Přečtěte si celý článek zde.
Pobřežní inženýrství je vysoce specializovaný typ inženýrství, který je určen k řešení přírodních i člověkem způsobených změn v pobřežních zónách.
Promyšlené řešení pobřežního inženýrství může poskytnout strukturální i nestrukturální ochranu před změnami pobřeží a může maximalizovat příznivé účinky a zároveň minimalizovat nepříznivé dopady případných řešení problematických oblastí na pobřežní linii.
Břehové inženýrství zahrnuje aplikaci fyzikálních i technických věd a vyžaduje důkladné pochopení dané oblasti, aby bylo možné plně porozumět povaze a složitosti daného problému.
Ve Spojených státech je více než 84 240 mil pobřeží, přičemž přibližně 41 % tohoto pobřeží je vystaveno otevřenému oceánu a zbytek je chráněn zátokami, ústími řek a lagunami.
Rozsáhlé pobřeží USA se značně liší svými vlastnostmi: skalnaté pobřeží v Nové Anglii, bažiny v oblasti Středního Atlantiku, pobřežní útesy v Kalifornii a postvulkanická činnost v severním Pacifiku a na Aljašce.
Široké rozdíly v typech amerických pobřeží ukazují na nutnost důkladného studia před zahájením projektu pobřežního inženýrství.
Pláže a pobřeží mají určitou přirozenou ochranu proti erozi způsobené vlnami, proudy a bouřemi. Patří k nim skloněné dno v blízkosti pobřeží, které způsobuje, že se vlny lámou u břehu a rozptylují svou energii nad příbojovou zónou. K dalším formám ochrany mohou patřit ochranné duny a plážové bermy, které se vytvářejí v průběhu času působením větru a vody.
Člověkem vytvořený rozvoj podél pláží a pobřeží však v průběhu času mnohé z těchto přirozených ochranných prvků proti erozi poškodil.
Využívání vodních cest pro dopravní účely navíc odklonilo přirozený tok vody, což může urychlit rychlost eroze. Potenciální ztráta půdy v důsledku eroze způsobené bouřemi, vlnami a mořskými proudy může majitelům nemovitostí a investorům způsobit značné finanční ztráty.
Pobřežní inženýr může často vypracovat řešení, která pomohou zabránit riziku eroze v těchto oblastech nebo je snížit. Aby tak mohl učinit, musí inženýr porozumět nejen základním inženýrským principům, ale především přírodním silám, které erozi způsobují.
Projekt pobřežního inženýrství se odvíjí ve třech fázích.
Nejprve musí inženýr provést studii, aby pochopil fyzikální systém působící na pobřeží a reakci pobřeží na tyto síly.
Druhé, inženýr musí navrhnout pobřežní práce, aby splnil cíle projektu, které jsou v mezích přijatelného dopadu na pobřeží.
Třetí, inženýr musí dohlížet na výstavbu pobřežních prací a sledovat jejich výkon, aby zajistil správné provedení.
Tento článek se bude zabývat prvními dvěma fázemi: studiem pobřeží a zkoumáním možností projektů pobřežních prací.
Fáze první: Studium pobřeží
Před zahájením jakýchkoli prací na projektu pobřežního inženýrství musí inženýr nejprve provést komplexní studii dotčeného pobřeží, aby plně pochopil dynamiku dotčených prvků.
Pobřežní projekty jsou jedinečné tím, že se v nich prolíná vzduch, země a voda, přičemž podmínky se často mění. Inženýr musí pozorovat každý prvek, včetně oceánu a pláže, a také to, jak pláž reaguje na různé události, jako jsou bouře, aby pochopil, jak navrhnout projekt pobřežních prací.
Na začátku by měl inženýr prozkoumat rozsah přílivu a odlivu pro konkrétní zeměpisnou polohu. Tyto informace mohou inženýrovi pomoci pochopit, při jaké úrovni budou vlny dopadat na pláž.
Podobně mohou informace o proudění a přílivu informovat o tom, jak se voda hromadí u pevniny nebo jak bude voda během bouře stoupat.
