MODELING THE INTERACTION OF ARTIFICIAL REEFS WITH A WAVE FIELD (CASE STUDY: ODESSA COAST)
DOI:
https://doi.org/10.47143/1684-1557/2021.2.05Keywords:
modeling, wave field, Odessa coast, artificial reef, SWANAbstract
One of the prospective areas of today’s marine and oceanic resource management is creation of artificial reefs. Artificial reefs do not represent a universal solution to environmental problems of water areas; their creation serves as a comprehensive flexible approach to restoration of aquatic ecosystems. Natural conditions and species composition of aquatic organisms in the North-Western part of the Black Sea significantly differ from conditions in the World Ocean area, where artificial reefs are traditionally built and used.
This article presents generalized results of experiments featuring creation of artificial reefs in natural regional conditions of the Odessa coast in the 20th century. The international experience in creating artificial reefs with preset properties was analyzed, and peculiarities of applying mathematical modeling of wave processes when designing artificial reefs were reviewed.
One of the prospective areas is to create combined-purpose artificial reefs on the Odesa coast: an alternative option of reconstructing and repairing hydraulic engineering structures; coast protection structures suitable for population with aquatic organisms and capable of producing alluviums and debris for nourishment of the coastal area.
The interaction of three artificial reef variants with a wind wave field was studied. The modeling was done using a third-generation SWAN wave model, version 41.10. The model’s input parameters included: design parameters of waves in hazardous wave directions 4% occurrence in regime, a digital model of the submarine relief, the depth of location and geometric parameters of artificial reefs.
The modeling has revealed that the analyzed artificial reef variants perform the wave protection function. Depending on the ratio between the depth and geometric location, wave protection functions could be performed not only by individual structures but by their entirety: a reef complex.
A decrease in the wave height by 0.1–0.2 m was observed in the place where the structures are located. Benthal orbital wave speed is the highest on the wave crest, and low at the distance of 0.25 of the length of an oncoming storm wave from the structure. With these figures, the material of crests with the fineness of 10–20 mm and the bottom of artificial reefs with the fineness of 4–10 mm will not be eroded.
References
Александров Б.Г. Гидробиологические основы управления состоянием прибрежных экосистем Черного моря : монография. Киев : Наукова думка, 2008. 175 с.
Алексеев Р.П., Зайцев Ю.П., Синегуб И.А. Формирование зооценоза различных искусственных рифов в северо-западной части Черного моря. Искусственные рифы для народного хозяйства : тезисы докладов Всесоюзной конференции. Москва, 2–4 декабря 1987 г., Москва, 1987. С. 57–59.
Виноградов А.К., Богатова Ю.И., Синегуб И.А. Экология морских портов (Черноморско-Азовский бассейн) : монография. Одесса : Астропринт, 2014. 568 с.
Витюк А.В., Губанов В.В., Зайцев Ю.П. Модульная установка «Риф» для промышленного выращивания мидий и мелиорации морской среды. Искусственные рифы для рыбного хозяйства : тр. Всесоюзн. конф. (Москва, 2–4 дек. 1987 г.). Москва, 1987. С. 76–78.
Воробьева Л.В., Кулакова И.И., Бондаренко А.С., Портянко В.В. Контактные зоны Черного моря: мейофауна литоконтура северо-западного шельфа : монография. Одесса : «Фенікс», 2019. 196 с.
Гончаров А.Д. Способ повышения продуктивности прибрежных биоценозов моря и приморских водоемов. Рыбное хозяйство. 1981. № 7. С. 42–44.
Зайцев Ю.П., Яценко В.А. Экологические аспекты гидротехнического строительства в прибрежной зоне моря. Биология моря. Владивосток. 1983. № 5. С. 62–66.
Зайцев Ю.П. Искусственные рифы – инструмент управления экологическими процессами в прибрежной зоне моря. Искусственные рифы для рыбного хозяйства : тез. докл. Всесоюзн. конф. (Москва, 2–4 декабря 1987 г.). Москва, 1987. С. 3-5.
