Питание пляжа (также называемое восстановлением пляжа , [2] пополнением пляжа или пополнением песка ) описывает процесс, посредством которого отложения , обычно песок , потерянные в результате прибрежного дрейфа или эрозии , заменяются из других источников. Более широкий пляж может уменьшить ущерб прибрежным сооружениям от штормов, рассеивая энергию по зоне прибоя , защищая нагорные сооружения и инфраструктуру от штормовых нагонов , цунами и необычно высоких приливов . [ нужна цитация ] Питание пляжей, как правило, является частью более крупного комплексного управления прибрежной зоной , направленного на защиту побережья . Питание обычно представляет собой повторяющийся процесс, поскольку оно не устраняет физические силы, вызывающие эрозию, а просто смягчает их последствия.
Первый проект по обеспечению питания в Соединенных Штатах был реализован на Кони-Айленде , штат Нью-Йорк, в 1922 и 1923 годах. В настоящее время это обычная мера защиты берега, используемая государственными и частными организациями. [3] [4]
Первый проект общественного питания в США был построен на Кони-Айленде , штат Нью-Йорк, в 1922–1923 годах. [5] [6]
До 1970-х годов питание заключалось в непосредственном размещении песка на пляже и в дюнах . С тех пор было проведено больше кормовых работ на берегу, которые опираются на силу ветра , волн и приливов для дальнейшего распределения песка вдоль берега, на пляжах и дюнах. [7] [8]
Число и размер проектов по обеспечению продовольствием значительно увеличились из-за роста населения и прогнозируемого относительного повышения уровня моря . [8]
Эрозия пляжей представляет собой особый вид береговой эрозии , которая, в свою очередь, представляет собой тип биоэрозии , которая изменяет географию побережья посредством морфодинамики пляжа . Есть многочисленные случаи [ правописание? ] современного спада пляжей , главным образом из - за градиента берегового дрейфа и опасностей прибрежного развития .
Пляжи могут разрушаться естественным путем или в результате антропогенного воздействия ( кражи пляжей / добычи песка ). [9]
Эрозия является естественной реакцией на штормовую активность. Во время штормов песок с видимого пляжа тонет , образуя песчаные отмели, защищающие пляж. Погружение — это только часть цикла. В спокойную погоду более мелкие волны возвращают песок с отмелей на видимую поверхность пляжа в процессе, называемом аккрецией .
На некоторых пляжах недостаточно песка для прибрежных процессов, чтобы естественным образом реагировать на штормы. Когда песка недостаточно, пляж не может восстановиться после шторма.
Многие районы с высокой эрозией вызваны деятельностью человека. Причины могут включать в себя: дамбы, блокирующие песчаные дюны , прибрежные сооружения, такие как порты и гавани, которые препятствуют прибрежному транспорту , плотины и другие структуры управления реками. Непрерывные, долгосрочные усилия по восстановлению ресурсов, особенно на береговых линиях с выступами и мысами, могут сыграть роль в замедлении прибрежного транспорта и нисходящей эрозии. [10] Эти действия мешают естественным потокам наносов либо посредством строительства плотин (тем самым уменьшая источники речных наносов), либо строительства прибрежных барьеров, таких как причалы , либо путем углубления водозаборов; тем самым предотвращая перенос наносов вдоль берега. [11]
Береговое проектирование защиты береговой линии включает в себя:
Питание обычно представляет собой повторяющийся процесс, поскольку питание смягчает последствия эрозии, но не устраняет причины. Благоприятная окружающая среда увеличивает интервалы между проектами по питанию, сокращая затраты. И наоборот, высокие темпы эрозии могут сделать питание экономически нецелесообразным. [14] [15]
Во многих прибрежных районах экономический эффект от создания широкого пляжа может быть значительным. С 1923 года США потратили 9 миллиардов долларов на восстановление пляжей. [16] Одним из наиболее ярких примеров является береговая линия длиной 10 миль (16 км), выходящая на Майами-Бич , Флорида, которая была пополнена в период 1976–1981 годов. Стоимость проекта составила около 86 миллионов долларов США, и он оживил экономику региона. [17] До питания во многих местах пляж был слишком узким, чтобы идти по нему, особенно во время прилива .
В 1998 г. был сделан обзор всех известных проектов пляжного питания в США (418 проектов). Общий объем всех этих продуктов питания составил 648 миллионов кубических ярдов (495 м 3 ) при общей стоимости 3387 миллионов долларов США (с учетом уровня цен 1996 года). Это 6,84 доллара США за м 3 . [17] В период с 2000 по 2020 год цена за м 3 значительно выросла в США (см. таблицу ниже), а в Европе цена снизилась.
