При строительстве портов весьма важно знать геологическую структуру берегов и условия залегания пластов. Особенно опасны высокие речные (и морские) берега, на которых, ввиду неблагоприятного напластования грунтов, проявляются оползневые явления, Причина этого — наличие наклоненных в сторону реки подстилающих верхние грунты водоупорных слоев, по которым и скользят расположенные выше массы грунта. Остановить движение оползневых масс грунта при значительном их объеме и большой высоте берега иногда весьма трудно и требуются дорогостоящие работы по глубокому дренированию берега, уположиванию откосов и перераспределению земляных масс. Поэтому, как правило, при выборе места для постройки портовых сооружений избегают таких мест и стремятся найти более устойчивые участки берега.
Огромное значение для портостроения имеет переформирование берегов под действием климатических и гидрологических факторов, из которых влияние последних проявляется в значительной степени.
На реках основной причиной, вызывающей переформирование берегов, является течение. Большинству равнинных рек свойственна извилистая меандрическая форма русла. Если река, развивая извилистость, подойдет к участкам долины, сложенным слабо размываемыми породами, то излучины перестают увеличиваться и начинают сползать вниз по течению, сохраняя свою форму. Если же поток не стеснен склонами долины, то излучины превращаются в петли с хорошо выраженными перешейками. В случаях, когда при высоких уровнях вода свободно переливается через перешеек излучины, даже при большой его ширине может произойти прорыв перешейка с резким изменением русла.
Характер изменения русла реки легко устанавливается сопоставлением топографических планов за различные годы. Если имеется тенденция к изменению русла, то необходимо предусматривать мероприятия, закрепляющие его в районе порта.
На водохранилищах и морях основной причиной изменения берегов в плане является волнение, которое стремится сгладить резкие неровности берега и образовать плавную прямую береговую линию. Когда волны накатываются на берег, они выносят на него, на некоторую высоту от уреза воды, частицы грунта. Обратное скатывание твердых частиц вместе со струями воды происходит по линии наибольшего ската, нормально к линии уреза. Нетрудно заметить, что при этом на выпуклом берегу будет происходить рассеивание частиц и, следовательно, можно ожидать его размыва; на вогнутом берегу, наоборот, будет возникать намыв, а при прямолинейном очертании берега и подходе фронта волн под некоторым углом к берегу—транзит наносов.
[adsshortcode]
Действительный характер воздействия волн отличается от этой примитивной схемы ввиду описанного выше явления рефракции волн, но следует заметить, что рефракция, концентрируя энергию волн на выступающих частях берега, лишь способствует процессу выравнивания берегов. На морских побережьях этот процесс за многие тысячелетия в основном уже завершился. Лишь на отдельных участках происходит сравнительно небольшой размыв берега с интенсивностью около 1—2 м в год.
Иначе протекает процесс на вновь образуемых водохранилищах. Здесь в некоторых случаях возможен размыв выступающих частей суши с интенсивностью до 100—150 м в год. При любом строительстве на таких берегах необходимо тщательное изучение процесса переформирования берега путем организации наблюдений и его прогнозирование на основе соответствующих расчетов.
Пологий песчаный характеризуется профилем динамического равновесия, который зависит от крупности фракций грунта, слагающих берег, и интенсивности волнения и течений. Если первоначальный уклон дна больше того, который свойствен профилю динамического равновесия (при данных конкретных условиях), то происходит интенсивный размыв берега. В случае, когда первоначальный уклон меньше этого «критического» значения — берег намывается. Такого рода переформирования берега весьма часто происходят на водохранилищах, тогда как на морских побережьях этот процесс, как правило, уже закончен. На отдельных участках Балтийского побережья, а также на побережье Бельгии и Франции, дюны тянутся на десятки километров, охватывая прибрежные полосы большой ширины (до нескольких километров). Высота песчаных валов, обычно не превышающая нескольких метров, доходит до 100 м, и в этом случае их закрепление является уже сложной инженерной проблемой.
Схема движения наносов: а — прямолинейный отрезок берега:
б — выпуклый отрезок берега; в – вогнутый.
[adsshortcodetwo]
Крутой профиль характерен для берега из плотных, метаморфических или осадочных пород. Под совместным действием волнений, течений, ветров и замерзания воды, проникающей в расщелины, первоначальное положение коренного берега. Всякое строительство на пляже, находящемся в динамическом равновесии, возможно только при защите берега от действия волн. Если же такого ограждения не делается, то сооружения должны размещаться обязательно за пределами изменяющейся части пляжа.
Движение наносов является одним из важных факторов, влияющих как на строительство, так и на эксплуатацию портов. Движение наносов непосредственно связано с явлением переформирования берегов и течениями. Речной поток всегда несет какое-то количество взвешенных и влекомых донных наносов. Всякое вмешательство в жизнь реки при строительстве портов приводит к изменению режима движения воды и наносов, с образованием в одних местах зон с более высокими скоростями движения, а в других — зон с пониженными скоростями. Соответственно в первом случае возможен размыв русла, а во втором неизбежно отложение наносов. По длине реки в верхней ее части в общем преобладает явление размыва и насыщения потока наносами, в нижней, с падением уклонов и скоростей течения, более характерно выпадение наносов. Процесс выпадения наносов наиболее интенсивен в устьях рек. При впадении реки в залив резко уменьшаются скорости течения, что сопровождается осаждением взвешенных и донных частиц. В результате такого осаждения наносов перед устьем реки образуется обширное мелководье, называемое устьевым баром. С течением времени мели поднимаются, образуя острова; речные воды, стремясь к морю, промывают в них протоки, создавая многочисленные разветвления. Образуется обширное пространство треугольной формы в плане, состоящее из многочисленных островов, рукавов, боковых проток, отделившихся озер. Такие устья называются дельтами и занимают обширные площади в несколько тысяч квадратных километров. Так, дельта Волги имеет по основанию 120 км, по длине 200 км и площадь более 12000 км2; дельта Северной Двины имеет в основании 50 км и длину 50 км; Санкт-Петербург располагается на многочисленных островах дельты р. Невы. Нижняя граница дельты непостоянна: при половодье дельта продвигается в море, затем волнение размывает отложения наносов, а течения переносят их вдоль побережья.