Se hele artiklen her.
Kystteknik er en højt specialiseret type teknik, der er designet til at håndtere både naturlige og menneskeskabte ændringer i kystområder.
En velovervejet kystteknisk løsning kan yde den strukturelle og ikke-strukturelle beskyttelse mod kystforandringer og kan maksimere de gavnlige virkninger og samtidig minimere de negative virkninger af potentielle løsninger på problematiske områder på en kystlinje.
Kystteknik indebærer en anvendelse af både fysisk videnskab og ingeniørvidenskab og kræver en grundig forståelse af det pågældende område for fuldt ud at forstå arten og kompleksiteten af det foreliggende problem.
I USA er der over 84.240 miles kystlinje, hvoraf ca. 41 procent af denne kystlinje er udsat for det åbne hav, og resten er beskyttet af bugter, flodmundinger og laguner.
De enorme kystlinjer i USA varierer betydeligt i karakteristika, med klippekyster i New England, sumpområder i den mellematlantiske region, kystklipper i Californien og postvulkanisk aktivitet i det nordlige Stillehav og Alaska.
Den store variation i de amerikanske kystlinjetyper viser, at der er behov for en grundig undersøgelse, før man påbegynder et kystteknisk projekt.
Strande og kystlinjer har visse naturlige forsvarsmekanismer mod erosion forårsaget af bølger, strømme og storme. Dette omfatter en skrånende kystnær bund, som får bølgerne til at bryde ud for kysten og sprede deres energi over brændingszonen. Andre former for beskyttelse kan omfatte beskyttende klitter og strandbjerge, der dannes over tid på grund af vindens og vandets påvirkning.
Men med tiden har menneskeskabt udvikling langs strande og kystlinjer imidlertid med tiden beskadiget mange af disse naturlige beskyttelser mod erosion.
Dertil kommer, at brugen af vandveje til transportformål har afledt den naturlige vandstrøm, hvilket kan fremskynde erosionshastigheden. Det potentielle tab af jord på grund af erosion fra storme, bølger og strømme kan medføre betydelige monetære tab for ejere og investorer.
En kystingeniør kan ofte udvikle løsninger, der kan hjælpe med at forhindre eller reducere risikoen for erosion i disse områder. For at gøre dette skal en ingeniør ikke kun forstå ikke blot grundlæggende tekniske principper, men også de naturkræfter, der i første omgang forårsager erosionen.
Et kystteknisk projekt udfolder sig i tre faser.
Først skal en ingeniør foretage en undersøgelse for at forstå det fysiske system, der er i spil på kystlinjen, og kystlinjens reaktion på disse kræfter.
For det andet skal ingeniøren designe kystarbejder for at opfylde projektets mål, der ligger inden for rammerne af en acceptabel kystpåvirkning.
For det tredje skal ingeniøren føre tilsyn med opførelsen af kystarbejderne og overvåge deres udførelse for at sikre, at de fungerer korrekt.
Denne artikel vil omhandle de to første faser: undersøgelse af kystlinjen og undersøgelse af mulighederne for kystanlægsprojekter.
Fase et: Undersøgelse af kystlinjen
Hvor arbejdet med et kystanlægsprojekt kan påbegyndes, skal ingeniøren først foretage en omfattende undersøgelse af den pågældende kystlinje for fuldt ud at forstå dynamikken i de involverede elementer.
Kystprojekter er unikke, fordi de involverer krydsningen af luft, land og vand med forhold, der ofte ændrer sig. En ingeniør skal observere hvert enkelt element, herunder havet og stranden, samt hvordan stranden reagerer på forskellige hændelser, såsom storme, for at få en forståelse af, hvordan kystarbejdsprojektet skal udformes.
Ingeniøren skal indledningsvis undersøge tidevandsintervallet for den specifikke geografiske placering. Disse oplysninger kan hjælpe ingeniøren med at forstå det niveau, hvor bølgerne vil ramme stranden.
