Структура течений и гидрологических процессов в акваториях проливов, фьордов, в шельфовых зонах обычно зависит от характеристик течений на входе, погодно-климатических условий в зоне течения и особенностей береговой линии. Как правило, значительные изменения в структуру течения и гидрологических процессов вносятся адекватным по масштабу изменением входных данных (расходов или граничных изменений). Примером такого технологического воздействия является сооружение в 2003 г. в Керченском проливе со стороны Таманского полуострова дамбы (рис.1), которая глобально изменила характер течения в акватории, почти в два раза увеличив его скорость в области фарватера, привела к возникновению опасных тенденций в гидрологии всего пролива.
Рис.2. Варианты возможных гидротехнических сооружений |
Институтом телекоммуникаций и глобального информационного пространства НАН Украины совместно с факультетом кибернетики Киевского национального университета имени Тараса Шевченко был разработан ряд математических и прогнозно-информационных моделей, позволяющих исследовать некоторые варианты решения гидрологических задач. Доминирующим фактором в длительных гидрологических процессах Керченского пролива является течение — возвратно-поступательное движение воды, вызванное разницей уровней в северной и южной частях Азово-Черноморского бассейна. Это движение находится под влиянием гидрологической и изменчивой гидрометеорологической обстановки во всем Азово-Черноморском бассейне. Особенности гидрологии Керченского полива — достаточно большая скорость течения, малая глубина и плоское ровное дно позволяют прогнозировать изменение структуры течения в акватории пролива на основании решения начально-краевой задачи, поставленной в замкнутой неодносвязной области со сложной границей. В качестве гидротехнических сооружений в акватории пролива рассматривались реальная дамба (рис. 1) и возможные новые дамбы на острове Тузла, способные изменить структуру течения в акватории всего пролива (рис. 2). Изменение структуры течения, по сравнению течением в акватории до 2003 г. (рис. 3), позволяет прогнозировать возникновение и эволюцию возможных катастрофических ситуаций, таких как перенос пятна нефтепродуктов после аварий танкеров и др.
В силу того, что структура течения является определяющей для основных гидрологических процессов в акватории, ниже представлены варианты изменения структуры течения под воздействиеми реальних и возможных инженерных сооружений. На рисунках интенсивность цвета в акватории определяет интенсивность течения. Видно, что в акватории Керченского пролива, при любых изменениях побережья явно доминирует интенсивное неоднородное течение со стороны Азовского моря в Черное. Так, течение без всяческих дамб (рис. 3), с практически одинаковым расходом по обе стороны от острова Тузла имеет максимальные скорости вблизи его оконечностей. Сооружение же дамбы со стороны Таманского полуострова в 2003 г. (рис. 4) привело не только к усилению течения вдоль Крымского побережья, но и к существенному усилению (более чем в два раза) скорости течения вблизи оконечностей острова Тузла, что способствует его размыванию с обоих концов.
Результаты моделирования демонстрируют (рис. 5—7), что даже реализация любого из вариантов а), b), с) — сравнительно небольших береговых сооружений на острове Тузла (рис. 2) могут привести к глобальной перестройке течения во всей акватории пролива (рис. 5—7) с возникновением контролируемых зон локального усиления интенсивностей течения. Например, вариант b) позволяет сместить зону наиболее интенсивного течения в середину акватории (рис. 6), что снимет остроту проблемы создания берегоукрепительных сооружений вдоль всего побережья пролива с обоих берегов. Кроме того, вариант b) позволяет течению выносить с территории шельфа и прибрежной зоны загрязнители, попавшие в акваторию пролива в результате техногенных аварий и катастроф.
Безусловно, данные результаты демонстрируют только доминирующие тенденции в изменении структуры течения, что, однако, уже позволяет спрогнозировать возникновение новых проблем и учесть их при принятии решений.
Любой новый гидротехнический проект должен подвергаться не только вышеприведенному предварительному анализу, но и полной инженерно-экологической экспертизе. Результаты моделирования убедительно демонстрируют, что даже локальное воздействие на елементы береговой линии — сооружение не только дамб, но и молов-причалов может привести к глобальному изменению структуры течений в Керченском проливе и, как следствие, к глобальному изменению гидрологических процессов в акватории.
Следует заметить, что принятие скоропалительного решения о постройках новой дамбы, без его проработки и экспертных заключений со стороны профильных учреждений Национальной академии наук, может мотивироваться «не только» экологическими интересами. Известно, что «политически целесообразные» решения, принимаемые в срочном порядке и без комплексного анализа проблемы, часто приводят к непоправимым последствиям.