В районе Северного моря цены намного ниже. В 2000 году Группа управления побережьем Северного моря провела инвентаризацию. [23]
По Нидерландам доступны более подробные данные, см. ниже в разделе, посвященном тематическим исследованиям Нидерландов.
Цена на продукты питания в районах, где нет дноуглубительного флота, часто составляет порядка 20–30 евро за кубический метр.
Широкий пляж является хорошим поглотителем энергии, что важно в низинных районах, где сильные штормы могут воздействовать на горные структуры. Эффективность широких пляжей в уменьшении структурного ущерба была доказана полевыми исследованиями, проведенными после штормов, и применением общепринятых принципов береговой инженерии. [12]
Питание на пляжах оказывает значительное воздействие на местные экосистемы. Питание может вызвать прямую гибель сидячих организмов в целевой зоне, поскольку они закапываются под новый песок. Среда обитания на морском дне как в источниках, так и в целевых районах нарушается, например, когда песок откладывается на коралловых рифах или когда отложенный песок затвердевает. Импортируемый песок может отличаться по своему характеру (химический состав, размер зерен, неместные виды) от песка целевой среды. Доступность света может снизиться, что повлияет на близлежащие рифы и подводную водную растительность . Импортированный песок может содержать материалы, токсичные для местных видов. Удаление материала из прибрежной среды может дестабилизировать береговую линию, отчасти за счет повышения крутизны ее затопленного склона. Сопутствующие попытки уменьшить будущую эрозию могут создать ложное чувство безопасности, которое усиливает давление на развитие. [24]
Недавно отложившийся песок может затвердеть и усложнить рытье гнезд черепахам. Однако питание может обеспечить им большую/лучшую среду обитания, а также морским птицам и пляжной флоре. Флорида решила проблему, связанную с тем, что земснаряды могут засасывать черепах в насосы, добавив к земснарядам специальную решетку. [25]
Выбор подходящего материала для конкретного проекта зависит от потребностей проектирования, факторов окружающей среды и транспортных расходов с учетом как краткосрочных, так и долгосрочных последствий. [26]
Наиболее важной характеристикой материала является размер зерен осадка, который должен точно соответствовать нативному материалу. Избыток илистой и глинистой фракции (грязи) на фоне естественной мутности в зоне питания дисквалифицирует некоторые материалы. Проекты с непревзойденными размерами зерен работали относительно плохо. Питательный песок, который лишь немного меньше природного песка, может привести к значительно более узкой равновесной ширине сухого пляжа по сравнению с песком того же размера (или больше), чем природный песок. Для оценки соответствия материала требуется исследование песка, которое обычно включает геофизические профили, а также образцы поверхности и керна. [26]
Некоторые пляжи были обработаны более мелким песком , чем оригинал. Мониторинг термолюминесценции показывает, что штормы могут разрушить такие пляжи гораздо быстрее. Это наблюдалось в рамках проекта питания Вайкики на Гавайях . [27]
«Питание профиля пляжа» описывает программы, которые питают весь профиль пляжа. В данном случае «профиль» означает уклон нетронутого пляжа от воды к морю. Программа питания профиля Голд-Коста поместила 75% общего объема песка ниже уровня низкой воды. Некоторые прибрежные власти истощают подводный пляж (так называемый «прибрежный корм»), так что со временем естественный пляж увеличивается в размерах. Эти подходы не обеспечивают постоянной защиты пляжей, разрушенных человеческой деятельностью, что требует смягчения этой деятельности. [ нужна цитата ]
Проекты в сфере питания обычно преследуют физические, экологические и экономические цели.
Типичные физические измерения включают ширину/высоту сухого пляжа, объем песка после урагана, оценку предотвращения ущерба после урагана и объем водного песка.
Экологические меры включают распределение морской жизни, подсчет среды обитания и численности населения.
Экономические последствия включают отдых, туризм, предотвращение наводнений и «стихий».
