Управление прибрежными территориями — это защита от наводнений и эрозии , а также методы, которые останавливают эрозию, чтобы захватить земли. [1] Защита от повышения уровня моря в 21 веке имеет решающее значение, поскольку повышение уровня моря ускоряется из-за изменения климата . Изменения уровня моря наносят ущерб пляжам и прибрежным системам, как ожидается, будут расти все более быстрыми темпами, в результате чего прибрежные отложения будут нарушаться приливной энергией.
Прибрежные зоны занимают менее 15% площади суши Земли, в то время как в них проживает более 40% населения мира. Почти 1,2 миллиарда человек живут в пределах 100 километров (62 миль) от береговой линии и 100 метров (328 футов) от уровня моря , при этом средняя плотность населения в три раза превышает среднемировой показатель. [2] Поскольку ожидается, что к 2025 году три четверти населения мира будут проживать в прибрежной зоне, деятельность человека, исходящая из этой небольшой территории, окажет сильное давление на побережья. Прибрежные зоны содержат богатые ресурсы для производства товаров и услуг и являются местом большинства коммерческих и промышленных видов деятельности.
Береговая инженерия гаваней началась с зарождением морского судоходства, возможно, до 3500 г. до н. э. Доки , волнорезы и другие портовые сооружения строились вручную, часто в больших масштабах. Римляне ввели много инноваций в проектирование гаваней. Они построили стены под водой и построили прочные волнорезы . Эти сооружения были сделаны с использованием римского бетона . [3] Витрувий описал три метода строительства портовых сооружений ( De Architectura , 5, 12). [4] Также использовались другие типы портовых сооружений, такие как насыпи из щебня и арочные волнорезы, построенные с помощью деревянных плавучих кессонов. [5] Римляне были первыми землечерпалками в Нидерландах, которые обслуживали гавань в Велсене . Проблемы заиления там были решены, когда ранее запечатанные прочные пирсы были заменены новыми «открытыми» свайными молами . Древние портовые сооружения все еще видны, но большинство из них исчезло после падения Западной Римской империи, хотя затопленные останки иногда все еще видны под водой. Хотя большинство прибрежных усилий было направлено на портовые сооружения, Венеция и ее лагуна являются примером мер, не связанных с портами. Защита берега в Италии, Англии и Нидерландах началась в VI веке или ранее.
Атака с моря привела к тому, что многие прибрежные города и их гавани были заброшены. Другие гавани были потеряны из-за естественных причин, таких как быстрое заиление, наступление или отступление береговой линии и т. д. Венецианская лагуна была одним из немногих населенных прибрежных районов с постоянным процветанием и развитием, где письменные отчеты документируют эволюцию работ по защите побережья. Другими словами, это один из первых отчетов об использовании морской стены для защиты прибрежного поселения.
После эпохи Возрождения мало что изменилось за пределами римского подхода к строительству гаваней . Затем, в начале 19 века, появление парового двигателя , поиск новых земель и торговых путей, расширение Британской империи за счет ее колоний и другие влияния способствовали оживлению морской торговли и возобновлению интереса к портовым работам.
До 1950-х годов общей практикой было использование жестких конструкций для защиты от эрозии пляжа или повреждений штормом . Эти конструкции включали морские дамбы и насыпи или песчаные улавливающие конструкции, такие как волнорезы. В 1920-х и 30-х годах частные или местные общественные интересы защищали многие прибрежные зоны, используя эти методы на разовой основе. В некоторых курортных зонах конструкции разрослись до такой степени, что защита препятствовала рекреационному использованию. Эрозия продолжалась, но конструкции оставались, что приводило к потере пляжной зоны.
Навязчивость и стоимость этих структур привели в конце 1940-х и начале 1950-х годов к более динамичному подходу. Проекты пытались воспроизвести защитные характеристики природных систем пляжей и дюн. Полученное в результате использование искусственных пляжей и стабилизированных дюн в качестве инженерного подхода было экономически жизнеспособным и более экологически чистым.
Ограниченные знания о процессах перемещения прибрежных осадков часто приводили к ненадлежащим мерам по смягчению прибрежной эрозии. Во многих случаях меры работали локально, но усугубляли проблемы в других местах — вплоть до десятков километров — или порождали другие экологические проблемы.
