Морская дамба ( или морская стена ) — это форма береговой обороны, построенная там, где море и связанные с ним прибрежные процессы оказывают непосредственное воздействие на рельеф побережья . Цель морской стены — защитить районы проживания людей, сохранения природы и отдыха от воздействия приливов , волн или цунами . [1] Поскольку морская стена является статическим объектом, она будет противоречить динамической природе побережья и препятствовать обмену осадками между сушей и морем. [2]
Проекты морских дамб учитывают местный климат, прибрежное положение, волновой режим (определяемый характеристиками волн и эффекторами) и ценность (морфологические характеристики) рельефа. Морские дамбы — это жесткие инженерные береговые сооружения, которые защищают побережье от эрозии. Строительство морской дамбы может привести к различным экологическим проблемам , включая нарушение движения осадка и транспортных схем. [3] В сочетании с высокой стоимостью строительства это привело к более широкому использованию других вариантов мягкого инженерного управления побережьем, таких как пополнение пляжей .
Морские дамбы строятся из различных материалов, чаще всего из железобетона , валунов, стали или габионов . Другие возможные строительные материалы включают винил, дерево, алюминий , стекловолоконный композит и биоразлагаемые мешки с песком из джута и койра . [4] В Великобритании морская дамба также относится к земляному берегу, используемому для создания польдера или строительства дамбы . Предполагается, что тип материала, используемого для строительства, влияет на поселение прибрежных организмов, хотя точный механизм еще не определен. [5]
Морская дамба работает, отражая энергию падающей волны обратно в море, тем самым уменьшая энергию, доступную для возникновения эрозии. [6] Морские дамбы имеют два конкретных недостатка. Отражение волны от стены может привести к гидродинамическому размыву и последующему понижению уровня песка на переднем пляже. [7] Морские дамбы также могут ускорить эрозию прилегающих незащищенных прибрежных территорий, влияя на процесс литорального дрейфа . [8]
Различные проекты искусственных барьеров от цунами включают строительство рифов и лесов для надземных и подводных морских дамб. [9] Спустя всего несколько недель после катастрофы, в январе 2005 года, Индия начала высаживать саженцы казуарины и кокосовой пальмы на своем побережье в качестве естественного барьера против будущих катастроф, таких как землетрясение в Индийском океане в 2004 году . [10] Исследования показали, что морская стена от цунами может уменьшить высоту волн цунами до 83%. [11]
Правильный проект морской дамбы зависит от особенностей местоположения, включая окружающие процессы эрозии. [12] Существует три основных типа морских дамб: вертикальные, изогнутые, ступенчатые и насыпные (см. таблицу ниже).
В отчете, опубликованном Программой ООН по окружающей среде (ЮНЕП), говорится, что цунами 26 декабря 2004 года нанесло меньший ущерб в районах, где присутствовали естественные барьеры, такие как мангровые заросли , коралловые рифы или прибрежная растительность. Японское исследование этого цунами в Шри-Ланке использовало моделирование спутниковых снимков для установления параметров прибрежного сопротивления в зависимости от различных типов деревьев. [17] Естественные барьеры, такие как коралловые рифы и мангровые леса, предотвращают распространение цунами и течение прибрежных вод и смягчают наводнение и прилив воды. [18]
Подход «затраты-выгоды» является эффективным способом определения целесообразности строительства морской дамбы и того, оправдывают ли выгоды затраты. Помимо контроля эрозии, необходимо учитывать влияние укрепления береговой линии на естественные прибрежные экосистемы и собственность или деятельность человека. Морская дамба является статическим объектом, который может противоречить динамической природе побережья и препятствовать обмену осадками между сушей и морем. В таблице ниже суммированы некоторые положительные и отрицательные эффекты морских дамб, которые можно использовать при сравнении их эффективности с другими вариантами управления побережьем, такими как питание пляжа . [ требуется ссылка ]