Многие проекты в области питания поддерживаются посредством исследований экономического воздействия, которые основаны на дополнительных туристических расходах. Однако этот подход неудовлетворителен. Во-первых, ничто не доказывает, что эти расходы являются дополнительными (они могут переместить расходы из других близлежащих районов). Во-вторых, экономический эффект не учитывает затраты и выгоды для всех экономических агентов, как это делает анализ затрат и выгод . [28] Методы включения проектов питания в расходы на страхование от наводнений и помощь при стихийных бедствиях остаются спорными. [29]
Эффективность проекта по питанию пляжей наиболее предсказуема для длинной прямой береговой линии без сложностей, связанных с бухтами или инженерными сооружениями. Кроме того, предсказуемость лучше влияет на общую производительность, например, на среднее изменение береговой линии, а не на изменение береговой линии в конкретном месте. [ нужна цитата ]
Питание может повлиять на право участия в Национальной программе страхования от наводнений США и федеральной помощи при стихийных бедствиях. [ нужна цитата ]
Питание может иметь непредвиденные последствия, способствующие развитию прибрежных зон , что увеличивает риск возникновения других прибрежных опасностей. [24]
Питание – не единственный метод, используемый для решения проблемы эрозии пляжей. Другие могут использоваться отдельно или в сочетании с питанием по экономическим, экологическим и политическим соображениям.
Деятельность человека, такая как строительство плотин, может мешать естественным потокам наносов (тем самым уменьшая источники речных наносов). Строительство прибрежных барьеров, таких как причалы, и углубление заливов, может предотвратить перенос наносов вдоль берега.
Структурный подход пытается предотвратить эрозию. Бронирование включает в себя строительство дамб , дамб , отдельных волноломов , панов и т. д. Структуры, идущие параллельно берегу (дамбы или дамбы), предотвращают эрозию . Хотя это защищает постройки, оно не защищает пляж за стеной. Пляж обычно исчезает в течение периода от месяцев до десятилетий. [ нужна цитата ]
Волны и волнорезы, идущие перпендикулярно берегу, защищают его от эрозии. Заполнение волнолома привозным песком может помешать волнорезу захватывать песок из прибрежного потока (океана, протекающего вдоль берега). В противном случае волнолом может лишить песка пляжи, расположенные ниже по течению, и ускорить там эрозию. [30]
Бронирование может ограничить доступ к пляжу/океану, усилить эрозию прилегающих береговых линий и требует длительного обслуживания. [31]
Управляемое отступление перемещает конструкции и другую инфраструктуру вглубь суши по мере разрушения береговой линии. Отступление чаще выбирают в районах быстрой эрозии и при наличии малой или устаревшей застройки.
Пляжи растут и уменьшаются в зависимости от приливов, осадков, ветра, волн и течения. Влажные пляжи имеют тенденцию терять песок. Волны легко проникают на сухие пляжи и оставляют песчаный осадок. Обычно во время прилива пляж влажный, потому что море опускается быстрее, чем осушается пляж. В результате большая часть эрозии происходит во время прилива. Дренаж пляжа (обезвоживание пляжа) с использованием модулей выравнивания давления (PEM) позволяет более эффективно осушать пляж во время прилива. Меньшее количество часов на мокром пляже означает меньшую эрозию. Водопроницаемые трубы PEM, вставленные вертикально в береговую полосу, соединяют различные слои грунтовых вод . Грунтовые воды попадают в трубку PEM, позволяя силе тяжести переносить их к более грубому слою песка, где они могут стекать быстрее. [32] Модули ПОМ располагаются в ряд от дюны до средней нижней ватерлинии. Расстояние между рядами обычно составляет 300 футов (91 м), но это зависит от проекта. Системы PEM бывают разных размеров. Модули соединяют слои с различной гидравлической проводимостью . Воздух/вода могут поступать и выравнивать давление. [ нужна цитата ]
PEM минимально инвазивны и обычно покрывают примерно 0,00005% площади пляжа. [ нужна цитация ] Трубы находятся под поверхностью пляжа, и их видимого присутствия нет. Установки PEM установлены на пляжах Дании, Швеции, Малайзии и Флориды. [32] Эффективность осушения пляжей не была убедительно доказана на пляжах в натуральную величину, особенно в случае с песчаными пляжами. [33] Было показано, что системы обезвоживания очень значительно снижают уровень грунтовых вод, но другие морфодинамические эффекты обычно перевешивают любой стабилизирующий эффект обезвоживания мелких отложений, [34] [35] [36] [37] , хотя некоторые неоднозначные результаты в отношении нарастания верхней части пляжа связаны с Сообщалось об эрозии в средней и нижней части. [38] Это согласуется с текущими знаниями о динамике осадочных пород и грунтовых вод, которые утверждают, что эффекты проникновения / эксфильтрации потоков через песчаные пласты в зоне смыва связаны с модификацией пограничного слоя смыва, относительного веса отложений и общего объема. потеря языка автомата перекоса обычно ниже, чем у других драйверов, по крайней мере, для мелких отложений, таких как песок [39] [40]
