Katso koko artikkeli täältä.
Rannikkotekniikka on pitkälle erikoistunutta insinöörityötä, joka on suunniteltu käsittelemään sekä luonnollisia että ihmisen aiheuttamia muutoksia rannikkoalueilla.
Harkitulla rannikkoteknisellä ratkaisulla voidaan tarjota rakenteellista ja muuta kuin rakenteellista suojaa rannikkomuutoksia vastaan, ja sillä voidaan maksimoida hyödylliset vaikutukset ja samalla minimoida rannikkolinjan ongelmallisiin alueisiin tehtävien mahdollisten ratkaisujen haitalliset vaikutukset.
Rannikkotekniikkaan liittyy sekä fysikaalisten tieteiden että insinööritieteiden soveltaminen, ja se edellyttää kyseisen alueen perusteellista tuntemusta, jotta ongelman luonne ja monimutkaisuus voidaan täysin ymmärtää.
Yhdysvalloissa on yli 84 240 meripeninkulmaa rantaviivaa, josta noin 41 prosenttia on alttiina avomerelle ja loput ovat lahtien, jokisuistojen ja laguunien suojaamia.
Yhdysvaltojen laajat rantaviivat vaihtelevat ominaisuuksiltaan huomattavasti: Uuden-Englannin rantaviivat ovat kallioisia, Keski-Atlantin alueen suot ovat soistuneita, Kalifornian rannikkojyrkänteet ovat rantakallioita ja Tyynenmeren pohjoispuolella ja Alaskan rannikolla on vulkaanista toimintaa.
Yhdysvaltojen rannikkotyyppien suuri vaihtelu osoittaa, että ennen rannikkorakennushankkeeseen ryhtymistä on tehtävä perusteellinen tutkimus.
Rannikoilla ja rantaviivoilla on tietyt luonnolliset suojakeinot aaltojen, virtausten ja myrskyjen aiheuttamaa eroosiota vastaan. Näihin kuuluu kalteva rannikon läheinen pohja, joka saa aallot murtumaan rannikon edustalla ja haihduttamaan energiansa surffivyöhykkeelle. Muita suojan muotoja voivat olla suojaavat dyynit ja rantapenkereet, jotka muodostuvat ajan mittaan tuulen ja veden vaikutuksesta.
Ajan mittaan rantojen ja rantaviivojen keinotekoinen rakentaminen on kuitenkin vaurioittanut monia näistä luonnollisista eroosiosuojatekijöistä.
Vesiväylien käyttäminen kuljetustarkoituksiin on lisäksi johtanut vesien luonnollisen virtauksen ohjautumiseen muualle, mikä voi kiihdyttää eroosionopeutta. Myrskyjen, aaltojen ja virtausten aiheuttaman eroosion aiheuttama mahdollinen maan menetys voi aiheuttaa huomattavia rahallisia menetyksiä kiinteistöjen omistajille ja sijoittajille.
Rannikkoinsinööri voi usein kehittää ratkaisuja, joiden avulla voidaan ehkäistä tai vähentää eroosioriskiä näillä alueilla. Tätä varten insinöörin on ymmärrettävä paitsi insinööritaidon perusperiaatteita myös luonnonvoimia, jotka ylipäätään aiheuttavat eroosiota.
Rannikkosuunnitteluhanke etenee kolmessa vaiheessa.
Ensin insinöörin on tehtävä tutkimus ymmärtääkseen rantaviivan fysikaalista järjestelmää ja rantaviivan reaktiota näihin voimiin.
Toiseksi insinöörin on suunniteltava rannikkorakennustyöt hankkeen tavoitteiden saavuttamiseksi siten, että ne pysyvät hyväksyttävien rannikkovaikutusten rajoissa.
Kolmanneksi insinöörin on valvottava rannikkorakennustöiden rakentamista ja seurattava niiden toimivuutta asianmukaisen toiminnan varmistamiseksi.
Tässä artikkelissa käsitellään kahta ensimmäistä vaihetta: rantaviivan tutkimista ja rantarakennushankkeiden vaihtoehtojen tarkastelua.