Основным источником информации по прибрежной инженерии является Европейский кодекс поведения для прибрежных зон, выпущенный Европейским советом в 1999 году. Этот документ был подготовлен Группой специалистов по защите побережья и лежит в основе национального законодательства и практики.
Группа специалистов была создана в 1995 году в соответствии с решением Комитета министров Совета Европы. Она подчеркнула необходимость комплексного управления и планирования, но прибрежные районы продолжали ухудшаться. Группа утверждала, что это было связано с трудностями в реализации концепции «комплексного управления». Группа предложила Совету Европы сотрудничать с Прибрежным и морским союзом (EUCC) и Программой ООН по окружающей среде (ЮНЕП).
В береговой обороне задействовано пять общих стратегий: [6]
Выбор стратегии зависит от конкретного участка, характера изменения уровня моря, геоморфологических условий, наличия осадков и эрозии, а также социальных, экономических и политических факторов.
В качестве альтернативы можно использовать комплексные подходы к управлению прибрежной зоной для предотвращения развития в районах, подверженных эрозии или наводнениям, что снижает необходимость решения проблем, связанных с изменениями. Управление ростом может стать проблемой для местных властей , которые должны предоставить инфраструктуру, необходимую новым жителям. [7]
Управляемое отступление является альтернативой строительству или поддержанию прибрежных сооружений. Управляемое отступление позволяет территории подвергаться эрозии. Управляемое отступление часто является ответом на изменение баланса осадков или повышение уровня моря . Метод используется, когда земля, прилегающая к морю, имеет низкую стоимость. Принимается решение позволить земле размываться и затапливаться, создавая новые места обитания на береговой линии. Этот процесс может продолжаться в течение многих лет.
Самым ранним управляемым отступлением в Великобритании была территория площадью 0,8 га на острове Норти , затопленная в 1991 году. За ней последовали Толлсбери и Орпландс в Эссексе , где в 1995 году были прорваны морские стены. [8] В дельте реки Эбро (Испания) прибрежные власти запланировали управляемое отступление. [9]
Основные затраты обычно связаны с покупкой земли, которая будет заброшена. Может потребоваться компенсация за переселение. Искусственные сооружения, которые будут поглощены морем, могут быть удалены. В некоторых случаях для защиты земли за пределами затапливаемой территории используется армирование. Затраты могут быть самыми низкими, если существующие защитные сооружения будут оставлены на самотек, но проект по перестройке может управляться более активно, например, путем создания искусственного прорыва в существующих защитных сооружениях, чтобы позволить морю проникнуть в определенное место контролируемым образом, или путем предварительного формирования дренажных каналов для созданного солончака.
Управляемое отступление стало скорее необходимой стратегией из-за изменения климата, поскольку стратегии адаптации могут лишь в некоторой степени остановить повышение уровня моря. [10]
Удержание линии обычно включает методы укрепления береговой линии, например, использование постоянных бетонных и каменных конструкций. Эти методы — морские дамбы , волнорезы , отдельные волнорезы и насыпи — представляют более 70% защищенных береговых линий в Европе. [11]
В качестве альтернативы, мягкие инженерные методы, поддерживающие естественные процессы и опирающиеся на природные элементы, такие как дюны и растительность, могут предотвратить достижение эрозионными силами береговой линии. Эти методы включают в себя питание пляжа и стабилизацию песчаных дюн .
Исторически прибрежные стратегии в значительной степени основывались на статических структурах, в то время как прибрежные зоны в остальном отражают динамическое равновесие . [ требуется ссылка ] Армирование часто имеет непреднамеренные последствия перемещения проблемы в другую часть побережья. Мягкие варианты, такие как укрепление пляжа, защищают береговые линии и помогают восстановить естественный динамизм, хотя они требуют повторных применений. Расходы на техническое обслуживание могут в конечном итоге потребовать изменения стратегии.
