Zarządzanie wybrzeżami - Coastal management

Mur morski Oosterscheldekering , Holandia.

Zarządzanie obszarami przybrzeżnymi to obrona przed powodziami i erozją oraz techniki powstrzymujące erozję w celu zajmowania gruntów. Ochrona przed podnoszeniem się poziomu mórz w XXI wieku ma kluczowe znaczenie, ponieważ podnoszenie się poziomu mórz przyspiesza z powodu zmiany klimatu . Oczekuje się, że zmiany poziomu morza niszczą plaże i systemy przybrzeżne w coraz szybszym tempie, powodując zaburzenia osadów przybrzeżnych przez energię pływów.

Strefy przybrzeżne zajmują mniej niż 15% powierzchni lądowej Ziemi, a zamieszkuje je ponad 45% światowej populacji. Prawie 1,4 miliarda ludzi żyje w promieniu 100 km od linii brzegowej i 100 m od poziomu morza, przy średniej gęstości 3 razy większej niż średnia światowa dla populacji. Ponieważ do 2025 r. trzy czwarte światowej populacji będzie mieszkać w strefie przybrzeżnej, działalność człowieka wywodząca się z tego niewielkiego obszaru lądowego będzie wywierać dużą presję na wybrzeża. Strefy przybrzeżne zawierają bogate zasoby do produkcji towarów i usług oraz są domem dla większości działalności handlowej i przemysłowej.

Historia

Inżynieria przybrzeżna portów rozpoczęła się od powstania ruchu morskiego, być może przed 3500 rpne Doki , falochrony i inne prace portowe były budowane ręcznie, często na wielką skalę.

Starożytne prace portowe są nadal widoczne. Większość okazalszych starożytnych dzieł portowych zniknęła po upadku Cesarstwa Zachodniorzymskiego .

Większość wysiłków przybrzeżnych skierowana była na struktury portowe. Wenecja i jej laguna to przykład działań niezwiązanych z portami. Ochrona wybrzeża w Nathan Heenan w Anglii i Holandii rozpoczęła się w VI wieku lub wcześniej. Starożytni rozumieli takie zjawiska, jak prądy śródziemnomorskie i wzory wiatrów oraz związek przyczynowo-skutkowy fal wiatrowych.

Rzymianie wprowadzili wiele innowacji w projektowaniu portów. Zbudowali mury pod wodą i zbudowali solidne falochrony . Konstrukcje te zostały wykonane z betonu romańskiego . W niektórych przypadkach zastosowano odbicie fali, aby zapobiec zamulaniu. Wykorzystali falochrony o wysokości powierzchni, aby pokonywać fale, zanim dotarli do głównego falochronu. Były to pierwsze pogłębiarki w Holandii, które utrzymywały port w Velsen . Tamtejsze problemy z zamulaniem zostały rozwiązane, gdy wcześniej uszczelnione, solidne pirsy zostały zastąpione nowymi „otwartymi” pomostami .

Średniowiecze

Atak od strony morza spowodował, że wiele nadmorskich miasteczek i ich portów zostało opuszczonych. Inne porty zostały utracone z przyczyn naturalnych, takich jak szybkie zamulenie, przesunięcie lub wycofanie linii brzegowej itp. Laguna Wenecka była jednym z niewielu zaludnionych obszarów przybrzeżnych o ciągłym dobrobycie i rozwoju, gdzie pisemne raporty dokumentują ewolucję prac związanych z ochroną wybrzeża. Innymi słowy, jest to jeden z pierwszych opisów wykorzystania muru nadmorskiego do ochrony osady przybrzeżnej.

Współczesność

Niewielka poprawa nastąpiła poza rzymskim podejściem do budowy portów po renesansie . Następnie, na początku XIX wieku, pojawienie się silnika parowego , poszukiwanie nowych ziem i szlaków handlowych, ekspansja Imperium Brytyjskiego poprzez jego kolonie i inne wpływy, wszystko to przyczyniło się do ożywienia handlu morskiego i ponownego zainteresowania działa port.

Dwudziesty wiek

Przed latami pięćdziesiątymi powszechną praktyką było stosowanie twardych konstrukcji w celu ochrony przed erozją plaży lub uszkodzeniami spowodowanymi przez burze . Konstrukcje te obejmowały wały nadbrzeżne i umocnienia brzegowe lub konstrukcje zatrzymujące piasek, takie jak ostrogi. W latach 20. i 30. prywatne lub lokalne interesy społeczności chroniły wiele obszarów przybrzeżnych przy użyciu tych technik doraźnie. Na niektórych terenach uzdrowiskowych budowle rozrastały się do tego stopnia, że ​​ochrona utrudniała wykorzystanie rekreacyjne. Erozja trwała nadal, ale struktury pozostały, co spowodowało utratę powierzchni plaży.

Natrętność i koszt tych konstrukcji doprowadziły na przełomie lat 40. i 50. do bardziej dynamicznego podejścia. W ramach projektów podjęto próbę odtworzenia właściwości ochronnych naturalnych systemów plaż i wydm. Wynikające z tego wykorzystanie sztucznych plaż i ustabilizowanych wydm jako podejścia inżynieryjnego było ekonomicznie opłacalne i bardziej przyjazne dla środowiska.

