Zastosowanie modelu trójwarstwowego do opisu transportu rumowiska w sąsiedztwie progów podwodnych na przykładzie Kołobrzegu

• Autorzy: Chuda M. , Kaczmarek L. M.

Warianty tytułu

EN

The Use of a Three-layer Model for Description of the Sediment Transport in the Vicinity of Underwater Threshold on the Example of Kolobrzeg

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Głównym celem pracy było określenie i sparametryzowanie zjawisk hydrodynamicznych zachodzących w strefie brzegowej morza w obrębie progów podwodnych. W rejonie budowli typu próg podwodny zachodzą skomplikowane procesy hydrodynamiczne, które odgrywają znaczącą rolę w transporcie osadów zarówno od- i dobrzegowych, jak i wzdłużbrzegowych. W niniejszym artykule przeprowadzono analizę dla profilu 331,5 KM w rejonie Kołobrzegu i wykonano obliczenia transportu osadów przy różnym usytuowaniu progów względem brzegu oraz dla różnych ich wysokości i różnych wysokości progów podwodnych. Zmiany erozyjne brzegu w obrębie Kołobrzegu, obserwowane w latach 2007-2011, były bezpośrednią przyczyną powzięcia decyzji o rozpoczęciu w 2012 roku budowy umocnień ochronnych w postaci progów podwodnych, ostróg brzegowych oraz wykonania sztucznego zasilania plaży. Obliczenia wykonane na podstawie danych Urzędu Morskiego w Słupsku z 2013 roku wykazują jednak brak skuteczności tych umocnień, gdyż we wszystkich profilach brzegowych zanotowano zmniejszenie tzw. powierzchni aktywnej. Analiza wariantu z progiem ok. 100 m od brzegu pokazała, że transport rumowiska wzdłuż brzegu dominuje nad transportem od- i dobrzegowym. Obliczona maksymalna wartość tego transportu przed progiem od strony morza jest dwa razy większa od wartości tego transportu w sytuacji bez progu. Należy spodziewać się zatem wzmożonej erozji dna przed progiem od strony morza, wywołanej wzrostem transportu wzdłuż brzegu, spowodowanym wybudowaniem progu. Ponadto okazało się, że w sytuacji ukośnego podchodzenia fali do brzegu pod kątem 30°, dodatkowo przed progiem od strony morza występuje przewaga obliczonych wartości transportu odbrzegowego nad dobrzegowym, co również może oznaczać potencjalną erozję dna przed progiem. Z drugiej jednak strony obliczenia natężenia transportu rumowiska na odcinku pomiędzy progiem a linią brzegu pokazały, że jest ono praktycznie zerowe, co oznacza stabilizację profilu pomiędzy progiem a brzegiem. W pracy przeprowadzono także analizę różnych scenariuszy, dzięki którym można było ocenić skuteczność działania progów w zależności od odległości ich posadowienia od linii brzegowej oraz od położenia korony budowli pod poziomem wody. Obliczenia pokazały, że najkorzystniejszą lokalizacją budowli byłoby położenie progów na głębokości 3.5 m, w odległości ok. 175 m od brzegu. Optymalną wysokością budowli byłaby wysokość rzędu 2.0 m. W takim przypadku obliczone wartości transportu wzdłuż brzegu oraz transportu od- i dobrzegowego w całym profilu poprzecznym są znacząco mniejsze od wartości uzyskanych dla wariantu bez progu, zaś strefa stabilizacji profilu pomiędzy progiem a linią brzegu jest znacząco szeroka. Badania wykazały, że obecne usytuowanie progów może być przyczyną zmian erozyjnych w badanym miejscu. Zaleca się zatem monitorowanie działania tych konstrukcji poprzez systematyczne i okresowe zbieranie danych tachimetrycznych plaży i batymetrycznych przekrojów podwodnych w sąsiedztwie progów.

EN

The main aim of this thesis was to determine and parameterize hydrodynamic phenomena occurring in the coastal zone of the sea within the submerged structures. The hydrodynamic processes occurring in the region of submerged breakwaters play a significant role in transport of both cross-shore sediment transport and primarily for long-shore sediment transport. In this article 331,5 KM of the Baltic Sea was analyzed and simulated for different locations and different levels of submerged breakwaters. Coastal erosional changes within Kolobrzeg, observed in 2007-2011, were the direct cause of the decision to launch in 2012 the construction of protective fortifications in the form of underwater thresholds, shore spurs and artificial beach power supply. The calculations based on the data from the Maritime Office in Slupsk from 2013 showed the lack of effectiveness of these reinforcements, as in all edge profiles there was a decrease in the so-called active surface. The analysis of the variant with a threshold of about 100 m from the shore showed that the transport of sediment along the shore dominates over the transport and the coastage. The calculated maximum value of this transport before the seaside threshold is twice as large as the value of this transport in a non-threshold situation. Therefore, an increased erosion of the bottom before the seaside threshold, caused by the increase of transport along the shore and the construction of the threshold should be expected. It turned out that in case of an inclined wave approach to the shore at an angle of 30°, in addition to the sea-front threshold, there is a predominance of calculated values of the transport over the shore which may also mean potential bottom erosion. On the other hand calculations of the sediment transport intensity in the section between the threshold and the shoreline showed that it is virtually zero which means stabilization of the profile between the threshold and the edge. The study also involved analysis of various scenarios in which it was possible to assess the effectiveness of thresholds depending on the distance of their foundation from the shoreline and the location of the building crown below the water level. The researches showed that the most favorable location of the building would be the location of the thresholds at a depth of 3.5 m at a distance of about 175 m from the shore. The optimal height of the building would be the height of 2.0 m. In this case the calculated values of transport along the shore and the distance of transport in the whole cross section are significantly smaller than the values obtained for the variant without a threshold and the profile stabilization zone between the threshold and the shoreline is significantly wide. Studies have shown that the current location of this construction may cause erosive lesions in the researched place. It is recommended to monitor the area of these structures by systematic and periodic collection of tacheometric beach data and bathymetric underwater sections in the vicinity of the thresholds.