Правильно построенные и расположенные заборы могут улавливать летящий песок, создавать/восстанавливать песчаные дюны и постепенно защищать пляж от ветра, а берег от переносящего песка. [ нужна цитата ]
Другой подход заключается в создании динамической облицовки , бермы с использованием неотсортированных камней ( булыжника ). Семена, разбросанные по булыжникам, могут прорасти и закрепить булыжники на месте. Песок можно собрать и воссоздать песчаный пляж. Если оставить камни свободными, они смогут мигрировать и селиться в стабильном месте. Отдельно, возле самой высокой средней ватерлинии, вторая берма высотой около метра может ускорить подъем. Этот подход был использован в Уошэуэй-Бич в Норт-Коув, штат Вашингтон . После того как бермы были установлены, за год пляж увеличился примерно на 15 метров и продолжал расти. Некоторые аспекты этих методов были использованы в проектах в Вашингтоне, Калифорнии, Европе и Гуаме. [41]
Обстановка проекта пляжного питания является ключом к его проектированию и потенциальной эффективности. Возможные настройки включают длинный прямой пляж, бухту, которая может быть естественной или измененной, и карманный пляж . Скалистые береговые линии или береговые линии, окруженные морскими дамбами, которые в остальном не имеют отложений, представляют собой уникальные проблемы. [ нужна цитата ]
Ураган Вильма обрушился на пляжи Канкуна и Ривьеры Майя в 2005 году. Первоначальный проект по питанию оказался неудачным, его стоимость составила 19 миллионов долларов, что привело к второму раунду, который начался в сентябре 2009 года и должен был завершиться в начале 2010 года, его стоимость составила 70 долларов. миллион. [42] Разработчики проекта и правительство обязались инвестировать в обслуживание пляжей для борьбы с будущей эрозией. Разработчики проекта учли такие факторы, как время года и характеристики песка, такие как плотность. Ожидалось, что в результате восстановления Канкуна будет доставлено 1,3 миллиарда галлонов США (4 900 000 м 3 ) песка для пополнения 450 метров (1 480 футов) береговой линии.
Пляжи Голд-Коста в Квинсленде , Австралия , пережили периоды сильной эрозии. В 1967 году серия из 11 циклонов уничтожила большую часть песка с пляжей Голд-Коста. Правительство Квинсленда привлекло инженеров из Делфтского университета в Нидерландах для консультирования. В отчете Делфта 1971 года был описан ряд работ для пляжей Голд-Коста, включая питание пляжей и искусственный риф. К 2005 году большинство рекомендаций было выполнено.
Стратегия защиты пляжей Северного Золотого Берега (NGCBPS) представляла собой инвестицию в размере 10 миллионов австралийских долларов. NGCBPS был реализован в период с 1992 по 1999 год, а работы были завершены в период с 1999 по 2003 год. Проект включал в себя выемку 3 500 000 кубических метров (4 600 000 куб. ярдов) совместимого песка из Бродуотера Голд-Коста и доставку его по трубопроводу для питания 5 километров (3,1 мили). ) пляжа между Surfers Paradise и Main Beach . Новый песок был стабилизирован искусственным рифом , построенным в Нарроуннеке из огромных геотекстильных мешков с песком. Новый риф был спроектирован для улучшения волновых условий для серфинга. Ключевой программой мониторинга для NGCBPS является система береговых камер ARGUS.
Более четверти территории Нидерландов находится ниже уровня моря. [43] Береговая линия Северного моря (около 300 километров (190 миль)) защищена от наводнений естественными песчаными дюнами (только в устьях рек и за барьерными островами дюны отсутствуют). Эта береговая линия разрушается на протяжении веков; в 19 и начале 20 веков эрозию пытались остановить строительством волн , что было дорогостоящим и не очень успешным. Пляжное питание прошло успешнее, но возникли вопросы по способу финансирования. В Прибрежном меморандуме 1990 года правительство после очень детального исследования решило, что вся эрозия вдоль всей береговой линии Голландии будет компенсироваться искусственным питанием пляжей. [44]
Береговая линия тщательно контролируется путем ежегодной регистрации поперечного сечения в точках на расстоянии 250 метров (820 футов) друг от друга, чтобы обеспечить адекватную защиту. При выявлении длительной эрозии применяют питание пляжей с помощью земснарядов большой производительности. В 1990 году правительство Нидерландов решило в принципе компенсировать всю береговую эрозию за счет подпитки. Эта политика все еще продолжается и успешна. Все расходы покрываются из республиканского бюджета. [45] [46] [47]
Новая стратегия питания пляжа была реализована в Южной Голландии , где новая форма пляжа была создана с использованием огромного количества песка с расчетом на то, что песок будет распределяться естественными процессами и питать пляж в течение многих лет (см. Песчаный двигатель ).