Ograniczona wiedza na temat procesów transportu osadów przybrzeżnych często skutkowała niewłaściwymi środkami łagodzenia erozji wybrzeża. W wielu przypadkach środki działały lokalnie, ale zaostrzyły problemy w innych lokalizacjach — do dziesiątek kilometrów dalej — lub wygenerowały inne problemy środowiskowe.

Europejski Kodeks Postępowania

Podstawowym źródłem inżynierii wybrzeża jest Europejski Kodeks Postępowania dla Stref Przybrzeżnych wydany przez Radę Europejską w 1999 roku. Dokument ten został przygotowany przez Grupę Specjalistów ds. Ochrony Wybrzeża i stanowi podstawę ustawodawstwa i praktyki krajowej.

Grupa Specjalistów powstała w 1995 roku decyzją Komitetu Ministrów Rady Europy. Podkreślono potrzebę zintegrowanego zarządzania i planowania, ale obszary przybrzeżne nadal się pogarszają. Grupa twierdziła, że ​​było to spowodowane trudnościami we wdrażaniu koncepcji „zarządzania zintegrowanego”. Grupa zaproponowała Radzie Europy współpracę z Coastal & Marine Union (EUCC) oraz Programem Narodów Zjednoczonych ds. Ochrony Środowiska (UNEP).

Podejścia do planowania

Pięć ogólnych strategii zarządzania strefą przybrzeżną

W obronie wybrzeża zaangażowanych jest pięć ogólnych strategii:

  • Porzucenie
  • Zarządzane wycofanie lub wyrównanie, które planuje wycofanie się i przyjmuje rozwiązania inżynieryjne, które uwzględniają naturalne procesy dostosowania
  • Opancerzenie poprzez budowę falochronów i innych twardych konstrukcji
  • Zbuduj obronę w kierunku morza od wybrzeża
  • Adaptacja w pionie poprzez podnoszenie terenu i budynków

Wybór strategii zależy od miejsca, w zależności od wzorca zmian poziomu morza, warunków geomorfologicznych, dostępności osadów i erozji, a także czynników społecznych, ekonomicznych i politycznych.

Alternatywnie można zastosować zintegrowane podejścia do zarządzania strefą przybrzeżną, aby zapobiec rozwojowi na obszarach podatnych na erozję lub powodzie, zmniejszając potrzebę zajęcia się zmianami. Zarządzanie rozwojem może być wyzwaniem dla władz lokalnych, które muszą zapewnić infrastrukturę wymaganą przez nowych mieszkańców.

Zarządzane odwrót

Zarządzany odwrót jest alternatywą dla budowania lub utrzymywania struktur przybrzeżnych. Zarządzany odwrót pozwala na erozję obszaru. Zarządzane wycofywanie się jest często odpowiedzią na zmiany w budżecie osadów lub na wzrost poziomu morza . Technikę tę stosuje się, gdy ziemia przylegająca do morza ma niską wartość. Podjęta zostaje decyzja, aby pozwolić ziemi na erozję i powódź, tworząc nowe siedliska na linii brzegowej. Proces ten może trwać przez wiele lat.

Najwcześniejszym zarządzanym odwrotem w Wielkiej Brytanii był obszar 0,8 ha na wyspie Northey, zalany w 1991 roku. Następnie nastąpiły Tollesbury i Orplands w Essex , gdzie w 1995 roku naruszono mury morskie. W delcie rzeki Ebro (Hiszpania) władze przybrzeżne zaplanowały zarządzany odwrót.

Głównym kosztem jest zazwyczaj zakup ziemi, która ma zostać porzucona. Może być potrzebna rekompensata za przeprowadzkę. Konstrukcje wykonane przez człowieka, które zostaną pochłonięte przez morze, mogą wymagać usunięcia. W niektórych przypadkach opancerzenie służy do ochrony terenu poza obszarem, który ma zostać zalany. Koszty mogą być najniższe, jeśli istniejące zabezpieczenia przestaną działać w sposób naturalny, ale projekt ponownego wyrównania może być zarządzany bardziej aktywnie, na przykład poprzez stworzenie sztucznego wyłomu w istniejących zabezpieczeniach, aby umożliwić morzu w określonym miejscu w sposób kontrolowany, lub przez -tworzenie kanałów odwadniających dla powstałych słonych bagien.

Zarządzane wycofanie się stało się bardziej niezbędną strategią ze względu na zmianę klimatu, ponieważ strategie adaptacyjne mogą zrobić tylko tyle, aby powstrzymać wzrost poziomu morza.

Nie odkładać słuchawki

Utrzymywanie linii zazwyczaj wiąże się z technikami utwardzania linii brzegowej, np. z wykorzystaniem trwałych konstrukcji betonowych i skalnych. Te techniques-- wały nadmorskie , ostrogi , indywidualny falochronów i umocnień -represent więcej niż 70% chronionej linii brzegowej w Europie.