Sådan kan oplysninger om strøm og bølgespænding ligeledes oplyse om, hvordan vandet hober sig op mod land, eller hvordan vandet vil bølge under en storm.
Næst bør ingeniøren undersøge selve stranden for at fastslå, hvilken type sediment der er til stede, og hvordan stranden skråner. Disse faktorer er en vigtig overvejelse i forbindelse med konstruktionen af et kystarbejdsprojekt.
Som en generel regel har større sandpartikler tendens til at være at finde på stejlere strande, mens strande med let hældning har tendens til at have finere sandkorn.
Ingeniørerne bør også tage hensyn til de forskellige naturlige beskyttelser, som et kystområde kan have.
Barrierøer er en vigtig form for fysisk beskyttelse for visse kystlinjer, især langs Atlanterhavskysten syd for Long Island. I teorien beskytter disse øer fastlandet mod bølger; mange er dog blevet så højt udviklet, at deres egne kyster også kan have brug for beskyttelse.
Laguner er lavvandede vandmasser, der adskiller en barrierestrand fra fastlandet. Laguner er forbundet med havet ved et indløb.
Disse indløb kan give mulighed for sejlads til havet og kan gøre det muligt for strandmateriale, der er fjernet af storme, at blive ført tilbage ud i havet. Ændrede forhold kan medføre, at visse indløb lukkes, mens nye indløb åbnes.
Ingeniører vil gennem forskning bemærke strandenes historiske reaktion på ændrede forhold. Kystlinjerne har to primære dynamiske reaktioner på havet: en reaktion på normale forhold og en reaktion på stormforhold.
Under normale forhold afbødes havets bølgeenergi typisk af strandens naturlige forsvar, såsom skrånende kystnære bunde og udviklingen af naturlige beskyttende klitter.
Men under storme kræver den massive bølgeenergi ofte, at strandene må ofre store dele af kystlinjen. Dette kan resultere i et permanent tab af land.
Under storme genererer stærke vinde høje, stejle bølger og kan føre til stormfloder, der gør det muligt for bølgerne at ramme dele af stranden, der normalt ikke er udsat for vandet.
Disse bølger er derefter i stand til at erodere stranden, bjerget og undertiden klitterne og føre materiale med sig til den kystnære bund, indtil det danner en offshore bar. Denne bar vil derefter tjene til at bryde bølgerne længere ud for kysten og i sidste ende beskytte stranden.
I svære storme, såsom orkaner, er det ikke usædvanligt, at høje vandstande fra stormfloder kan erodere hele eller dele af en klit inden for få timer. Stranden ofrer i det væsentlige en del af stranden og klitten for at opbygge en bar ud for kysten, hvilket forhindrer yderligere erosion.
Med tiden kan den strand, der blev eroderet af en storm, blive tilbageført til den af bølgerne. Tabet af land kan dog være permanent, især hvis stormen var særlig voldsom, eller hvis erosionen var betydelig.
Ingeniørerne skal også tage højde for det, der kaldes langkysttransport af sand, som er bevægelsen af sediment både parallelt og vinkelret på kysten. Den skyldes, at sedimentet bliver omrystet af bølgerne, og at sedimentet bevæges af bølgeenergien og strømmen.
Det sediment, der bevæger sig på denne måde, kaldes littoralmaterie. Det kan variere betydeligt fra årstid til årstid, fra dag til dag og endog fra time til time. I områder med bugter og barriereøer kan den langs kystnære transport afbrydes, hvorved sand fastholdes i laguner.
Stabilitet af kystlinjen er et af hovedmålene for et kystteknisk projekt. En strand anses for at være stabil, når de langsigtede hastigheder for tilførsel og tab af sand er lige store.
Der er mange kræfter på spil, der kan bidrage til kystlinjens erosion og tab af sand, som hver især skal tages i betragtning af en kystingeniør, før han går i gang med et projekt.
