Питание пляжа (также называемое восстановлением пляжа , [2] пополнением пляжа или пополнением песка ) описывает процесс, посредством которого осадок , обычно песок , потерянный в результате прибрежного дрейфа или эрозии, заменяется из других источников. Более широкий пляж может уменьшить ущерб от шторма прибрежным сооружениям за счет рассеивания энергии по всей зоне прибоя , защищая возвышенные сооружения и инфраструктуру от штормовых нагонов , цунами и необычно высоких приливов . [ необходима цитата ] Питание пляжа, как правило, является частью более крупного интегрированного управления прибрежной зоной, направленного на защиту побережья . Питание, как правило, является повторяющимся процессом, поскольку оно не устраняет физические силы, вызывающие эрозию, а просто смягчает их последствия.
Первый проект по защите берега 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 по производству продуктов питания в США был реализован в Кони-Айленде , штат Нью-Йорк, в 1922–1923 годах. [5] [6]
До 1970-х годов, удобрение включало непосредственное размещение песка на пляже и дюнах . С тех пор было проведено больше удобрений береговой линии, которые полагаются на силу ветра , волн и приливов для дальнейшего распределения песка вдоль берега и на пляжах и дюнах. [7] [8]
Количество и масштабы проектов по обеспечению продовольствием значительно возросли из-за роста населения и прогнозируемого относительного повышения уровня моря . [8]
Пляжная эрозия — это особый подвид прибрежной эрозии , которая, в свою очередь, является типом биоэрозии , которая изменяет прибрежную географию посредством морфодинамики пляжа . Существуют многочисленные случаи [ написание? ] современной рецессии пляжей , в основном из-за градиента в дрейфе вдоль берега и опасностей прибрежного развития .
Пляжи могут разрушаться естественным путем или из-за воздействия человека ( кража с пляжа / добыча песка ). [9]
Эрозия — это естественная реакция на штормовую активность. Во время штормов песок с видимого пляжа погружается , образуя песчаные отмели, которые защищают 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, доступного для прибрежных процессов, чтобы естественным образом реагировать на штормы. Когда песка недостаточно, пляж не может восстановиться после штормов.
Многие области с высокой эрозией являются следствием деятельности человека. Причины могут включать: морские дамбы, запирающие песчаные дюны , прибрежные сооружения, такие как порты и гавани, которые препятствуют транспортировке вдоль берега , плотины и другие структуры управления реками. Постоянные, долгосрочные усилия по восстановлению, особенно на береговых линиях с выступами и мысами, могут играть роль в торможении транспортировки вдоль берега и эрозии нисходящего течения. [10] Эти виды деятельности мешают естественным потокам осадка либо путем строительства плотин (тем самым уменьшая источники речных отложений), либо путем строительства прибрежных барьеров, таких как причалы , или путем углубления заливов; таким образом предотвращая транспортировку вдоль берега. [11]
Береговая инженерия для защиты береговой линии включает в себя:
Питание обычно является повторяющимся процессом, поскольку питание смягчает последствия эрозии, но не устраняет причины. Благоприятная среда увеличивает интервал между проектами питания, снижая затраты. И наоборот, высокие темпы эрозии могут сделать питание финансово нецелесообразным. [14] [15]
Во многих прибрежных районах экономические последствия широкого пляжа могут быть существенными. С 1923 года США потратили 9 миллиардов долларов на восстановление пляжей. [16] Одним из наиболее ярких примеров является 10-мильная (16 км) береговая линия, выходящая на Майами-Бич , Флорида, которая была восстановлена в период с 1976 по 1981 год. Стоимость проекта составила около 86 миллионов долларов США, и он оживил экономику района. [17] До затопления во многих местах пляж был слишком узким, чтобы по нему ходить, особенно во время прилива .
В 1998 году был сделан обзор всех известных проектов по удобрению пляжей в США (418 проектов). Общий объем всех этих удобрений составил 648 миллионов кубических ярдов (495 м 3 ) с общей стоимостью 3387 миллионов долларов США (скорректированной по уровню цен 1996 года). Это составляет 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), в то время как в Европе цена снизилась.
В районе Северного моря цены намного ниже. В 2000 году North Sea Coastal Management Group провела инвентаризацию. [23]
Более подробные данные имеются по Нидерландам, см. ниже в разделе, посвященном голландским примерам.