Alternatywnie, miękkie techniki inżynieryjne wspierające naturalne procesy i polegające na naturalnych elementach, takich jak wydmy i roślinność, mogą zapobiegać przedostawaniu się sił erozji do tylnego brzegu. Techniki te obejmują odżywianie plaży i stabilizację wydm .

Historycznie strategie przybrzeżne w dużej mierze opierały się na strukturach statycznych, podczas gdy obszary przybrzeżne odzwierciedlały dynamiczną równowagę . Opancerzenie często ma niezamierzoną konsekwencję przeniesienia problemu na inną część wybrzeża. Miękkie opcje, takie jak odżywianie plaży, chronią wybrzeża i pomagają przywrócić naturalną dynamikę, chociaż wymagają wielokrotnych aplikacji. Koszty utrzymania mogą ostatecznie wymagać zmiany strategii.

Ruszaj w morze

W niektórych przypadkach można przyjąć strategię morską. Przykłady erozji obejmują: Zatokę Koge (Dk), ujście zachodniej Skaldy (Nl), Chatelaillon (Fr) i deltę Ebro (Sp).

Ta strategia ma oczywistą wadę. Erozja wybrzeży jest już powszechna i jest wiele wybrzeży, na których wyjątkowo przypływy lub sztormy powodują wdzieranie się na brzeg, wpływając na działalność człowieka. Jeśli poziom morza się podniesie, wiele wybrzeży, które są rozwinięte z infrastrukturą wzdłuż lub w pobliżu linii brzegowej, nie będzie w stanie sprostać erozji. Doświadczą tak zwanego „ściśnięcia wybrzeża”, w którym strefy ekologiczne lub geomorfologiczne, które normalnie cofałyby się w kierunku lądu, napotykają na stałe struktury i nie mogą migrować dalej. Szczególnie podatne na takie ściskanie są tereny podmokłe, słone bagna, namorzyny i przyległe tereny podmokłe słodkowodne.

Plusem tej strategii jest to, że poruszanie się w kierunku morza (i w górę) może stworzyć grunty o wysokiej wartości, które mogą przynieść inwestycje.

Ograniczona interwencja

Ograniczona interwencja to działanie polegające na tym, że kierownictwo zajmuje się problemem tylko w pewnym zakresie, zwykle na obszarach o małym znaczeniu gospodarczym. Ograniczona interwencja często obejmuje sukcesję haloserów , w tym słonych bagien i wydm. Zwykle powoduje to ochronę ziemi za haloserem, ponieważ energia fal rozprasza się w nagromadzonych osadach i dodatkowej roślinności w nowym siedlisku. Chociaż halosere nie jest ściśle wytworzone przez człowieka, ponieważ wiele naturalnych procesów przyczynia się do sukcesji, to czynniki antropogeniczne są częściowo odpowiedzialne za powstanie, ponieważ potrzebny był czynnik początkowy, aby rozpocząć proces sukcesji.

Techniki budowlane

Twarde metody inżynierskie

Groynes

Groyne w Mundesley , Norfolk, Wielka Brytania

Ostrogi są ERT lub ściany prostopadle do linii brzegowej w celu wyłapania sedymentacji z dryfu dokerów stopniowo stworzyć plażę i na nim stałą ochronę przez eliminację erozji przybrzeżnej, często wykonane z greenharts, betonu, skał lub drewna. Materiał gromadzi się po stronie dryfu , gdzie dryf przybrzeżny odbywa się głównie w jednym kierunku, tworząc szerszą i bardziej obfitą plażę, chroniąc w ten sposób wybrzeże, ponieważ materiał piaskowy filtruje i pochłania energię fal. Jednak po stronie wznoszącej występuje odpowiedni ubytek materiału plażowego, co wymaga tam kolejnej ostrogi. Groynes nie chronią plaży przed burzowymi falami, a jeśli są umieszczone zbyt blisko siebie, tworzą prądy, które przenoszą materiał na brzeg. Kształty ostróg mogą być proste, zakrzywione na zewnątrz w kierunku przeciwnym do dryfowania.

Groyny są opłacalne, wymagają niewielkiej konserwacji i są jedną z najczęstszych form obronnych. Jednak ostrogi są coraz częściej postrzegane jako szkodliwe dla estetyki linii brzegowej i napotykają sprzeciw w wielu społecznościach przybrzeżnych.

Groynes można uznać za rozwiązanie „miękkie” ze względu na wzmocnienie plaży.

Konstrukcja pachwiny stwarza problem znany jako zespół terminalnej pachwiny. Grooga terminalowa zapobiega przenoszeniu materiału przez dryf przybrzeżny do innych pobliskich miejsc. Jest to problem wzdłuż wybrzeża Hampshire i Sussex w Wielkiej Brytanii; np. w Worthing .

Nadmorskie

Ściany z trawy lub papieru służą do ochrony osiedla przed erozją lub zalaniem. Mają zazwyczaj około 3-5 metrów (10-16 stóp) wysokości. Pionowe falochrony starszego typu odbijały całą energię fal z powrotem do morza i w tym celu często otrzymywały zakrzywione ściany grzbietowe, które zwiększały lokalne turbulencje, a tym samym zwiększały porywanie piasku i osadów. Podczas sztormów wały morskie pomagają dryfować przybrzeżne.

