зоны. Создан эскизный проект системы берегозащиты о. Котлин.

Основные результаты
В ходе выполнения Исполнителями проекта (СФ «Минерал», ФГБУ «ВСЕГЕИ» и ООО «ЛенВодПроект» с привлечением широкого круга специалистов научных и производственных организаций – СпбГУ, НИИКАМ, ИО РАН, ООО «Морион» и др.) был выполнен широкий комплекс междисциплинарных исследований, основной задачей которого было создание эколого-геологической и инженерно-геологической основ берегозащиты (Генеральной схемы берегозащиты) побережья острова Котлин. Выполненная работа представляет собой результат современной оценки и анализа состояния геологической среды береговой зоны о-ва Котлин на сопряженных с ним участках суши и прибрежного морского дна Финского залива и Невской губы.
Весь объем полученных данных был проанализирован с целью определения участков берегов, для которых необходимо проведение берегозащитных мероприятий, выбор оптимальных методов берегозащиты с учетом основных природных и антропогенных факторов и, в конечном итоге, разработка Генеральной схемы берегозащиты.
Результатом первого этапа работ явилась актуализация и детализация карты четвертичных отложений. К основным выводам, полученным в результате проанализированной информации относятся следующие:
- геологическое строение, тектонический режим и геоморфология береговой зоны создают предпосылки для активного развития экзогенных геологических процессов, и, прежде всего, абразии (размыва) берегов и подводного берегового склона.
- конфигурация острова Котлин и рельеф дна прибрежных мелководий во многом контролируются рельефом дочетвертичной поверхности.
- в геологическом строении береговой зоны участвуют ледниковые отложения и голоценовые песчаные осадки. По степени устойчивости к абразии эти отложения относятся к IV (морена) и V классам (пески), характеризующим неустойчивые и активно подвергающиеся абразии пород;
- скорости современных дифференцированных вертикальных движений на острове Котлин характеризуются значениями от –2 мм в год до –5 мм в год, на северо-востоке острова расположен центр зоны наиболее интенсивного опускания района. Среди главных результатов выполненных работ должны быть отмечены оригинальные геолого-геофизические работы в акватории таких геофизических методов, как гидролокация бокового обзора, непрерывное сейсмическое профилирование в сочетании с геологическим пробоотбором и подводные телевизионные наблюдения, позволившие получить принципиально новый фактический материал о поверхностном и приповерхностном геологическом строении морского дна. Вполне определенной степенью новизны отличаются и инженерно-геологические работы на берегах, где впервые была применена георадиолокация и неглубокое бурение, сопровождаемое инструментальным нивелированием и маршрутными литолого-геоморфологическими наблюдениями.
По результатам работ 2016 г. составлена литологическая карта дна акватории Финского залива и Невской губы масштаба 1:25 000, отличающаяся принципиально новым уровнем детальности по сравнению с результатами предыдущих исследований, установлены закономерности и особенности распределения поверхностных донных отложений. Наиболее важными особенностями распределения поверхностных донных отложений с точки зрения берегозащиты является определение площадей развития грубообломочных отложений и песчаных осадков по периферии острова Котлин, что определяет направленность и интенсивность развития абразионных процессов.
Результаты геохимических исследований показали, что в целом, эколого-геохимическая ситуация в пределах площади работ можно считать относительно благополучной. Отмечается загрязнение донных осадков Cu, Pb, Zn. Область загрязнения приурочена к району распространения тонкодисперсных осадков (алевропелитов и глин) расположенных в районе судоходного канала. Степень загрязнения донных отложений акватории восточной части Финского залива в районе о-ва Котлин существенно меньше, чем донных осадков Невской губы.
Проведенные маршрутные обследования и сравнительный анализ полученных данных с результатами работ 2008 г. показали, что на значительном протяжении берега западного Котлина испытывают интенсивный размыв (рис. 1). Основным источником осадочного материала для участков стабильных и нарастающих пляжей является размыв западных берегов острова. К берегам, находящимся в состоянии динамического равновесия, могут быть отнесены стабилизированные набережными и берегозащитными сооружениями берега восточного Котлина, а также участок южного берега западного Котлина, примыкающий к КЗС. По результатам ретроспективного анализа материалов аэро- и космосъемки были рассчитаны скорости отступания береговой линии составляет от 0,5 до 2,0 м/год, что является одним из самых высоких показателей для восточной части Финского залива в целом (рис. 2). Нарастание пляжей происходит в вогнутостях береговой линии со скоростью 0,3-0,4 м/год.
Основные закономерности литодинамических процессов береговой зоны о-ва Котлин определяются геологическим строением и рельефом береговой зоны, современными тектоническими движениями и волновым воздействием. Основную волновую нагрузку испытывает западная часть острова. Техногенным фактором, оказывающим воздействие на интенсивность абразионных процессов в западной части острова Котлин, является Комплекс защитных сооружений Санкт-Петербурга от наводнений, ввод которого в строй приводит к повышению уровня Финского залива с внешней стороны КЗС при закрытых створах, что является дополнительным фактором, усиливающим абразию.
Для предотвращения дальнейшего сужения западной части острова Котлин под воздействием опасных ЭГП рекомендуется выполнение комплексных мер по берегозащите, в основе которых должна лежать компенсация природного дефицита песчаного материала за счет его искусственной отсыпки.