Основная береговая линия в Нидерландах представляет собой линию низкой воды 1990 года. Эта линия используется для выявления береговой эрозии и роста прибрежных территорий и для принятия мер в случае необходимости. В Прибрежном меморандуме [44] правительство Нидерландов решает сохранить береговую линию 1990 года за счет пляжного питания. Береговая линия, о которой идет речь, представляет собой линию межени. Для практического применения это определение не представляется однозначным, поэтому Меморандум также определяет мгновенную береговую линию (также называемую мгновенной береговой линией) (MKL) и базовую береговую линию (BKL). Ежегодно на основании МКЛ определяют береговую линию, подлежащую опробованию (ТКЛ), и при угрозе выхода ее вглубь от БКЛ проводят подкормку песком.
Проблема с линией отлива, упомянутой в Прибрежном меморандуме 1990 года, заключается в том, что высота среднего отлива четко определена, а положение в горизонтальном направлении — нет. См. прилагаемый рисунок, здесь профиль пляжа трижды пересекает линию отлива. На самом деле важно также не сохранить линию, а сохранить количество песка в активном профиле пляжа. Для определения этого объема используются две высоты: средний низкий уровень воды (glw) и высота подножия дюны (dv). Высота подножия дюны в основном определяется путем нахождения пересечения крутого склона передней части дюны и сухого пляжа. В общем, эта теоретическая точка подножия дюны будет немного ниже песка. Очень сложно каждый год переопределять высоту подножия дюны. Некоторые администраторы определяют линию подножия дюны как определенную линию высот, на которой обычно лежит подножие дюны. На относительно неизменных прибрежных участках такой подход является приемлемым. Метод определения МКЛ таков, что он мало чувствителен к точному выбору значения dv. Таким образом, местоположение подножия дюны определяется высотой над NAP (национальный датум, приблизительно средний уровень моря) и расстоянием от этой линии возвышения до административной береговой линии (Xdv). Эта административная линия не имеет физического смысла, а является просто основой для изыскательских работ.
Рецепт расчета положения MKL: [48]
Суть этого метода заключается в том, что толщина измеряемого слоя песка должна быть функцией высоты измерительной волны; однако это неизвестно. Но поскольку высота подножия дюны также является функцией измеренной высоты волны, значение h хорошо отражает влияние как приливов, так и волн. Для определения профилей пляжа вдоль береговой линии измеряются так называемые профили ЯрКуса. Эти профили находятся на расстоянии примерно 250 метров друг от друга и ежегодно измеряются на расстоянии примерно 800 метров в море до сразу за дюнами. Эти измерения доступны по всему побережью, начиная с 1965 года. С периода примерно с 1850 г. кое-где имеются и профильные промеры, но они часто несколько сдвинуты по сравнению с яркусной греблей и поэтому более сложны для анализа. В случае бунов зондирование проводится ровно посередине между бунами.
Базовая береговая линия по определению — это береговая линия на 1 января 1990 года. Но, конечно, никаких измерений, сделанных именно в эту дату, нет, более того, всегда есть вариации в измерениях. Таким образом, BKL определяется путем измерения пляжа примерно за 10 лет до 1990 года и определения MKL для каждого из этих лет. Эти значения помещаются на график, определяется линия регрессии . Там, где эта линия регрессии пересекает дату 1 января 1990 года, проходит основная береговая линия BKL. В принципе, расположение БКЛ неизменно. В особых случаях, когда в результате работ берег существенно изменяется, может быть принято решение о смещении БКЛ. Это основано не на техническом или морфологическом расчете, а на самом деле политическом решении. Примером этого является Hondsbossche Zeewering, морская дамба возле деревни Петтен , где BKL фактически находился на носке дамбы. В связи со строительством новой искусственной дюны перед этой дамбой (Хондсбосше Дуйнен) был добавлен кусок дюны, который планируется сохранить. Итак, БКЛ сдвинут в сторону моря.