Как правило, морские дамбы могут быть успешным способом контроля прибрежной эрозии, но только если они построены хорошо и из материалов, которые могут выдерживать силу текущей энергии волн. Необходимо некоторое понимание прибрежных процессов и морфодинамики, характерных для местоположения морской дамбы. Морские дамбы могут быть очень полезны; они могут предложить более долгосрочное решение, чем варианты мягкого проектирования , дополнительно предоставляя возможности для отдыха и защиту от экстремальных явлений, а также повседневной эрозии. Экстремальные природные явления выявляют слабые стороны в работе морских дамб, и их анализ может привести к будущим улучшениям и переоценке. [ необходима цитата ]
Подъем уровня моря создает проблему для морских дамб по всему миру, поскольку он повышает как средний нормальный уровень воды, так и высоту волн во время экстремальных погодных явлений, с которыми нынешняя высота морских дамб может быть не в состоянии справиться. [21] Самые последние анализы длительных, качественных записей мареографов (скорректированных с учетом GIA и, когда это возможно, с учетом других вертикальных движений суши с помощью Глобальной системы позиционирования, GPS) указывают на среднюю скорость повышения уровня моря 1,6–1,8 мм/год в течение двадцатого века. [22] Межправительственная группа экспертов по изменению климата (МГЭИК) (1997) [23] предположила, что повышение уровня моря в течение следующих 50–100 лет ускорится с прогнозируемым повышением глобального среднего уровня моря на +18 см к 2050 году нашей эры. Эти данные подкреплены Ханной (1990) [24] , которая рассчитала аналогичную статистику, включая повышение в диапазоне +16–19,3 см в течение 1900–1988 годов. Супершторм Сэнди 2012 года является примером разрушительных последствий, которые может вызвать повышение уровня моря в сочетании с идеальным штормом. Супершторм Сэнди вызвал штормовой нагон высотой 4–5 м на барьерных островах Нью-Джерси и Нью-Йорка и городских береговых линиях, что оценивается в 70 миллиардов долларов ущерба. [25] Эту проблему можно преодолеть путем дальнейшего моделирования и определения увеличения высоты и укрепления существующих морских дамб, что необходимо для обеспечения безопасности в обеих ситуациях. Повышение уровня моря также приведет к более высокому риску наводнений и более высоким цунами. [ требуется ссылка ]
Морские дамбы, как и все подпорные стенки , должны снижать нарастание давления воды . Нарастание давления воды происходит, когда грунтовые воды не дренируются из-за морской дамбы. Грунтовые воды у морской дамбы могут быть из естественного уровня грунтовых вод района , дождя, просачивающегося в землю за стеной, и волн, переливающихся через стену. Уровень грунтовых вод также может повышаться в периоды высокой воды ( приливов ). Отсутствие адекватного дренажа может привести к тому, что морская дамба прогнется, сдвинется, выгнется, треснет или обрушится. Также могут образовываться воронки , поскольку вытекающее давление воды размывает почву через дренажную систему или вокруг нее. [ необходима ссылка ]
Экстремальные события также представляют собой проблему, поскольку людям нелегко предсказать или представить силу волн, вызванных ураганом или штормом, по сравнению с нормальными, ожидаемыми волновыми моделями. Экстремальное событие может рассеять в сотни раз больше энергии, чем обычные волны, и расчет конструкций, которые выдержат силу прибрежных штормов, сложен, и часто результат может стать невыгодным. Например, морская дамба Омаха-Бич в Новой Зеландии была спроектирована так, чтобы предотвратить эрозию только от обычных волн, и когда шторм в 1976 году вырезал десять метров позади существующей морской дамбы, вся конструкция была разрушена. [12]
Добавление морских дамб вблизи морских экосистем может привести к увеличению эффекта затенения в водах, окружающих морскую дамбу. Затенение уменьшает свет и видимость в воде, что может нарушить распределение, а также возможности добычи пищи некоторыми видами. [26] Осадок, окружающий морские дамбы, имеет тенденцию иметь менее благоприятные физические свойства (более высокие уровни кальцификации , меньшая структурная организация кристаллической структуры, низкое содержание кремния и меньшая макромасштабная шероховатость) по сравнению с естественными береговыми линиями, что может представлять проблемы для видов, обитающих на морском дне. [27]