Ensimmäinen vaihe: Rantaviivan tutkiminen
Ensimmäinen vaihe: Rantaviivan tutkiminen
Ennen kuin rantarakennustöiden suunnitteluhankkeessa voidaan ryhtyä mihinkään töihin, insinöörin on ensin tutkittava kyseistä rantaviivaa kokonaisvaltaisesti ymmärtääkseen täydellisesti siihen liittyvien elementtien dynamiikan.
Rannikkohankkeet ovat sikäli ainutlaatuisia, että niihin liittyy ilman, maan ja veden risteyskohta, jonka olosuhteet muuttuvat usein. Insinöörin on tarkkailtava jokaista elementtiä, mukaan lukien merta ja rantaa, sekä sitä, miten ranta reagoi erilaisiin tapahtumiin, kuten myrskyihin, saadakseen käsityksen siitä, miten rannikkotyömaa-hanke on suunniteltava.
Aluksi insinöörin on tutkittava vuorovesien vaihteluväliä tietyssä maantieteellisessä paikassa. Nämä tiedot voivat auttaa insinööriä ymmärtämään, millä tasolla aallot iskevät rantaan.
Vastaavasti virtaama- ja aallokkotiedot voivat antaa tietoa siitä, miten vesi kasaantuu maata vasten tai miten vesi nousee myrskyn aikana.
Seuraavaksi insinöörien olisi tutkittava itse ranta selvittääkseen, minkälaista sedimenttiä rannalla on ja mikä on rannan kaltevuus. Nämä tekijät ovat tärkeä näkökohta rantarakennushankkeen rakentamisessa.
Yleissääntönä voidaan todeta, että jyrkemmillä rannoilla on yleensä suurempia hiekkahiukkasia, kun taas loivemmilla rannoilla on yleensä hienompia hiekkarakeisia rantoja.
Insinöörien olisi myös otettava huomioon erilaiset luonnolliset suojamuodot, joita rannikkoalueella voi olla.
Saaristosaaristot ovat tärkeä fyysisen suojan muoto tietyillä rannikoilla, erityisesti Atlantin rannikolla Long Islandin eteläpuolella. Teoriassa nämä saaret suojaavat manteretta aalloilta; monet niistä ovat kuitenkin kehittyneet niin pitkälle, että myös niiden omat rannikot saattavat tarvita suojaa.
Laguunit ovat matalia vesistöjä, jotka erottavat sulkurannan mantereesta. Laguunit on yhdistetty mereen lahdella.
Nämä lahdet voivat tarjota kulkuväylän merelle ja sallia myrskyjen irrottaman rantamateriaalin kulkeutumisen takaisin mereen. Muuttuvat olosuhteet voivat johtaa siihen, että tietyt suuaukot sulkeutuvat, kun taas uudet suuaukot avautuvat.
Tutkimuksen avulla insinöörit havaitsevat rantojen historiallisen reaktion muuttuviin olosuhteisiin. Rannikoilla on kaksi ensisijaista dynaamista reaktiota mereen: reaktio normaaliolosuhteisiin ja reaktio myrskyolosuhteisiin.
Normaaliolosuhteissa valtameren aaltoenergiaa haihdutetaan tyypillisesti rannan luonnollisilla suojarakenteilla, kuten rantapohjan kaltevuudella ja luonnollisten suojaavien dyynien kehittymisellä.
Myrskyjen aikana massiivinen aallokon energia vaatii kuitenkin usein rantoja uhraamaan suuria määriä rannikkoa. Tämä voi johtaa pysyvään maa-alueen menetykseen.
Myrskyjen aikana voimakkaat tuulet synnyttävät korkeita ja jyrkkiä aaltoja, ja ne voivat johtaa myrskytulviin, joiden ansiosta aallot voivat osua rannan sellaisiin osiin, jotka eivät normaalisti ole alttiina vedelle.
Näiden aaltojen avulla ranta, rantapenkereet ja toisinaan myös dyynit pystyvät sitten rapauttamaan rantaa, pengerrystä ja toisinaan dyynit, ja ne kuljettavat materiaalia rannanläheiseen pohjan osaan, kunnes niistä muodostuu rannikon edustalla oleva pengermä. Tämä rantapalkki murtaa sitten aallot kauempana merellä ja suojaa lopulta rantaa.