В рамках береговой политики ежегодно определяется, требуется ли питание на том или ином прибрежном участке. Это делается путем определения береговой линии (TKL), которая будет проверена до контрольной даты. Это определяется так же, как и BKL, а именно путем регрессионного анализа значений MKL предыдущих лет. См. прикрепленный график. В этом примере добавка была произведена в 1990 году, в результате чего MKL сместилась далеко в море. Таким образом, количество лет, за которые может быть проведен регрессионный анализ, несколько ограничено. Если доступно слишком мало лет, линия регрессии обычно принимается параллельно предыдущей линии регрессии (поэтому предполагается, что эрозия до и после приема добавок примерно одинакова). Кстати, первый год после приема добавок часто бывает выше среднего из-за эффектов адаптации. В этом случае оказывается, что TKL все еще является удовлетворительным для 1995 года и уже не является удовлетворительным для 1996 года. В принципе, дополнение в этом месте потребуется в течение 1995 года. Теперь решение о дополнении не зависит от единичное превышение BKL, но только в том случае, если существует угроза того, что несколько профилей станут отрицательными. Чтобы оценить это, Рейксватерштат ежегодно выпускает карты побережья. [49] На этих картах темно-зеленым или светло-зеленым блоком показано, растет или разрушается побережье. Красный блок означает, что в этом месте TKL превысил BKL и что там что-то должно произойти. Индикатор, заштрихованный красным, означает, что ТКЛ превысила БКЛ, но данный участок побережья имеет тенденцию к увеличению, поэтому срочных работ не требуется.
Питание пляжа для расширения пляжа и поддержания береговой линии может быть спроектировано с использованием математических расчетных моделей или на основе измерений пляжа. В Нидерландах, Бельгии и Германии планирование питания в основном основано на измерениях, тогда как в других странах в основном используются математические модели. Проект питания для обслуживания берегов и расширения пляжей можно сделать гораздо более надежным на основе данных измерений, при условии их наличия. Если хороших, длительных рядов измерений профиля пляжа нет, необходимо производить расчет с использованием расчетных моделей. В Нидерландах побережье измеряется ежегодно в течение многих лет (измерения ДжарКуса), и поэтому очень надежный метод, основанный на измерениях, используется в Нидерландах для разработки добавок для предотвращения эрозии.
Чтобы компенсировать береговую эрозию, конструкция добавки на самом деле очень проста: каждый год необходимо вносить одинаковое количество песка, поскольку эрозия ежегодно исчезает. Предполагается, что существенных изменений волнового климата и ориентации береговой линии не произойдет. Для большинства продуктов питания это правильное предположение. Поэтому в случае существенных изменений ориентации берега этот метод не всегда применим (например, при проектировании песочной машины). На практике для применения этого метода длина питания должна быть в 20-40 раз больше ширины.
Вкратце, метод состоит из следующих этапов: [50]
Для определения количества песка в профиле можно использовать тот же метод, что и для базовой Береговой линии. Учитывая тот факт, что мгновенная береговая линия была измерена на необходимые годы и, следовательно, снижение этой береговой линии, определить потерю песка довольно просто. Предположим, что падение МКС составляет 5 м/год, тогда ежегодная потеря песка составит 5*(2ч) м3 в год на погонный метр береговой линии. Вот 2 часа высоты профиля активного пляжа. Вдоль голландского побережья высота h около Хук-ван-Холланда составляет порядка 4 м, поэтому в приведенном выше примере эрозия составит 40 м3 в год на погонный метр побережья. Следовательно, для питания длиной 4 км и сроком службы 5 лет 40*4000*5 = 80 000 м3. Поскольку сразу после строительства происходят дополнительные потери песка, хороший объем составляет 1,4 *80000 = 112 000 м3. Это сдвиг в сторону моря на 1,4*5*5= 35 м.
В практике пляжного питания (начиная с 1990 г.) этот метод работает очень хорошо. Анализы питания в северной Германии также показывают, что это надежный метод. Отправной точкой является то, что размер зерен питательного песка равен исходному пляжному песку. Если это не так, то это необходимо исправить. Если в зоне выигрыша более мелкий песок, объем подкормки необходимо увеличить. [51]
Однолинейная модель
Для относительно широкого и короткого питания (типа песочного мотора) можно использовать однолинейную модель. В этой модели берег представлен одной линией (например, мгновенной береговой линией) и постоянным профилем вдоль всей береговой линии. Для каждого профиля дана ориентация берега, и в каждом профиле перенос песка рассчитывается по течению, индуцированному прибоем. Если в профиле 1 перенос песка больше, чем в профиле 2, между профилями 1 и 2 произойдет седиментация, подробнее о модели. [52] [53] По мере образования отложений ориентация побережья изменится, а, следовательно, и перенос песка. Это дает возможность рассчитать изменение береговой линии. Классический пример – расчет относительно короткого и широкого дополнения прямыми волнами. Однолинейная модель может очень хорошо предсказать, как такие добавки могут развиваться с течением времени. Модель расчета Unibest Deltares является примером однолинейной модели.
