A teljes cikket itt tekintheti meg.
A part menti mérnöki tervezés a mérnöki tervezés egy igen speciális típusa, amelyet a part menti övezetek természetes és ember okozta változásainak kezelésére terveztek.
A jól átgondolt part menti mérnöki megoldás biztosíthatja a strukturális és nem strukturális védelmet a part menti változásokkal szemben, és maximalizálhatja a kedvező hatásokat, miközben minimalizálhatja a partvonal problémás területein a lehetséges megoldások káros hatásait.
A part menti mérnöki tervezés magában foglalja mind a fizikai tudományok, mind a mérnöki tudományok alkalmazását, és a szóban forgó terület alapos ismeretét igényli a probléma természetének és összetettségének teljes megértéséhez.
Az Egyesült Államokban több mint 84 240 mérföldnyi partvonal található, amelynek körülbelül 41 százaléka a nyílt óceánnak van kitéve, a fennmaradó részt pedig öblök, torkolatok és lagúnák védik.
Az Egyesült Államok hatalmas partvonalainak jellemzői jelentősen eltérnek: New Englandben sziklás partok, a közép-atlanti régióban mocsarak, Kaliforniában parti sziklák, a Csendes-óceán északi részén és Alaszkában pedig vulkáni tevékenység után keletkezett partok találhatók.
Az amerikai partvonalak típusainak nagyfokú változatossága jól mutatja, hogy a part menti mérnöki projektek megkezdése előtt alapos tanulmányozásra van szükség.
A tengerpartok és partvonalak bizonyos természetes védekezési módokkal rendelkeznek a hullámok, áramlatok és viharok okozta erózióval szemben. Ezek közé tartozik a partközeli lejtős fenék, ami miatt a hullámok a parttól távol törnek meg, és energiájukat a hullámtörési zóna fölött oszlatják el. A védelem egyéb formái lehetnek a védő dűnék és a part menti berkek, amelyek idővel a szél és a víz hatására alakulnak ki.
Az idő múlásával azonban az ember által a strandok és partvonalak mentén végrehajtott fejlesztések számos ilyen természetes erózió elleni védelmet tönkretettek.
A vízi utak közlekedési célokra történő használata emellett elterelte a víz természetes áramlását, ami felgyorsíthatja az erózió sebességét. A viharok, hullámok és áramlatok okozta erózió miatti potenciális földveszteség jelentős anyagi veszteséget okozhat az ingatlantulajdonosoknak és a befektetőknek.
A parti mérnök gyakran tud olyan megoldásokat kidolgozni, amelyek segítenek megelőzni vagy csökkenteni az erózió kockázatát ezeken a területeken. Ehhez a mérnöknek nemcsak az alapvető mérnöki elveket kell megértenie, hanem azokat a természeti erőket is, amelyek az eróziót elsősorban okozzák.
Egy part menti mérnöki projekt három fázisban bontakozik ki.
Először a mérnöknek tanulmányt kell készítenie, hogy megértse a partvonalon működő fizikai rendszert és a partvonal reakcióját ezekre az erőkre.
Második lépésként a mérnöknek olyan part menti műtárgyakat kell terveznie, amelyek megfelelnek a projekt célkitűzéseinek, és az elfogadható part menti hatások határain belül maradnak.
Harmadik lépésként a mérnöknek felügyelnie kell a part menti műtárgyak építését, és figyelemmel kell kísérnie azok teljesítményét a megfelelő teljesítmény biztosítása érdekében.
Ez a cikk az első két fázist tárgyalja: a partvonal tanulmányozását és a part menti építési projektek lehetőségeinek vizsgálatát.
Első fázis: A partvonal tanulmányozása
Mielőtt bármilyen munka megkezdődne egy part menti mérnöki projektben, a mérnöknek először átfogó tanulmányt kell készítenie az érintett partvonalról, hogy teljesen megértse az érintett elemek dinamikáját.
A part menti projektek egyedülállóak abban a tekintetben, hogy a levegő, a szárazföld és a víz metszéspontját érintik, olyan körülmények között, amelyek gyakran változnak. A mérnöknek meg kell figyelnie minden egyes elemet, beleértve az óceánt és a partot, valamint azt, hogy a part hogyan reagál a különböző eseményekre, például a viharokra, hogy megérthesse, hogyan kell megtervezni a part menti építési projektet.