В некоторых случаях может быть принята стратегия в сторону моря. Примеры эрозии включают: залив Коге (Dk), эстуарий Западной Шельды (Nl), Шатлайон (Fr) и дельта Эбро (Sp). [6]
У этой стратегии есть очевидный недостаток. Эрозия побережья уже широко распространена, и есть много побережий, где исключительно высокие приливы или штормовые нагоны приводят к вторжению на берег, что затрудняет деятельность человека. Если уровень моря поднимется, многие побережья, которые развиваются с инфраструктурой вдоль или вблизи береговой линии, не смогут справиться с эрозией. Они испытают так называемое «береговое сжатие», при котором экологические или геоморфологические зоны, которые обычно отступают к суше, сталкиваются с твердыми структурами и не могут мигрировать дальше. Болота, солончаки, мангровые заросли и прилегающие пресноводные водно-болотные угодья особенно уязвимы для такого сдавливания.
Преимуществом стратегии является то, что движение в сторону моря (и вверх) может привести к появлению земель высокой стоимости, которые могут привлечь инвестиции.
Ограниченное вмешательство — это действие, при котором управление решает проблему только в определенной степени, обычно в районах с низкой экономической значимостью. Ограниченное вмешательство часто включает в себя последовательность галосер , включая солончаки и песчаные дюны. Обычно это приводит к защите земли за галосерой, поскольку энергия волн рассеивается через накопленные отложения и дополнительную растительность в новой среде обитания. Хотя галосера не является строго антропогенным образованием, поскольку многие естественные процессы способствуют последовательности, антропогенные факторы частично ответственны за ее формирование, поскольку для запуска процесса последовательности требовался начальный фактор.
Волнорезы — это ert или стены, перпендикулярные береговой линии, для улавливания отложений вдольберегового дрейфа , чтобы постепенно создать пляж и для его постоянной защиты путем устранения береговой эрозии, часто изготавливаемые из зеленых хартов, бетона, камня или дерева. Материал накапливается на стороне нисходящего течения, где прибрежный дрейф преимущественно идет в одном направлении, создавая более широкий и обильный пляж, тем самым защищая побережье, поскольку песчаный материал фильтрует и поглощает энергию волн. Однако соответствующая потеря пляжного материала происходит на стороне восходящего течения, что требует установки еще одного волнореза там. Волнорезы не защищают пляж от штормовых волн, а если они расположены слишком близко друг к другу, то создают течения, которые уносят материал от берега. Формы волнорезов могут быть прямыми, изогнутыми наружу в противоположном направлении от нисходящего течения.
Волнорезы экономически эффективны, требуют минимального обслуживания и являются одним из наиболее распространенных средств защиты. Однако волнорезы все чаще рассматриваются как вредные для эстетики береговой линии и сталкиваются с противодействием во многих прибрежных общинах. [12]
Волнорезы можно считать «мягким» решением, поскольку они улучшают пляжную зону.
Строительство волнорезов создает проблему, известную как синдром терминального волнореза. Терминальный волнорез не позволяет прибрежному дрейфу переносить материал в другие близлежащие места. Это проблема вдоль побережья Хэмпшира и Сассекса в Великобритании; например, в Уортинге .
Стены из бетона и каменной кладки используются для защиты поселения от эрозии или наводнений. Обычно они имеют высоту около 3–5 метров (10–16 футов). Вертикальные морские дамбы старого образца отражали всю энергию волн обратно в море, и для этой цели им часто придавали изогнутые гребни, которые увеличивали локальную турбулентность и, таким образом, увеличивали унос песка и осадка. Во время штормов морские дамбы помогают дрейфу вдоль берега.
Современные морские дамбы направлены на перенаправление большей части падающей энергии в форме наклонных откосов, что приводит к низкому отражению волн и значительному снижению турбулентности. В конструкциях используются пористые конструкции из камня, бетонная броня ( Tetrapods , Seabees , SHEDs, Xblocs и т. д.) с лестничными пролетами для доступа к пляжу.
При выборе места расположения морской дамбы необходимо учитывать стреловидную призму профиля пляжа, последствия долгосрочного отступления пляжа и уровень гребня удобств, включая финансовые последствия.
Морские дамбы могут привести к исчезновению пляжей. Их присутствие также изменяет ландшафт, который они пытаются защитить.