В ситуациях с высокой степенью двумерности, например, в приливно-отливной бухте или устье устья, или если питание само по себе имеет ярко выраженный двумерный характер (как в случае с Песчаным двигателем), подход с измерениями профиля невозможен. Однолинейная модель часто неуместна. В этих случаях создается двухмерная модель переноса песка (обычно с использованием таких моделей, как Delft3D от Deltares в Нидерландах или Mike 21 от DHI в Дании). В такой модели дно местности представлено в виде карты глубины. Затем следует расчет приливного течения и расчет проникновения волн. После этого перенос песка рассчитывается в каждой точке сетки, и на основании разницы в переносе песка между различными точками сетки рассчитывается седиментация и эрозия во всех ячейках. Затем можно оценить, ведет ли пища себя так, как предполагалось. [54]
Проблема с этим типом модели заключается в том, что (не считая довольно длительного времени вычислений на компьютере) результаты весьма чувствительны к неточностям входных данных. Например, на краю модели необходимо правильно ввести уровни воды и скорости течения, а также должен быть хорошо известен волновой климат. Также большое влияние оказывают вариации состава песка (размера зерен). [55]
В некоторых местах голландского побережья приливные каналы проходят очень близко к пляжу. Примерно с 1990-х годов эти пляжи также питались классическим способом, но проблема была в том, что ширина пляжа небольшая. Таким образом, количество помещаемого песка ограничено, что приводит к короткому сроку службы питания. Установлено, что в таких случаях более эффективно питать береговую стенку канала, а в некоторых случаях в качестве карьера использовать песок с морской стороны канала. Фактически это приводит к смещению приливного русла дальше от береговой линии [56] (глава 4).
Вместо непосредственного снабжения пляжа можно также обеспечить подводную береговую линию (подводную банку). Преимущество этого в том, что реализация питания обходится дешевле, а работа напрямую не влияет на использование пляжа. Затем песок со временем переносится волнами из более глубоких вод к побережью. Береговое питание рассчитывается так же, как и пляжное питание, но использование данных измерений с профилями пляжа в этом случае менее просто, поскольку прибрежное питание не дает новой линии пляжа. Поэтому в таких случаях обычно используется однолинейная модель или полевая модель. [57]
Всего за период 1990-2020 гг. было добыто 236 млн куб. м, в основном в виде пляжного питания. Однако после 2004 года больше внимания стало уделяться питанию прибрежных зон. [56]
В 2006 году были подробно проанализированы затраты на некоторые виды питания. Это привело к:
F= Береговая полоса, B= Питание на пляже, B+F – комбинация; Уровень цен 2006 года, без НДС. [58]
Гавайи планировали пополнить пляж Вайкики в 2010 году. Проект с бюджетом в 2,5 миллиона долларов покрыл площадь 1700 футов (520 м) в попытке вернуть пляжу ширину 1985 года. Предыдущие оппоненты поддержали этот проект, потому что песок должен был поступать с близлежащих отмелей , открывая заблокированный канал и оставляя общий местный объем песка неизменным, при этом «новый» песок точно соответствовал существующим материалам. В рамках проекта планировалось использовать до 24 000 кубических ярдов (18 000 м 3 ) песка из месторождений, расположенных на расстоянии от 1500 до 3000 футов (от 460 до 910 м) в море на глубине от 10 до 20 футов (от 3,0 до 6,1 м). Этот проект был больше, чем предыдущая работа по переработке мусора в 2006-07 годах, в ходе которой было перемещено 10 000 кубических ярдов (7 600 м 3 ). [59]
Мауи, Гавайи, продемонстрировал сложность даже небольших проектов по обеспечению питанием. В рамках проекта в Шугар-Коув песок с возвышенностей был доставлен на пляж. Утверждается, что песок был более мелким, чем первоначальный, и содержал избыток ила, который окружал коралл, удушая его и убивая мелких животных, обитавших внутри и вокруг него. Как и в других проектах, доступность песка на берегу была ограничена, что вынуждало рассматривать более дорогие морские источники. [60]
Второй проект, вдоль Стейбл-Роуд, который пытался замедлить, а не остановить эрозию, был остановлен на полпути к своей цели — добавлению 10 000 кубических ярдов (7 600 м 3 ) песка. Пляжи отступали «сравнительно быстрыми темпами» на протяжении полувека. Реставрация осложнялась наличием старых дамб, бунов, груд камней и других сооружений. [60]