Цена на корма в районах, где нет доступного дноуглубительного флота, часто составляет порядка 20–30 евро за кубический метр.
Широкий пляж является хорошим поглотителем энергии, что имеет значение в низинных районах, где сильные штормы могут воздействовать на горные сооружения. Эффективность широких пляжей в снижении структурных повреждений была доказана полевыми исследованиями, проведенными после штормов, и применением принятых принципов прибрежной инженерии. [12]
Пляжное питание оказывает значительное влияние на местные экосистемы. Питание может вызвать прямую гибель сидячих организмов в целевой области, погребая их под новым песком. Среда обитания морского дна как в исходной, так и в целевой области нарушается, например, когда песок откладывается на коралловых рифах или когда отложенный песок затвердевает. Импортированный песок может отличаться по характеру (химический состав, размер зерна, неместные виды) от целевой среды. Доступность света может быть уменьшена, что повлияет на близлежащие рифы и подводную водную растительность . Импортированный песок может содержать материал, токсичный для местных видов. Удаление материала из прибрежных сред может дестабилизировать береговую линию, отчасти за счет увеличения ее подводного склона. Сопутствующие попытки уменьшить будущую эрозию могут создать ложное чувство безопасности, которое увеличивает давление развития. [24]
Недавно отложенный песок может затвердеть и усложнить рытье гнезд для черепах. Однако, питание может обеспечить больше/лучшую среду обитания для них, а также для морских птиц и пляжной флоры. Флорида решила проблему того, что трубы земснаряда засасывают черепах в насосы, добавив специальную решетку к трубам земснаряда. [25]
Выбор подходящего материала для конкретного проекта зависит от потребностей дизайна, факторов окружающей среды и транспортных расходов, а также от краткосрочных и долгосрочных последствий. [26]
Наиболее важной характеристикой материала является размер зерна осадка, который должен точно соответствовать природному материалу. Избыток ила и глинистой фракции (грязи) по сравнению с естественной мутностью в зоне питания дисквалифицирует некоторые материалы. Проекты с несоответствующими размерами зерна выполняются 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, что и природный песок (или больше). Оценка соответствия материала требует обследования песка, которое обычно включает геофизические профили, а также образцы поверхности и керна. [26]
Некоторые пляжи были удобрены более мелким песком , чем изначально. Термолюминесцентный мониторинг показывает, что штормы могут размывать такие пляжи гораздо быстрее. Это наблюдалось в проекте по удобрению Вайкики на Гавайях . [27]
Beach Profile Nourishment описывает программы, которые питают весь профиль пляжа. В этом случае «профиль» означает уклон неразмытого пляжа от поверхности воды в сторону моря. Программа питания профиля Голд-Коста поместила 75% от общего объема песка ниже уровня низкой воды. Некоторые прибрежные власти чрезмерно питают пляж под водой (также известный как «прибрежное питание»), так что со временем естественный пляж увеличивается в размерах. Эти подходы не защищают пляжи, размытые деятельностью человека, постоянно, что требует смягчения этой деятельности. [ необходима цитата ]
Проекты в области питания обычно включают в себя физические, экологические и экономические цели.
Типичные физические показатели включают ширину/высоту сухого пляжа, объем песка после шторма, оценки предотвращения ущерба после шторма и объем водного песка.
Меры по охране окружающей среды включают распределение морской флоры и фауны, а также подсчет численности ее обитателей.
Экономические последствия включают отдых, туризм, предотвращение наводнений и «стихийных бедствий».
Многие проекты по питанию пропагандируются посредством исследований экономического воздействия, которые опираются на дополнительные расходы туристов. Однако этот подход неудовлетворителен. Во-первых, ничто не доказывает, что эти расходы являются дополнительными (они могли бы переместить расходы из других близлежащих районов). Во-вторых, экономическое воздействие не учитывает затраты и выгоды для всех экономических агентов, как это делает анализ затрат и выгод . [28] Методы включения проектов по питанию в расходы на страхование от наводнений и помощь при стихийных бедствиях остаются спорными. [29]
Эффективность проекта по питанию пляжа наиболее предсказуема для длинной прямой береговой линии без осложнений в виде заливов или инженерных сооружений. Кроме того, предсказуемость лучше для общей эффективности, например, для среднего изменения береговой линии, а не для изменения береговой линии в определенном месте. [ необходима цитата ]
Питание может повлиять на право на участие в Национальной программе страхования от наводнений США и федеральной помощи при стихийных бедствиях. [ необходима ссылка ]
Питание может иметь непреднамеренные последствия, способствующие развитию прибрежной зоны , что увеличивает риск других прибрежных опасностей. [24]
Питание — не единственный метод, используемый для решения проблемы размывания пляжей. Другие методы могут использоваться отдельно или в сочетании с питанием, исходя из экономических, экологических и политических соображений.
