Что касается гражданского строительства береговых линий, мягкая инженерия — это практика управления береговой линией, которая использует устойчивые экологические принципы для восстановления устойчивости береговой линии и защиты прибрежных местообитаний. Мягкая береговая инженерия (SSE) использует стратегическое размещение органических материалов, таких как растительность, камни, песок, мусор и другие структурные материалы, для уменьшения эрозии, улучшения эстетики береговой линии, смягчения интерфейса земля-вода и снижения затрат на экологическую реставрацию . [1]
Чтобы отличить Soft Shoreline Engineering от Hard Shoreline Engineering, Hard Shoreline Engineering имеет тенденцию использовать стальные шпунтовые сваи или бетонные волноломы для предотвращения опасности и укрепления береговой линии. Как правило, Hard Shoreline Engineering используется в навигационных или промышленных целях. В отличие от этого, Soft Shoreline Engineering подчеркивает применение экологических принципов, а не ставит под угрозу инженерную целостность береговой линии. [2] Противоположной альтернативой является hard engineering .
Строительство жестких береговых линий — это использование неорганических армирующих материалов, таких как бетон, сталь и пластик, для укрепления береговых линий, остановки эрозии и защиты городской застройки от наводнений. Однако, поскольку развитие береговой линии среди прибрежных городов резко возросло, пагубные экологические факторы стали очевидны. Строительство жестких береговых линий было разработано для обеспечения развития человека вдоль побережья, сосредоточившись на повышении эффективности в коммерческих, навигационных и промышленных секторах экономики. В 2003 году численность населения мира, проживающего в пределах 120 миль (190 км) от океана, составляла 3 миллиарда человек и, как ожидается, удвоится к 2025 году. [3] Эти разработки обошлись дорого, разрушив биологические сообщества, изолировав прибрежные среды обитания, изменив естественный перенос осадка за счет нарушения волнового воздействия и течений вдоль берега. Во многих прибрежных регионах началась значительная деградация побережья из-за развития человека, река Детройт потеряла до 97% своих прибрежных водно-болотных угодий. [1] Сингапур также задокументировал исчезновение большинства своих мангровых лесов, прибрежных рифов и районов заболоченных территорий в период с 1920 по 1990 год из-за развития береговой линии. [3]
К концу 20-го века методы прибрежной инженерии постепенно перешли к включению естественной среды в планирование. В резком контрасте с жесткой инженерией, применяемой с единственной целью улучшения навигации, промышленного и коммерческого использования реки, мягкая инженерия использует многогранный подход, разрабатывая береговые линии для множества преимуществ и включая рассмотрение среды обитания рыб и диких животных. [4] Корпус инженеров армии США, которому поручено строить и поддерживать федерально утвержденные проекты прибрежных гражданских работ США, играет важную роль в разработке принципов прибрежной инженерии, практикуемых в США. Отчасти из-за деградации береговой линии по всей территории Соединенных Штатов, Корпус с тех пор обновил свои методы управления прибрежной зоной, уделяя больше внимания компьютерному моделированию, содержанию проекта и восстановлению окружающей среды. [5] Однако мягкая и жесткая инженерия не являются взаимоисключающими; сочетание двух методов управления может использоваться для проектирования береговых линий, особенно для водоемов с высоким потоком. [2]
Самая базовая и фундаментальная форма мягкой береговой инженерии — добавление местной растительности к деградировавшим или поврежденным участкам береговой линии для укрепления структурной целостности почвы. Глубокие корни растительности связывают почву вместе, укрепляя структурную целостность почвы и предотвращая ее растрескивание и падение в водоем. Дополнительный слой растительности также защищает насыпи от коррозионных сил, таких как дождь и ветер. [7]
Рулонные средства контроля эрозии представляют собой одеяла или сетки, созданные как из натуральных, так и из синтетических материалов, которые используются для защиты поверхности земли от эрозионных сил и способствуют росту растительности. RECP часто используются в местах, сильно подверженных эрозии, таких как крутые склоны, каналы и области, где естественная растительность редка. Эти продукты способствуют росту растительности, защищая почву от капель дождя, удерживая семена на месте и поддерживая параметры влажности и температуры, соответствующие росту растений. Типичный состав RECP включает семена, удобрения, разлагаемые колья и связующий материал. Хотя конструкция различается у разных производителей, большинство RECP являются биоразлагаемыми или фоторазлагаемыми и разлагаются по истечении определенного периода времени. [8]
Кокосовые бревна для контроля эрозии — это натуральные волокнистые изделия, предназначенные для стабилизации почвы путем поддержки подверженных эрозии участков, таких как берега рек, склоны, холмы и ручьи. Кокосовое волокно — это кокосовое волокно, извлекаемое из внешней оболочки кокоса и используемое в таких изделиях, как веревки, маты и сети. Как и RECP, кокосовые бревна являются натуральными и биоразлагаемыми, состоящими в основном из плотно упакованных кокосовых волокон, удерживаемых вместе трубчатой сеткой из кокосового шпагата. Кокосовое волокно прочное и водостойкое, что делает его долговечным барьером против волн и речных течений. Несколько секций кокосового бревна можно соединить вместе шпагатом, чтобы обеспечить контроль и профилактику эрозии в уязвимых областях. [9] Кокосовые бревна также можно озеленять и использовать для создания корневых систем местных растений вдоль краев водно-болотных угодий.