Nowoczesne falochrony mają na celu przekierowanie większości padającej energii w postaci nachylonych umocnień brzegowych, co skutkuje niskimi falami odbitymi i znacznie zmniejszonymi turbulencjami. Projekty wykorzystują porowate konstrukcje zbroi skalnych, betonowych ( Tetrapods , Seabees , SHEDs, Xblocs , itp.) z biegami schodów umożliwiających dostęp do plaży.

Lokalizacja falochronu musi uwzględniać przesunięty pryzmat profilu plaży, konsekwencje długotrwałej recesji na plaży oraz poziom terenu rekreacyjnego, w tym konsekwencje kosztowe.

Mury morskie mogą powodować rozproszenie plaż. Ich obecność zmienia również krajobraz, który starają się chronić.

Współczesne przykłady można znaleźć w Cronulla (NSW, 1985-6), Blackpool (1986-2001), Lincolnshire (1992-1997) i Wallasey (1983-1993). W Sandwich falochron Kent Seabee jest zakopany z tyłu plaży pod kamieniem, na poziomie grzbietu na poziomie krawężnika drogowego.

Mury morskie zazwyczaj kosztują 10 000 GBP za metr (w zależności od materiału, wysokości i szerokości), 10 000 000 GBP za km (w zależności od materiału, wysokości i szerokości).

Umocowania

Umocnienia to skośne lub pionowe blokady, budowane równolegle do wybrzeża, zwykle w tylnej części plaży, aby chronić obszar poza nią. Najbardziej podstawowe umocnienia brzegowe składają się z drewnianych skosów z ewentualnym wypełnieniem skalnym. Fale rozbijają się o umocnienia brzegowe, które rozpraszają i pochłaniają energię. Linia brzegowa jest chroniona przez materiał plażowy trzymany za barierkami, ponieważ umocnienia brzegowe zatrzymują część materiału. Mogą być wodoszczelne, całkowicie pokrywając zbocze, lub porowate, aby umożliwić przefiltrowanie wody po rozproszeniu energii fal. Większość umocnień brzegowych nie koliduje znacząco z transportem sztolni. Ponieważ ściana pochłania energię zamiast odbijać, fala stopniowo ulega erozji i niszczy umocnienia; dlatego konserwacja jest w toku, zgodnie z materiałem konstrukcyjnym i jakością produktu.

Kamienna zbroja

Pancerz skalny to duże skały umieszczane na brzegu morza przy użyciu lokalnego materiału. Jest to zwykle używane do pochłaniania energii fal i przechowywania materiału plażowego. Rozwiązanie to, choć skuteczne, jest niepopularne ze względów estetycznych. Dryf przybrzeżny nie jest utrudniony. Pancerz skalny ma ograniczoną żywotność, nie jest skuteczny w warunkach burzowych i zmniejsza walory rekreacyjne.

Gabiony

Głazy i skały są okablowane w siatkowe klatki i umieszczane przed obszarami podatnymi na erozję: czasami na krawędziach klifów lub pod kątem prostym do plaży. Kiedy ocean ląduje na gabionach, woda spływa przez pozostawione osady, podczas gdy struktura pochłania umiarkowaną ilość energii fal.

Gabiony muszą być bezpiecznie związane, aby chronić konstrukcję.

Wady obejmują szybkość zużycia i inwazyjność wizualną.

Falochron morski

Bloki betonowe i/lub głazy są zatapiane na morzu w celu zmiany kierunku fal oraz filtrowania energii fal i pływów. Fale załamują się dalej od brzegu, przez co tracą moc erozyjną. Prowadzi to do szerszych plaż, które dodatkowo pochłaniają energię fal. Dolos zastąpił zastosowanie bloczków betonowych, ponieważ jest bardziej odporny na działanie fal i wymaga mniej betonu, aby uzyskać doskonały efekt. Podobne betonowe obiekty, takie jak Dolos, to A-jack , Akmon , Xbloc , Tetrapod i Accropode .

Stabilizacja klifu

Stabilizację klifu można osiągnąć poprzez odprowadzanie nadmiaru wody deszczowej poprzez tarasowanie, sadzenie i okablowanie w celu utrzymania klifów na miejscu.

Wstępne ściany treningowe

Ściany treningowe są zbudowane, aby ograniczyć przepływ rzeki lub strumienia przez piaszczyste wybrzeże. Ściany stabilizują i pogłębiają kanał, co sprzyja nawigacji, zarządzaniu powodzią, erozji rzek i jakości wody, ale może powodować erozję wybrzeża poprzez przerwanie dryfu przybrzeżnego. Jednym z rozwiązań jest system obejścia piasku do pompowania piasku pod/wokół ścian treningowych.

Zasuwy

Bariery przeciwprzepięciowe lub przeciwpowodziowe zostały wprowadzone po powodzi na Morzu Północnym w 1953 roku i zapobiegają uszkodzeniom spowodowanym przez fale sztormowe lub inne rodzaje klęsk żywiołowych, które mogłyby zaszkodzić chronionemu obszarowi. Są one zwykle otwarte i umożliwiają swobodne przejście, ale zamykają się pod groźbą fali sztormowej. Thames Bariera jest przykład takiej konstrukcji.