A mérnöknek kezdetben fel kell kutatnia az adott földrajzi hely árapály-tartományát. Ez az információ segíthet a mérnöknek megérteni, hogy a hullámok milyen szinten fogják érinteni a partot.
Hasonlóképpen, az áramlási és árhullámmal kapcsolatos információk tájékoztathatnak arról, hogy a víz hogyan halmozódik fel a szárazfölddel szemben, vagy hogyan fog a víz megduzzadni egy vihar során.
A következőkben a mérnököknek meg kell vizsgálniuk magát a partot, hogy meghatározzák a jelen lévő üledék típusát és a part lejtését. Ezek a tényezők fontos szempontok egy part menti építési projekt kivitelezésénél.
Az általános szabály az, hogy a meredekebb partokon általában nagyobb homokszemcsék találhatók, míg az enyhén lejtő partok általában finomabb homokszemcsékkel rendelkeznek.
A mérnököknek figyelembe kell venniük a különböző természetes védelmet is, amellyel egy part menti terület rendelkezhet.
A barrier-szigetek a fizikai védelem fontos formáját jelentik bizonyos partvonalakon, különösen az Atlanti-óceán partvidékén, Long Islandtől délre. Elméletileg ezek a szigetek védik a szárazföldet a hullámoktól; azonban sokuk annyira fejlett, hogy a saját partjaik is védelemre szorulhatnak.
A lagúnák olyan sekély víztömegek, amelyek elválasztják a barrier-partot a szárazföldtől. A lagúnákat egy öböl köti össze az óceánnal.
Ezek az öblök hajózási átjárót biztosíthatnak a tenger felé, és lehetővé tehetik, hogy a viharok által eltávolított tengerparti anyagot visszahordják a tengerbe. A változó körülmények azt eredményezhetik, hogy bizonyos öblözetek bezárulnak, miközben új öblözetek nyílnak.
A mérnökök a kutatás során megfigyelik a strandok történelmi reakcióját a változó körülményekre. A partvonalaknak két elsődleges dinamikus válasza van a tengerre: a normál körülményekre adott válasz és a viharokra adott válasz.
A normál körülmények között az óceán hullámenergiáját általában a part természetes védekező mechanizmusai, például a lejtős partközeli fenék és a természetes védő dűnék kialakulása vezetik el.
Viharok idején azonban a hatalmas hullámenergia miatt a partoknak gyakran nagy mennyiségű partvonalat kell feláldozniuk. Ez a szárazföld végleges elvesztését eredményezheti.
A viharok során az erős szél magas, meredek hullámokat generál, és viharhullámokhoz vezethet, amelyek lehetővé teszik, hogy a hullámok a part olyan részeire is lecsapjanak, amelyek normális esetben nincsenek kitéve a víznek.
Ezek a hullámok ezután képesek a partot, a partfalat és néha a dűnéket erodálni, anyagot hordva a partközeli fenékre, amíg az egy tengeri sávot nem alkot. Ez a sáv aztán arra szolgál, hogy megtörje a hullámokat a parttól távolabb, végső soron védve a partot.
Súlyos viharok, például hurrikánok esetén nem ritka, hogy a viharhullámok okozta magas vízszint órákon belül teljesen vagy részben lemarja a dűnéket. A part lényegében feláldozza a part és a dűne egy részét, hogy egy tengeri sávot építsen, megakadályozva a további eróziót.
Az idő múlásával a vihar által erodált partot a hullámok visszaadhatják. A szárazföld elvesztése azonban maradandó lehet, különösen, ha a vihar különösen heves volt, vagy az erózió jelentős volt.
A mérnököknek figyelembe kell venniük a homok úgynevezett longshore transzportját is, ami az üledéknek a parttal párhuzamos és arra merőleges mozgását jelenti. Ez az üledéknek a hullámok hullámtörése által történő felkavarásából, valamint ennek az üledéknek a hullámenergia és az áramlás általi mozgatásából ered.
Az így mozgó üledéket litorális anyagnak nevezzük. Ez évszakonként, naponként, sőt óráról órára is jelentősen változhat. Az öblökkel és gátakkal rendelkező területeken a hosszanti part menti szállítás megszakadhat, ami a homokot lagúnákba zárja.
A partvonal stabilitása a part menti mérnöki projektek egyik fő célja. Egy part akkor tekinthető stabilnak, ha a homok utánpótlás és a homokveszteség hosszú távú üteme egyenlő.
A partvonal eróziójához és a homokveszteséghez számos erő hathat, amelyek mindegyikét figyelembe kell vennie a part menti mérnöknek, mielőtt belevág egy projektbe.