Некоторые дополнительные проблемы включают в себя отсутствие долгосрочных данных о тенденциях воздействия морских дамб из-за относительно короткой продолжительности записей данных; ограничения моделирования и сравнения различных проектов и их эффекты, которые являются недействительными или неравными из-за различных типов пляжей; материалов; течений; и окружающей среды. [28] Отсутствие технического обслуживания также является серьезной проблемой морских дамб. В 2013 году было обнаружено, что более 5000 футов (1500 м) морской дамбы разрушаются в Пунта-Горде, Флорида . Жители этого района платят сотни долларов каждый год за программу ремонта морских дамб. Проблема в том, что большинству морских дамб более полувека, и они разрушаются только сильными ливнями. Если их не контролировать, морские дамбы теряют эффективность и становятся дорогими в ремонте. [29]
Строительство морской дамбы существовало с древних времен. В первом веке до нашей эры римляне построили морскую дамбу или волнорез в Кесарии Приморской, создав искусственную гавань (гавань Себастос). При строительстве использовался бетон пуццолана , который затвердевает при контакте с морской водой. Были построены баржи и заполнены бетоном. Их сплавляли на место и затапливали. Получившаяся гавань/волнорез/морская дамба существует и сегодня – более 2000 лет спустя. [30]
Считается, что старейшей известной береговой обороной является 100-метровый ряд валунов в Средиземном море у берегов Израиля. Валуны были размещены в попытке защитить прибрежное поселение Тель-Хрейц от подъема моря после последнего ледникового максимума . Тель-Хрейц был обнаружен в 1960 году водолазами, искавшими затонувшие корабли, но ряд валунов не был найден, пока штормы не очистили песчаный покров в 2012 году. [31]
Совсем недавно, в 1623 году, морские дамбы были построены на острове Канви , Великобритания, когда произошли большие наводнения в устье Темзы, что побудило к строительству защиты от дальнейших событий в этой подверженной наводнениям области. [32] С тех пор конструкция морских дамб стала более сложной и запутанной в ответ на улучшение материалов, технологий и понимание того, как работают прибрежные процессы. В этом разделе будут изложены некоторые ключевые тематические исследования морских дамб в хронологическом порядке и описано, как они справились с реакцией на цунами или текущие природные процессы и насколько они были эффективны в этих ситуациях. Анализ успехов и недостатков морских дамб во время суровых природных событий позволяет выявить их слабые стороны и сделать области видимыми для будущего улучшения. [ необходима ссылка ]
Ванкуверская морская дамба — это каменная морская дамба, построенная по периметру парка Стэнли в Ванкувере, Британская Колумбия . Морская дамба была изначально построена, поскольку волны, созданные судами, проходящими через Первый пролив, размывали территорию между Проспект-Пойнт и Броктон-Пойнт. Строительство морской дамбы началось в 1917 году, и с тех пор эта тропа стала одной из наиболее используемых особенностей парка как местными жителями, так и туристами, и теперь ее общая протяженность составляет 22 км. [33] Строительство морской дамбы также обеспечило работой спасателей во время Великой депрессии и моряков с HMCS Discovery на острове Дедмана , которые подвергались наказанию в 1950-х годах (Steele, 1985). [34]
В целом, морская дамба Ванкувера является ярким примером того, как морские дамбы могут одновременно обеспечивать защиту береговой линии и источник отдыха, который повышает удовольствие человека от прибрежной среды. Она также иллюстрирует, что хотя эрозия береговой линии является естественным процессом, деятельность человека, взаимодействие с побережьем и плохо спланированные проекты по развитию береговой линии могут ускорить естественные темпы эрозии. [ необходима цитата ]
26 декабря 2004 года огромные волны цунами, вызванные землетрясением в Индийском океане 2004 года, обрушились на юго-восточное побережье Индии, убив тысячи людей. Однако бывший французский колониальный анклав Пондичерри остался невредим. Это произошло в первую очередь благодаря французским инженерам, которые построили (и поддерживали) массивную каменную морскую дамбу в то время, когда город был французской колонией. Эта 300-летняя морская дамба эффективно удерживала исторический центр Пондичерри сухим, хотя волны цунами подняли воду на 24 фута (7,3 м) выше обычной отметки прилива. [35]
Первоначально барьер был завершен в 1735 году, и на протяжении многих лет французы продолжали укреплять стену, нагромождая огромные валуны вдоль ее 1,25-мильной (2-километровой) береговой линии, чтобы остановить эрозию от волн, бьющих в гавань. В самой высокой точке барьер, проходящий вдоль кромки воды, достигает около 27 футов (8,2 м) над уровнем моря. Валуны, некоторые из которых весят до тонны, выветрены и почернели и побурели. Морская дамба осматривается каждый год, и всякий раз, когда появляются щели или камни погружаются в песок, правительство добавляет больше валунов, чтобы она оставалась прочной. [36]
На союзной территории Пондичерри зарегистрировано около 600 смертей от огромных волн цунами, обрушившихся на побережье Индии после гигантского подводного землетрясения (магнитуда которого составила 9,0 баллов по шкале моментной магнитуды ) у берегов Индонезии, но большинство погибших были рыбаками, которые жили в деревнях за искусственным барьером, усиливающим эффективность морских дамб. [ необходима ссылка ]
По крайней мере 43 процента от 29 751 км (18 486 миль) [37] береговой линии Японии выровнены бетонными морскими дамбами или другими сооружениями, предназначенными для защиты страны от высоких волн, тайфунов или даже цунами. [38] Во время землетрясения и цунами 2011 года в Тохоку морские дамбы в большинстве районов были затоплены. В Камаиси 4-метровые (13 футов) волны преодолели морскую дамбу — самую большую в мире, возведенную несколько лет назад в гавани города на глубине 63 м (207 футов), длиной 2 км (1,2 мили) и стоимостью 1,5 миллиарда долларов — и в конечном итоге затопили центр города. [39]
Риски зависимости от морских дамб были наиболее очевидны во время кризиса на атомных электростанциях Фукусима-1 и Фукусима-1 , которые располагались вдоль побережья недалеко от зоны землетрясения, когда цунами перевалило через стены, которые должны были защищать станции. Можно утверждать, что дополнительная защита, обеспечиваемая морскими дамбами, предоставила гражданам дополнительный запас времени для эвакуации, а также остановила часть полной силы энергии, которая могла бы заставить волну подняться выше в глубинах прибрежных долин. Напротив, морские дамбы также действовали негативным образом, задерживая воду и задерживая ее отступление. [ необходима цитата ]
Провал крупнейшей в мире морской дамбы, строительство которой обошлось в 1,5 миллиарда долларов, показывает, что строительство более мощных морских дамб для защиты больших территорий было бы еще менее рентабельным. В случае продолжающегося кризиса на атомных электростанциях, если бы электростанции были построены на этом месте, следовало бы построить более высокие и прочные морские дамбы. По сути, опустошение в прибрежных районах и окончательное число погибших, по прогнозам, превысит 10 000 человек, могут подтолкнуть Японию к перепроектированию своих морских дамб или рассмотрению более эффективных альтернативных методов защиты побережья в случае экстремальных событий. Такие укрепленные береговые линии также могут создавать ложное чувство безопасности для владельцев недвижимости и местных жителей, как это очевидно в данной ситуации. [39]
Морские дамбы вдоль побережья Японии также подвергались критике за то, что они отрезают поселения от моря, делают пляжи непригодными для использования, портят вид, беспокоят дикую природу и являются ненужными. [40]
После урагана «Сэнди » 2012 года мэр Нью-Йорка Билл де Блазио вложил 3 000 000 000 долларов в фонд восстановления после ураганов, часть денег пошла на строительство новых морских дамб и защиту от будущих ураганов. [41] Было предложено сооружение защитного барьера от штормовых нагонов в гавани Нью-Йорка , но оно не было поставлено на голосование и не финансировалось ни Конгрессом, ни штатом Нью-Йорк. [ требуется ссылка ]
Во Флориде тигровые плотины используются для защиты домов вблизи побережья. [42] [43]
Общий:
Похожие типы стен:
Конкретные стены:
энергия отраженной волны взаимодействовала с входящими волнами, образуя стоячие волны, известные как клапотис, которые способствуют эрозии у подножия стены.
{{cite web}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )