Опасные экзогенные процессы и техногенез на берегах и шельфе Печорского и Карского морей (РНФ)НИР

Hazardous exogenous processes and technogenesis on the coasts and shelf of the Pechora and Kara seas

Источник финансирования НИР

грант РНФ

Этапы НИР

# Сроки Название
1 13 мая 2022 г.-31 декабря 2022 г. Опасные экзогенные процессы и техногенез на берегах и шельфе Печорского и Карского морей
Результаты этапа: Выполнен основной объем запланированных на 2022 год научных исследований. Получены характеристики межгодовой изменчивости различных гидрометеорологических параметров, имеющих значение для моделирования динамики берегов: среднегодовая температура воздуха, годовая накопленная положительная среднесуточная температура воздуха, число дней с положительными среднесуточными температурами, среднегодовая скорость ветра и повторяемость штормов, повторяемость волноопасных направлений ветра; продолжительность и даты начала и окончания безледного периода. Восстановлены многолетние ряды температуры, скорости и направления ветра; получены даты начала и конца безледного периода на гидрометеорологических станциях; выполнены расчеты изменчивости температурного и волноэнергетического компонентов; рассчитан индекс таяния - годовая сумма положительных среднесуточных температур. Установлено, что на всех рассмотренных станциях прибрежно-шельфовой зоны Печорско-Карского сектора Российской Арктики, продолжительность безлёдного периода статистически значимо увеличилась за период 1979-2021 гг. Темпы изменений составили +10+25 сут/10 лет. Такие тренды, отнесённые к средним оценкам продолжительности безлёдного периода, свидетельствуют об относительных изменениях в 8-18%/10 лет. Продолжительность безлёдного периода расширяется как за счёт смещения дат начала периода на более ранние сроки, так и за счёт смещения дат окончания периода на более поздние сроки. Оба процесса являются статистически значимыми, их темпы оцениваются в -6-12 сут/10 лет и +1+13 сут/10 лет для дат начала и окончания периода соответственно. На всех рассмотренных станциях сумма положительных температур воздуха статистически значимо увеличилась за период 1979-2021 гг. Изменения составили от +8 до +12°С-дней/год. В относительных единицах, такие изменения соответствуют 9-20%/10 лет относительно средней оценки за 1979-2021 гг. Ветро-волноэнергетический потенциал разрушения термоабразионных берегов, рассчитанный по методу Попова-Совершаева, за период 1979-2021 гг. статистически значимо увеличился на всех станциях, кроме о. Колгуев и Сабетта. На ключевые участки нефтегазового освоения Печорско-Карского региона проведено дешифрирование разновременных аэрокосмических материалов, выполнены сегментация и картографирование береговой зоны Российской Арктики по основным факторам, определяющим ее динамику, включая литолого-геоморфологическое строение, геокриологические условия, морфогенетические типы берегов. Дан анализ результатов дешифрирования разновременных данных дистанционного зондирования Земли, полевых материалов, тематических карт и опубликованных и фондовых материалов, литологического, геоморфологического и геокриологического строения берегов. Составлены карты-схемы морфодинамических типов и динамики берегов и карты техногенных воздействий на ключевых участках нефтегазового освоения Печорского и Карского морей. На Харасавэйском (Карское море) и Варандейском (Печорское море) участках проведены полевые работы, в ходе которых выполнен цикл мониторинга береговых и криогенных процессов; проведено литолого-геоморфологическое обследование, измерена глубина сезонного оттаивания мерзлых пород, выполнена фотосъемка состояний берегозащитных сооружений, проведен мониторинг техногенных нарушений морфолитогенной основы и трансформации криогенных ландшафтов, и их влияния на инженерные сооружения на ключевых участках нефтегазового освоения; дана оценка состояния береговых гидротехнических сооружений; составлены карты и схемы динамики берегов; составлены каталог и карта техногенных нарушений; выполнена оценка эффективности проведения