Miękkie metody inżynieryjne

Usługi ekosystemowe świadczone przez epibentosowe rafy dwuskorupowe
Rafy zapewniają ochronę wybrzeża poprzez kontrolę erozji i stabilizację linii brzegowej oraz modyfikują fizyczny krajobraz poprzez inżynierię ekosystemową , zapewniając w ten sposób siedlisko gatunkom poprzez ułatwianie interakcji z innymi siedliskami, takimi jak pływowe, płaskie zbiorowiska bentosowe, trawy morskie i bagna .

Uzupełnianie plaży

Uzupełnianie/odżywianie plaży polega na sprowadzaniu piasku z innych miejsc i dodawaniu go do istniejącej plaży. Importowany piasek powinien być podobnej jakości do istniejącego materiału plażowego, aby mógł wtapiać się w naturalne procesy lokalne i bez negatywnych skutków. Odżywkę plażową można stosować w połączeniu z ostrogami. Program wymaga wielokrotnego składania wniosków w cyklu rocznym lub wieloletnim.

Stabilizacja wydm

Stabilizujące wydmy mogą pomóc chronić plaże, wyłapując nawiany przez wiatr piasek, zwiększając naturalną formację plaży. Dune stabilizacja / piasek wydmowy zarządzanie zatrudnia udogodnień publicznych, takich jak parkingi, chodniki, holenderskich Schody i chodniki w celu zmniejszenia erozji i usuwanie piasku przez ludzi. Tablice ogłoszeniowe, ulotki i strażnicy plażowi wyjaśniają odwiedzającym, jak uniknąć uszkodzenia terenu. Plaże mogą być zamknięte dla publiczności, aby zmniejszyć szkody. Ogrodzenia mogą umożliwić pułapkom piaskowym tworzenie wydmuchów i zwiększenie wychwytywania piasku przez wiatr. Rośliny takie jak Ammophila (trawa marram) mogą wiązać osad.

Odwodnienie plaży

Odwadnianie plaży lub odwadnianie lico plaży obniża lokalnie poziom wód gruntowych poniżej lico plaży. Powoduje to narastanie piasku nad systemem odwadniającym.

Poziomy zwierciadła wody na plaży mają istotny wpływ na osadzanie się/erozję na wybrzeżu. W jednym z badań wysoki poziom wód gruntowych zbiegł się z przyspieszoną erozją plaży, podczas gdy niski poziom wód gruntowych zbiegł się z wyraźną agradacją nabrzeża. Niższe zwierciadło wody (nienasycona powierzchnia plaży) ułatwia osadzanie, zmniejszając prędkość przepływu podczas płukania wstecznego i przedłużając przepływ laminarny. Gdy plaża jest w stanie nasyconym, prędkość płukania wstecznego jest przyspieszona przez dodanie wycieku wody gruntowej z plaży w strefie ścieku.

Jednak żadne studia przypadków nie dostarczają niepodważalnych dowodów pozytywnych wyników, chociaż w niektórych przypadkach odnotowano ogólne pozytywne wyniki. Monitorowanie długoterminowe nie było prowadzone z częstotliwością wystarczająco wysoką, aby odróżnić reakcję na zdarzenia powodujące erozję o wysokiej energii.

Użytecznym efektem ubocznym systemu jest to, że zebrana woda morska jest stosunkowo czysta ze względu na efekt filtracji piasku. Taka woda może być zrzucana lub wykorzystywana do natleniania zastanych lagun śródlądowych/marin lub wykorzystywana jako pasza dla pomp ciepła, zakładów odsalania, akwakultury na lądzie, akwariów lub basenów.

W wielu miejscach na całym świecie zainstalowano systemy odwadniające plaże, aby powstrzymać i odwrócić tendencje erozyjne na piaszczystych plażach. Od 1981 roku zainstalowano dwadzieścia cztery systemy odwadniania plaż w Danii, USA, Wielkiej Brytanii, Japonii, Hiszpanii, Szwecji, Francji, Włoszech i Malezji.

Strefy buforowe

Ekosystemy przybrzeżne i przyujściowe pełnią rolę stref buforowych przed zagrożeniami naturalnymi i zaburzeniami środowiska, takimi jak powodzie, cyklony, przypływy i sztormy. Rolą, jaką odgrywają, jest „[pochłonięcie] części uderzenia, a tym samym [zmniejszenie] jego wpływu na grunt”. Tereny podmokłe (do których należą słonowodne bagna , słone bagna , ...) i roślinność, którą wspierają – drzewa, maty korzeniowe itp. – zatrzymują duże ilości wody (woda powierzchniowa, roztopowa, deszczowa, gruntowa), a następnie powoli ją uwalniają, zmniejszenie prawdopodobieństwa powodzi. Lasy namorzynowe chronią wybrzeża przed erozją pływową lub erozją przez prądy; proces, który był badany po cyklonie w 1999 roku, który uderzył w Indie. Wioski, które były otoczone lasami namorzynowymi, doznały mniejszych szkód niż inne wioski, które nie były chronione przez namorzyny.