Słowa kluczowe

PL

próg podwodny; transport osadów odbrzegowych; transport osadów dobrzegowy; wzdłużbrzegowy transport osadów; ochrona brzegów

EN

submerged breakwater; cross-shore sediment transport; longshore sediment transport; shore protection

• Wydawca: Politechnika Koszalińska
• Czasopismo: Rocznik Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2018
• Tom: Tom 20, cz. 2
• Strony: 1676--1698
• Opis fizyczny: Bibliogr. 22 poz., rys.

Twórcy

autor

Chuda M.

• Politechnika Koszalińska

autor

Kaczmarek L. M.

• Politechnika Koszalińska

Bibliografia

• 1. Basiński, T., Pruszak, Z., Tarnowska, M., Zeidler, R. (1993). Ochrona brzegów morskich. Gdańsk. Wydawnictwo PAN.
• 2. Battjes, J. A. and Janssen, J. P. F. M.(1978). Energy loss and set-up due to breaking of random waves. ASCE, Reston, Viriginia, USA. Proceedings Coastal Engineering. 569-587.
• 3. Burcharth, H.F., Hawkins, S.J., Zanuttigh, B., Lamberti, A. (2007). Environmental Design Guidelines for Low Crested Coastal Structures. Amsterdam. Elsevier.
• 4. Calabrese, M., Vicinanza, D., Buccino, M. (2003). 2D wave set up behind low crested and submerged breakwaters. Proc. 13th International Conference ISOPE. Hawaii. Honolulu.
• 5. Chuda, M. (2015). Analiza hydrodynamiczna progów podwodnych i ich skuteczności w ochronie brzegu w rejonie Koszalina i Słupska. Koszalin. Praca Magisterska.
• 6. Chuda, M., Biegowski, J., Kaczmarek, L.M. 2017). Nowatorska metoda analizy hydrodynamicznej progów podwodnych i ich skuteczności w ochronie brzegu, Gospodarka Wodna, 12.
• 7. Cieślak A. (2001). Zarys strategii ochrony brzegów morskich. Inżynieria Morska i Geotechnika, 2.
• 8. Fredsoe J. (1984). Turbulent boundary layer in combined wave-current motion. J. Hydraulic Eng., ASCE, 110(HY8), 1103-1120.
• 9. Hueckel S. (1972). Budowle morskie T. I-IV. Gdańsk. Wydawnictwo Morskie.
• 10. Kaczmarek L., Biegowski J., Ostrowski R., (2004). Modelling cross-shore intensive sand transport and changes of bed grain size distribution versus field data. Coastal Engineering, 51, 501-529.
• 11. Kaczmarek L.M., Sawczyński Sz., Biegowski J. (2015). Hydrodynamic Equilibrium for Sediment Transport and Bed Response to Wave Motion. Acta Geophys. 63, 486-513.
• 12. Kaczmarek L.M., Sawczyński Sz., Biegowski J. (2017). An equilibrium transport formula for modelling sedimentation of dredged channel. Coastal Engineering Journal, 5.
• 13. Kaczmarek L.M. (1999). Moveable sea bed boundary layer and mechanics of sediment transport. Gdańsk. Wydawnictwo PAN.
• 14. Kubowicz-Grajewska A. Kosmacz M. (2016). Ochrona brzegu w Kołobrzegu. Procesy geologiczne w strefie brzegowej morza GEOST II, Materiały Konferencyjne, Jastrzębia Góra.
• 15. Lesser G.R., J.H. de Vroeg, Roelvink J.A., M. de Gerloni, Ardone V. (2003). Modelling the morphological impact of the submerged offshore Breakwaters. Florida, USA. World Scientific Publishing Co.
• 16. Łabuz T. (2013). Sposoby ochrony brzegów morskich i ich wpływ na środowisko przyrodnicze polskiego wybrzeża Bałtyku - Raport WWF.
• 17. Sánchez-Arcilla A. (2003). The role of low crested detached breakwaters in coastal engineering [w:] Pruszak Z. (red.), Proc. International Summer School - Workshop, Coastal Zone, Centre of Environmental Engineering and Mechanics (CEM), Lubiatowo. Wydawnictwo PAN.
• 18. Sumer B.M., Freds0e J. (2000). Experimental study of 2D scour and its protection at rubble-mund breakwater. Coastal Engineering Vol.40.
• 19. Sayed M., Savage S.B. (1983). Rapid gravity flow of cohesionless granular materials down inclined chutes. J. Applied Mathemetics and Physics (ZAMP). 34, 84-100.
• 20. Van der Meer J.W., Briganti R., Zanuttigh B., Wang B.( 2005). Wave transmission and reflection at low crested structures: Design formulae, oblique wave attack and spectral change. Coastal Engineering, 52.
• 21. Warunki zamówienia dot. pełnienia usług nadzoru inwestorskiego przy projekcie Odbudowa i rozbudowa umocnień brzegu morskiego w Kołobrzegu, km 330,4-333,4, (2009). Urząd Morski w Słupsku, Słupsk, załącznik nr 12, 32.
• 22. Zawadzka-Kahlau E. (1999). Tendencje rozwojowe polskich brzegów Bałtyku Południowego. Gdańskie Towarzystwo Naukowe.

Uwagi

PL

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).