Живые колья и фашины — это особые виды деревьев или кустарников, которые процветают во влажных почвенных условиях и могут стратегически использоваться для стабилизации берегов ручьев и береговых линий. Живые колья — это черенки твердых пород древесины с удаленными ветвями, которые при посадке во влажную почву вырастут из стеблей срезанных ветвей новые растения. Их можно использовать отдельно, вживлять в 2-дюймовые (5 см) пилотные отверстия в почве или использовать в качестве устройства для закрепления других биоинженерных материалов, таких как рулонные продукты для борьбы с эрозией и бревна кокосового волокна. Фашины — это похожие живые ветви, связанные вместе и уложенные горизонтально по контурам берегов ручьев, чтобы затруднить или предотвратить поток воды и сдержать эрозию. [10]
Матрасы из щетины, также известные как маты из живой щетины или матирование щетины, — это метод, используемый для формирования немедленного защитного покрытия берега ручья. Матрасы из щетины представляют собой плотные компиляции из живых кольев, фашин и обрезков веток, удерживаемых дополнительными кольями для защиты насыпи. Матрас из щетины в конечном итоге должен укорениться и улучшить условия для колонизации местных растений. Наряду с помощью в восстановлении прибрежных местообитаний этот продукт перехватывает осадок, текущий вниз по течению, и обеспечивает ряд преимуществ для рыб и водных видов, предлагая физическую защиту от хищников, регулируя температуру воды и затеняя поток.
Живые стены яслей — это конструкции, которые напоминают деревянную бревенчатую хижину, построенную на берегу ручья и заполненную природными материалами, такими как почва, спящие древесные черенки и камни. Живая стена яслей способна укрепить берега ручья с помощью комбинации прочной бревенчатой конструкции и корневой массы, которая прорастет из древесных черенков и глубоко укрепится в берегу, защищая его от эрозии. Несмотря на то, что они довольно трудоемки, стены яслей могут прослужить десятилетиями и обеспечить прекрасную водную среду обитания под поверхностью водоема. Стены яслей способны предотвратить возникновение раздельного русла в ручье, но их не следует использовать в ручьях с нисходящими врезками, так как основание конструкции будет поставлено под угрозу. [11]
Инкапсулированные подъемы почвы — это метод, который «инкапсулирует» почву в биоразлагаемое одеяло и организует на склоне таким образом, чтобы создать желаемый уклон берега ручья. Слои почвы, или подъемы, используются для стабилизации берегов умеренно-высокоэнергетических береговых линий. После строительства подъемы засаживаются семенами местных цветов, кустарников и трав. Помимо снижения эрозии грязи в водоеме, подъемы почвы защищают качество воды и охватываемые прибрежные среды обитания. [12]
Растительная каменная наброска — это мягкая техника береговой инженерии, которая является альтернативой обычной каменной наброске для защиты от эрозии. Обычная каменная наброска — это форма каменной брони, щебня или бетона, используемая для укрепления береговых сооружений от сил эрозии. Растительная каменная наброска — это более экономически эффективная форма защиты береговой линии, которая улучшает среду обитания рыб и диких животных, а также смягчает внешний вид и улучшает эстетику набережной. Растительная каменная наброска включает в себя местную растительность вместе с камнями для создания живых выемок на берегу. Эта техника улучшает естественную среду обитания водных видов, а также укрепляет берега и перенаправляет потоки воды. [13]
Геомешки или мешки/трубы для контроля эрозии действуют как фильтры для удаления осадка, защищая от эрозии береговой линии, улавливая частицы ила и песка и не давая им покидать прибрежную зону. Мешки разработаны так, чтобы естественный поток воды мог фильтроваться внутрь и наружу без помех, ограничивая нарушение береговой линии. Эти геомешочки или трубки разработаны так, чтобы выглядеть естественно в прибрежной среде, в отличие от бетонных альтернатив, и созданы, чтобы выдерживать воздействие на открытом воздухе. Материал геомешков обычно состоит из геотекстильной ткани и может быть разработан для различных спецификаций. [14]
Для внедрения принципов мягкого проектирования на практике береговые линии должны быть перестроены для достижения нескольких целей. Например, мягкое проектирование береговой линии может снизить затраты, стабилизировать берега, повысить эстетическую ценность, защитить прибрежные среды обитания, расширить общественный доступ и поддержать разнообразие дикой природы. [2] Для достижения цели множественных задач по развитию и проектированию береговой линии необходимо сформировать многопрофильную команду для интеграции экологических, социальных и экономических принципов.