Деятельность человека, например, строительство плотин, может нарушить естественный поток осадка (тем самым сокращая источники речных отложений). Строительство прибрежных барьеров, таких как причалы, и углубление заливов может предотвратить перемещение осадка вдоль берега.
Структурный подход пытается предотвратить эрозию. Армирование включает строительство защитных сооружений , морских дамб , отдельных волнорезов , бун и т. д. Конструкции, которые идут параллельно берегу (морские дамбы или защиты), предотвращают эрозию . Хотя это защищает сооружения, это не защищает пляж, который находится за пределами стены. Пляж обычно исчезает в течение периода, который варьируется от месяцев до десятилетий. [ необходима цитата ]
Волнорезы и волнорезы, которые идут перпендикулярно берегу, защищают его от эрозии. Заполнение волнореза импортным песком может помешать волнорезу задерживать песок из прибрежного течения (океана, текущего вдоль берега). В противном случае волнорез может лишить пляжи ниже по течению песка и ускорить там эрозию. [30]
Армирование может ограничить доступ к пляжу/океану, усилить эрозию прилегающих береговых линий и требует длительного обслуживания. [31]
Управляемое отступление перемещает сооружения и другую инфраструктуру вглубь суши по мере размывания береговой линии. Отступление чаще выбирают в районах быстрой эрозии и при наличии незначительной или устаревшей застройки.
Пляжи растут и уменьшаются в зависимости от приливов, осадков, ветра, волн и течения. Мокрые пляжи, как правило, теряют песок. Волны легко проникают в сухие пляжи и оставляют песчаные отложения. Обычно пляж мокрый во время отлива, потому что море опускается быстрее, чем пляж стекает. В результате большая часть эрозии происходит во время отлива. Осушение пляжа (осушение пляжа) с помощью модулей выравнивания давления (PEM) позволяет пляжу более эффективно осушать во время отлива. Меньшее количество часов мокрого пляжа приводит к меньшей эрозии. Проницаемые трубки PEM, вставленные вертикально в береговую полосу, соединяют различные слои грунтовых вод . Грунтовые воды поступают в трубку PEM, позволяя гравитации направлять их в более грубый песчаный слой, откуда они могут стекать быстрее. [32] Модули PEM размещаются в ряд от дюны до средней низкой 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 проникать внутрь и выравнивать давление. [ необходима цитата ]
PEMs минимально инвазивны, обычно покрывают приблизительно 0,00005% пляжа. [ необходима ссылка ] Трубки находятся под поверхностью пляжа, без видимого присутствия. Установки PEM были установлены на пляжах Дании, Швеции, Малайзии и Флориды. [32] Эффективность осушения пляжа не была убедительно доказана на пляжах в натуральную величину, в частности, для случая песчаного пляжа. [33] Было показано, что системы осушения очень значительно снижают уровень грунтовых вод, но другие морфодинамические эффекты, как правило, перевешивают любой стабилизирующий эффект осушения для мелких отложений, [34] [35] [36] [37] хотя были зарегистрированы некоторые неоднозначные результаты по приросту верхнего пляжа, связанному с эрозией в среднем и нижнем. [38] Это соответствует современным знаниям о динамике отложений в зоне набегающего потока и грунтовых вод, которые утверждают, что эффекты инфильтрационных потоков через песчаные пласты в зоне набегающего потока, связанные с изменением пограничного слоя набегающего потока, а также относительного веса осадка и общей потери объема языка набегающего потока, как правило, ниже, чем у других факторов, по крайней мере, для мелких отложений, таких как песок [39] [40]
Правильно построенные и расположенные ограждения могут задерживать песчаные бури, создавать/восстанавливать песчаные дюны и постепенно защищать пляж от ветра, а берег — от песчаных бурь. [ необходима ссылка ]