Koszty

Koszty instalacji i eksploatacji różnią się ze względu na:

  • długość systemu (nieliniowe składniki kosztów)
  • natężenia przepływu pomp (przepuszczalność piasku, koszty energii)
  • warunki glebowe (obecność skał lub warstw nieprzepuszczalnych)
  • układ zrzutu / wykorzystanie przefiltrowanej wody morskiej
  • projekt odwodnienia, dobór materiałów i metody montażu
  • uwarunkowania geograficzne (logistyka lokalizacji)
  • regionalne uwarunkowania gospodarcze (lokalne możliwości/koszty)
  • badania wymagań/procesu zgody.

Monitorowanie

Zarządcy obszarów przybrzeżnych muszą kompensować błędy i niepewność w informacjach dotyczących procesów erozyjnych. Monitoring wideo może w sposób ciągły gromadzić dane i generować analizy procesów brzegowych.

Systemy ostrzegania o zdarzeniach

Systemy ostrzegania o zdarzeniach, takie jak ostrzeżenia o tsunami i falach sztormowych , mogą być wykorzystywane do minimalizowania wpływu katastrofalnych zdarzeń na wybrzeże, które powodują erozję wybrzeża. Ostrzeżenia przed przepięciami burzowymi mogą pomóc w ustaleniu, kiedy należy zamknąć śluzy .

Bezprzewodowe sieci czujników mogą wspomagać monitorowanie.

Mapowanie linii brzegowej

Wyznaczenie linii brzegowej jest trudnym zadaniem ze względu na jej dynamiczny charakter i przeznaczenie. Odpowiednia skala mapowania zależy od kontekstu badania. Ogólnie rzecz biorąc, wybrzeże stanowi granicę między lądem a morzem, a linię brzegową reprezentuje granica między nimi. Śledczy stosują wskaźniki linii brzegowej, aby przedstawić rzeczywistą pozycję linii brzegowej.

Wskaźnik linii brzegowej

Rysunek 1. Diagram przedstawiający przestrzenną relację między wieloma powszechnie stosowanymi wskaźnikami.

Wybór wskaźnika linii brzegowej jest podstawowym czynnikiem. Wskaźniki muszą być łatwe do zidentyfikowania w terenie i na zdjęciach lotniczych . Wskaźniki brzegową mogą być cechy morfologiczne, takie jak na poboczu grzebienia, krawędź skarpy, roślinnej linii, wydmowym palca Dune grzebienia i urwiska lub urwiska grzebienia i palców. Alternatywnie, można wykorzystać cechy niemorfologiczne, takie jak poziom wody (linia wysokiego (HWL), średnia linia wysokiego poziomu), granica mokra/sucha i fizyczna linia wody. Rysunek 1 przedstawia szkic relacji przestrzennych między powszechnie stosowanymi wskaźnikami linii brzegowej.

HWL (H na rysunku 1) jest najczęściej używanym wskaźnikiem linii brzegowej, ponieważ jest widoczny w terenie i może być interpretowany zarówno na zdjęciach lotniczych w kolorze, jak iw skali szarości. HWL reprezentuje zasięg ostatniego przypływu w kierunku lądu i charakteryzuje się zmianą koloru piasku z powodu powtarzających się okresowych zalewów przez przypływy. HWL jest przedstawiany na zdjęciach lotniczych przez najbardziej wysuniętą na ląd zmianę koloru lub odcienia szarości.

Znaczenie i zastosowanie

Położenie linii brzegowej i jej zmieniające się w czasie położenie ma fundamentalne znaczenie dla naukowców, inżynierów i menedżerów zajmujących się wybrzeżami. Kampanie monitorujące linię brzegową dostarczają informacji o historycznej lokalizacji i ruchu linii brzegowej oraz o przewidywaniach przyszłych zmian. Dokładniej mówiąc, położenie linii brzegowej w przeszłości, obecnie i w miejscu, w którym przewiduje się, że będzie w przyszłości, jest przydatne w projektowaniu ochrony wybrzeża, kalibracji i weryfikacji modeli numerycznych w celu oceny wzrostu poziomu morza , mapowania stref zagrożenia i regulują rozwój wybrzeża. Lokalizacja linii brzegowej dostarcza również informacji dotyczących reorientacji linii brzegowej w sąsiedztwie struktur, szerokości plaży , objętości i tempa zmian historycznych.

Źródła danych

Dostępne są różne źródła danych do badania pozycji linii brzegowej. Jednak dostępność danych historycznych w wielu miejscach przybrzeżnych jest ograniczona, a zatem wybór źródła danych jest w dużej mierze ograniczony do tego, co jest dostępne dla danego miejsca w danym czasie. Techniki mapowania linii brzegowej stały się bardziej zautomatyzowane. Częste zmiany w technologii uniemożliwiły pojawienie się jednego standardowego podejścia do mapowania. Każde źródło danych i powiązana metoda mają możliwości i wady.