Рекомендации по внедрению и использованию, включая инновационные предложения
Проведенные исследования показали, что береговая зона острова Котлин требует срочных мер по проведению комплексных мер по берегозащите. Наибольшей деградации подвержены берега в западной части острова, где наблюдаются одни из самых высоких темпов абразионных процессов в восточной части Финского залива. Особенности литодинамических условий в рассматриваемой береговой зоне и наличие особо охраняемых территорий на острове диктуют способы берегозащиты. Основные проблемы береговой зоны, западной части о-ва Котлин, как и в случае Курортного района, исследованного в ходе работ 2015 г., обусловлены резким дефицитом осадочного материала. Соответственно, основой идеологии берегозащиты должна быть подпитка потока наносов путем отсыпки искусственных пляжей. В соответствии с теоретическими положениями литодинамики и требованиями СП 32-103-97, пляжеобразующий материал должен максимально соответствовать природным условиям побережья, то есть основным типом берегозащитных сооружений должен быть искусственный песчаный пляж.
В то же время, выполненные геолого-геоморфологические исследования прибрежных мелководий позволили выявить важные особенности рельефа дна, приводящие к выносу песчаного материала из береговой зоны с его безвозвратной потерей. Кроме того, анализ гидрометеорологических факторов, воздействующих на береговую зону, и результатов многолетних наблюдений за интенсивностью размыва берегов показывает, что свободные искусственные песчаные пляжи в рассматриваемом районе являются экономически не эффективными, так как в условиях периодической осенне-зимней активизации гидродинамических процессов весь отсыпанный пляжевый материал будет вынесен в результате экстремальных штормов за пределы береговой зоны. Таким образом, рекомендуемыми сооружениями для обоих берегов западного Котлина являются искусственные песчаные пляжи в комплексе с пляжеудерживающими сооружениями. В качестве берегозащитных сооружений могут быть использованы различные конструктивные варианты бун (в том числе, проницаемых, Т-образных и т.д.), подводных волноломов, искусственных рифов и т.д.
Учитывая литодинамику побережья при создании искусственных пляжей необходимо предусмотреть регулярное пополнение их пляжеобразующим материалом (в объеме не менее 15% ежегодно).
Для аварийных участков берега, расположенных на мысах и существующих гидротехнических, берегозащитных и фортификационных сооружений, возможна разработка проектов «жесткой» берегозащиты (защитные откосные бермы, волноломы и т.д.).

Рис. 1. Абразионные участки берега на западной части о.Котлин со следами проявления интенсивных ЭГП


Рис. 2. Ретроспективный анализ материалов аэро- и космосъемки с 1939 по 2015 гг.