Kovissa myrskyissä, kuten hurrikaaneissa, ei ole epätavallista, että myrskytulvien aiheuttamat korkeat vedenkorkeudet syövyttävät koko dyynin tai osan siitä muutamassa tunnissa. Ranta lähinnä uhraa osan rannasta ja dyynistä rakentaakseen rannan edustalla olevan pengerryksen, joka estää lisäeroosion.
Aikojen saatossa myrskyn kuluttama ranta saattaa palautua takaisin aaltojen mukana. Maan menetys voi kuitenkin olla pysyvää, varsinkin jos myrsky oli erityisen raju tai eroosio oli merkittävää.
Insinöörien on otettava huomioon myös niin sanottu hiekan pitkittäiskulkeutuminen, joka tarkoittaa sedimentin liikkumista sekä rannan suuntaisesti että kohtisuoraan. Se on seurausta murtuvien aaltojen aiheuttamasta sedimentin sekoittumisesta ja tämän sedimentin liikkumisesta aaltoenergian ja virtauksen vaikutuksesta.
Tälla tavoin liikkuvaa sedimenttiä kutsutaan litoraaliainekseksi. Se voi vaihdella huomattavasti vuodenaikojen, päivien ja jopa tuntien välillä. Alueilla, joilla on lahtiaukkoja ja sulkusaaria, pitkittäiskuljetus voi keskeytyä, jolloin hiekka jää loukkuun laguuneihin.
Rantaviivan vakaus on yksi rannikkosuunnitteluhankkeen tärkeimmistä tavoitteista. Rannan katsotaan olevan vakaa, kun hiekan pitkän aikavälin tarjonta- ja häviämisnopeudet ovat yhtä suuret.
Rantaviivan eroosioon ja hiekan häviämiseen voi vaikuttaa monia voimia, joista jokainen rannikkoinsinöörin on otettava huomioon ennen hankkeen aloittamista.
Vaikutuksiin voi sisältyä luonnollisia syitä, kuten merenpinnan nousu, sedimentin tarjontavaihtelut, myrskyaallot, aaltojen ja hyökyaaltojen aiheuttama ylivuotovirtaama, purkautuminen, pitkittäinen rannikkoperäisen sedimentin kulkeutuminen ja rantasedimentin lajittuminen.
Se voi olla myös ihmisen aiheuttamaa, mikä voi johtua maanpinnan vajoamisesta maanalaisten resurssien poistamisen seurauksena, materiaalin kuljetuksen keskeytymisestä, sedimentin tarjonnan vähenemisestä, aaltoenergian keskittymisestä rannoille, lisääntyneestä vedenkorkeuden vaihtelusta, rantojen luonnollisen suojelun muuttumisesta tai materiaalin poistumisesta rannalta.
Kaikki nämä tekijät olisi otettava huomioon, kun rantaviivaa tutkitaan rantarakennushanketta silmällä pitäen.
Kakkosvaihe: Rantarakennushankkeiden suunnittelu
Kun rantaviivaa on tutkittu, rantarakennusinsinöörin olisi seuraavaksi pohdittava, minkä tyyppinen rantarakennustyöhanke soveltuu kyseiselle alueelle.
Vaikka luonnonpiirteet, kuten dyynit ja rantapenkereet, voivat tarjota tietynasteista suojaa, kun myrskyt ovat syöneet niitä tai ihmisen tekemä kehitys on heikentänyt niitä, ilman rannikkotöitä aallot ja myrskytulvat voivat vahingoittaa rantaa, merenrantakiinteistöjä ja muutakin.
Ensimmäinen ratkaisu, jota monet rannikkoinsinöörit harkitsevat rantojen suojaamiseksi, ovat lähes luonnolliset suojaukset, kuten hiekkadyynien rakentaminen keinotekoisesti tai rantojen ravitseminen.
Näillä menetelmillä voidaan auttaa pitämään rantaa itsessään, hajottamaan aaltoenergiaa ja palauttamaan dyynit puolustukseksi myrskytulvia ja aaltoja vastaan.
Rannankorjauksen lisähyötynä on itse rannan leventäminen, mikä lisää sen virkistysarvoa.