Dále by měl inženýr prozkoumat samotnou pláž, aby zjistil typ přítomných sedimentů a sklon pláže. Tyto faktory jsou důležitým faktorem při výstavbě projektu pobřežních prací.
Obecně platí, že větší částice písku se obvykle nacházejí na strmějších plážích, zatímco na mírně se svažujících plážích bývají jemnější zrnka písku.
Inženýři by také měli vzít v úvahu různé přírodní ochrany, které může mít pobřežní oblast.
Bariérové ostrovy jsou důležitou formou fyzické ochrany některých pobřeží, zejména podél atlantického pobřeží jižně od Long Islandu. Teoreticky tyto ostrovy chrání pevninu před vlnami; mnohé z nich však byly tak silně zastavěny, že jejich vlastní pobřeží může potřebovat také ochranu.
Pláže jsou mělké vodní plochy, které oddělují bariérovou pláž od pevniny. Laguny jsou spojeny s oceánem zátokou.
Tyto zátoky mohou zajišťovat plavební průchod do moře a mohou umožnit, aby byl materiál z pláže odstraněný bouřemi odnesen zpět do moře. Měnící se podmínky mohou vést k uzavření některých zálivů, zatímco se otevírají nové zálivy.
Prostřednictvím výzkumu si inženýři všimnou historické reakce pláží na měnící se podmínky. Pobřeží mají dvě základní dynamické reakce na moře: reakci na normální podmínky a reakci na bouřkové podmínky.
Za normálních podmínek je energie vln oceánu obvykle rozptýlena přirozenou obranou pláže, například skloněným dnem v blízkosti pobřeží a vývojem přirozených ochranných dun.
V průběhu bouří však mohutná energie vln často vyžaduje, aby pláže obětovaly velké množství pobřeží. To může mít za následek trvalou ztrátu pevniny.
Během bouří silné větry vytvářejí vysoké, strmé vlny a mohou vést k bouřkovým přívalům, které umožňují vlnám dopadat na části pláže, které normálně nejsou vystaveny vodě.
Tyto vlny pak mohou erodovat pláž, násep a někdy i duny a odnášet materiál na pobřežní dno, dokud se nevytvoří pobřežní pruh. Tento pruh pak slouží k rozbíjení vln dále od pobřeží a nakonec chrání pláž.
Při silných bouřích, jako jsou hurikány, není neobvyklé, že vysoká hladina vody způsobená bouřkovými přívaly během několika hodin eroduje celou dunu nebo její část. Pláž v podstatě obětuje část pláže a duny, aby se vybudoval příbřežní pruh, který zabrání další erozi.
Časem se může stát, že se na pláž, která byla erodována bouří, vrátí vlny. Ztráta pevniny však může být trvalá, zejména pokud byla bouře obzvláště silná nebo byla eroze značná.
Inženýři musí také počítat s tzv. podélným transportem písku, což je pohyb sedimentů jak rovnoběžně, tak kolmo k pobřeží. Je výsledkem rozvíření sedimentu lámajícími se vlnami a pohybu tohoto sedimentu vlivem energie vln a proudění.
Sediment, který se takto pohybuje, se nazývá litorální hmota. Může se značně lišit podle ročního období, dne, a dokonce i z hodiny na hodinu. V oblastech se zátokami a bariérovými ostrovy může být podélný transport přerušen a písek je uvězněn v lagunách.
Stabilita pobřeží je jedním z hlavních cílů projektu pobřežního inženýrství. Pláž je považována za stabilní, pokud je dlouhodobá rychlost přísunu a úbytku písku stejná.
Působí mnoho sil, které mohou přispívat k erozi pobřeží a úbytku písku, a každou z nich musí pobřežní inženýr před zahájením projektu zvážit.
Může jít o přirozené příčiny, jako je zvyšování hladiny moře, proměnlivost přísunu sedimentů, bouřkové vlny, vymývání vlnami a přívalovými vlnami, deflace, podélný transport sedimentů a třídění plážových sedimentů.
Může být také způsobena člověkem, k čemuž může dojít v důsledku poklesu půdy v důsledku odstranění podpovrchových zdrojů, přerušení transportu materiálu, snížení nabídky sedimentů, koncentrace energie vln na plážích, zvýšené variability vodní hladiny, změny přirozené ochrany pobřeží nebo odstranění materiálu z pláže.
Každý z těchto faktorů by měl být vzat v úvahu při studiu pobřeží v očekávání projektu pobřežního inženýrství.
Druhá fáze: Navrhování pobřežních prací
Po dokončení studie pobřeží by měl pobřežní inženýr dále zvážit typ projektu pobřežních prací, který je pro danou oblast vhodný.
Přirozené prvky, jako jsou duny a plážové bermy, sice mohou poskytnout určitou úroveň ochrany, ale pokud byly erodovány bouřemi nebo zmenšeny zástavbou způsobenou člověkem, bez pobřežních prací mohou vlny a bouřkové přívaly poškodit pláž, nemovitosti na pobřeží oceánu i mimo něj.
Prvním řešením, které mnoho pobřežních inženýrů zváží pro ochranu pobřeží, jsou kvazi-přírodní ochrany, jako například umělé budování písečných dun nebo vyživování pláží.
Tyto metody mohou pomoci zadržet samotnou pláž, rozptýlit energii vln a obnovit duny jako obranu proti bouřkovým přívalům a vlnám.
Vyživování pláže má navíc tu výhodu, že rozšiřuje samotnou pláž, čímž zvyšuje její rekreační hodnotu.
Tyto možnosti jsou však pouze dočasným řešením a nebudou životaschopným řešením dlouhodobé eroze způsobené zvyšováním hladiny moře nebo snižováním zásob sedimentů v litorálním systému.
Pokud bude k ochraně pobřežní zástavby nutné trvalejší řešení eroze, je třeba vybudovat umělé stavby.
Tyto projekty spadají do dvou kategorií: (1) stavby určené k tomu, aby zabránily vlnám proniknout do přístavní oblasti, jako jsou přepážky, mořské zdi, obranné valy nebo vlnolamy, a (2) stavby sloužící k zabránění podélnému přenosu litorálních unášených vod, jako jsou hráze a mola.
První kategorie staveb se buduje na pevnině, aby poskytla ochranu horní pláži, která stojí před zástavbou na zadním břehu nebo erodovatelnými srázy.
Přepážky a mořské valy mají podobné konstrukce, ale liší se účelem.
Mořské valy jsou určeny především k tomu, aby odolávaly vlnám a zadržovaly část půdy, zatímco přepážky jsou většinou určeny k zadržování půdy a také k odolávání vlnám. Mohou být postaveny z oceli, dřeva, betonových pilířů, gabionů nebo sutinových násypů.
Přepážky neposkytují dostatečnou ochranu pro místa vystavená oceánu kvůli erozi a obtékání břehů. Přepážky musí být kombinovány s jinými typy ochrany nebo rozšířeny do mořského valu, aby odolaly přímým vlnám.
Mořské valy mohou mít svislé, zakřivené, stupňovité nebo šikmé plochy. Mořské valy sice chrání vyvýšeninu, ale mohou způsobit lokální problém, protože sestupné síly mohou odstraňovat písek před zdí. Kamenné zástěry mohou zabránit nadměrnému vymývání a podemílání.
Odvaly jsou obvykle tvořeny jednou nebo více vrstvami lomového kamene nebo prefabrikovaných betonových pancéřových dílců s filtrační vrstvou překrývající odstupňovaný svah půdy in situ.
Účelem odvalu je chránit stávající svahový líc duny. Nejsou opěrnou konstrukcí, ale slouží jako jakýsi pancíř pro stabilnější dunu nebo násep.
Revety mají menší nepříznivý vliv na pláž než svislá přepážka, protože jejich šikmý líc může rozptýlit energii vln.