Другой подход заключается в создании динамической облицовки , бермы с использованием необработанных, несортированных камней ( булыжников ). Семена, разбросанные среди булыжников, могут прорасти, чтобы закрепить булыжники на месте. Песок может собираться и воссоздавать песчаный пляж. Оставляя камни свободными, они могут мигрировать и осесть в стабильном месте. Отдельно, около самой высокой средней ватерлинии, вторая берма высотой около метра может ускорить восстановление. Этот подход был использован на пляже Уошэвэй в Норт-Коув, штат Вашингтон . После того, как бермы были установлены, за один год пляж расширился примерно на 15 метров и продолжал расти. Проекты в Вашингтоне, Калифорнии, Европе и Гуаме переняли аспекты этих методов. [41]
Настройка проекта по питанию пляжа является ключом к дизайну и потенциальной производительности. Возможные настройки включают длинный прямой пляж, залив, который может быть естественным или модифицированным, и карманный пляж . Скалистые или обнесенные волнорезами береговые линии, которые в противном случае не имеют осадка, представляют уникальные проблемы. [ необходима цитата ]
Ураган Вильма обрушился на пляжи Канкуна и Ривьеры Майя в 2005 году. Первоначальный проект по питанию оказался неудачным и обошелся в 19 миллионов долларов, что привело ко второму раунду, который начался в сентябре 2009 года и должен был завершиться в начале 2010 года со стоимостью в 70 миллионов долларов. [42] Разработчики проекта и правительство обязались инвестировать в поддержание пляжа в порядке для решения проблемы будущей эрозии. Разработчики проекта учитывали такие факторы, как время года и характеристики песка, такие как плотность. Ожидалось, что восстановление в Канкуне поставит 1,3 миллиарда галлонов США (4 900 000 м 3 ) песка для восстановления 450 метров (1 480 футов) береговой линии.
Пляжи Голд-Коста в Квинсленде , Австралия, пережили периоды сильной эрозии. В 1967 году серия из 11 циклонов унесла большую часть песка с пляжей Голд-Коста. Правительство Квинсленда привлекло инженеров из Делфтского университета в Нидерландах для консультирования. В отчете Делфта 1971 года был изложен ряд работ для пляжей Голд-Коста, включая укрепление пляжа и искусственный риф. К 2005 году большинство рекомендаций были выполнены.
Стратегия защиты пляжей Северного Золотого побережья (NGCBPS) была инвестирована в размере 10 миллионов австралийских долларов. NGCBPS была реализована 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 кубических ярдов) совместимого песка из Голд-Кост-Бродуотер и доставку его по трубопроводу для питания 5 километров (3,1 мили) пляжа между Серферс-Парадайз и Мэйн-Бич . Новый песок был стабилизирован искусственным рифом, построенным в Нарроунек из огромных геотекстильных мешков с песком. Новый риф был спроектирован для улучшения условий волн для серфинга. Ключевой программой мониторинга для NGCBPS является прибрежная система камер ARGUS.
Более четверти Нидерландов находится ниже уровня моря. [43] Береговая линия вдоль Северного моря (приблизительно 300 километров (190 миль)) защищена от затопления естественными песчаными дюнами (только в эстуариях и за барьерными островами дюн нет). Эта береговая линия разрушается на протяжении столетий; в 19-м и начале 20-го веков ее пытались остановить путем строительства волнорезов , что было дорогостоящим и не очень успешным. Подпитка пляжей была более успешной, но возникли вопросы по методу финансирования. В Береговом меморандуме 1990 года правительство постановило, после очень подробного исследования, что вся эрозия вдоль всей голландской береговой линии будет компенсирована искусственным подпиткой пляжей. [44]
Береговая линия тщательно контролируется путем ежегодной регистрации поперечного сечения в точках, расположенных на расстоянии 250 метров (820 футов) друг от друга, чтобы обеспечить адекватную защиту. В местах, где выявлена долгосрочная эрозия, проводится намыв пляжа с использованием высокопроизводительных землесосов. В 1990 году правительство Нидерландов приняло решение компенсировать в принципе всю прибрежную эрозию намывом. Эта политика все еще продолжается и является успешной. Все расходы покрываются из национального бюджета. [45] [46] [47]
Новая стратегия питания пляжей была реализована в Южной Голландии , где была создана новая форма пляжа с использованием огромного количества песка, с расчетом на то, что песок будет распределяться естественными процессами и питать пляж в течение многих лет (см. Sand engine ).
