Marek Piwnicki on Unsplash

Written by 08:00 Klimat, Nauka, Technologie

Znikające piaski. Wyniki badań modelowych IMGW-PIB w Zatoce Gdańskiej i Półwyspie Helskim

Klaudia Kusek
IMGW-PIB/Centrum Badań i Rozwoju/Zakład Meteorologii, Klimatologii i Ochrony Atmosfery

Klify są najbardziej spektakularnym efektem tzw. abrazji – naturalnego procesu erozji wybrzeża wywołanego falowaniem i prądami morskimi. Aby zapobiec nadmiernemu niszczeniu i cofaniu fragmentów wybrzeża, zagrażającemu stabilności budowli nadmorskich, stosuje się różnego rodzaju formy ochrony, m.in. opaski brzegowe, której przykładem jest Bulwar Nadmorski im. Feliksa Nowowiejskiego w Gdyni, lub refulację[i] nazywaną także sztucznym zasilaniem. Wybór odpowiedniego rozwiązania należy poprzedzić analizą procesów litodynamicznych. Pomocnym narzędziem w tych badaniach jest dwuwymiarowym model DELFT3D/XBech rozwijany w IMGW-PIB.

Do wytypowania miejsc, wymagających zastosowania konkretnych form ochrony brzegu, niezbędna jest informacja na temat transportu materiału osadowego na wyznaczonym obszarze. Jednym z parametrów opisujących ten proces jest objętościowe natężenie przepływu, na podstawie którego określa się ilość zawiesiny przepływającej przez przekrój danego miejsca w toni wodnej w konkretnym czasie. Prądy wywołane falowaniem oddziałują również na toń wodną przy granicy z dnem, umownie oznaczoną jako miejsca w toni wodnej, gdzie gęstość zawiesiny zaczyna przekraczać 1,5 g/cm3. Procesy zachodzące na takich obszarach są bardzo złożone, zwłaszcza podczas sztormów. Model DELFT3D/XBeach umożliwia prognozowanie prędkości, intensywności przemieszczania się, jak również potencjalnych miąższości (grubości) zdeponowanych (naniesionych) i wyerodowanych warstw osadu. Wynikiem modelowania litodynamicznego jest zobrazowanie ruchu cząstek osadu tuż przy powierzchni wody, jak również oszacowanie prędkości przemieszczania się cząstek osadu (nazywanych przy dnie rumowiskiem) równolegle i prostopadle względem brzegu (wzdłużbrzegowo i odbrzegowo).

Klif Mecheliński u wybrzeży Zatoki Gdańskiej (10 km na północ od Gdyni). Widok na plażę, klif i zatokę (u góry) oraz ścianę klifu odsłoniętą na skutek abrazji (u dołu); fot. Klaudia Kusek, IMGW-PIB.
Klif Mecheliński u wybrzeży Zatoki Gdańskiej (10 km na północ od Gdyni). Widok na plażę, klif i zatokę (u góry) oraz ścianę klifu odsłoniętą na skutek abrazji (u dołu); fot. Klaudia Kusek, IMGW-PIB.
Bulwar Nadmorski w Gdyni, osłaniający zbocza Kamiennej Góry przed abrazyjnym oddziaływaniem fal, a jednocześnie pełniący funkcję deptaka; fot. Klaudia Kusek, IMGW-PIB.
Bulwar Nadmorski w Gdyni, osłaniający zbocza Kamiennej Góry przed abrazyjnym oddziaływaniem fal, a jednocześnie pełniący funkcję deptaka; fot. Klaudia Kusek, IMGW-PIB.