Гидрометеорологические условия морей Украины / Ильин Ю.П. и др. Севастополь : НПЦ «ЭКОСИ-Гидрофизика», 2012. Том 2: Черное море. 21 с.
Искусственные рифы для рыбного хозяйства. ВНИРО : Сб. науч. тр. Москва, 1990. 237 с.
Крючков В.Г., Туркулова В.Н., Буряк Н.М. Экологические и экономические предпосылки создания морского комплексного сооружения для выращивания в поликультуре двустворчатых моллюсков и рыб. Труды ЮгНИРО. 2017. Т. 54. С. 167–179.
Кузнецов В.В., Кузнецова Е.Н., Гончаров С.М., Попов С.Б., Белорусцева С.А., Митителло А.В. Оценка влияния искусственного рифа на пресноводное сообщество гидробионтов. Труды ВНИРО. 2015. Т. 155. С. 69–78.
Лаппо Д.Д., Стрекалов С.С., Завьялов В.К. Нагрузки и воздействия ветровых волн на гидротехнические сооружения. Теория. Инженерные методы. Расчеты. Ленинград : Изд-во ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева, 1990. 432 с.
Леонтьев И.О. Прибрежная динамика: волны, течения, потоки наносов : монография. Москва : ГЕОС, 2001. 272 с.
Минчева Г.Г., Гусляков Н.Е., Ковтун О.А. Особенности формирования морского микро- и макроперифитона на твердых субстратах различного типа. Гидробиологический журнал. 1998. Т. 34. № 3. С. 61–67.
Нарожная А.Г., Буряк Ж.А. Морфометрический анализ цифровых моделей рельефа Белгородской области разной степени генерализации. Научные ведомости БЕЛГУ. Серия Естественные науки. 2016. Вып. 37. № 25 (246). С. 169–178.
СНиП 2.06.04-82. Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения (волновые, ледовые и от судов). (Чинний з 01.01.84 р.). Москва : ЦИТП Госстроя СССР, 1986. 40 с.
Тучковенко Ю.С., Сахненко О.И. Комплексное моделирование динамики вод в прибрежной зоне моря при различных ветро-волновых условиях. Український гідрометеорологічний журнал. 2008. № 3. С. 202–212.
Чекотун А.А., Цыкало А.Л. Создание искусственного рифа и наблюдения за ним в 2002–2003 гг. Биологоэкологический и технико-экономический анализ различных конструкций искусственных рифов. URL: www.artificjalreefs.ru/articles/pokryshki_rif_ua.html (дата звернення: 22.05.2021).
Шахин В.М. Искусственные проницаемые рифы – новый тип берегозащитных сооружений. Строительство и техногенная безопасность. 2019. № 17(69). С. 211–214.
De Rijcke Maarten. Artificial reefs. URL: http://www.coastalwiki.org/wiki/Artificial_reefs (дата звернення: 03.11.2021)
Fabi G., Scarcella G., Spagnolo A., Bortone S., Charbonnel E., Goutayer J., Gachon C. Practical Guidelines for the Use of Artificial Reefs in the Mediterranean and the Black Sea. Food and Agriculture Organization of the United Nations. 2015. 84 p.
Kim H.-D., Kim K.-H., Shim K.-T., Oh H. Applicability Study of a Sunken Vessel as an Artificial Reef in a High Wave Energy Zone. Energies. 2021. 14(14). 4374. URL: http://dx.doi.org/10.3390/en14144374.
What is an artificial reef? National Ocean Service : website. URL: https://oceanservice.noaa.gov/facts/artificial-reef.html (дата звернення: 15.05.2021).
Sato O. Scientific rationales for fishing reef design. Bull. Mar. Sci. 1985. 37. P. 329–335.
Seaman W. Artificial Reefs. Encyclopedia of Ocean Sciences / Eds. J. Kirk Cochran, J.H. Bokuniewicz, P.L. Yager. Elsevier, 2019. Pp. 662–670.
SWAN (Version 41.10, June 2016). Scientific and Technical documentation. Delft University of Technology, Environmental Fluid Mechanics Section. URL: http://www.swan.tudelft.nl.