Современные примеры можно найти в Кронулле (Новый Южный Уэльс, 1985–6), [13] Блэкпуле (1986–2001), [14] Линкольншире (1992–1997) [15] и Уолласи (1983–1993). [16] В Сэндвиче, Кент, морская дамба Сиби зарыта в глубине пляжа под галькой с уровнем гребня на уровне обочины дороги.
Стоимость морских стен обычно составляет 10 000 фунтов стерлингов за метр (в зависимости от материала, высоты и ширины), 10 000 000 фунтов стерлингов за км (в зависимости от материала, высоты и ширины). [ необходима цитата ]
Насыпи представляют собой наклонные или вертикальные заграждения, возводимые параллельно берегу, обычно в направлении задней части пляжа, чтобы защитить территорию за ним. Самые основные насыпи состоят из деревянных скосов с возможным каменным заполнением. Волны разбиваются о насыпи, которые рассеивают и поглощают энергию. Береговая линия защищена пляжным материалом, удерживаемым за барьерами, поскольку насыпи задерживают часть материала. Они могут быть водонепроницаемыми, полностью покрывая склон, или пористыми, чтобы вода могла просачиваться после того, как энергия волны рассеивается. Большинство насыпей не оказывают существенного влияния на перемещение вдольберегового дрейфа. Поскольку стена поглощает энергию вместо того, чтобы отражать ее, прибой постепенно размывает и разрушает насыпь; поэтому техническое обслуживание продолжается, что определяется качеством конструкционного материала и продукта.
Каменная броня — это большие камни, размещенные на берегу моря с использованием местного материала. Обычно это используется для поглощения энергии волн и удержания пляжного материала. Несмотря на эффективность, это решение непопулярно по эстетическим причинам. Береговой дрейф не затруднен. Каменная броня имеет ограниченный срок службы, неэффективна в штормовых условиях и снижает рекреационную ценность.
Геотекстильные трубки или геотрубки — это большие геотекстильные мешки, размещенные на берегу моря, заполненные местной песчаной суспензией. Обычно они используются для поглощения энергии волн и удержания пляжного материала, как это делает каменная наброска. Часто называются титановыми трубками, поскольку производятся Flint Technical Geosolutions. Береговой дрейф не затруднен.
Валуны и камни завязываются в сетчатые клетки и размещаются перед зонами, подверженными эрозии: иногда на краях скал или под прямым углом к пляжу. Когда океан попадает на габион, вода стекает, оставляя осадок, в то время как конструкция поглощает умеренное количество энергии волн.
Габионы необходимо надежно закрепить для защиты конструкции.
К недостаткам можно отнести износ и визуальную навязчивость.
Бетонные блоки и/или валуны закапываются в море, чтобы изменить направление волны и отфильтровать энергию волн и приливов. Волны разбиваются дальше от берега и, следовательно, теряют эрозионную силу. Это приводит к более широким пляжам, которые еще больше поглощают энергию волн. Долос заменил использование бетонных блоков, поскольку он более устойчив к воздействию волн и требует меньше бетона для получения превосходного результата. Похожие бетонные объекты, такие как Долос, — это A-jack , Akmon , Xbloc , Tetrapod и Accropode .
Стабилизация скал может быть достигнута путем отвода излишков дождевой воды или посредством террасирования, посадки растений и прокладки проводов для удержания скал на месте.
Тренировочные стенки строятся для ограничения течения реки или ручья по мере его стока через песчаную береговую линию. Стены стабилизируют и углубляют русло, что способствует навигации, борьбе с наводнениями, речной эрозии и качеству воды, но может вызвать прибрежную эрозию, прерывая прибрежный дрейф. Одним из решений является система обхода песка для закачки песка под/вокруг тренировочных стен.
Штормовые барьеры, или шлюзы , были введены после наводнения в Северном море в 1953 году и предотвращают ущерб от штормовых нагонов или любого другого типа стихийного бедствия, которое может нанести вред защищаемой ими территории. Они обычно открыты и обеспечивают свободный проход, но закрываются при угрозе штормового нагона. Темзский барьер является примером такой конструкции.
Пополнение/питание пляжа включает импорт песка из других мест и добавление его к существующему пляжу. Импортируемый песок должен быть такого же качества, как и существующий пляжный материал, чтобы он мог смешиваться с естественными местными процессами и без неблагоприятных последствий. Питание пляжа может использоваться в сочетании с волнорезами. Схема требует повторных применений в ежегодном или многолетнем цикле.
