• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Falowanie i prądy a konstrukcje w strefie brzegowej morza

    23.07.2010. 04:18
    opublikowane przez: Redakcja Naukowy.pl

    Ponad 70 proc. polskiego wybrzeża cofa się. Odpowiedzialne za to procesy przepływu wody i ruchu osadów nie są w pełni poznane. Dodatkowo zjawiska te są zaburzane przez istniejące budowle hydrotechniczne - falochrony portowe, mola czy budowle ochronne brzegu. Czy można przewidzieć zmiany kształtu plaży? Co musimy wiedzieć o ruchu falowym blisko plaży? Jak zmieni się brzeg morski, jeżeli na pewnym jego odcinku zostanie wybudowany port z falochronami? Odpowiedzi poszukuje Piotr Szmytkiewicz z Zakładu Mechaniki i Inżynierii Brzegów Instytutu Budownictwa Wodnego PAN.

    Strefa brzegowa morza to obszar sięgający ok. 1-2 km, od strony lądu obejmujący plażę oraz przyległą wydmę lub klif, a od strony morza ograniczony głębokością około 20 metrów.

    "Obszar na styku lądu i morza, jak wszystkie obszary przejściowe, jest ciekawy, ale też trudny do opisania. Należy bowiem pamiętać, że +opisanie+ w naukach ścisłych oznacza budowę modeli matematycznych, czyli mniej lub bardziej skomplikowanych układów równań, weryfikowanych pomiarami wykonywanymi w naturze" - tłumaczy w rozmowie z PAP Szmytkiewicz.

    Naukowiec opisuje współoddziaływanie fali z dnem. Rozpoczyna się ono w momencie, kiedy fale podchodzące do brzegu zaczynają "odczuwać" obecność dna. W rezultacie zarówno dno, jak i fale ulegają trudnym do modelowania zmianom.

    "W pobliżu brzegu fale załamują się i uwalnia się znaczna ilość energii. Generuje ona powstawanie specyficznego systemu prądów morskich występujących w pobliżu brzegu, z których najsilniejszy jest prąd wzdłużbrzegowy" - opowiada naukowiec.

    Szmytkiewicz porównuje taki prąd do płynącej rzeki. Rzeka przenosi znaczne ilości osadów, głównie piasku. Transport tych osadów jest bardzo nierównomierny, dlatego pewne odcinki brzegów mocno się cofają i następuje erozja, a w innych obserwuje się przyrost brzegu.

    W wyniku oddziaływania wywołanych wiatrem fal z dnem, ich odbić od brzegu morskiego w strefie brzegowej, powstaje specyficzny układ bardzo długich fal przemieszczających się równolegle do brzegu. Noszą one nazwę fal podgrawitacyjnych. Te fale szczególnie interesują doktoranta IBW PAN.

    "Według pewnych teorii, fale te w bezpośrednim sąsiedztwie brzegu mogą mieć znaczny, czasem nawet ponad 50-procentowy, udział w całkowitej energii przemieszczających się mas wody. W rezultacie ich oddziaływanie może stanowić bardzo ważny czynnik powodujący zmiany w budowie i położeniu brzegu morskiego" - wyjaśnia Szmytkiewicz.

    Badania nad tym zjawiskiem pod koniec lat 70. rozpoczął prof. Stanisław Massel i prof. Stanisław Musielak. W swojej pracy potwierdzili oni występowania tego typu fal na polskim wybrzeżu, ale ciągle całościowy ich opis oraz ocena wpływu na brzegi morskie jest, zdaniem Szmytkiewicza, daleki od pełnego rozpoznania.

    Jego zespół prowadzi badania eksperymentalne w warunkach naturalnych w Morskim Laboratorium Brzegowym w Lubiatowie. Obejmują one pomiar falowania na otwartym morzu i blisko brzegu, prądów morskich w strefie brzegowej, nabiegania fal na brzeg, zmian głębokości dna, zmian położenia linii brzegowej, jak również charakterystyk zewnętrznego tła tych zjawisk, tj. podstawowych parametrów meteorologicznych (prędkości i kierunków wiatru).

    Analiza wyników pozwoliła na wyznaczenie podstawowych parametrów fal podgrawitacyjnych zmierzonych w warunkach naturalnych. Na tej podstawie sformułowano matematyczny opis powstawania tych fal na brzegach południowego Bałtyku. Ostatni etap pracy obejmuje znalezienie zależności pomiędzy miejscami występowania grzbietów fal podgrawitacyjnych, a erozją brzegu.