берегозащитных мероприятий на объектах нефтегазотранспортного комплекса; дана оценка влияния опасных криогенных процессов на устойчивость инженерных и гидротехнических сооружений. Членом научного коллектива Анной Владиславовной Новиковой непосредственно по тематике проекта РНФ защищена диссертация на соискание ученой степени кандидата географических наук на тему «Морфология и динамика термоабразионных берегов Карского моря». Выполненный в ходе диссертационной работы анализ разновременных космических снимков за последние 50 лет показал, что 40% протяженности береговой линии материкового побережья Карского моря в настоящее время испытывает отступание, 3% - выдвижение, 57% остается стабильной. При этом, установлено, что современная динамика берега на значительном протяжении (около 35% береговой линии) не соответствует его морфогенетическому типу. Среди исследованных ключевых участков Карского моря наиболее высокие среднемноголетние скорости отступания получены для термоабразионных берегов, сложенных высокольдистыми отложениями с выходами подземных льдов и подверженных воздействию ветровых волн открытого моря: западное (1,2 м/год) и восточное (1,9 м/год) побережья о. Белый; Уральский берег Байдарацкой губы (1,2 м/год); западное побережье Ямала в районе пос. Харасавэй (1,1 м/год). На побережье Карского моря с начала XXI века установлена тенденция к ускорению отступания термоабразионных и активизации размыва аккумулятивных берегов, что связано с ростом волнового и термического воздействия и, на отдельных участках - с началом активного хозяйственного освоения. Выполнена оценка интенсивности воздействий ледяных образований на берега и дно Байдарацкой и Обской губ примирительно к усредненным ледовым условиям начала XXI века. В исследовании были использованы спутниковые данные видимого диапазона, полученные с помощью спектрорадиометра среднего разрешения MODIS, установленного на спутниках Terra и Aqua, а также изображения радиолокатора с синтезированной апертурой (РСА) SAR-C, установленного на спутниках Sentinel-1. По итогам дешифрирования спутниковых изображений получены основные характеристики ледяного покрова Байдарацкой и Обской губ Карского моря в ледовый сезон, включая положение кромки припая, его торосистость, крупные стамухи и ледяные поля. На основе методики районирования интенсивности ледяных образований в прибрежно-шельфовой зоне замерзающего моря (Огородов, 2011), материалов Росгидромета, документирующих следы ледовой экзарации на дне (эхограммы, локатор бокового обзора) и с учетом результатов дешифрирования ледовых условий выполнена оценка интенсивности воздействий ледяных образований в Байдарацкой губе применительно к усредненным ледовым условиям начала XXI века. На базе карт ледовых условий, материалов собственных исследований и литературных данных об основных районах формирования, дрейфа и посадки на мель ледяных торосистых образованиях выполнена оценка интенсивности их воздействий на дно за несколько последних лет, учитывающая изменение интенсивности ледовых условий. Составлена карта районирования Байдарацкой губы Карского моря по видам и размерам ледяных образований, характеру их взаимодействия с дном и морфологии создаваемых форм микрорельефа. На карте выделены: область развития неустойчивого припая «на плаву», в пределах которой формируются вдольбереговые гряды торосов; область торошений в прикромочной зоне припая, где происходит интенсивная экзарация дна «ледяными» плотинами в результате напорных движений ледяного покрова в сторону суши и дрейфующими вдоль кромки припая ледяными тороситыми образованиями; область дрейфующих льдов, где имеет место интенсивная экзарация килями торосистых образований, вмерзших ледяные поля; область дрейфующих льдов открытого моря, где фиксируется крупнобороздчатая экзарация килями тяжелых глубокосидящих торосистых образований, вмерзших в ледяные поля; область айсбергового воздействия. Установлена четкая связь между глубиной моря, ледовыми условиями и интенсивностью выпахивания ледяными торосистыми образованиями.