В этом проекте использовались заполненные песком пахи геотекстильных трубок , которые изначально должны были оставаться на месте до 3 лет. Труба должна была транспортировать песок из более глубокой воды на пляж. Труба была закреплена бетонными блоками, прикрепленными фиброволоконными ремнями. На видео видно, как блоки отскакивают от коралла в течении, убивая все, к чему прикасаются. Местами ремни порвались, позволяя трубе перемещаться по рифу, «строгая его». Плохая погода усугубила разрушительное движение и положила конец проекту. [61] По гладким цилиндрическим геотекстильным трубкам может быть трудно перелезть, пока они не будут покрыты песком. [60]
Сторонники утверждали, что сезонная летняя эрозия в 2010 году была меньше, чем в предыдущие годы, хотя после завершения реставрации пляж стал уже, чем в 2008 году. Власти изучали, стоит ли требовать от проекта немедленного удаления пахов. Потенциальные альтернативы геотекстильным трубкам для перемещения песка включают плавучие земснаряды и/или перевозки песка, добываемого в море, на грузовиках. [60]
Последним соображением было повышение уровня моря и то, что Мауи тонул под собственным весом. И Мауи, и остров Гавайи окружают массивные горы ( Халикала , Мауна-Лоа и Мауна-Кеа ) и расширяют гигантскую ямку на дне океана, примерно на 30 000 футов (9 100 м) ниже горных вершин. [60]
Внешние банки у побережья Северной Каролины и юго-восточной Вирджинии включают ряд городов. С 2011 года в пяти из шести городов было организовано пляжное питание. Проекты были следующими:
Дак, Северная Каролина : пляжное питание состоялось в 2017 году и обошлось примерно в 14 057 929 долларов. [62]
Саутерн-Шорс, Северная Каролина . Ориентировочная стоимость проекта Саузерн-Шорс составила около 950 000 долларов США [63] и была завершена в 2017 году. Предлагается дополнительный проект по расширению пляжей в 2022 году, ориентировочная стоимость которого составляет от 9 до 13,5 миллионов долларов США. [64]
Китти-Хок, Северная Каролина . Проект по оздоровлению пляжей в Китти-Хок был завершен в 2017 году и включал 3,58 мили пляжей, простирающихся от Южного берега до Китти-Хок, и стоил 18,2 миллиона долларов. [65]
Килл-Девил-Хиллз, Северная Каролина — проект по озеленению пляжей завершен в 2017 году.
Нэгс-Хед, Северная Каролина . Первый в городе проект по питанию пляжей был реализован в 2011 году и стоил от 36 до 37 миллионов долларов. [66] Стоимость проекта реконструкции в 2019 году составила 25 546 711 долларов. [67]
Предстоящие проекты: города Дак, Саузерн-Шорс, Китти-Хок и Килл-Девил-Хиллз заключили контракт с Coastal Protection Engineering на предварительные проекты восстановления питания, запланированные на 2022 год .
Флорида — девяносто PEM (модулей выравнивания давления) были установлены в феврале 2008 года в Хиллсборо-Бич . Через 18 месяцев пляж значительно расширился. Большая часть ПОМ была удалена в 2011 году. Объем пляжа увеличился на 38 500 кубических ярдов за 3 года по сравнению со среднегодовой потерей в 21 000. [68]
Нью-Джерси . На протяжении десятилетий Инженерный корпус армии США выливал миллионы кубических ярдов песчаной жижи вдоль побережья Джерси . [69] Расходы на проект распределяются между Инженерным корпусом армии, штатом и местными муниципалитетами. [69] Хотя береговая линия Нью-Джерси составляет 1% береговой линии США, с 1922 по 2022 год на проекты по восстановлению пляжей в штате было потрачено более 2,6 миллиардов долларов, что составляет около 20% от общих расходов страны на пополнение пляжей. [69] Операции «Земля и засыпка» начались в 1989 году. [70] Обоснования проектов, вызывающих споры в Нью-Джерси, включали борьбу с наводнениями , предотвращение ущерба жилым домам на набережной и защиту летнего туризма вдоль берега, [69] а также общественный доступ к пляжам. [71] Критики, такие как Sierra Club и Surfrider Foundation , утверждают, что восстановление пляжей в штате является расточительным, поскольку песок часто быстро смывается; они выступают за альтернативную политику по смягчению последствий изменения климата , штормовых нагонов и повышения уровня моря , а также утверждают, что восстановление питания фактически является субсидией для богатых домовладельцев. [69] [71]
Пляж в Голд-Косте был построен как искусственный пляж в 1990-х годах за 60 миллионов гонконгских долларов. Песок доставляется периодически, особенно после тайфунов, чтобы пляж оставался жизнеспособным. [72]
более четверти всей территории страны фактически находится ниже уровня моря.