Det kan omfatte naturlige årsager, såsom havniveaustigning, variabilitet i sedimentforsyningen, stormbølger, bølge- og bølgeoverskylning, deflation, langkystsedimenttransport og sortering af strandsediment.
Det kan også være forårsaget af mennesker, hvilket kan ske på grund af landsænkning som følge af fjernelse af underjordiske ressourcer, afbrydelse af materiale i transport, reduktion af sedimentforsyningen, koncentration af bølgeenergi på strandene, øget vandspejlsvariation, ændring af den naturlige kystbeskyttelse eller fjernelse af materiale fra stranden.
Hver af disse faktorer bør tages i betragtning, når man undersøger en kystlinje forud for et kystteknikprojekt.
Fase to: Udformning af kystarbejder
Når en kystlinjeundersøgelse er afsluttet, bør en kystingeniør dernæst overveje, hvilken type kystarbejdsprojekt der er passende for området.
Selv om naturlige træk som klitter og strandbjerge kan give en vis grad af beskyttelse, når de er blevet eroderet af storme eller forringet af menneskeskabt udvikling, kan bølger og stormfloder uden kystarbejder beskadige stranden, ejendom ved havet og videre ud over det.
Den første løsning, som mange kystingeniører vil overveje i forbindelse med kystbeskyttelse, er kvasi-naturlige beskyttelsesforanstaltninger som f.eks. kunstigt opbygning af sandklitter eller strandfodring.
Disse metoder kan bidrage til at fastholde selve stranden, sprede bølgeenergi og genoprette klitten som et forsvar mod stormfloder og bølger.
Strandfodring har den ekstra fordel at udvide selve stranden, hvilket øger dens rekreative værdi.
Disse muligheder er imidlertid kun midlertidige løsninger og vil ikke være levedygtige løsninger på langsigtet erosion forårsaget af havniveaustigningen eller en faldende forsyning af sediment i det litorale system.
Skal det være nødvendigt med en mere permanent løsning på erosion for at beskytte kystudviklingen, må der bygges menneskeskabte strukturer.
Disse projekter falder i to kategorier: (1) strukturer, der er designet til at forhindre bølger i at nå et havneområde, såsom skotter, havmure, revetments eller bølgebrydere, og (2) strukturer, der anvendes til at forhindre langkysttransport af littoral afdrift, såsom bælter og moler.
Den første kategori af strukturer bygges på land for at yde beskyttelse til den øverste strand, der ligger foran baglandsbebyggelse eller eroderbare blåsten.
Skotter og havmure er udformet på samme måde, men har forskellige formål.
Vandmure er primært udformet til at modstå bølger og tilbageholde noget jord, mens skotter for det meste er udformet til at tilbageholde jord og også til at modstå bølger. De kan være bygget af stål, træ, betonpæle, gabioner eller murbrokker.
Skotter giver ikke tilstrækkelig beskyttelse på steder, der er udsat for havet, på grund af erosion af forlandet og flanker. Skillevægge skal kombineres med andre typer beskyttelse eller udvides til en havmølle for at kunne modstå de direkte bølger.
Vandmøller kan have lodrette, buede, trappede eller skrånende flader. Selv om havmure beskytter oplandet, kan de skabe et problem lokalt, da nedadrettede kræfter kan fjerne sand foran muren. Stenforklædninger kan forhindre overdreven skuring og underminering.
Veddækninger består normalt af et eller flere lag af brudsten eller præfabrikerede betonpanserelementer med et filterlag, der overlejrer en gradueret in situ jordskråning.
Sigtet med en dækningsvold er at beskytte den eksisterende skråningsflade af en klit. De er ikke en støttestruktur, men tjener som en slags panser til en mere stabil klit eller dæmning.
Revetments har mindre negativ indvirkning på stranden end et lodret skot, fordi dets skrånende flade kan aflede bølgernes energi.
