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海岸工学は、海岸地帯の自然および人為的な変化に対処するために設計された、高度に専門化した工学である。
よく考えられた海岸工学ソリューションにより、海岸変化に対する構造および非構造上の保護を提供し、海岸線上の問題領域に対する解決策の可能性における悪影響を最小限に抑えながら、有益な効果を最大化させることができる。
海岸工学には物理科学と工学の両方の応用が含まれ、目前の問題の性質と複雑さを十分に理解するために、問題の地域を徹底的に理解することが必要です。
米国では、84,240マイル以上の海岸線があり、その約41％は外洋に露出し、残りは湾、河口、ラグーンによって守られています。
米国の広大な海岸線は、ニューイングランドの岩石海岸線、中部大西洋地域の沼地、カリフォルニアの海岸断崖、北太平洋とアラスカの火山活動後などで、かなり異なる特徴を有しています。
アメリカの海岸線の種類に大きな違いがあることは、海岸工学プロジェクトを実施する前に綿密な調査を行う必要性を示している。 これには、波が沖合で砕け、そのエネルギーを波打ち際で分散させる、海岸近くの傾斜した海底が含まれる。
しかし、時間の経過とともに、浜辺や海岸線に沿った人工的な開発は、浸食に対するこれらの自然な保護の多くを損傷してきた。 嵐、波、および潮流による浸食で土地が失われる可能性は、不動産所有者や投資家に大きな金銭的損失をもたらす可能性があります。
海岸工学プロジェクトは3つの段階で展開されます。
まず、エンジニアは海岸線に作用する物理システム、およびこれらの力に対する海岸線の反応を理解するために調査を行う必要があります。
次に、エンジニアはプロジェクトの目的を達成するために、海岸への影響を許容できる範囲で海岸工事を設計しなければならない。
3番目に、エンジニアは海岸工事の建設を監督し、その性能を監視して適切な性能を確保しなければならない。
この記事では、最初の2つの段階、すなわち海岸線の調査と海岸工事プロジェクトのオプションの検討について説明します。
第1段階：海岸線の調査
海岸工事プロジェクトで何らかの作業を始める前に、エンジニアはまず関係要素の力学を完全に理解するために、関係する海岸線を総合的に調査しなければならない。
海岸のプロジェクトは、空、陸、水が交わり、条件が頻繁に変化するという点でユニークである。 エンジニアは、海岸工事プロジェクトを設計する方法を理解するために、海や海岸を含む各要素、および海岸が嵐のような様々な事象にどのように反応するかを観察する必要がある。
同様に、潮流と高波の情報は、水が土地に対してどのように積み重なるか、または嵐が発生したときに水がどのように波立つかを知ることができる。 これらの要因は、沿岸工事プロジェクトの建設において重要な考慮事項である。
一般的に、大きな砂粒は急勾配の海岸に見られる傾向があり、緩やかに傾斜した海岸は砂粒が細かい傾向がある。
エンジニアは、沿岸地域が持つかもしれないさまざまな自然の保護も考慮すべきである。 理論的には、これらの島は本土を波から守りますが、多くは高度に開発されたため、その島自体の海岸も保護する必要があるかもしれません。
これらの入江は、海への航路を提供し、嵐によって除去された海岸の材料を海へ運び出すことができる。 状況の変化により、新しい入江が開く一方で特定の入江が閉鎖されることがある。
研究を通じて、エンジニアは状況の変化に対する海岸の歴史的な反応に注目する。
通常の状態では、海の波エネルギーは通常、傾斜した近海の底や自然の保護砂丘の発達など、海岸の自然な防御によって消散されます。
嵐の間、強風は高くて急な波を発生させ、高潮を引き起こすことがあり、波は通常水にさらされない海岸の一部を襲う。
次にこれらの波は、海岸、バーム、ときには砂丘を浸食し、沖合砂州を形成するまで近海底に物質を運び出すことができる。 この砂州は、さらに沖合で波を砕き、最終的に海岸を保護する役割を果たします。
ハリケーンなどの激しい嵐では、高潮による高い水位が数時間で砂丘のすべてまたは一部を侵食することが珍しくありません。 海岸は本質的に、海岸と砂丘の一部を犠牲にして沖合に砂州を作り、さらなる浸食を防ぐ。
時間とともに、嵐によって浸食された海岸は、波によってそこに戻されるかもしれない。 しかし、特に嵐が激しかったり、浸食が大きかったりすると、土地の損失は永久的なものとなる。
エンジニアはまた、砂の沿岸輸送として知られているものを考慮に入れなければならない。 これは、砕波による堆積物の攪拌、および波エネルギーと潮流によるこの堆積物の移動から生じる。
このように移動する堆積物は、沿岸物質として知られている。 このように移動する土砂は、沿岸物質と呼ばれる。沿岸物質は、季節、日、さらには時間によってかなり変化することがある。 入り江や堡礁島がある地域では、沿岸輸送が妨げられ、砂がラグーンに捕捉されることがある。 海岸線侵食と砂の喪失の原因となる多くの力が働いており、海岸エンジニアはプロジェクトに着手する前にその一つ一つを考慮しなければならない。
これには海面上昇などの自然原因、土砂供給の変動、高波、波と高潮の越流、デフレーション、沿岸土砂輸送、海岸堆積物の選別が含まれる場合がある。