Mapy historyczne

W przypadku, gdy badanie wymaga położenia linii brzegowej sprzed zdjęć lotniczych lub jeśli lokalizacja ma słaby zasięg fotograficzny, alternatywą są mapy historyczne. Wiele błędów jest związanych z wczesnymi mapami i wykresami. Błędy takie mogą być związane ze skalą, zmianami punktu odniesienia , zniekształceniami wynikającymi z nierównomiernego skurczu, rozciągnięcia, zagnieceniami, rozdarciami i fałdami, różnymi standardami geodezyjnymi , różnymi standardami publikacji i błędami rzutowania . Waga tych błędów zależy od dokładności mapy i fizycznych zmian, które nastąpiły po jej wykonaniu. Najstarszym wiarygodnym źródłem danych dotyczących linii brzegowej w Stanach Zjednoczonych są arkusze T z US Coast and Geodetic Survey / National Ocean Service, które pochodzą z początku do połowy XIX wieku. W Wielkiej Brytanii wiele map i wykresów sprzed 1750 roku uznano za niedokładne. Założenie Ordnance Survey w 1791 roku poprawiło dokładność mapowania.

Zdjęcia lotnicze

Zdjęcia lotnicze zaczęto wykorzystywać w latach 20. XX wieku do dostarczania danych topograficznych . Stanowią dobrą bazę danych do kompilacji map zmian linii brzegowej. Zdjęcia lotnicze są najczęściej używanym źródłem danych, ponieważ wiele obszarów przybrzeżnych ma rozległy zasięg zdjęć lotniczych. Zdjęcia lotnicze na ogół zapewniają dobre pokrycie przestrzenne. Jednak zasięg czasowy zależy od miejsca. Interpretacja pozycji linii brzegowej jest subiektywna, biorąc pod uwagę dynamiczny charakter środowiska przybrzeżnego. W połączeniu z różnymi zniekształceniami charakterystycznymi dla zdjęć lotniczych może to prowadzić do znacznych poziomów błędów. Poniżej omówiono minimalizację dalszych błędów.

Przemieszczenia przestrzeni obiektu
Rysunek 2. Przykład przemieszczenia ulgi. Wszystkie obiekty powyżej poziomu gruntu są przesunięte na zewnątrz od środka zdjęcia. Przemieszczenie staje się bardziej widoczne przy krawędziach.

Warunki poza kamerą mogą spowodować, że obiekty na obrazie będą wyglądały na przesunięte z ich rzeczywistej pozycji naziemnej. Takie warunki mogą obejmować rzeźbę terenu, nachylenie kamery i załamanie atmosferyczne .

Przesunięcie reliefu jest widoczne podczas fotografowania różnych wzniesień . Sytuacja ta powoduje, że obiekty znajdujące się nad poziomem morza przemieszczają się na zewnątrz od środka zdjęcia, a obiekty znajdujące się poniżej poziomu gruntu przemieszczają się w kierunku środka obrazu (Rysunek 2). Dotkliwość przemieszczenia jest ujemnie związana ze spadkiem wysokości lotu i wzrostem promieniowej odległości od środka zdjęcia. To zniekształcenie można zminimalizować, fotografując wiele pokosów i tworząc mozaikę obrazów. Ta technika tworzy ognisko na środku każdego zdjęcia, gdzie zniekształcenia są zminimalizowane. Ten błąd nie jest powszechny w mapowaniu linii brzegowej, ponieważ relief jest dość stały. Należy jednak wziąć pod uwagę przy mapowaniu klifów.

Najlepiej wykonywać zdjęcia lotnicze tak, aby oś optyczna aparatu była idealnie prostopadła do powierzchni gruntu, tworząc w ten sposób zdjęcie pionowe . Niestety często tak nie jest i praktycznie wszystkie zdjęcia lotnicze mają przechył do 3°. W tej sytuacji skala obrazu jest większa w górnej części osi przechyłu i mniejsza w dół. Wielu badaczy zajmujących się wybrzeżem nie bierze tego pod uwagę w swojej pracy.

Zniekształcenie promieniowe soczewki

Zniekształcenie obiektywu zmienia się w funkcji promieniowej odległości od izocentrum fotografii, co oznacza, że ​​środek obrazu jest stosunkowo wolny od zniekształceń, ale wraz z kątem widzenia zniekształcenie wzrasta. Jest to istotne źródło błędów we wcześniejszych fotografiach lotniczych. Takiej dystorsji nie da się skorygować bez znajomości szczegółów obiektywu użytego do uchwycenia obrazu. Nakładające się obrazy można wykorzystać do rozwiązania błędów.