Wyniki modelowania litodynamicznego dla polskiej części wybrzeża Zatoki Gdańskiej podczas sztormu 14.10.2020 roku

Najintensywniejszy transport materii zawieszonej zachodził w północno-zachodniej i zachodniej części Zatoki Gdańskiej (nawet powyżej 10 m2/s, na większości obszaru poniżej 0,5 m2/s). Notowane były również wartości ujemne (maksymalnie ok. 2,9 m2/s), co świadczy o występowaniu prądów o kierunku przeciwnym względem falowania. O skali zjawiska świadczy fakt, że w sezonie bezsztormowym objętościowe natężenie przepływu dla Morza Bałtyckiego wynosi nie więcej niż 0,15 m2/s. Pod względem wielkości transportu rumowiska na dnie wyróżniał się obszar północno-zachodniej i zachodniej części Zatoki Gdańskiej. Widoczne były zmiany zarysów Półwyspu Helskiego, gdzie osad przemieszczał się w kierunku południowym z maksymalną prędkością 0,4 m/s (o 0,09 m/s wyższą od maksymalnej prędkości w sezonie bezsztormowym) i prędkością średnią wynoszącą 6 cm/s (w sezonie bezsztormowym jest to zwykle 0,6 cm/s).

Obszar badań uwzględniony w modelu DELFT 3D/XBeach (zaznaczony czerwonymi krawędziami); źródło mapy: Google Earth – zmodyfikowane.
Obszar badań uwzględniony w modelu DELFT 3D/XBeach (zaznaczony czerwonymi krawędziami); źródło mapy: Google Earth – zmodyfikowane.

Intensywne zmiany zachodziły także na obszarze Cypla Rewskiego i Rybitwiej Mielizny, oddzielających Zatokę Pucką od pozostałych części Zatoki Gdańskiej. Erozji ulegały ponadto położone na południe od Cypla Rewskiego obszary klifowe: Mechelinki, Gdynia Babie Doły, Gdynia Orłowo, gdzie osad z wybrzeża był najintensywniej transportowany w kierunku morza. Intensywne wynoszenie materiału osadowego w stronę Zatoki Gdańskiej zaobserwowano na całym obszarze jej wybrzeża. Średnia miąższość wyerodowanych warstw wyerodowanych w czasie październikowego sztormu wynosiła 1,9 cm na dobę, podczas gdy zazwyczaj nie przekracza tysięcznych części milimetra.

Warunki litodynamiczne na obszarze Zatoki Gdańskiej podczas sztormu 14.10.2020 roku; wyniki z modelu DELFT3D/XBeach.
Warunki litodynamiczne na obszarze Zatoki Gdańskiej podczas sztormu 14.10.2020 roku; wyniki z modelu DELFT3D/XBeach.

Pierwszy sztorm w sezonie jesienno-zimowym 2020/2021 wyraźnie spotęgował zjawiska erozyjne wybrzeża Zatoki Gdańskiej. Wyniki modelowania potwierdziły, że najintensywniejsze odziaływania procesów erozyjno-akumulacyjnych wystąpiły w odmorskiej części Półwyspu Helskiego, a także w rejonie Cypla Rewskiego i wybrzeży klifowych. Rozwijany w IMGW-PIB model DELFT3D/XBeach może być z powodzeniem stosowany do określenia obszarów najbardziej zagrożonych abrazją, a tym samym pozwala na prowadzenie stosowanych działań zabezpieczających strefę brzegową Zatoki Gdańskiej.

[i] Mniej ingerującym w krajobraz, a zarazem stosunkowo tanim i skutecznym sposobem ochrony wybrzeża jest refulacja, nazywana także sztucznym zasilaniem. Polega ona na przepompowywaniu materiału piaszczystego (refulatu) z dna morza na teren plaży zagrożony erozją. Aby osiągnąć zadowalające efekty, średnice ziaren refulatu powinna być większa od średnicy ziaren piasku, który znajdował się już na danej plaży.

Zdjęcie główne: Marek Piwnicki | Unsplash


Klaudia Kusek
Absolwentka geologii (studia I stopnia) i oceanografii (studia II stopnia) na Wydziale Oceanografii i Geografii Uniwersytetu Gdańskiego. W IMGW-PIB od czerwca 2019 roku. Jej zainteresowania badawcze dotyczą zagadnień z zakresu geofizyki, hydrodynamiki, klimatologii i ochrony środowiska. Główne zadania w pracy zawodowej to obecnie adaptacja i udoskonalanie narzędzi obliczeniowych mających na celu modelowanie procesów erozyjnych i akumulacyjnych w polskiej części wybrzeża Bałtyku, a w przyszłości również badania zmian klimatycznych na obszarze Polski.

(Visited 271 times, 1 visits today)
Close