2 1 января 2023 г.-31 декабря 2023 г. Опасные экзогенные процессы и техногенез на берегах и шельфе Печорского и Карского морей
Результаты этапа: На этапе 2023 года выполнен основной объем запланированных исследований. Для Харасавэйского участка (Западный Ямал) протяженностью 22 км проведён сопряженный анализ факторов, определяющих пространственную и временную изменчивость динамики морских берегов в криолитозоне. В пределах участка представлены берега абразионного и аккумулятивного строения. Литолого-геоморфологические и инженерно-геокриологические особенности данного сегмента побережья детально изучены. Район хорошо обеспечен гидрометеорологическими данными. В распоряжении коллектива имеются детальные картографические и аэрокосмические материалы высокого и сверхвысокого разрешения по 10 временным срезам с 1964 по 2022 гг. Результаты дешифрирования материалов дистанционного зондирования, данные полевых геокриологической и геоморфологической съёмки рельефа и отложений берегов, ретроспективные расчеты изменчивости гидрометеорологического потенциала, параметры ветрового волнения, полученные с помощью модели WaveWatch III, были использованы для сопряженного анализа. Для оценки скорости смещения береговой линии была использована методика DSAS - Digital Shoreline Analysis System v.5.1. Отступание бровки уступа характеризуется слабовыраженным положительным трендом во времени. Как для термоабразионных, так и аккумулятивных берегов характерна многолетняя тенденция к отступанию со скоростью 1,0 м/год и 0,4 м/год, соответственно. В 60-е и в начале 70-х гг., до начала широкомасштабного освоения месторождения, темпы разрушения были сопоставимы со среднемноголетними. Наиболее высокие значения отступания берега характерны для сегмента берега в 500 м к северу от мыса Харасавэй. Литологическая неоднородность не является ведущей в пространственной дифференциации темпов размыва. Корреляции темпов отступания берегов с изменениями значений ветрового волнения или индекса таяния также не найдено. Несмотря на увеличение продолжительности безлёдного периода в два раза за последние 40 лет и рост длины разгона волн – многократного ускорения разрушения берегов, прогнозируемого некоторыми исследователями, не зафиксировано. Это может быть связано с метахронностью термического и волноэнергетического воздействия. Выявленный прирост суммарной волновой энергии за безледный период компенсирован снижением повторяемости экстремальных штормовых событий или более ранним их возникновением, когда отложения уступа находятся в мерзлом состоянии. Высокие значения отступания бровки берегового уступа приурочены к началу освоения Харасавэйского месторождения, в ходе которого проводилось изъятие пляжеобразующих наносов и отложений уступа размыва, дноуглубительные работы и гидронамыв. Техногенное воздействие не дает выявить зависимость между гидрометеорологическим потенциалом и временной изменчивостью динамики берегов. На этапе 2023 года на примере района трассы подводного перехода магистрального газопровода «Бованенково - Ухта» через Байдарацкую губу Карского моря проведена оценка интенсивности воздействия ледяных торосистых образований на дно в связи с возможным ущербом линейным гидротехническим сооружениям. Проанализированы материалы гидроакустического профилирования, локации бокового обзора, эхолокации, подводной фото- и видеосъемки. Определены величины экзарации дна, встречаемости и глубины ледово-экзарационных форм, образовавшихся после строительства. Свежие следы ледового выпахивания фиксируются в пределах засыпанной трассы траншеи, как на листе чистой бумаги. Период после строительства трубопровода период совпал со снижением ледовитости в Карском море. Последний аспект позволил сделать фундаментально-научные выводы о влиянии потепления климата на интенсивность экзарации дна ледяными образованиями. Составлена карта-схема районирования дна вдоль трассы трубопровода по интегральной интенсивности экзарации дна, учитывающей повторяемость следов ледового выпахивания и глубину борозд. Выполнено сравнение с аналогичной картой-схемой, составленной до начала строительства перехода газопровода, т.