Nämä vaihtoehdot ovat kuitenkin vain väliaikaisia ratkaisuja, eivätkä ne ole käyttökelpoisia ratkaisuja merenpinnan nousun tai litoraalijärjestelmän sedimentin vähenevän tarjonnan aiheuttamaan pitkän aikavälin eroosioon.
Mikäli tarvitaan pysyvämpää ratkaisua eroosiota vastaan rannikkokohteiden suojelemiseksi, on rakennettava keinotekoisia rakenteita.
Nämä hankkeet jakautuvat kahteen luokkaan: (1) rakenteet, jotka on suunniteltu estämään aaltojen pääsy satama-alueelle, kuten laipiot, merimuurit, suojapenkereet tai aallonmurtajat, ja (2) rakenteet, joita käytetään estämään litoraalin ajautumisen kulkeutuminen pitkällä rannalla, kuten nivalaiturit ja laiturit.
Ensimmäiseen ryhmään kuuluvia rakenteita rakennetaan rannikolle suojaamaan ylempiä rantakiviä, jotka rajautuvat selkärannikon kehityskohteisiin tai erodoituviin kallioihin.
Aallonmurtajilla ja valleilla on samankaltaiset rakenteet, mutta niiden käyttötarkoitus vaihtelee.
Merenmurtajat on suunniteltu ensisijaisesti vastustamaan aaltoja ja pidättämään jonkin verran maa-ainesta, kun taas aallonmurtajat on suunniteltu enimmäkseen pidättämään maa-ainesta ja myös vastustamaan aaltoja. Ne voidaan rakentaa teräksestä, puusta, betonipaaluista, gabioneista tai murskekivistä.
Laipiot eivät tarjoa riittävää suojaa merelle altistuville paikoille rannan eroosion ja rantautumisen vuoksi. Bulkheadit on yhdistettävä muihin suojaustyyppeihin tai niitä on laajennettava merivalliksi, jotta ne kestävät suoria aaltoja.
Merivallit voivat olla pystysuoria, kaarevia, porrastettuja tai kaltevia. Merimuurit suojaavat ylänköä, mutta ne voivat aiheuttaa ongelmia paikallisesti, koska alaspäin suuntautuvat voimat voivat poistaa hiekkaa muurin edestä. Kiviset esiliinat voivat ehkäistä liiallista huuhtoutumista ja alitusta.
Revetmentit valmistetaan tavallisesti yhdestä tai useammasta kerroksesta louhoskiviä tai betonielementtejä, joiden päällä on suodatinkerros, joka peittää lajitellun in situ -maaperäisen rinteen.
Revetmentin tarkoituksena on suojata dyynin olemassa olevaa rinnepintaa. Ne eivät ole tukirakenne, vaan ne toimivat eräänlaisena panssarina vakaammalle dyynille tai penkereelle.
Revetmentillä on vähemmän haitallisia vaikutuksia rantaan kuin pystysuoralla laipiolla, koska sen kalteva pintakerros voi haihduttaa aaltojen energiaa.
Murtopenkereet ovat esteitä, jotka on suunniteltu suojaamaan mitä tahansa maanpinnanmuodostusta tai vesialuetta aallokolta vaimentamalla aaltojen energiaa. Koska nämä rakenteet rakennetaan merelle, niiden rakentaminen on kalliimpaa kuin maissa sijaitsevien rakenteiden, kuten merimuurien, rakentaminen, ja niitä käytetään pääasiassa satamien suojaamiseen ja navigointitarkoituksiin.
Murtovedet voidaan tehdä monella eri tavalla, kuten rannan suuntaisina, irrallisina ja segmentoituina. Aallonmurtajat rakennetaan tyypillisesti raunioiksi kumpuilevista osista, joissa panssarikivi ympäröi alla olevia kerroksia ja ydinmateriaalia.
Miten tahansa ne rakennetaankin, ne voivat vähentää sedimentin kulkeutumista pitkällä rannalla, mikä johtaa hiekan kasaantumiseen ja suorastaan rannan eroosioon.
Hiekan pumppaaminen sieltä, missä se on kasaantunut, erodoituneeseen rantaan on ollut yksi tapa, jolla rannikkoalueen insinöörit ovat käsitelleet tätä ongelmaa.
Toisen luokan rakenteet on suunniteltu estämään sedimentin kulkeutuminen pitkällä rannalla.
Tähän kuuluvat nivelvyöhykkeet, jotka ovat selkärannasta litoraalivyöhykkeelle ulottuvia sulkurakenteita.
Nivelvyöhykkeet rakennetaan tavallisesti peräkkäin suojattavan rannan pituudelta hiekan liikkumisen muokkaamiseksi, ja niiden perimmäisenä tavoitteena on joko hiekan kasaantuminen rannalle tai hiekan häviämisen estäminen.
Saarekkeet voivat vaikuttaa kielteisesti muihin rantoihin, koska loukkuun jäänyt hiekka ei ole niiden käytettävissä, joten hiekkaa joudutaan usein sijoittamaan keinotekoisesti kyseisen rantaviivan vahingoittumisen ja eroosion estämiseksi.
Saarekkeet voidaan rakentaa puusta, teräksestä, betonista tai louhintakivestä, ja ne luokitellaan korkeiksi tai mataliksi, pitkiksi tai lyhyiksi, läpäiseviksi tai läpäisemättömiksi tai kiinteiksi tai säädettäviksi.
Pengerryksiä käytetään sisääntuloväylillä suojaamaan aluksia aaltovoimilta, hallitsemaan hiekan liikkumista rannoilla, jotta se ei kerääntyisi väylään, ja vakauttamaan merenkulkuväylän asentoa.
Pengerryksiä tarvitaan usein sisääntuloväylän molempiin päihin suojaamaan väylää ja estämään sitä täyttymästä hiekalla pitkien rannikkokuljetusten vaikutuksesta.
Laiturit voidaan rakentaa erilaisista materiaaleista, kuten puusta, teräksestä, betonista tai louhoskivestä.
Niin kuin nivelvarsien kohdalla, laiturit voivat aiheuttaa haitallisia vaikutuksia alas ajelehtiville rannoille estämällä hiekan kulkeutumisen rannikolla. Näiden rantojen eroosion minimoimiseksi joissakin hankkeissa määrätään hiekan pumppaamisesta laiturilta alempana sijaitsevalle rannalle.
Tyypillisesti rannikon rakennushankkeet suunnitellaan parhaiten laajamittaisina ja kattavina hankkeina. Yksittäisten tonttien tai pienempien hankkeiden suojaaminen epäonnistuu yleensä, koska viereinen rantaviiva jatkaa eroosiota. Osittaiset suojelutoimenpiteet saattavat itse asiassa kiihdyttää tätä eroosiota.
Koordinoidut toimet alueellisella alueella ovat tehokkaampia, vaikuttavampia ja taloudellisempia.
Rannikkorakennushankkeiden merkitys
Hiekan säilyttäminen hyvin suunnitelluilla rannikkorakennushankkeilla on elintärkeää rantojen säilyttämiseksi sekä omaisuuden ja investointien suojelemiseksi merenrannikoilla ympäri Yhdysvaltoja.
Vaikka rannat suojaavat tietyssä määrin luonnostaan eroosiolta, myrskyt ja ihmisen tekemä kehitys voivat johtaa rantojen vetäytymiseen – ja siihen, että myrskytilanteessa kodeille, yrityksille ja infrastruktuureille voi aiheutua suuria vahinkoja.
Rannikkosuunnittelulla voidaan ratkaista monia näistä ongelmista strategisilla hankkeilla, kuten keinotekoisilla hiekkadyyneillä, rantamuurilla, muurimuurilla, aallonmurtajilla, venelaitureilla, aallonmurtajilla, aallonmurtajilla, aallonmurtajalaitureilla, nivelvarretiloilla, ja laipiomuureilla.
Hankkeet ovat monimutkaisia. Ne edellyttävät sekä teknisten periaatteiden että sen taustalla olevan tieteen perusteellista ymmärtämistä, miten ja miksi eroosiota tapahtuu tietyssä paikassa.
Huolellisen tutkimus- ja suunnitteluprosessin jälkeen rannikon rakennushankkeella voidaan ehkäistä eroosiota ja suojella sekä rantaa että kiinteistöjä rannikkoalueella.
Katso koko artikkeli tästä.
Katso koko artikkeli täältä.