    Entuzjazm Piotra Szmytkiewicza został wsparty przez Zarząd Województwa Pomorskiego, który przyznał badaczowi 30 tys. zł stypendium z programu "InnoDoktorant".

    "Uposażenie pracowników naukowych jest stosunkowo niewielkie, a asystentów, mówiąc delikatnie, bardzo daleko odbiegające od standardów europejskich. W celu podratowania swojego budżetu w 2009 roku uczestniczyłem w czterech dużych projektach komercyjnych związanych z przygotowaniami projektów nowych inwestycji hydrotechnicznych w strefie brzegowej morza" - wspomina nagrodzony.

    Przyznaje, że dzięki stypendium "InnoDoktorant" mógł skupić się wyłącznie na pracy naukowej. Uczestniczył w drugiej międzynarodowej konferencji poświęconej dynamice strefy brzegowej mórz bezpływowych odbywającej się Baltijysku, w Rosji. Został wyróżniony nagrodą dla autora najlepszego posteru. Stypendium pozwoliło mu na znaczne przyspieszenie napisania doktoratu i przyszłego powrotu do prac na rzecz gospodarki.

    Szmytkiewicz podkreśla, że pracownicy IBW PAN uczestniczą w wielu pracach na rzecz inwestycji dotyczących hydrotechniki morskiej. Jego starsi koledzy rozpoczynali swoją działalność naukową od udziału w sztandarowej w latach 70. inwestycji, jaką była budowa Portu Północnego. Współcześnie wykonuje się obliczenia dotyczące parametrów hydro-, lito- i morfodynamicznych dla większości inwestycji realizowanych w Polsce, np. projektowanej budowy portu gazowego w Świnoujściu.

    "Po złożeniu pracy doktorskiej na pewno wrócę do zespołu wykonującego prace na rzecz gospodarki. Prace te, pomijając wszystkie inne aspekty, stanowią zawsze swego rodzaju egzamin praktyczny z posiadanej wiedzy" - zapowiada rozmówca PAP.

    Jego oferta dotyczy studiów przedinwestycyjnych, analiz środowiskowych oraz prac naukowo-badawczych niezbędnych do projektowania, budowy, modernizacji lub funkcjonowania obiektów budownictwa morskiego i zabezpieczeń brzegów morskich. Może wykonywać pomiary, analizy i modele warunków hydrologicznych, hydrodynamicznych, litodynamicznych, morfodynamicznych, hydrograficznych, transportu substancji biernych (w tym niektórych zanieczyszczeń) i ewolucji linii brzegowej. Proponuje też współpracę przy pozyskiwaniu partnerów, pomysłów oraz finansów z funduszy strukturalnych i europejskich dla firm z sektora gospodarki morskiej.

    Szmytkiewicz kończy teraz dwa artykuły - jeden dla krajowej prasy inżynierskiej, drugi dla periodyku z listy filadelfijskiej oraz doktorat pisany pod kierunkiem dra hab. inż. Grzegorza Różyńskiego. KOL

    PAP - Nauka w Polsce

    agt/kap/


    Czy wiesz ĹĽe...? (beta)
    Opaska brzegowa – to rodzaj budowli regulacyjnej, stosowanej w hydrotechnice, której funkcją jest umocnienie i zabezpieczenie przed erozją istniejącego brzegu cieku lub zbiornika wodnego. Opaski brzegowe stosowane są zarówno jako śródlądowe budowle hydrotechniczne jak i jako budowle morskie, służące technicznemu zabezpieczeniu brzegu. Opaska brzegowa jest konstrukcją budowlaną, która jednym bokiem przylega do akwenu (wody), a przeciwległym bokiem do istniejącego brzegu. Musi więc zostać w ten sposób zaprojektowana i wykonana, aby nie podlegała niszczącemu działaniu wody i aby zapewniona była jej stateczność, przy uwzględnieniu erozji dennej jaka może występować, szczególnie na ciekach wodnych. Opaska brzegowa jest więc analogiczną konstrukcją jak tama podłużna, ale stosowaną dla istniejącego brzegu, a tama stosowana jest w celu wytworzenia nowej linii brzegowej i jej zabezpieczenia. Inną istotną różnicą jest też to, że tama początkowo z dwóch stron otoczona jest wodą, do czasu zalądowienia przestrzeni wyłączonej, a opaska brzegowa od początku swego istnienia jedną stroną opiera się o przyległy teren. Skutkuje to, mimo pewnych podobieństw, nieco innym sposobem kształtowania i konstruowania stosowaną dla obu typu budowli. Przybrzeże, pas przybrzeżny – obszar płytkiego morza przylegający bezpośrednio do brzegu (plaży), na którym fale oscylacyjne przełamują się, a następnie jako fale translacyjne rozchodzą się w kierunku plaży. Prądy strugowe (prąd rozrywający, prąd porywający, prąd strugowy, prąd wciągający, ang. rip current) - zlokalizowane i czasami silne prądy w strefie przybrzeżnej, w kierunku otwartego morza, związane z załamującymi się falami w strefie przyboju oraz ze zmienną charakterystyką strefy brzegowej (falochrony, rowy). Typowe wielkości prądów rozrywających wynoszą około 0-1m/s (0-2 węzły) ale mogą dochodzić do 2.5m/s w tzw. mega-strugach. Prądy te powstają wszędzie tam gdzie załamują się fale. Prądy rozrywające rozszerzają się po przejściu strefy przyboju (strefy początku załamywania się fal).