Основная береговая линия в Нидерландах представляет собой линию отлива 1990 года. Эта линия используется для определения береговой эрозии и прибрежного роста и принятия мер в случае необходимости. В Береговом меморандуме [44] правительство Нидерландов решает поддерживать береговую линию 1990 года путем намыва пляжа. Рассматриваемая береговая линия является линией отлива. Для практического применения определение этого не кажется однозначным, поэтому Меморандум также определяет мгновенную береговую линию (также называемую мгновенной береговой линией) (MKL) и основную береговую линию (BKL). Каждый год проверяемая береговая линия (TKL) определяется на основе MKL, и если она угрожает проникнуть вглубь суши от BKL, проводится намыв песка.
Проблема с линией отлива, упомянутой в Прибрежном меморандуме 1990 года, заключается в том, что высота среднего отлива четко определена, но положение в горизонтальном направлении — нет. Смотрите прилагаемый рисунок, здесь профиль пляжа пересекает линию отлива три раза. Фактически, также важно не поддерживать линию, а поддерживать количество песка в активном профиле пляжа. Для определения этого объема используются две высоты: средний уровень отлива (glw) и высота подножия дюны (dv). Высота подножия дюны в основном определяется путем нахождения пересечения крутого склона фронта дюны и сухого пляжа. В целом эта теоретическая точка подножия дюны будет немного ниже песка. Очень сложно переопределять высоту подножия дюны каждый год. Некоторые администраторы определяют линию подножия дюны как определенную линию возвышения, на которой обычно лежит подножие дюны. На относительно неизменных прибрежных участках это приемлемый подход. Метод определения MKL таков, что он не очень чувствителен к точному выбору значения dv. Таким образом, местоположение подножия дюны определяется высотой над NAP (National Datum, 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 геодезических работ.
Рецепт расчета положения МКЛ следующий: [48]
Предыстория этого метода заключается в том, что толщина песчаного слоя, который необходимо взять, должна быть функцией высоты измеряемой волны; однако она неизвестна. Но поскольку высота подножия дюны также является функцией высоты измеряемой волны, значение h является хорошим представлением эффекта как приливного, так и волнового влияния. Для определения профилей пляжа вдоль береговой линии измеряются так называемые профили JarKus. Эти профили находятся примерно в 250 метрах друг от друга и измеряются ежегодно от примерно 800 метров в море до сразу за дюнами. Эти измерения доступны по всему побережью с 1965 года. Начиная с периода примерно с 1850 года в некоторых местах также доступны зондирования профилей, но они часто немного смещены по сравнению с греблей Jarkus и поэтому их сложнее анализировать. В случае волнорезов зондирование проводится точно посередине между волнорезами.
Основная береговая линия по определению является береговой линией на 1 января 1990 года. Но, конечно, нет никаких измерений, сделанных точно на эту дату, более того, всегда есть отклонения в измерениях. Таким образом, BKL определяется путем взятия пляжных измерений приблизительно за 10 лет до 1990 года и путем определения MKL для каждого из этих лет. Эти значения помещаются на график, определяется линия регрессии . Там, где эта линия регрессии пересекает дату 1-1-1990, находится основная береговая линия BKL. В принципе, местоположение BKL неизменно. В очень особых случаях, когда побережье существенно изменено работами, может быть принято решение о смещении BKL. Это основано не на техническом или морфологическом расчете, а на самом деле на политическом решении. Примером этого является Hondsbossche Zeewering, как морская дамба около деревни Петтен , где BKL фактически находился на подножье дамбы. В связи со строительством новой искусственной дюны перед этой дамбой (Hondsbossche Duinen) был добавлен кусок дюны, который планируется сохранить. Таким образом, BKL смещен в сторону моря.
В рамках прибрежной политики ежегодно определяется, требуется ли питание в данном прибрежном секторе. Это делается путем определения береговой линии (TKL), которая должна быть проверена до контрольной даты. Это определяется так же, как и BKL, а именно путем регрессионного анализа значений MKL предыдущих лет. См. прилагаемый график. В этом примере внесение добавок было проведено в 1990 году, в результате чего MKL сместился далеко в сторону моря. Поэтому количество лет, в течение которых 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 внесения добавок примерно одинакова). Кстати, первый год после внесения добавок часто превышает средний показатель из-за эффектов корректировки. В этом случае, похоже, что TKL все еще только удовлетворительный для 1995 года и больше не является удовлетворительным для 1996 года. В принципе, дополнение в этом месте потребовалось бы в течение 1995 года. Теперь решение о дополнении зависит не от единичного превышения BKL, а только от того, если несколько профилей угрожают стать отрицательными. Для того чтобы оценить это, ежегодно Рейксватерстаат выпускает прибрежные карты. [49] Эти карты показывают, растет ли побережье или разрушается, темно-зеленым или светло-зеленым блоком. Красный блок указывает, что в этом месте TKL превысил BKL, и что-то должно там произойти. Красный заштрихованный индикатор означает, что TKL превысил BKL, но этот прибрежный участок имеет тенденцию к аккреции, поэтому срочные работы не требуются
Пляжное укрепление 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 проектирование укреплений в основном основано на измерениях, в то время как в других местах в основном используются математические модели. Проектирование укреплений для поддержания побережья и расширения пляжа может быть сделано гораздо более надежным на основе данных измерений, при условии, что они присутствуют. Если нет хороших, долгосрочных серий измерений профиля пляжа, необходимо сделать проектирование с использованием расчетных моделей. В Нидерландах побережье измерялось ежегодно в течение многих лет (измерения JarKus), и поэтому очень надежный метод, основанный на измерениях, используется в Нидерландах для проектирования добавок для предотвращения эрозии.
Для компенсации прибрежной эрозии конструкция добавки на самом деле очень проста: каждый год необходимо вносить столько же песка, сколько ежегодно исчезает эрозия. Предполагается, что нет существенных изменений в волновом климате и ориентации береговой линии. Для большинства питательных веществ это верное предположение. В случае существенных изменений в прибрежной ориентации этот метод не всегда применим (например, в конструкции песчаного двигателя). На практике длина питательного вещества должна быть в 20-40 раз больше ширины, чтобы можно было применить этот метод.
Короче говоря, метод состоит из следующих шагов: [50]
Чтобы определить количество песка в профиле, можно использовать тот же метод, который использовался для базовой береговой линии. Учитывая тот факт, что мгновенная береговая линия измерялась в течение необходимых лет и, следовательно, убыль этой береговой линии, определение потери песка довольно просто. Предположим, что убыль MKL составляет 5 м/год, тогда годовая потеря песка составляет 5*(2h) м3 в год на погонный метр береговой линии. Здесь 2h — высота активного профиля пляжа. Вдоль голландского побережья h находится около Хук-ван-Холланда порядка 4 м, поэтому в приведенном выше примере эрозия составит 40 м3 в год на погонный метр побережья. Для питания длиной 4 км и сроком службы 5 лет это, следовательно, 40*4000*5 = 80 000 м3. Поскольку сразу после строительства происходит дополнительная потеря песка, хорошим количеством будет 1,4 *80000 = 112 000 м3. Это смещение в сторону моря на 1,4*5*5= 35 м.
В практике пляжного питания (с 1990 года) этот метод, по-видимому, работает очень хорошо. Анализы питания в северной Германии также показывают, что это надежный метод. Отправной точкой является то, что размер зерна питательного песка равен исходному пляжному песку. Если это не так, это необходимо исправить. В случае более мелкого песка в зоне выигрыша объем питания необходимо увеличить. [51]
Однолинейная модель
Для относительно широкого и короткого питания (например, песчаного мотора) можно использовать однолинейную модель. В этой модели побережье представлено одной линией (например, мгновенной береговой линией) и постоянным профилем вдоль всей береговой линии. Для каждого профиля задается ориентация побережья, и в каждом профиле перенос песка рассчитывается течением, вызванным прибоем. Если в профиле 1 перенос песка больше, чем в профиле 2, между профилями 1 и 2 будет происходить седиментация, для получения подробной информации о модели. [52] [53] Поскольку происходит седиментация, изменится прибрежная ориентация, а значит, и перенос песка. Это позволяет рассчитать изменение береговой линии. Классическим примером является расчет относительно короткого и широкого пополнения прямыми волнами. Однолинейная модель может очень хорошо предсказать, как такое пополнение может развиваться с течением времени. Расчетная модель Unibest для Deltares является примером однолинейной модели.
В ситуациях с высокой двумерностью, например, в приливном заливе или устье эстуария, или если само питание имеет ярко выраженный двумерный характер (как в Sand Engine), подход с измерениями профиля невозможен. Однолинейная модель часто не подходит. В этих случаях создается двумерная модель переноса песка (обычно с такими моделями, как Delft3D от Deltares в Нидерландах или Mike 21 от DHI в Дании). В такой модели ложе области вводится как карта глубины. Затем выполняется расчет приливного течения и расчет проникновения волны. После этого транспорт песка рассчитывается в каждой точке сетки, и из разницы в транспорте песка между различными точками сетки рассчитывается седиментация и эрозия во всех ящиках. Затем можно оценить, ведет ли себя питание так, как предполагалось. [54]
Проблема с этим типом модели заключается в том, что (помимо довольно длительного времени вычислений для компьютера) результаты довольно чувствительны к неточностям во входных данных. Например, на краю модели должны быть правильно введены уровни воды и скорости потока, а также должен быть хорошо известен волновой климат. Также большое влияние оказывают изменения в составе песка (размер зерна). [55]
В некоторых местах вдоль голландского побережья приливные каналы находятся очень близко к пляжу. Примерно с 1990 года эти пляжи также питались классическим способом, но проблема была в том, что ширина пляжа была небольшой. Поэтому количество песка, которое нужно было разместить, было ограничено, что приводило к короткому сроку действия питания. Было обнаружено, что в таких случаях более эффективно питать обращенную к суше стенку канала, а в некоторых случаях использовать песок с обращенной к морю стороны канала в качестве области заимствования. Фактически это отодвигает приливный канал дальше от береговой линии [56] (глава 4)
Вместо того, чтобы напрямую снабжать пляж, можно также снабжать береговую полосу (подводный берег). Преимущество этого в том, что реализация питания дешевле, и нет прямого влияния работы на использование пляжа. Затем песок со временем переносится волнами из более глубоких вод к побережью. Питание береговой полосы рассчитывается так же, как питание пляжа, но использование данных измерений с профилями пляжа тогда менее просто, так как питание береговой полосы не дает новой линии пляжа. Поэтому в этих случаях обычно используется однолинейная модель или полевая модель. [57]
В период 1990-2020 годов было в общей сложности собрано 236 миллионов кубических метров, в основном в качестве пляжного питания. Однако после 2004 года больше внимания уделялось питанию прибрежной полосы. [56]
В 2006 году был проведен детальный анализ расходов на некоторые продукты питания. В результате:
F= Береговая линия, B= Пляжное питание, B+F — это комбинация; Уровень цен 2006 года, без НДС. [58]
Гавайи планировали восстановить пляж Вайкики в 2010 году. Проект, бюджет которого составил 2,5 миллиона долларов, охватывал 1700 футов (520 м) в попытке вернуть пляжу ширину 1985 года. Предыдущие оппоненты поддерживали этот проект, потому что песок должен был поступать с близлежащих отмелей , повторно открывая заблокированный канал и оставляя общий местный объем песка неизменным, при этом «новый» песок должен был точно соответствовать существующим материалам. Проект планировал использовать до 24 000 кубических ярдов (18 000 м 3 ) песка из месторождений, расположенных на расстоянии 1500–3000 футов (460–910 м) от берега на глубине от 10 до 20 футов (3,0–6,1 м). Проект был больше, чем предыдущие усилия по переработке в 2006–2007 годах, в ходе которых было перемещено 10 000 кубических ярдов (7 600 м 3 ). [59]
Мауи, Гавайи, проиллюстрировали сложность даже небольших проектов по питанию. Проект в Шугар-Коув перевез песок с возвышенности на пляж. Песок якобы был мельче исходного песка и содержал избыток ила, который обволакивал кораллы, душил их и убивал мелких животных, которые жили внутри и вокруг них. Как и в других проектах, доступность песка на берегу была ограничена, что заставило рассмотреть более дорогие источники в открытом море. [60]
