Введение
Таганрогский залив расположен в северо-восточной части Азовского моря и вытянут на 120 км в субширотном направлении, ширина его составляет 20-40 км, что делает его крупнейшим заливом моря. Побережье Таганрогского залива характеризуется высокой степенью урбанизации и промышленной концентрации. Здесь расположены такие крупные портовые города, как Мариуполь, Таганрог и Ейск, а также многочисленные населенные пункты. Промышленная деятельность и высокая плотность населения создают значительную антропогенную нагрузку на прибрежные экосистемы.
Береговая линия залива сформирована легкоразмываемыми лёссовидными суглинками, что делает ее подверженной эрозионным процессам. Отвесные абразионные уступы, характерные для данного региона, находятся в зоне повышенного риска разрушения под воздействием неблагоприятных природных факторов, таких как штормовая активность, а также антропогенных факторов, включая хозяйственную деятельность человека.
Для береговой зоны Азовского моря, и в особенности Таганрогского залива, характерно развитие опасных экзогенных геологических процессов (ОЭГП): абразии, оползней, формирование оврагов и балок. Наиболее масштабными опасными процессами следует признать абразионные и абразионно-оползневые разрушения береговых обрывов; эти процессы охватывают 80% морского побережья Азовского моря [1]. Кроме природных процессов, происходящих в береговой зоне Таганрогского залива, в последнее время усиливается освоение береговой зоны – строительство автодорог, портовой инфраструктуры, развитие объектов рекреации, сельскохозяйственная деятельность, урбанизация, что в свою очередь дополнительно создает нагрузку на устойчивость склонов. Все эти факторы в целом обуславливают необходимость изучения ОЭГП для минимизации возможного ущерба.
Проявление опасных экзогенных геологических процессов в пределах побережья Таганрогского залива нередко приводит к разрушению объектов капитального строительства, промышленной инфраструктуры и потере ценных сельскохозяйственных земель, а также снижает рекреационную привлекательность побережья, все эти факторы в целом обуславливают необходимость постоянного мониторинга и изучения ОЭГП в пределах исследуемого региона для минимизации возможного ущерба [1-3].
Стоит отметить, что систематическое изучение береговой зоны Азовского моря началось с середины XX века и продолжается в настоящее время [4-6]. Эти исследования основаны на инструментальном методе измерений [7, с. 121-122; 8; 9], который позволяет с высокой точностью определить размыв берегов и провести оценку изменений в численном выражении. Но такой подход не лишен недостатков, главным из которых является точечный характер наблюдений, зачастую он не отражает изменений бровки клифа на всем протяжении береговой линии. Вместе с тем протяженность зоны мониторинга в пределах берегов Азовского моря составляет более 1000 км [10, с. 270-271], а применительно к Таганрогскому заливу более 300 км. Исходя из этого значительные участки берега между опорными точками не всегда могут быть полностью охвачены процессом мониторинга.
Анализ существующей практики изучения динамики береговой зоны морей и водохранилищ показывает, что наилучший результат мониторинга может быть достигнут при комбинации классических инструментальных методов, применения данных ДЗЗ, картографических и фотограмметрических методов, а также современных ГИС-технологий. Из подобных работ можно выделить исследования побережий: Индии [11]; Италии [12]; северных морей России [13].
Цель исследования заключалась в оценке пространственно-временной динамики клифа в береговой зоне Таганрогского залива на основе данных дистанционного зондирования Земли из космоса и пространственно-временного анализа в геоинформационной среде.
Материалы и методы исследования
В большинстве работ, проведённых выше, объектом для оценки динамики выступает, как правило, именно береговая линия, которая определяется как:
- среднемноголетнее положение уреза воды;
- граница, по которой водная поверхность пересекается с сушей, или некоторое среднее положение между морем и сушей в данный период [14]. Исходя из этого оценка направлена на получение значений скорости размыва или аккумуляции в зоне пляжа.
В настоящей работе для оценки динамики скоростей абразии использован подход, при котором объектом исследования выступает линия бровки берегового уступа, что позволяет, зная положение этой бровки в различные периоды времени, рассчитать скорости отступания клифа в абразионной береговой зоне.
На первом этапе для анализа динамики берегов были отобраны данные дистанционного зондирования Земли, представленные в таблице. Далее все снимки проходили процедуру предварительной обработки и пространственной привязки.
В качестве программной платформы была использована полнофункциональная геоинформационная система (ГИС) ArcGIS v. 10., с инструментом Digital Shoreline Analysis System (DSAS) [15], который является надстройкой и предоставляется на бесплатной основе. DSAS позволяет пользователю вычислить статистику скорости изменений из нескольких исторических позиций береговой линии на основе построенных разрезов (трансектов) по нормали к берегу с заданным шагом.