    Wybrzeże niskie – wybrzeże piaszczyste, łagodnie opadające ku morzu. Delikatnie opadające dno umożliwia bezpieczne kąpiele. Plaża brzegu niskiego jest bardzo szeroka i piaszczysta, dlatego fale nie niszczą brzegu i drzewa nie mogą spaść na plażę. Dodatkowo wiatr bardzo często usypuje wydmy. Umocnienie brzegu – to sposób ukształtowania brzegu określonego akwenu, które dzięki podjęciu określonych robót, zapewnia stateczność i utrwalenie brzegu oraz zabezpiecza go przed erozją, w szczególności erozją wodną. Umocnienia brzegów stosuje się w zależności od potrzeb w odniesieniu do brzegów wszystkich rodzajów akwenów wód powierzchniowych, zarówno wód morskich jak i śródlądowych. Szczególne znaczenie takie działania mają w odniesieniu do cieków wodnych, w których występują takie zjawiska jak przepływ wody i wynikające z niego unoszenie rumowiska. Natomiast w zbiornikach wodnych występuje między innymi zjawisko falowania. Te i inne czynniki powodują erozję wodną brzegów. Oprócz niej występują także inne zjawiska mające wpływ na niszczenie brzegów, takie jak ruchy masowe, erozja wiatrowa, czy człowiek i jego działania. Umocnienie brzegu może być częścią większego przedsięwzięcia, np. stanowić całość techniczno–użytkową z umocnieniem dna akwenu, lub zostać wykonane jako niezbędny element ubezpieczenia określonego stanowiska przy budowie stopnia wodnego, jako kontynuacja przyczółka określonej budowli piętrzącej lub mostu.

    Odpływ (odpływ zwrotny, odpływ denny, ang. undertow) - przepływ wody blisko dna w stronę morza powodowany przez fale transportujące wodę na powierzchni morza w stronę brzegu. Nadbrzeże – część strefy brzegowej przylegająca bezpośrednio do brzegu morskiego od strony lądu. Przeważnie na nadbrzeżach występują wydmy. Nadbrzeża są zalewane przez wodę tylko przy wyjątkowo silnych sztormach.

    Klif, faleza, urwisko brzegowe, brzeg wysoki – stroma, często pionowa ściana brzegu morskiego lub jeziornego, utworzona wskutek podmywania brzegu przez fale (procesu abrazji) zachodzącego u jej podstawy na styku z platformą abrazyjną. Wybrzeże koralowe (rafowe) – typ wybrzeża organicznego. Występuje ono w strefie zwrotnikowej, w ciepłych morzach oraz w strefie pływów o dużych amplitudach, ale przy niewielkiej energii fal. Udział w ich budowie mają korale – organizmy z podgromady koralowców (Corrallium). W skład rafy wchodzą także mszywioły, stułbiopławy i wapienne wodorosty. W pobliżu brzegu tworzą one rafy koralowe. Rafy tworzą też bariery w pewnym oddaleniu od brzegu, a wtedy na nich skupia się największa energia fal i brzeg jest chroniony przed ich niszczącą działalnością. Między wybrzeżem a barierą występuje często płytka laguna. Po stronie rafy wybrzeże ma stoki łagodne, zaś od strony morza strome. Brzeg może narastać pod wpływem plątaniny powstałej przez korzenie słonolubnych roślin. Wybrzeża tego typu możemy spotkać na: Sri Lance, Tunezji, Sumatrze, Nowej Gwinei, Kubie, Kolumbii, Zatoce Bengalskiej.


    Sakarun lub Saharun – długa na około 800 m piaszczysto-żwirowa plaża na północno-zachodnim brzegu chorwackiej wyspy Dugi Otok, nieopodal wsi Veli Rat, Verunić, Soline i Božava. Drobny biały piasek nadaje morzu żywą niebiesko-zieloną barwę. Morze na długości niemal 100 metrów od brzegu jest wciąż bardzo płytkie. Na granicy dozwolonego pływania – tj. w odległości około 250 metrów od brzegu – głębokość wynosi jedynie 3,5 metra. Na plaży istnieją dwa obiekty turystyczne: koktajl bar i gospoda. W okresie letnim z kompleksu hotelowego w Božavie niezależnie od pogody kursuje kolejka. Sama plaża jest niestety zależna od otwartego morza, które wyrzuca na nią różne nieczystości, więc widok puszek, butelek, reklamówek czy wodorostów itp. nie jest rzadkością.

    Tama – rodzaj budowli regulacyjnej stosowanej w hydrotechnice, służącej wytworzeniu i utrwaleniu nowego brzegu na cieku. Ten rodzaj budowli jest więc stosowany przy regulacji rzek, celem wytworzenia nowego brzegu oraz jego utrwalenia, tzn. zabezpieczenia przed niszczącym działaniem przede wszystkim przepływającej w cieku wody powodującej erozję boczną, ale i równocześnie także innych czynników powodujących erozję.

    Wyspa barierowa - jedna z lądowych form akumulacyjnych powstających wzdłuż wybrzeża w wyniku wzdłużbrzegowego i poprzecznego do brzegu przemieszczania się osadów, w miejscach spadku energii fal. Mają najczęściej postać wąskich i długich piaszczystych i piaszczysto-żwirowych utworów o niewielkim wyniesieniu ponad poziom morza. Most Oławski (Mauritius Brücke – Most św. Maurycego, Margarethenbrücke, Most Wygonowy) – most drogowy położony we Wrocławiu, stanowiący przeprawę nad rzeką Oława. Około 200 m poniżej mostu Oława ma swoje współczesne ujście do Odry (którego położenie w historii miasta i śląska, zmieniało się w sposób naturalny, lub było wielokrotnie zmieniane w wyniki inwestycji hydrotechnicznych prowadzonych przez człowieka). Most zlokalizowany jest w ciągu ulic: Walońskiej (lewy, zachodni brzeg rzeki) oraz Na Grobli (prawy, wschodni brzeg rzeki). W miejscu współczesnego mostu, wcześniej istniała kładka służąca przepędzaniu bydła na pastwisko położone na prawym brzegu rzeki. Ten fakt utrwalił stosowaną przez pewien czas nazwę Most Wygonowy. Na prawym brzegu rzeki tuż poniżej mostu, na północ od Ulicy Na Grobli znajduje się tern Portu Ujście Oławy.

    Strefa pływów (strefa międzypływowa) – obszar położony wzdłuż brzegu morskiego, którego górną granicę wyznacza poziom wysokiej wody syzygijnej średniej a dolną – poziom niskiej wody syzygijnej średniej, zalewany i odsłaniany cyklicznie przez pływy morskie. Środowisko to cechują bardzo duże zmiany warunków fizyczno-chemicznych, związane z dobowym cyklem pływów. W związku z różnym czasem trwania wynurzenia ponad wodę cechuje go też charakterystyczna strefowość pionowa i duże zróżnicowanie siedlisk, zasiedlanych przez specyficzne zespoły organizmów. Linia podstawowa to granica od której mierzy się szerokość morza terytorialnego i innych stref morskich danego państwa. Jest nią linia wybrzeża w stanie najdalszego odpływu lub granica zewnętrzna morskich wód wewnętrznych. W państwach archipelagowych jest to zewnętrzna granica wód archipelagowych. W przypadku mocno ukształtowanej linii brzegowej linię podstawową wytycza się z użyciem tzw. prostych podstawowych, łączących najdalej wysunięte punkty wybrzeża lub wysp przybrzeżnych. Długość pojedynczej prostej podstawowej nie powinna przekraczać 12 mil morskich (ograniczenie to nie dotyczy zatok historycznych danego państwa), a w przypadku wód archipelagowych 100 mil morskich.

    Dodano: 23.07.2010. 04:18  


    Najnowsze