Ezek között lehetnek természetes okok, mint például a tengerszint emelkedése, az üledékkínálat változékonysága, viharhullámok, hullámok és árhullámok túlmosása, defláció, hosszanti part menti üledékszállítás és a parti üledék válogatása.
Ez lehet emberi eredetű is, ami a felszín alatti erőforrások eltávolításából eredő földsüllyedés, a szállításban lévő anyag megszakadása, az üledékkínálat csökkenése, a hullámenergia koncentrációja a strandokon, a vízszint fokozott változása, a természetes partvédelem megváltozása vagy a partról történő anyageltávolítás miatt következhet be.
Ezeknek a tényezőknek mindegyikét figyelembe kell venni a partvonal tanulmányozásakor a part menti mérnöki projekt előkészítésekor.
Kettedik fázis: A part menti munkák tervezése
A partvonal tanulmányozása után a parti mérnöknek ezután meg kell fontolnia, hogy a part menti munkák milyen típusú projektje megfelelő az adott terület számára.
Míg az olyan természetes adottságok, mint a dűnék és a parti berkek bizonyos szintű védelmet nyújthatnak, ha ezeket a viharok erodálták vagy az ember által létrehozott fejlesztések csökkentették, part menti művek nélkül a hullámok és a viharhullámok kárt tehetnek a tengerpartban, az óceánparti ingatlanokban és azon túl is.
A partvonal védelmére sok parti mérnök első megoldásként a kvázi természetes védelmet veszi figyelembe, mint például a homokdűnék mesterséges kiépítése vagy a parttáplálás.
Ezek a módszerek segíthetnek megtartani magát a partot, elvezetni a hullámenergiát, és helyreállítani a dűnét, mint védelmet a viharhullámok és hullámok ellen.
A strandtáplálás további előnye, hogy kiszélesíti magát a strandot, növelve annak rekreációs értékét.
Ezek a lehetőségek azonban csak ideiglenes megoldások, és nem jelentenek életképes megoldást a tengerszint emelkedése vagy a part menti rendszer csökkenő üledékkészlete által okozott hosszú távú erózióra.
Ha az erózió tartósabb megoldására van szükség a part menti fejlesztések védelme érdekében, ember alkotta szerkezeteket kell építeni.
Ezek a projektek két kategóriába sorolhatók: (1) a hullámok kikötőterületre jutásának megakadályozására tervezett építmények, mint például a válaszfalak, partfalak, burkolatok vagy hullámtörők, és (2) a part menti sodródás hosszanti szállítását megakadályozó építmények, mint például a hornyok és mólók.
Az építmények első kategóriáját a parton építik, hogy védelmet biztosítsanak a felső partnak, amely a hátsó part menti fejlesztések vagy erodálható sziklák előtt fekszik.
A partfalak és a partfalak hasonló kialakításúak, de céljukban különböznek.
A partfalakat elsősorban a hullámoknak való ellenállásra és némi talaj visszatartására tervezték, míg a partfalakat főként a talaj visszatartására és a hullámoknak való ellenállásra is. Épülhetnek acélból, fából, betoncölöpökből, gabionokból vagy törmelékdombokból.
A válaszfalak nem nyújtanak elegendő védelmet az óceánnak kitett helyeken az előpart eróziója és az oldalazás miatt. A válaszfalakat más típusú védelemmel kell kombinálni, vagy partfallá kell bővíteni, hogy ellenálljanak a közvetlen hullámoknak.
A partfalak lehetnek függőleges, íves, lépcsős vagy lejtős felületűek. Míg a partfalak védik a szárazföldet, helyileg problémát okozhatnak, mivel a lefelé irányuló erők eltávolíthatják a homokot a fal előtt. A kőből készült kötények megakadályozhatják a túlzott kimosódást és aláásást.
A burkolatok általában egy vagy több réteg kőbányakőből vagy előregyártott beton páncélelemekből készülnek, egy szűrőréteggel, amely egy osztályozott in situ talajlejtőt fed.
A burkolat célja a dűne meglévő lejtőoldalának védelme. Ezek nem támasztószerkezetek, hanem egyfajta páncélként szolgálnak egy stabilabb dűne vagy töltés számára.
A burkolatok kevésbé vannak káros hatással a partra, mint a függőleges válaszfalak, mivel a lejtős oldaluk képes elvezetni a hullámok energiáját.