Данные дистанционного зондирования Земли, использованные для построения серии разновременных линий бровки берегового уступа
|
№ |
Дата снимка |
Космический аппарат |
Разрешение, м |
Побережье |
|
1 |
14.07.1964 |
CORONA J-1 (KH-4A) |
2,5 |
северное |
|
2 |
01.07.1975 |
Hexagon (KH-9-10) |
4 |
то же |
|
3 |
12.08.1988 |
Spot 1 |
10 |
< |
|
4 |
31.05.1988 |
Spot 1 |
10 |
< |
|
5 |
21.08.2006 |
Spot 5 |
5 |
< |
|
6 |
01.05.2017 |
Ресурс-П №2 |
0,6 |
< |
|
7 |
03.10.2017 |
Ресурс-П №2 |
0,6 |
< |
|
8 |
05.10.2017 |
Ресурс-П №1 |
0,6 |
< |
|
9 |
19.01.2020 |
Sentinel-2 |
10 |
< |
|
10 |
12.07.2022 |
Sentinel-2 |
10 |
< |
|
11 |
19.09.1971 |
Corona (KH-4B) |
2 |
южное |
|
12 |
01.07.1975 |
Hexagon (KH-9-10) |
4 |
то же |
|
13 |
12.08.1988 |
Spot 1 |
10 |
< |
|
14 |
31.05.1988 |
Spot 1 |
10 |
< |
|
15 |
21.08.2006 |
Spot 5 |
5 |
< |
|
16 |
26.07.2016 |
Ресурс-П №2 |
0,6 |
< |
|
17 |
19.01.2020 |
Sentinel-2 |
10 |
< |
|
18 |
12.07.2022 |
Sentinel-2 |
10 |
< |
Примечание: составлено автором на основе полученных данных в ходе исследования.
Следующим шагом была оцифровка бровки клифа, на масштабах 1:500, 1:1500, 1:2000. Полученные береговые линии использовались для расчета скоростей абразии для северного побережья за временной период с 1964 по 2022 г., а для южного побережья с 1971 по 2022 г. Контроль качества полученных линий бровки (Ep) производился путем расчета неопределённостей (ошибок оцифровки/картографирования), как сумма среднеквадратических погрешностей всех источников ошибок.
В оценке учитывались три составляющие, которые могут вносить погрешности:
1. Er [m] – разрешение данных ДЗЗ из космоса (табл.);
2. Eg [м] – неопределенность географической привязки, которая была рассчитана как среднее значение среднеквадратичных ошибок всех точек привязки (общее значение RMSE в ArcGIS);
3. Ec [м] – точность оцифровки линии при помощи стандартных инструментов ГИС.
Для масштаба 1:2000 и стандартного пера 0,35 мм соответствует линия шириной 0,7 м на местности. Для масштаба 1:5000 ширина равна 1,75 м [15; 16].
Для изучаемого периода с 1964 по 2022 г. погрешность линейной скорости движения бровки составила ± 0.3 м/год.
Результаты исследования и их обсуждение
В результате пространственно-временного анализа данных ДЗЗ за период с 1964 по 2022 г. были получены линейные среднемноголетние скорости размыва берегов (рис. 1) и установлено, что 57% береговой линии соответствуют слабой (<1 м/год) интенсивности размыва берегов, 13% – средней, 23% – сильной.
Наибольшие темпы размыва характерны для участков х. Весело-Вознесенка (средняя скорость по участку составила 1,87 м/год) и участка между ст. Должанской и с. Воронцовка (2,4 м/год). Основным фактором интенсивного размыва на этих участках является геологическое строение. Берег на этих участках сложен легкоразмываемыми суглинистыми отложениями.
Вторым фактором, влияющим на интенсивное разрушение этих участков, является отсутствие так называемой природной защиты, т.е. наличие широкого пляжа в основании. Как правило, этим участкам свойственны узкие (2-10 м), прислоненные к клифу, маломощные пляжи, как в случае с х. Весело-Вознесенкой, или вовсе его отсутствие, как на участке от х. Воронцовка до ст. Должанской.
Рис. 1. Среднемноголетние темпы отступания берегов за 1964–2022 гг. Примечание: составлено автором на основе полученных данных в ходе исследования
Рис. 2. Линейные скорости отступания берегов по участкам, рассчитанные для различных периодов Примечание: составлено автором на основе полученных данных в ходе исследования
Рис. 3. Схема абразионных участков Таганрогского залива c оценками объемов терригенного материала, поступающего в прибрежную зону (м3/год). Северный берег: 1 – Весело-Вознесенский; 2 – Приазовский (Боковский); 3 – Рожковский; 4 – Беглицкий; 6 – Новолакедемоновский; 7 – Русскослободской. Южный берег: 1 – Кругловский; 2 – Павло-Очаковский; 3 – Семибалковский; 4 – Чумбурский; 5 – Маргаритовский; 6 – Порт-Катоновский; 7 – Молчановский; 8 – Шабельский; 9 – Глафировский; 10- Воронцовский; 11 – Должанский) Примечание: составлено автором на основе полученных данных в ходе исследования.