Песчаные дюны являются обычным явлением на пляжах и служат средой обитания для многих организмов. Они полезны для предотвращения эрозии пляжей и могут улавливать переносимый ветром песок, который со временем увеличивает естественное формирование пляжа. Для стабилизации песчаных дюн высаживают флору фордюн и флору бэкдюн. Флора фордюн, как правило, представляет собой растения, устойчивые к соляным брызгам, сильным ветрам и способные выживать, будучи погребенными под переносимым песком. Вот некоторые примеры: Ammophila arenaria , Honckenya peploides , Cakile maritima и Spartina coarctata . [18] В то время как флора бэкдюн разрастается в плотные участки, называемые дюнными матами, которые помогают удерживать структуру дюн. Примерами флоры бэкдюн являются Hudsonia tomentosa , spartina patens и Iva imbricata . [18] После того, как эти растения укоренились, начинается стадия кустарника. Поскольку ранее укоренившиеся растения стабилизировали дюны, на стадии кустарника могут расти более крупные растения с большими корневыми системами. Это позволяет дополнительно стабилизировать песчаные дюны. Эти более крупные растения, наряду с деревянными песчаными ограждениями , пешеходными дорожками, голландскими лестницами и дощатыми настилами, помогают улавливать переносимый ветром песок. [18]
Стабилизация песчаных дюн с помощью растений является обычной практикой и может быть реализована на частных и общественных пляжах. При реализации стабилизации песчаных дюн на частных пляжах с несколькими владельцами достижение консенсусного соглашения, как правило, затруднено. Некоторые владельцы могут предпочесть оставить дюны голыми, в то время как другие предпочли бы посадить более визуально привлекательные растения. Для сравнения, при реализации стабилизации дюн на общественных пляжах требуется меньшее количество сторон для переговоров. Поэтому соглашения о реализации могут быть достигнуты быстрее.
Песчаные дюны уязвимы для человеческой деятельности. Поэтому для их защиты им нужно как можно меньше человеческого взаимодействия. Человеческая прибрежная деятельность привела к эрозии и потере растительности на песчаных дюнах. [19] Растительная жизнь была установлена как важный стабилизирующий фактор песчаных дюн, и ее потеря вызовет еще большую эрозию. Чтобы предотвратить это, информационные щиты, листовки и смотрители пляжа объясняют посетителям, как избежать повреждения области. Кроме того, пляжные зоны могут быть закрыты для публики, чтобы уменьшить ущерб. Другой вариант — ограждения, которые позволяют песчаным ловушкам создавать выбросы и увеличивать захват переносимого ветром песка.
Дренаж пляжа или осушение береговой линии снижает уровень грунтовых вод локально под береговой линией. Это вызывает нарастание песка над дренажной системой. [20]
Уровень грунтовых вод на пляже имеет важное значение для осаждения/эрозии на береговой полосе. [21] В одном исследовании высокий уровень грунтовых вод совпал с ускоренной эрозией пляжа, в то время как низкий уровень грунтовых вод совпал с выраженным намывом береговой полосы. Более низкий уровень грунтовых вод (ненасыщенная поверхность пляжа) способствует осаждению, уменьшая скорости потока во время обратного потока и продлевая ламинарный поток. Когда пляж находится в насыщенном состоянии, скорость обратного потока ускоряется за счет добавления просачивания грунтовых вод из пляжа в зоне слива.
Однако ни одно исследование случаев не дает неоспоримых доказательств положительных результатов, хотя в некоторых случаях сообщалось об общих положительных результатах. Долгосрочный мониторинг не проводился с частотой, достаточно высокой, чтобы различать реакцию на высокоэнергетические эрозионные события.
Полезным побочным эффектом системы является то, что собранная морская вода относительно чистая из-за эффекта фильтрации песка. Такая вода может быть сброшена или использована для насыщения кислородом застойных внутренних лагун/марин или использоваться в качестве питания для тепловых насосов, опреснительных установок, наземной аквакультуры, аквариумов или бассейнов.