Breakwaters jsou bariéry, které jsou určeny k ochraně jakéhokoli tvaru terénu nebo vodní plochy před vlnami tím, že pohlcují energii vln. Protože se tyto stavby budují na moři, jejich výstavba je nákladnější než stavby na pevnině, jako jsou mořské zdi, a používají se hlavně k ochraně přístavů a pro navigační účely.
Vlnolamy mohou být provedeny několika způsoby, včetně rovnoběžných s břehem, oddělených a segmentových. Vlnolamy se obvykle stavějí s úseky tvořenými sutí s pancéřovým kamenem obklopujícím spodní vrstvy a jádrový materiál.
Ať už jsou postaveny jakkoli, mohou omezit podélný transport sedimentů, což vede k hromadění písku a přímo k erozi pláže.
Jedním ze způsobů, jak pobřežní inženýři tento problém řeší, je čerpání písku z míst, kde se nahromadil, na erodovanou pláž.
Druhá kategorie staveb je určena k tomu, aby zabránila podélnému transportu sedimentů.
Patří sem groiny, což je bariérová stavba, která se táhne od zadního břehu do litorální zóny.
Groiny se obvykle budují v řadě podél délky chráněné pláže, aby upravily pohyb písku s konečným cílem buď akumulovat písek na břehu, nebo zabránit jeho úbytku.
Žlábky mají potenciál negativně ovlivnit ostatní pláže, protože zachycený písek pro ně nebude k dispozici, a tak bude často nutné písek uměle umístit, aby se zabránilo poškození a erozi daného pobřeží.
Žlábky mohou být konstruovány ze dřeva, oceli, betonu nebo lomového kamene a jsou klasifikovány jako vysoké nebo nízké, dlouhé nebo krátké, propustné nebo nepropustné, případně pevné nebo nastavitelné.
Žlaby se používají na vjezdech, aby chránily plavidla před vlnobitím, kontrolovaly pohyb písku po plážích, aby se zabránilo jeho hromadění v kanálu, a stabilizovaly polohu plavebního kanálu.
Žlaby jsou často nutné na obou koncích vjezdu, aby chránily kanál a zabránily jeho zaplnění pískem v důsledku podélné dopravy.
Mohou být postaveny z různých materiálů, včetně dřeva, oceli, betonu nebo lomového kamene.
Stejně jako v případě přístavních hrází mohou mola způsobit nepříznivý dopad na pláže, které se snášejí dolů, protože zabraňují podélnému transportu písku. Aby se minimalizovala eroze těchto pláží, počítá se v některých projektech s přečerpáváním písku z mola na sjízdnou pláž.
Typicky se projekty pobřežních prací nejlépe navrhují jako rozsáhlé a komplexní projekty. Ochrana jednotlivých pozemků nebo menších projektů bývá neúspěšná, protože přilehlé pobřeží bude nadále erodovat. Dílčí ochranná opatření mohou tuto erozi ve skutečnosti urychlit.
Koordinovaná opatření na regionální úrovni jsou účinnější, efektivnější a ekonomičtější.
Důležitost projektů pobřežního inženýrství
Zachování písku prostřednictvím dobře naplánovaných projektů pobřežního inženýrství má zásadní význam pro zachování pláží a ochranu majetku a investic podél mořského pobřeží v celých Spojených státech.
Pláže sice mají určitý stupeň přirozené ochrany před erozí, ale bouře a vývoj způsobený člověkem mohou mít za následek ústup pláží – a vysoký potenciál poškození domů, podniků a infrastruktury v případě bouřky.
Pobřežní inženýrství může vyřešit mnoho z těchto problémů prostřednictvím strategických projektů, jako jsou umělé písečné duny, mořské valy, opevnění, vlnolamy, mola, hráze a přepážky.
Tyto projekty jsou složité. Vyžadují důkladné pochopení inženýrských principů i vědeckých poznatků o tom, jak a proč k erozi v dané lokalitě dochází.
Po pečlivém prostudování a navržení může projekt pobřežních prací pomoci zabránit erozi a ochránit pláže i nemovitosti v pobřežní oblasti.
Celý článek si můžete prohlédnout zde.
Podrobnější informace naleznete zde.