Далее для каждого участка береговой зоны, согласно районированию [8, с. 8; 11, с. 270], были рассчитаны линейные скорости по трем периодам: с 1964 по 1975 г., с 1975 по 1986 г. и с 1986 по 2020 г. (рис. 2).
На следующем этапе исследования, с применением детальных схем геологического строения [9; 10, с. 92-115], данных о морфометрии на основе цифровой модели рельефа (ЦМР) – «FABDEM» (Forest And Buildings Removed Copernicus DEM) [17], собственных данных о морфометрии склонов и их состоянии, полученных в ходе полевых исследований 2020-2023 гг. [18], линейные скорости абразии были пересчитаны в объемные показатели отступания морских берегов (м³/год). Полученные результаты подверглись сравнительной оценке с данными предыдущих исследований (рис. 3).
Согласно сделанным ранее оценкам [9], за период с 1980 по 2000 г. наибольшее количество материала поступало от размыва участков 1-4 на северном побережье и 1-4 на южном побережье, это согласуется и с литературными данными. На основе проведенного анализа можно сделать вывод о том, что число участков, наиболее интенсивно отступающих, сохраняется. Однако ежегодное поступление материала береговой абразии с южного берега Таганрогского залива в 1990-2020 гг. примерно в 2 раза меньше по сравнению с ранее сделанными оценками. Это обусловлено тем, что темпы размыва берегов в современный период плавно понижаются с продвижением к вершине Таганрогского залива и практически затухают на 10-11 участке. Это же подтверждается натурными наблюдениями на мониторинговых участках, зачастую клифы здесь невысокие и имеют высоту 8-12 м, часть клифов задернована вместе с тыловой частью пляжа.
Ежегодное поступление терригенного материала с северного берега залива существенно не изменилось, т. к. на основных участках скорость размыва сохраняется и для современного периода.
Участки 10-11 характеризуются оползневым типом берега, здесь сосредоточены сложные по своей структуре многоступенчатые оползни, ступени сильно задернованы, из-за чего дешифрировать однозначно бровку клифа не представляется возможным.
В целом, анализ показал, что ежегодное поступление терригенного материала при размыве берегов с южного берега Таганрогского залива в 1990-2020 гг. примерно в 2 раза меньше по сравнению с ранее сделанными оценками. Это обусловлено тем, что темпы размыва берегов в современный период плавно понижаются с продвижением к вершине Таганрогского залива и практически затухают на 10-11 участке.
Ежегодное поступление терригенного материала с северного берега залива существенно не изменилось.
Заключение
Проведенные исследования с использованием данных дистанционного зондирования Земли и ГИС позволили провести мониторинг отступания бровки береговых клифов за длительный период. Установлено, что 57% береговой линии соответствуют слабой (<1 м/год) интенсивности размыва берегов, средней – 13%, сильной – 23%. Наибольшие темпы размыва характерны для участков х. Весело-Вознесенка (Неклиновский район Ростовской области) (средняя скорость по участку составила 1,87 м/год) и участка у ст. Должанской (Ейский район Краснодарского края) (2,4 м/год). В целом охарактеризовать общее распределение скоростей можно так: 57% береговой линии соответствуют слабой (<1 м/год) интенсивности размыва берегов, средней – 13%, сильной – 23%.
Полученные результаты подчеркивают необходимость дальнейшего мониторинга динамики и развития береговой зоны Таганрогского залива в условиях продолжающихся климатических изменений и возрастающего антропогенного давления. Проведенные исследования могут быть полезны при пространственном планировании, разработке рекомендаций и рациональном управлении прибрежной зоной Таганрогского залива. Кроме того, результаты могут использоваться при проектировании и строительстве гидротехнических сооружений и берегозащитных мероприятиях. На основании концепции развития Приазовья до 2040 г. и ряда постановлений о развитии прибрежных регионов Азовского моря (Краснодарский край, Ростовской область, Донецкая Народная Республика и т.д.) до 2030-2040 гг. результаты могут применяться при рекреационном освоении исследуемой прибрежной зоны.
Конфликт интересов
Финансирование
Библиографическая ссылка
Мисиров С.А. ORCID ID 0000-0002-1973-8748 ОЦЕНКА ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННОЙ ДИНАМИКИ КЛИФА НА ОСНОВЕ ДАННЫХ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ И ГЕОИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ (НА ПРИМЕРЕ БЕРЕГОВОЙ ЗОНЫ ТАГАНРОГСКОГО ЗАЛИВА) // Успехи современного естествознания. 2025. № 11. С. 44-50;URL: https://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=38450 (дата обращения: 10.12.2025).
DOI: https://doi.org/10.17513/use.38450