Системы осушения пляжей были установлены во многих местах по всему миру, чтобы остановить и обратить вспять тенденции эрозии песчаных пляжей. Двадцать четыре системы осушения пляжей были установлены с 1981 года в Дании, США, Великобритании, Японии, Испании, Швеции, Франции, Италии и Малайзии.
Прибрежные и эстуарные экосистемы действуют как буферные зоны против стихийных бедствий и экологических нарушений, таких как наводнения, циклоны, приливные волны и штормы. Их роль заключается в том, чтобы «[поглощать] часть воздействия и, таким образом, [уменьшать] его воздействие на землю». [22] Водно-болотные угодья (включая болота с соленой водой , солончаки , ...) и растительность, которую они поддерживают — деревья, корневые маты и т. д. — удерживают большое количество воды (поверхностные воды, талый снег, дождь, грунтовые воды), а затем медленно отдают ее обратно, уменьшая вероятность наводнений. [23] Мангровые леса защищают прибрежные береговые линии от приливной эрозии или эрозии течениями; процесс, который изучался после циклона 1999 года, обрушившегося на Индию. Деревни, окруженные мангровыми лесами, столкнулись с меньшим ущербом, чем другие деревни, которые не были защищены мангровыми зарослями. [24]
Стоимость установки и эксплуатации варьируется в зависимости от:
Береговые менеджеры должны компенсировать ошибки и неопределенность в информации относительно эрозионных процессов. Видеомониторинг может собирать данные непрерывно и производить анализ процессов береговой линии.
Системы оповещения о событиях, такие как предупреждения о цунами и штормовых нагонах , могут использоваться для минимизации человеческого воздействия катастрофических событий, вызывающих прибрежную эрозию. Предупреждения о штормовых нагонах могут помочь определить, когда следует закрывать шлюзы .
Беспроводные сенсорные сети могут помочь в мониторинге.
Определение береговой линии является сложной задачей из-за ее динамической природы и предполагаемого применения. [25] [26] Соответствующий масштаб картирования зависит от контекста исследования. [26] Как правило, побережье представляет собой границу между сушей и морем, а береговая линия представлена границей между ними. [27] Исследователи используют индикаторы береговой линии для представления истинного положения береговой линии. [26]
Выбор индикатора береговой линии является первостепенным соображением. Индикаторы должны легко определяться в полевых условиях и на аэрофотосъемке . [29] Индикаторами береговой линии могут быть морфологические особенности, такие как гребень бермы , край уступа, линия растительности , подошва дюны , гребень дюны и обрыв или гребень утеса и подошва. В качестве альтернативы могут использоваться неморфологические особенности, такие как уровень воды (линия высокой воды (HWL), средняя линия высокой воды), граница влажного/сухого состояния и физическая линия воды. [30] На рисунке 1 представлена схема пространственных отношений между обычно используемыми индикаторами береговой линии.
HWL (H на рисунке 1) является наиболее часто используемым индикатором береговой линии, поскольку он виден в полевых условиях и может быть интерпретирован как на цветных, так и на серых аэрофотоснимках. [29] [31] HWL представляет собой протяженность последнего прилива в сторону суши и характеризуется изменением цвета песка из-за повторяющихся периодических затоплений приливами. HWL изображается на аэрофотоснимках наиболее близким к суше изменением цвета или серого тона. [26]
Местоположение береговой линии и ее меняющееся положение с течением времени имеют основополагающее значение для ученых, инженеров и менеджеров, занимающихся прибрежной зоной. [26] [30] Кампании по мониторингу береговой линии предоставляют информацию об историческом местоположении и движении береговой линии, а также о прогнозах будущих изменений. [32] Более конкретно, положение береговой линии в прошлом, в настоящем и там, где она, по прогнозам, будет находиться в будущем, полезно для проектирования прибрежной защиты, калибровки и проверки численных моделей для оценки повышения уровня моря , картирования опасных зон и регулирования развития прибрежной зоны. Местоположение береговой линии также предоставляет информацию относительно переориентации береговой линии рядом со структурами, ширины пляжа , объема и темпов исторических изменений. [26] [30]
Для изучения положения береговой линии доступны различные источники данных. Однако доступность исторических данных ограничена на многих прибрежных участках, поэтому выбор источника данных в значительной степени ограничен тем, что доступно для участка в данный момент времени. [26] Методы картирования береговой линии стали более автоматизированными. Частые изменения в технологиях предотвратили появление одного стандартного подхода к картированию. Каждый источник данных и связанный с ним метод имеют свои возможности и недостатки. [33]
В случае, если для исследования требуется положение береговой линии до аэрофотосъемки или если местоположение имеет плохое фотографическое покрытие, исторические карты предоставляют альтернативу. [33] Многие ошибки связаны с ранними картами и схемами. Такие ошибки могут быть связаны с масштабом, изменениями в системе отсчета , искажениями от неравномерной усадки, растяжением, складками, разрывами и складками, различными стандартами съемки , различными стандартами публикации и ошибками проекции . [26] Серьезность этих ошибок зависит от точности карты и физических изменений, которые произошли после ее создания. [34] Самым старым надежным источником данных о береговой линии в Соединенных Штатах являются Т-листы Береговой службы США, которые датируются началом-серединой 19 века. [35] В Соединенном Королевстве многие карты и схемы до 1750 года считались неточными. Основание Ordnance Survey в 1791 году повысило точность картирования.
Аэрофотоснимки начали использоваться в 1920-х годах для предоставления топографических данных. Они предоставляют хорошую базу данных для составления карт изменения береговой линии. Аэрофотоснимки являются наиболее часто используемым источником данных, поскольку многие прибрежные районы имеют обширное покрытие аэрофотоснимками. [33] Аэрофотоснимки, как правило, обеспечивают хорошее пространственное покрытие. Однако временное покрытие зависит от участка. Интерпретация положения береговой линии субъективна, учитывая динамическую природу прибрежной среды. Это в сочетании с различными искажениями, присущими аэрофотоснимкам, может привести к значительным уровням ошибок. [33] Минимизация дальнейших ошибок обсуждается ниже.
Условия вне камеры могут привести к тому, что объекты на изображении будут казаться смещенными относительно их истинного положения на земле. К таким условиям могут относиться рельеф земли, наклон камеры и атмосферная рефракция .
Смещение рельефа заметно при фотографировании различных высот . Эта ситуация приводит к тому, что объекты, расположенные над уровнем моря, смещаются наружу от центра фотографии, а объекты, расположенные ниже уровня земли, смещаются к центру изображения (рисунок 2). Степень смещения отрицательно связана с уменьшением высоты полета и увеличением радиального расстояния от центра фотографии. Это искажение можно минимизировать, фотографируя несколько полос и создавая мозаику изображений. Этот метод создает фокус для центра каждой фотографии, где искажение сводится к минимуму. Эта ошибка не распространена при картографировании береговой линии, поскольку рельеф довольно постоянен. Однако ее важно учитывать при картографировании скал. [33]
В идеале аэрофотоснимки делаются так, чтобы оптическая ось камеры была идеально перпендикулярна поверхности земли, тем самым создавая вертикальную фотографию. К сожалению, это часто не так, и практически все аэрофотоснимки имеют наклон до 3°. [36] В этой ситуации масштаб изображения больше на верхней стороне оси наклона и меньше на нижней стороне. Многие исследователи побережья не учитывают это в своей работе. [33]
Искажение объектива изменяется в зависимости от радиального расстояния от изоцентра фотографии, что означает, что центр изображения относительно свободен от искажений, но с увеличением угла зрения искажения увеличиваются. Это существенный источник ошибок в более ранней аэрофотосъемке. Такое искажение невозможно исправить, не зная деталей объектива, используемого для захвата изображения. Для устранения ошибок можно использовать перекрывающиеся изображения. [31]
Динамическая природа побережий ставит под угрозу картографирование береговой линии. Эта неопределенность возникает, поскольку в любой момент времени положение береговой линии находится под влиянием непосредственных приливных эффектов и различных долгосрочных эффектов, таких как относительное повышение уровня моря и движение прибрежных отложений . Это влияет на точность вычисленного исторического положения береговой линии и прогнозов. [32] HWL чаще всего используется в качестве индикатора береговой линии. Многие ошибки связаны с использованием мокрой/сухой линии в качестве заменителя HWL и береговой линии. Наибольшую озабоченность вызывают ошибки, связанные с краткосрочной миграцией мокрой/сухой линии, интерпретацией мокрой/сухой линии на фотографии и измерением интерпретированного положения линии. [29] [33] Систематические ошибки, такие как миграция мокрой/сухой линии, возникают из-за приливных и сезонных изменений. Эрозия может привести к миграции мокрой/сухой линии. Полевые исследования показали, что эти изменения можно свести к минимуму, используя только летние данные.; [33] [29] Кроме того, планку погрешности можно значительно уменьшить, используя самую длинную запись надежных данных для расчета скорости эрозии. [29] Ошибки могут возникать из-за сложности измерения одной линии на фотографии. Например, если толщина линии пера составляет 0,13 мм, это означает погрешность ±2,6 м на фотографии масштаба 1:20000.