Первым шагом в реализации мягкого инжиниринга является проведение предварительной оценки участка и определение того, применим ли и практичен ли мягкий инжиниринг. Типичная оценка включает определение масштаба проектной области, оценку существующих видов использования, документирование удобств и характеристик, таких как среда обитания, виды, общественный доступ, развитие и рассмотрение влияния будущего желаемого использования. [2] Если команда решает, что участок подходит для внедрения мягкого инжиниринга, разрабатывается сложный процесс для достижения заранее определенных целей разработки и дополняется задачами. Затем должны быть созданы стандарты и цели для измерения разработки и прогресса проекта. Междисциплинарные партнерства должны быть установлены на ранней стадии процесса, чтобы гарантировать включение экологических, социальных и экономических ценностей, а также целевых задач, реализованных для измерения прогресса. Устанавливаются приоритеты и альтернативы, при этом команда работает вместе, чтобы выбрать лучшие методы управления для достижения максимальной эффективности. После того, как лучшие методы управления определены и внедрены, успех проекта основан на достижении целей и эффективных усилиях по сохранению и консервации. [2]
В 1998 году президент Соединенных Штатов создал Американскую инициативу по сохранению рек для восстановления и оживления рек и береговых линий с помощью недавно введенных методов мягкой инженерии. [4] В отчете Шнайдера сообщалось, что 47,2% реки Детройт в США и Канаде были укреплены бетоном или сталью в соответствии с традиционными методами жесткой инженерии. В 1999 году конференция SSE в США и Канаде разработала лучшие методы управления для использования SSE, которые были внедрены среди 38 проектов SSE, которые имели место в водоразделе реки Детройт и западного озера Эри. Общая сумма в размере 17,3 млн долларов была потрачена на эти проекты, направленные на улучшение прибрежной и водной среды обитания, восстановление естественной береговой линии и очистку ливневых вод. Исследование показало, что экономические выгоды от экологического восстановления являются значительными и предоставляют убедительные доказательства для дальнейшего изучения и инвестирования в процессы восстановления береговой линии. Исследователи также обнаружили, что SSE не только улучшила естественную среду обитания, но и с социальной точки зрения эти усилия помогли восстановить связь людей с природой, способствуя возникновению чувства человеческой привязанности к успеху и здоровью этих водоемов. [1]
Начиная с британского колониального основания в 1819 году, береговая линия Миссисипи претерпела обширную историю упадка из-за изменений и освоения земель. Хилтон и Мэннинг обнаружили, что с периода 1922 по 1993 год площадь мангровых зарослей, коралловых рифов и приливно-отливных илистых отмелей резко сократилась, фактический процент естественной береговой линии упал с 96 до 40%. [3] Для борьбы с этими пагубными антропогенными эффектами правительство Миссисипи в 2008 году разработало Генеральный план, который включал изменение береговых линий в соответствии с экологическими принципами мягкой инженерии. Исследование, касающееся успеха экологической инженерии в Сингапуре, показало, что наиболее эффективным способом внедрения экологических принципов в проектирование и сохранение береговой линии является реализация подхода «сверху вниз», который координирует и обучает множество агентств, участвующих в управлении прибрежной зоной. Потеря естественной береговой линии Миссисипи — это всего лишь один пример неизбежного ущерба от интенсивного развития человека, а методы мягкого проектирования предоставляют эффективный способ сбалансировать сохранение и восстановление береговой линии с городским развитием, которое, несомненно, продолжится. [3]
{{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь ){{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь )