Дамба (или морская дамба ) — это форма береговой обороны, построенная там , где море и связанные с ним прибрежные процессы непосредственно воздействуют на рельеф побережья . Целью дамбы является защита территорий человеческого жилья, заповедников и мест отдыха от действия приливов , волн или цунами . [1] Поскольку дамба является статическим объектом, она будет конфликтовать с динамичным характером побережья и препятствовать обмену осадками между сушей и морем. [2]
Проектирование дамбы учитывает местный климат, положение побережья, волновой режим (определяемый волновыми характеристиками и эффекторами), а также ценность (морфологические характеристики) формы рельефа. Морские дамбы представляют собой жесткие инженерные береговые сооружения, защищающие побережье от эрозии. В результате строительства дамбы могут возникнуть различные экологические проблемы , в том числе нарушение движения и структуры переноса наносов. [3] В сочетании с высокой стоимостью строительства это привело к более широкому использованию других вариантов мягкого инженерного управления прибрежными зонами, таких как восстановление пляжей .
Морские дамбы строятся из различных материалов, чаще всего из железобетона , валунов, стали или габионов . Другие возможные строительные материалы включают винил, дерево, алюминий, композит из стекловолокна и биоразлагаемые мешки с песком из джута и кокосового волокна . [4] В Великобритании дамбой также называют земляной берег, используемый для создания польдера или конструкции дамбы . Предполагается, что тип материала, использованного для строительства, влияет на заселение прибрежных организмов, хотя точный механизм еще не установлен. [5]
Морская дамба отражает энергию падающих волн обратно в море, тем самым уменьшая количество энергии, вызывающей эрозию. [6] У дамб есть два слабых места. Отражение волн от стены может привести к гидродинамическому размыву и последующему понижению уровня песка на берегу. [7] Морские дамбы могут также ускорить эрозию прилегающих, незащищенных прибрежных территорий, влияя на процесс прибрежного дрейфа . [8]
Различные конструкции искусственных барьеров от цунами включают строительство рифов и лесов, а также надземных и подводных дамб. [9] Всего через несколько недель после катастрофы, в январе 2005 года, Индия начала высаживать казуарину и саженцы кокосовых орехов на своем побережье в качестве естественного барьера против будущих бедствий, таких как землетрясение в Индийском океане в 2004 году . [10] Исследования показали, что морская стена цунами может уменьшить высоту волн цунами до 83%. [11]
Соответствующий проект дамбы зависит от особенностей конкретного местоположения, включая окружающие процессы эрозии. [12] Существует три основных типа дамб: вертикальные, изогнутые, ступенчатые и насыпные (см. таблицу ниже).
В отчете, опубликованном Программой Организации Объединенных Наций 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 изображений, чтобы установить параметры сопротивления побережья в зависимости от различных типов деревьев. [17] Естественные барьеры, такие как коралловые рифы и мангровые леса, предотвращают распространение цунами и поток прибрежных вод, а также смягчают наводнения и приливы воды. [18]
Подход «затраты-выгоды» является эффективным способом определить, подходит ли дамба и стоят ли выгоды затраченных средств. Помимо борьбы с эрозией, необходимо учитывать влияние укрепления береговой линии на естественные прибрежные экосистемы , а также на собственность или деятельность человека. Дамба – это статичный объект, который может противоречить динамическому характеру побережья и препятствовать обмену осадками между сушей и морем. В таблице ниже суммированы некоторые положительные и отрицательные эффекты дамб, которые можно использовать при сравнении их эффективности с другими вариантами управления прибрежными зонами, такими как питание пляжей . [ нужна цитата ]
Как правило, дамбы могут быть успешным способом борьбы с береговой эрозией, но только если они построены качественно и из материалов, способных противостоять силе продолжающейся энергии волн. Необходимо некоторое понимание прибрежных процессов и морфодинамики, характерных для расположения дамбы. Морские дамбы могут быть очень полезны; они могут предложить более долгосрочное решение, чем варианты мягкой инженерии , дополнительно обеспечивая возможности для отдыха и защиту от экстремальных явлений, а также повседневной эрозии. Экстремальные природные явления выявляют недостатки в работе дамб, и их анализ может привести к будущим улучшениям и переоценке. [ нужна цитата ]
Повышение уровня моря создает проблему для дамб во всем мире, поскольку повышает как средний нормальный уровень воды, так и высоту волн во время экстремальных погодных явлений, с которыми нынешняя высота дамб может быть не в состоянии справиться. [21] Самый последний анализ длинных и качественных записей мареографов (с поправкой на GIA и, если возможно, на другие вертикальные движения суши с помощью Глобальной системы позиционирования, GPS) указывает на среднюю скорость повышения уровня моря на 1,6–1,8 мм/ год за двадцатый век. [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 подтверждаются Ханной (1990) [24] , которая рассчитала аналогичные статистические данные, включая рост на +16–19,3 см в течение 1900–1988 годов. Суперураган «Сэнди» 2012 года является примером разрушительных последствий, которые может вызвать повышение уровня моря в сочетании с идеальным штормом. Суперураган «Сэнди» вызвал штормовой нагон высотой 4–5 м на барьерный остров Нью-Джерси и Нью-Йорка и городские береговые линии, ущерб которого оценивается в 70 миллиардов долларов. [25] Эту проблему можно решить путем дальнейшего моделирования и определения увеличения высоты и усиления существующих дамб, что необходимо для обеспечения безопасности в обеих ситуациях. Повышение уровня моря также приведет к увеличению риска наводнений и более высоких цунами. [ нужна цитата ]
Морские дамбы, как и все подпорные стенки , должны смягчать нарастающее давление воды . Повышение давления воды происходит из-за того, что грунтовые воды не отводятся из-за дамбы. Грунтовые воды у дамбы могут поступать из естественного уровня грунтовых вод , дождь просачивается в землю за стеной, а волны переходят через стену. Уровень грунтовых вод также может повышаться в периоды паводка ( прилива ). Отсутствие надлежащего дренажа может привести к прогибанию, перемещению, изгибу, растрескиванию или обрушению дамбы. Воронки также могут образовываться, когда давление выходящей воды разрушает почву через дренажную систему или вокруг нее. [ нужна цитата ]
Экстремальные явления также создают проблему, поскольку людям нелегко предсказать или представить себе силу волн, вызванных ураганами или штормами, по сравнению с обычными ожидаемыми волнами. Экстремальное явление может рассеивать в сотни раз больше энергии, чем обычные волны, а рассчитать конструкции, которые выдержат силу прибрежных штормов, сложно, и зачастую результат может стать недоступным. Например, дамба Омаха-Бич в Новой Зеландии была спроектирована так, чтобы предотвратить эрозию только от ежедневных волн, и когда шторм в 1976 году прорвался в десяти метрах позади существующей дамбы, вся конструкция была разрушена. [12]
Добавление дамб вблизи морских экосистем может привести к усилению эффекта затенения в водах, окружающих дамбу. Затенение снижает освещенность и видимость в воде, что может нарушить распространение, а также возможности кормления некоторых видов. [26] Отложения, окружающие дамбы, имеют тенденцию иметь менее благоприятные физические свойства (более высокий уровень кальцификации , меньшую структурную организацию кристаллической структуры, низкое содержание кремния и меньшую макромасштабную шероховатость) по сравнению с естественными береговыми линиями, что может представлять проблемы для видов, обитающих на них. морское дно. [27]
Некоторые дополнительные проблемы включают отсутствие данных о долгосрочных тенденциях воздействия дамбы из-за относительно короткой продолжительности записей данных; ограничения моделирования и сравнения различных проектов, а также их недействительность или неодинаковость эффектов из-за разных типов пляжей; материалы; течения; и среды. [28] Отсутствие технического обслуживания также является серьезной проблемой дамб. В 2013 году в Пунта-Горде, штат Флорида, было обнаружено, что дамба длиной более 5000 футов (1500 м) рушится . Жители этого района ежегодно платят сотни долларов за программу ремонта дамбы. Проблема в том, что большинству дамб более полувека, и они разрушаются только сильными ливнями. Если их не контролировать, дамбы теряют эффективность и их ремонт становится дорогостоящим. [29]
Строительство дамбы существовало с древних времен. В первом веке до нашей эры римляне построили дамбу или волнолом в Кесарии Приморской , создав искусственную гавань (гавань Себастоса). При строительстве использовался пуццолановый бетон, который затвердевает при контакте с морской водой. Баржи были построены и залиты бетоном. Их подняли на воду и затопили. Получившаяся гавань/волнорез/дамба существует до сих пор – более 2000 лет спустя. [30]
Считается, что самой старой известной береговой обороной является 100-метровый ряд валунов в Средиземном море у берегов Израиля. Валуны были установлены в попытке защитить прибрежное поселение Тель-Хрейц от подъема моря после последнего ледникового максимума . Тель-Хрейц был обнаружен в 1960 году дайверами, искавшими затонувшие корабли, но ряд валунов не был найден до тех пор, пока штормы не очистили песчаный покров в 2012 году. [31]
Совсем недавно дамбы были построены в 1623 году на острове Канви , Великобритания, когда произошло сильное наводнение в устье Темзы, что побудило к строительству защиты на случай дальнейших событий в этом подверженном наводнениям районе. [32] С тех пор конструкция дамбы стала более сложной и запутанной в ответ на улучшение материалов, технологий и понимания того, как работают прибрежные процессы. В этом разделе в хронологическом порядке будут изложены некоторые ключевые примеры морских дамб и описано, как они действовали в ответ на цунами или продолжающиеся природные процессы и насколько эффективны они были в этих ситуациях. Анализ успехов и недостатков дамб во время суровых природных явлений позволяет выявить их слабые стороны и выявить области для будущего улучшения. [ нужна цитата ]
Ванкуверская дамба — каменная дамба, построенная по периметру парка Стэнли в Ванкувере, Британская Колумбия . Первоначально дамба была построена как волны, создаваемые кораблями, проходящими через Первые узкие места, размывающие территорию между Проспект-Пойнт и Броктон-Пойнт. Строительство дамбы началось в 1917 году, и с тех пор эта тропа стала одной из наиболее часто используемых достопримечательностей парка как местными жителями, так и туристами, и теперь ее общая длина составляет 22 км. [33] Строительство дамбы также обеспечило работу работникам по оказанию помощи во время Великой депрессии и морякам из HMCS Discovery на острове Мертвеца , которым грозило наказание в 1950-х годах (Steele, 1985). [34]
В целом, дамба Ванкувера является ярким примером того, как дамбы могут одновременно обеспечивать защиту береговой линии и быть источником отдыха, который увеличивает удовольствие людей от прибрежной среды. Это также показывает, что, хотя эрозия береговой линии является естественным процессом, деятельность человека, взаимодействие с побережьем и плохо спланированные проекты развития береговой линии могут ускорить темпы естественной эрозии. [ нужна цитата ]
26 декабря 2004 г. высокие волны цунами, вызванного землетрясением в Индийском океане в 2004 г., обрушились на юго-восточное побережье Индии, убив тысячи людей. Однако бывший французский колониальный анклав Пондичерри остался невредимым. В первую очередь это произошло благодаря французским инженерам, которые построили (и поддерживали) массивную каменную дамбу в то время, когда город был французской колонией. Эта 300-летняя дамба эффективно сохраняла исторический центр Пондичерри сухим, несмотря на то, что волны цунами подняли воду на 24 фута (7,3 м) выше обычной отметки прилива. [35]