A hullámtörők olyan akadályok, amelyeket arra terveztek, hogy a hullámok energiájának elnyelésével megvédjenek bármilyen domborzati vagy vízterületet a hullámoktól. Mivel ezeket a szerkezeteket a tengerparton építik, építésük többe kerül, mint a szárazföldi szerkezeteké, például a partfalaké, és főként kikötővédelmi és hajózási célokra használják őket.
A hullámtörők többféleképpen készülhetnek, például a parttal párhuzamosan, leválasztva és szegmentálva. A hullámtörők jellemzően törmelékdombos szelvényekkel épülnek, amelyek alatt rétegek és maganyag burkolják a páncélkövet.
Hogyan is épülnek, csökkenthetik az üledék hosszanti part menti szállítását, ami a homok felhalmozódásához és egyenesen a part eróziójához vezet.
A part menti mérnökök egyik módja a homok felhalmozódásának helyéről az erodált partra történő szivattyúzása volt a probléma kezelésének.
A szerkezetek második kategóriáját úgy tervezték, hogy megakadályozzák az üledék part menti szállítását.
Ezek közé tartoznak a hornyok, amelyek a hátsó parttól a part menti zónába nyúló gátszerkezetek.
A hornyokat általában a védendő part hosszában sorban építik, hogy módosítsák a homok mozgását, a végső cél pedig vagy a homok felhalmozása a parton, vagy a homokveszteség megakadályozása.
A gátak negatív hatással lehetnek más strandokra, mivel a csapdába esett homok nem áll rendelkezésükre, ezért gyakran mesterségesen kell homokot elhelyezni az adott partvonal károsodásának és eróziójának megelőzése érdekében.
A gátakat fából, acélból, betonból vagy kőfejtőből építhetik, és magas vagy alacsony, hosszú vagy rövid, áteresztő vagy áteresztésmentes, illetve rögzített vagy állítható kategóriákba sorolhatók.
A beömlőknél gátakat használnak, hogy megvédjék a hajókat a hullámerőktől, szabályozzák a homok mozgását a partok mentén, hogy megakadályozzák annak felhalmozódását a csatornában, és stabilizálják a hajózási csatorna helyzetét.
A beömlők mindkét végén gyakran szükség van gátakra, hogy megvédjék a csatornát, és megakadályozzák, hogy az a part menti szállítás miatt feltöltődjön homokkal.
Ezek különböző anyagokból, például fából, acélból, betonból vagy kőfejtőből építhetők.
Az uszálykikötőkhöz hasonlóan a mólók is káros hatást gyakorolhatnak a lefelé sodródó partokra azáltal, hogy megakadályozzák a homok part menti szállítását. E partok eróziójának minimalizálása érdekében egyes projektek homokot szivattyúznak a mólóról a lefelé sodródó partra.
A part menti munkálatok projektjeit általában nagyszabású, átfogó projektként érdemes megtervezni. Az egyes telkek vagy kisebb projektek védelme általában kudarcot vall, mivel a szomszédos partvonal tovább erodálódik. A részleges védelmi intézkedések valójában felgyorsíthatják ezt az eróziót.
A regionális területre kiterjedő összehangolt fellépés hatékonyabb, eredményesebb és gazdaságosabb.
A parti mérnöki projektek jelentősége
A homok jól megtervezett parti mérnöki projektek révén történő megőrzése létfontosságú a strandok megőrzéséhez, valamint a tulajdon és a beruházások védelméhez a tengerpartok mentén szerte az Egyesült Államokban.
Míg a strandok bizonyos fokú természetes védelmet nyújtanak az erózióval szemben, a viharok és az ember által létrehozott fejlesztések a partok visszahúzódását eredményezhetik – és vihar esetén az otthonok, vállalkozások és az infrastruktúra nagymértékű károsodásának lehetőségét.
A part menti tervezés számos ilyen problémát megoldhat olyan stratégiai projektek révén, mint a mesterséges homokdűnék, partfalak, partfalazások, hullámtörők, mólók, mólók és válaszfalak.
Ezek a projektek összetettek. Alaposan meg kell érteni mind a mérnöki elveket, mind a tudományt, amely az erózió mikéntje és miértje mögött áll egy adott helyen.
A gondos tanulmányozás és tervezési folyamat után a part menti munkálatok projektje segíthet az erózió megelőzésében, valamint a part és az ingatlanok védelmében a part menti régióban.
A teljes cikk megtekintése itt.