Второй проект, вдоль Stable Road, который пытался замедлить, а не остановить эрозию, был остановлен на полпути к своей цели добавить 10 000 кубических ярдов (7 600 м 3 ) песка. Пляжи отступали со «сравнительно высокой скоростью» в течение полувека. Восстановление было осложнено наличием старых морских дамб, бун, груд камней и других сооружений. [60]
В этом проекте использовались заполненные песком геотекстильные трубчатые буны, которые изначально должны были оставаться на месте до 3 лет. Труба должна была транспортировать песок из более глубоких вод на пляж. Труба была закреплена бетонными блоками, прикрепленными волокнистыми ремнями. Видеозапись показала, как блоки отскакивают от кораллов в течении, убивая все, к чему они прикасались. Местами ремни рвались, позволяя трубе перемещаться по рифу, «выравнивая его». Плохая погода усугубила разрушительное движение и погубила проект. [61] Гладкие цилиндрические геотекстильные трубы могли быть трудно перелезть, прежде чем они были покрыты песком. [60]
Сторонники утверждали, что сезонная летняя эрозия 2010 года была меньше, чем в предыдущие годы, хотя пляж стал уже после окончания реставрации, чем в 2008 году. Власти изучали, стоит ли требовать от проекта немедленного удаления бун. Возможные альтернативы геотекстильным трубкам для перемещения песка включают плавающие драги и/или перевозку песка, вырытого в море. [60]
Последним соображением было повышение уровня моря и то, что Мауи тонул под собственной тяжестью. И Мауи, и остров Гавайи окружали массивные горы ( Халеакала , Мауна-Лоа и Мауна-Кеа ) и расширяли гигантскую впадину на дне океана, примерно на 30 000 футов (9 100 м) ниже вершин гор. [60]
Внешние отмели у побережья Северной Каролины и юго-восточной Вирджинии включают ряд городов. Пять из шести городов подверглись намыву пляжей с 2011 года. Проекты были следующими:
Дак, Северная Каролина : пляжное питание было проведено в 2017 году и обошлось примерно в 14 057 929 долларов. [62]
Southern Shores, Северная Каролина — предполагаемая стоимость проекта Southern Shores составила около 950 000 долларов США [63] , он был завершен в 2017 году. В 2022 году предлагается реализовать дополнительный проект по расширению пляжей с предполагаемой стоимостью от 9 до 13,5 миллионов долларов США. [64]
Китти-Хок, Северная Каролина — проект по улучшению состояния 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 восстановлению пляжа был завершен в 2017 году.
Нэгс-Хед, Северная Каролина . Первый проект по восстановлению пляжа в городе был реализован в 2011 году и обошелся в 36–37 миллионов долларов. [66] Стоимость проекта по восстановлению в 2019 году оценивается в 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 по восстановлению, запланированные на 2022 год. [ необходима ссылка ]
Флорида - Девяносто PEM (модулей выравнивания давления) были установлены в феврале 2008 года на пляже Хиллсборо . Через 18 месяцев пляж значительно расширился. Большинство PEM были удалены в 2011 году. Объем пляжа увеличился на 38 500 кубических ярдов за 3 года по сравнению со средней годовой потерей в 21 000. [68]
Нью-Джерси - За десятилетия Инженерный корпус армии США вылил миллионы кубических ярдов песчаной пульпы вдоль побережья Джерси . [69] Расходы на проект делятся между Инженерным корпусом армии, штатом и местными муниципалитетами. [69] Хотя береговая линия Нью-Джерси составляет 1% от береговой линии США, с 1922 по 2022 год на проекты по восстановлению пляжей в штате было потрачено более 2,6 млрд долларов, что составляет около 20% от общих расходов страны на восстановление пляжей. [ 69] Операции по «выемке и заполнению» начались в 1989 году. [70] Обоснования проектов, вызывающие споры в Нью-Джерси, включали борьбу с наводнениями , предотвращение ущерба прибрежным жилым домам и защиту летнего туризма вдоль побережья, [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 смягчения последствий изменения климата , штормовых нагонов и повышения уровня моря , и утверждают, что восстановление пляжей фактически является субсидией для богатых домовладельцев. [69] [71]
Пляж в Голд-Косте был построен как искусственный пляж в 1990-х годах за 60 млн гонконгских долларов. Песок периодически поставляется, особенно после тайфунов, чтобы сохранить пляж жизнеспособным. [72]
более четверти общей площади страны фактически лежит ниже уровня моря.