Первоначально строительство барьера было завершено в 1735 году, и на протяжении многих лет французы продолжали укреплять стену, складывая огромные валуны вдоль ее береговой линии длиной 1,25 мили (2 км), чтобы остановить эрозию от волн, обрушивающихся на гавань. В самом высоком месте барьер, проходящий вдоль кромки воды, достигает высоты около 27 футов (8,2 м) над уровнем моря. Валуны, некоторые весом до тонны, почернели и коричневеют. Дамбу осматривают каждый год, и всякий раз, когда появляются щели или камни проваливаются в песок, правительство добавляет больше валунов, чтобы сохранить ее прочность. [36]
На Союзной территории Пондичерри зарегистрировано около 600 смертей в результате огромных волн цунами, обрушившихся на побережье Индии после гигантского подводного землетрясения (сила 9,0 баллов по моментной шкале ) у берегов Индонезии, но большинство погибших были рыбаками, жившими в деревнях за пределами искусственного моря. барьер, который усиливает эффективность дамб. [ нужна цитата ]
По меньшей мере 43 процента береговой линии Японии протяженностью 29 751 км (18 486 миль) [37] покрыты бетонными дамбами или другими сооружениями, предназначенными для защиты страны от высоких волн, тайфунов и даже цунами. [38] Во время землетрясения и цунами в Тохоку в 2011 году дамбы в большинстве районов были разрушены. В Камаиси 4-метровые (13 футов) волны преодолели дамбу – самую большую в мире, возведенную несколько лет назад в городской гавани на глубине 63 м (207 футов), длине 2 км (1,2 мили) и обошлось в 1,5 миллиарда долларов – и в конечном итоге затопило центр города. [39]
Риски зависимости от дамб были наиболее очевидными во время кризиса на атомных электростанциях Фукусима-дай-ити и Фукусима-дай-ни , расположенных вдоль побережья недалеко от зоны землетрясения, поскольку цунами захлестнуло стены, которые должны были защитить растения. Возможно, дополнительная защита, обеспечиваемая дамбами, предоставила гражданам дополнительный запас времени для эвакуации, а также остановила часть полной силы энергии, которая заставила бы волну подняться выше в задней части прибрежных долин. Напротив, дамбы также действовали отрицательно, задерживая воду и задерживая ее отступление. [ нужна цитата ]
Провал крупнейшей в мире дамбы, строительство которой обошлось в 1,5 миллиарда долларов, показывает, что строительство более прочных дамб для защиты больших территорий было бы еще менее рентабельным. В случае продолжающегося кризиса на атомных электростанциях необходимо было построить более высокие и прочные дамбы, если на этом месте должны были быть построены электростанции. По сути, разрушения в прибрежных районах и окончательное число погибших, которое, по прогнозам, превысит 10 000 человек, могут подтолкнуть Японию к перепроектированию своих дамб или к рассмотрению более эффективных альтернативных методов защиты побережья от экстремальных явлений. Такие прочные береговые линии могут также создавать ложное чувство безопасности у владельцев недвижимости и местных жителей, что очевидно в этой ситуации. [39]
Морские дамбы вдоль японского побережья также подвергались критике за то, что они отрезают поселения от моря, делают пляжи непригодными для использования, вызывают раздражение на глазу, беспокоят дикую природу и являются ненужными. [40]
После урагана «Сэнди» в 2012 году мэр Нью-Йорка Билл де Блазио вложил 3 000 000 000 долларов в фонд восстановления после ураганов, причем часть денег была направлена на строительство новых дамб и защиту от будущих ураганов. [41] Было предложено построить барьер от штормов в гавани Нью-Йорка , но он не голосовался и не финансировался Конгрессом или штатом Нью-Йорк. [ нужна цитата ]
Во Флориде тигровые плотины используются для защиты домов недалеко от побережья. [42] [43]
Общий:
Похожие типы стен:
Конкретные стены:
... энергия отраженных волн взаимодействовала с приходящими волнами, образуя стоячие волны, известные как клапотис, которые способствуют эрозии у основания стены.
{{cite web}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