е. до периода потепления и резкого снижения ледовитости. Для периода потепления климата и снижения ледовитости определены интегральные величины интенсивности экзарации дна ледяными торосистыми образованиями: встречаемость и параметры «молодых» борозд выпахивания в зависимости от глубины моря. Отмечено снижение размеров ледово-экзарационных форм и глубины их внедрения в грунт. Установлено, что зона наиболее интенсивного ледово-экзарационного воздействия сместилась с глубины 17-20 м на глубину 12-16 м, что объясняется снижением толщины ровного льда и размеров торосистых образований. При этом, глубина ледово-экзарационных форм, и, соответственно, внедрения в грунт килей ледяных торосистых образований также снизилась, не превысив 0,5-0,9 м. Таким образом, по итогам выполненного исследования можно сделать вывод, что на современном этапе потепления климата и снижения ледовитости риски динамических воздействий на заглубленные в грунт линейные гидротехнические сооружения существенно снизились. В рамках работ 2023 года также проведена экспедиция на ключевой участок нефтегазового освоения в районе пос.Новый Порт на побережье Обской губы Карского моря. Осуществлен мониторинг береговых и криогенных процессов, состояния береговых гидротехнических сооружений, дана оценка эффективности берегозащитных мероприятий в условиях криолитозоны. По результатам геоморфологического обследования было выделено 8 морфогенетических типов и подтипов берегов, развитие которых определяется интенсивностью гидродинамического воздействия и особенностями литологического строения. Непосредственно на ключевом участке в бухте Новый Порт развиты только 6 подтипов берегов. Высокая морфологическая неоднородность берегов в створе посёлка Новый Порт в условиях весьма однородной гидродинамики обусловлена литологической неоднородностью морских отложений. Особый интерес представляет лайдовый тип берегов. В пределах Восточного Ямала воздействие штормовых нагонов приводит к интенсивному их разрушению даже на участках, неподтверждённых техногенному воздействию. Криогенные процессы и явления широко развиты как в пределах поселка, так и на береговых уступах, не затронутых техногенным воздействием. Наличие в приповерхностном слое мерзлых грунтов приводит к необходимости использования насыпных грунтов для строительства зданий и сооружений, а также в контексте конструкций фундаментов использовать проветриваемые подполья на сваях в зданиях. На береговых склонах близ поселка Новый Порт и на участке севернее косы Марасаля широко развиты термодунадационные процессы, представленные оползанием, обваливанием и осыпанием грунта вниз по склону. Незадернованные склоны данного типа свидетельствуют об активном развитии процесса в настоящее время. Наличие трещин отседания также свидетельствует о развитии оползневых процессов, как на техногенно нарушенных территориях, так и в естественных условиях. Еще одним мерзлотным экзогенным процессом, широко развитым на исследуемой территории, является термоэрозия. Термоэрозия развивается на склонах берегового уступа. Основным процессом динамики берегов в районе исследования является термоабразия, причем ей подвергаются как низкие, так и высокие поверхности. Это обуславливает необходимость проведения берегозащитных мероприятий. Наиболее часто применяемым методом защиты берега поселка служит засыпка берегового склона, в том числе строительным мусором. На землях поселений защита берегов несколько осуществляется глыбово-щебнистой наброской. Капитальными свайными конструкциями защищены наиболее динамичные участки, на которых развит термоабразионный процесс, а пляж отсутствует. Наибольшую опасность береговые криогенные процессы представляют и для Новопортовского мерзлотника, уникального сооружения, являющегося объектом культурно-исторического наследия регионального значения ЯНАО.
3 1 января 2024 г.-31 декабря 2024 г. Опасные экзогенные процессы и техногенез на берегах и шельфе Печорского и Карского морей
Результаты этапа: Для ключевых участков нефтегазового освоения побережья Печорского и Карского морей выполнен интегральный анализ рисков природопользования и произведен расчет прямого и косвенного экономического ущерба от опасных экзогенных процессов. Проведена оценка рыночной стоимости, существующих и запланированных к строительству в рамках инвестиционных проектов зданий и сооружений в районах распространения опасных экзогенных процессов на берегах Печорского и Карского морей. Для основных фондов существующих и запланированных крупных инвестиционных проектов разработана и апробирована методика оценки вероятного экономического ущерба от опасных экзогенных процессов. Выполнены расчеты стоимости ликвидационных и защитных мероприятий от опасных береговых процессов, получены величины издержек, связанных с необходимостью преодоления негативных экологических последствий и рекультивации земель. Оценочная стоимость основных фондов, которые будут локализованы в ареалах максимального риска, составила порядка 4 трлн руб. в ценах 2023 г. Это подтверждает острую необходимость проведения заблаговременных адаптационных защитных мероприятий при строительстве и эксплуатации инфраструктуры с целью минимизации вероятного ущерба.

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".