Breakwaters er barrierer, der er designet til at beskytte en landform eller et vandområde mod bølger ved at absorbere bølgernes energi. Da disse strukturer er bygget ud for kysten, er de dyrere at bygge end strukturer på land, f.eks. havmure, og de bruges hovedsagelig til beskyttelse af havne og til navigationsformål.
Breakwatere kan laves på en række forskellige måder, herunder parallelt med kysten, løsrevet og segmenteret. Bølgebrydere er typisk bygget med grus- og stensektioner med armeringssten, der omslutter underlag og kernemateriale.
Hvordan de end er bygget, kan de reducere sedimenttransporten langs kysten, hvilket resulterer i ophobning af sand og decideret stranderosion.
Pumpning af sand fra det sted, hvor det har ophobet sig til den eroderede strand, har været en måde, hvorpå kystingeniører har håndteret dette problem.
Den anden kategori af konstruktioner er udformet til at forhindre sedimenttransport langs kysten.
Dette omfatter bl.a. lænker, som er en barrierekonstruktion, der strækker sig fra en bagstrand ind i den litorale zone.
Lænker konstrueres normalt i en række langs en strand, der skal beskyttes, for at ændre sandbevægelsen med det endelige mål enten at akkumulere sand på kysten eller forhindre sandtab.
Groins har potentiale til at påvirke andre strande negativt, da de ikke kan få adgang til det opfangede sand, og derfor skal der ofte kunstigt anbringes sand for at forhindre skader og erosion på den pågældende kystlinje.
Groins kan konstrueres af træ, stål, beton eller brudsten og klassificeres som høje eller lave, lange eller korte, permeable eller impermeable, eller faste eller justerbare.
Spunsvægge anvendes ved indløb for at beskytte skibe mod bølgekræfter, kontrollere sandets bevægelse langs strandene for at forhindre, at det ophobes i kanalen, og for at stabilisere sejlrendens position.
Spunsvægge er ofte nødvendige i begge ender af et indløb for at beskytte en kanal og forhindre, at den fyldes med sand som følge af langskibstransport.
De kan bygges af en række forskellige materialer, herunder tømmer, stål, beton eller brudsten.
Som med liner kan moler forårsage en negativ indvirkning på neddriftsstrande ved at forhindre sandtransport langs kysten. For at minimere erosionen af disse strande er det i nogle projekter fastsat, at der skal pumpes sand fra molen til neddriftsstranden.
Typisk er det bedst at udforme kystarbejdsprojekter som omfattende projekter i stor skala. Beskyttelse af individuelle parceller eller mindre projekter har en tendens til at mislykkes, da den tilstødende kystlinje fortsat vil erodere. Delvise beskyttelsesforanstaltninger kan faktisk fremskynde denne erosion.
Koordinerede tiltag over et regionalt område er mere effektive, virkningsfulde og økonomiske.
Vigtigheden af kysttekniske projekter
Beskyttelse af sand gennem velplanlagte kysttekniske projekter er afgørende for bevarelse af strande og beskyttelse af ejendom og investeringer langs kysterne i hele USA.
Selv om strande har en vis grad af naturlig beskyttelse mod erosion, kan storme og menneskeskabte udviklinger resultere i tilbagetrukne strande – og et stort potentiale for skader på boliger, virksomheder og infrastruktur i tilfælde af en storm.
Kystteknik kan løse mange af disse problemer gennem strategiske projekter som f.eks. kunstige sandklitter, havmure, inddæmninger, bølgebrydere, moler, molerbroer, bølgebrydere og skotter.
Disse projekter er komplekse. De kræver en grundig forståelse af både tekniske principper og videnskaben bag, hvordan og hvorfor der opstår erosion et bestemt sted.
Efter en omhyggelig undersøgelse og designproces kan et projekt for kystarbejder være med til at forhindre erosion og beskytte både stranden og ejendomme i et kystområde.
Se hele artiklen her.