Wyznaczenie linii brzegowej

Dynamiczny charakter wybrzeży utrudnia mapowanie linii brzegowej. Niepewność ta wynika z faktu, w dowolnym danym czasie pozycji brzegowej wpływa bezpośrednimi skutkami oddechowych i różnych długoterminowych efektów, takich jak wzrost względnego poziomu morza i wzdłuż brzegu przybrzeżnej osadu ruchu. Wpływa to na dokładność obliczonej historycznej pozycji linii brzegowej i prognoz. HWL jest najczęściej używany jako wskaźnik linii brzegowej. Wiele błędów jest związanych z używaniem mokrej/suchej linii jako zastępstwa dla HWL i linii brzegowej. Błędy o największym znaczeniu to krótkoterminowa migracja linii mokrej/suchej, interpretacja linii mokrej/suchej na zdjęciu oraz pomiar interpretowanej pozycji linii. Błędy systematyczne, takie jak migracja mokrej/suchej linii, wynikają ze zmian pływowych i sezonowych . Erozja może spowodować migrację mokrej/suchej linii. Badania terenowe wykazały, że zmiany te można zminimalizować, wykorzystując wyłącznie dane z okresu letniego.; Ponadto pasek błędu można znacznie zmniejszyć, korzystając z najdłuższego rekordu wiarygodnych danych do obliczenia szybkości erozji. Błędy mogą powstać z powodu trudności z pomiarem pojedynczej linii na zdjęciu. Na przykład, gdy linia pióra ma grubość 0,13 mm, przekłada się to na błąd ±2,6 m na fotografii w skali 1:20000.

Ankiety dotyczące profilowania plaży

Badania profilowania plaży są zazwyczaj powtarzane w regularnych odstępach czasu wzdłuż wybrzeża w celu zmierzenia krótkoterminowych (od codziennych do rocznych) zmian położenia linii brzegowej i objętości plaży. Profilowanie plaży jest bardzo dokładnym źródłem informacji. Jednak pomiary podlegają na ogół ograniczeniom konwencjonalnych technik geodezyjnych. Dane dotyczące linii brzegowej pochodzące z profilowania plaż są często ograniczone przestrzennie i czasowo ze względu na wysokie koszty związane z tą pracochłonną działalnością. Linie brzegowe są zazwyczaj wyznaczane przez interpolację z serii odrębnych profili plaży. Odległość między profilami jest zwykle dość duża, co ogranicza dokładność interpolacji. Dane pomiarowe są ograniczone do mniejszych odcinków linii brzegowej, na ogół poniżej dziesięciu kilometrów. Dane dotyczące profilowania plaż są powszechnie dostępne w radach regionalnych w Nowej Zelandii.

Teledetekcja

Szereg technik teledetekcji lotniczej, satelitarnej i lądowej może dostarczyć dodatkowych, dających się zmapować danych. Źródła danych wykrywanych zdalnie obejmują:

Techniki teledetekcji mogą być opłacalne, zmniejszać błędy ręczne i zmniejszać subiektywność konwencjonalnych technik polowych. Teledetekcja to stosunkowo nowa koncepcja, ograniczająca obszerne obserwacje historyczne. Obserwacje morfologii wybrzeża muszą być określane ilościowo poprzez łączenie danych z teledetekcji z innymi źródłami informacji wyszczególniającymi historyczne położenie linii brzegowej ze źródeł archiwalnych.

Analiza wideo

Analiza wideo zapewnia ilościowe, opłacalne, ciągłe i długoterminowe monitorowanie plaż. Postęp nadmorskich systemów wideo w XXI wieku umożliwił pozyskiwanie dużych ilości danych geofizycznych z obrazów. Dane opisują morfologię wybrzeża, prądy powierzchniowe i parametry fal. Główną zaletą analizy wideo jest możliwość wiarygodnej oceny ilościowej tych parametrów z pokryciem przestrzennym i czasowym o wysokiej rozdzielczości. Podkreśla to ich potencjał jako skutecznego systemu monitorowania wybrzeża i pomocy w zarządzaniu strefą przybrzeżną. Ciekawe studia przypadków zostały przeprowadzone z wykorzystaniem analizy wideo. Jedna grupa wykorzystała oparty na wideo system obrazowania wybrzeża ARGUS, aby monitorować i określać ilościowo reakcję wybrzeża na skalę regionalną na odżywianie piaskiem i budowę pierwszej na świecie sztucznej rafy surfingowej Gold Coast w Australii. W innym oceniano wartość dodaną obserwacji wideo o wysokiej rozdzielczości dla krótkoterminowych prognoz procesów hydrodynamicznych i morfologicznych w pobliżu brzegu, w skali czasowej od metrów do kilometrów i dni do pór roku.

Analiza wideo daje zarządzającym strefą przybrzeżną możliwość uzyskania batymetrii . Można go używać do uzyskiwania topografii międzypływowych i batymetrii pływów oraz pomiaru sprężystości strefy przybrzeżnej [jak w dostępnej objętości plaży, jak również w konfiguracji prętów przypływowych]. Oszacowania głębokości w oparciu o wideo zastosowano w środowiskach mikro/mezopływów w DUCK, NC i wysokoenergetycznych falach klimatycznych z reżimem makropływów w Porthtowan w Wielkiej Brytanii. Ten ostatni wykazał zastosowanie szacunków głębokości na podstawie wideo podczas ekstremalnych sztormów.

Zobacz też

Bibliografia

Cytaty

Źródła

Dalsza lektura

Zewnętrzne linki

Filmy
Obrazy
  • „Co to jest teledetekcja”, [Obraz] i pobrano 1 kwietnia 2010 z [3]