Пляжные профилирующие исследования обычно повторяются через регулярные интервалы вдоль побережья, чтобы измерить краткосрочные (ежедневные или ежегодные) изменения положения береговой линии и объема пляжа. [37] Пляжное профилирование является очень точным источником информации. Однако измерения, как правило, подвержены ограничениям традиционных методов обследования. Данные о береговой линии, полученные в результате пляжного профилирования, часто пространственно и временно ограничены из-за высокой стоимости, связанной с этой трудоемкой деятельностью. Береговые линии, как правило, выводятся путем интерполяции из серии дискретных пляжных профилей. Расстояние между профилями обычно довольно велико, что ограничивает точность интерполяции. Данные обследования ограничены небольшими длинами береговой линии, как правило, менее десяти километров. [26] Данные о пляжном профилировании обычно доступны в региональных советах Новой Зеландии. [38]
Ряд методов дистанционного зондирования с воздуха, со спутника и с земли может предоставить дополнительные, картографируемые данные. [37] [ не удалось проверить ] Источники данных дистанционного зондирования включают:
Методы дистанционного зондирования могут быть экономически эффективными, уменьшать ручные ошибки и уменьшать субъективность обычных полевых методов. [39] Дистанционное зондирование является относительно новой концепцией, ограничивающей обширные исторические наблюдения. Наблюдения за морфологией побережья должны быть количественно оценены путем объединения данных дистанционного зондирования с другими источниками информации, детализирующими историческое положение береговой линии из архивных источников. [32]
Видеоанализ обеспечивает количественный, экономически эффективный, непрерывный и долгосрочный мониторинг пляжей. [40] Развитие прибрежных видеосистем в двадцать первом веке позволило извлекать большие объемы геофизических данных из изображений. Данные описывают прибрежную морфологию, поверхностные течения и параметры волн. Главное преимущество видеоанализа заключается в возможности надежной количественной оценки этих параметров с высоким разрешением пространственно-временного охвата. Это подчеркивает их потенциал как эффективной системы прибрежного мониторинга и помощи в управлении прибрежной зоной. [41] Были проведены интересные тематические исследования с использованием видеоанализа. Одна группа использовала систему прибрежных изображений ARGUS на основе видео [40] [42] для мониторинга и количественной оценки прибрежной реакции регионального масштаба на питание песком и строительство первого в мире искусственного рифа для серфинга на Золотом побережье в Австралии. Другая оценила дополнительную ценность видеонаблюдений высокого разрешения для краткосрочных прогнозов прибрежных гидродинамических и морфологических процессов во временных масштабах от метров до километров и от дней до сезонов. [43]
Видеоанализ дает менеджерам прибрежной зоны возможность получить батиметрию . [44] [45] [46] Его можно использовать для получения топографии приливной зоны и суб-приливной батиметрии, а также для измерения устойчивости прибрежной зоны [как в доступном объеме пляжа, так и в конфигурации суб-приливной бары]. Оценки глубины на основе видео применялись в микро/мезо-приливных средах в DUCK, NC [45] и в условиях высокоэнергетического волнового климата с макроприливным режимом в Porthtowan в Соединенном Королевстве. [46] Последнее показало применение оценок глубины на основе видео во время экстремальных штормов. [47] [48]
{{cite book}}: CS1 maint: others (link)