また、地下資源の除去による地盤沈下、輸送中の材料の中断、土砂供給の減少、海岸への波エネルギーの集中、水位変動の増加、自然の海岸保護における変化、または海岸からの材料の除去によって起こる可能性がある、人間によって引き起こされることもある。
海岸工学プロジェクトを想定して海岸線を調査する際には、これらの各要因を考慮する必要があります。
Phase 2: Designing Coastal Works
一旦海岸線調査が完了したら、次に海岸工学者はその地域に適した海岸工事プロジェクトの種類について検討すべきです。
砂丘や海岸堤防などの自然の特徴は一定レベルの保護を提供できるが、それらが嵐によって浸食されたり、人工的な開発によって減少した場合、海岸工事なしでは波や高潮が海岸、海沿いの土地、およびそれ以上に被害を与える可能性がある。
多くの沿岸エンジニアが海岸線保護のために検討する最初の解決策は、砂丘を人工的に築き上げる、または海岸養浜などの準自然的な保護です。
これらの方法は、海岸自体の保持、波エネルギーの発散、高潮や波に対する防御としての砂丘の復元に役立ちます。
ビーチの養生は、ビーチ自体を広げ、そのレクリエーション価値を高めるという利点もある。
しかし、これらのオプションは一時的な修正に過ぎず、海面上昇や沿岸システムの土砂の供給減少による長期浸食の解決策としては実行不可能であろう。
浸食に対するより恒久的な解決策が沿岸開発を保護するために必要な場合、人工構造物を建設しなければならない。
これらのプロジェクトは、2 つのカテゴリに分類される。 (1）隔壁、護岸、護岸、または防波堤など、波が港湾地域に到達するのを防ぐために設計された構造物、および（2）鼠径部や突堤など、沿岸漂流の沿岸輸送を防ぐために用いられる構造物。
最初のカテゴリーの構造物は、後浜開発または侵食しやすい崖に面した上部ビーチを守るために陸上に建設されるものだ。
バルクヘッドと防波堤は似たような設計だが、目的が異なる。
防波堤は主に波に抵抗し、いくつかの土を保持するように設計されているが、バルクヘッドは主に土を保持し、また波に抵抗するように設計されている。 鋼鉄、木材、コンクリート杭、ガビオン、または捨石マウンドから構築することができる。
隔壁は、前浜浸食と側面による海洋露出位置の十分な保護を提供しない。 防波堤は、他のタイプの保護と組み合わせるか、直接波に耐えるために防潮堤に拡大する必要がある。 防潮堤は高台を保護するものであるが、下向きの力によって壁の前の砂が除去されるため、局所的に問題を引き起こすことがある。
護岸は通常、砕石またはプレキャストコンクリートアーマーユニットの1つ以上の層でできており、フィルター層は、傾斜した原位置の土壌斜面の上に重ねられている。
防波堤は、波のエネルギーを吸収することによって、地形や水域を波から保護するように設計された障壁であり、擁壁構造ではなく、より安定した砂丘や堤防のための一種の鎧として機能する。 沖合に建設されるため、護岸などの陸上構造物よりも建設コストが高く、主に港湾の保護や航行のために用いられる。
防波堤は、海岸と平行、離岸、分割など、さまざまな方法で作られることがある。
どのように建設されても、土砂の沿岸輸送を減少させ、砂の蓄積と海岸侵食の原因となる。
蓄積した砂を侵食された海岸に汲み出すことは、海岸エンジニアがこの問題に対処する一つの方法であった。
構造物の2番目のカテゴリーは、堆積物の沿岸輸送を防ぐように設計されている。
これには、後浜から沿岸地帯に延びるバリア構造であるグラインが含まれる。
グラインは通常、保護すべきビーチの長さに沿って連続して建設し、海岸に砂を集積するか砂の損失を防ぐという最終目標を持って砂の動きを変えるために使用される。
砂州は、捕捉された砂が利用できなくなるため、他の海岸に悪影響を与える可能性があり、その海岸線の損傷や浸食を防ぐために、しばしば砂を人工的に置く必要がある。
突堤は、船舶を波力から保護し、砂浜の砂の動きを制御して水路に堆積するのを防ぎ、航路の位置を安定させるために入江で使用される。
桟橋は、木材、鋼鉄、コンクリート、砕石など、さまざまな材料で作られる。
鼡径部と同様に、砂の沿岸輸送を防ぐことによって、渚に悪い影響を与える可能性がある。 これらの海岸の浸食を最小限に抑えるために、いくつかのプロジェクトは、桟橋から漂砂海岸に砂を汲み上げることを規定している。
一般的に、海岸工事プロジェクトは、大規模で包括的なプロジェクトとして設計するのが最適である。 個々の土地や小規模なプロジェクトの保護は、隣接する海岸線が浸食され続けるため、失敗する傾向がある。
地域的な領域で調整された対策は、より効率的、効果的、経済的です。
海岸工学プロジェクトの重要性
計画性のある海岸工学プロジェクトによる砂の保全は、米国中の海岸の保護、財産と投資の保護に不可欠です。
海岸は浸食からある程度自然に保護されていますが、嵐や人工開発によって海岸が後退し、嵐の際に住宅や企業、インフラに損害を与える可能性が高くなります。
海岸工学は、人工砂丘や護岸、防波堤、突堤、防波堤、隔壁などの戦略的プロジェクトを通じてこれらの問題の多くを解決できます。 エンジニアリングの原理と、特定の場所で浸食がどのように、そしてなぜ起こっているのかという科学の両方を徹底的に理解する必要があります。
慎重な調査と設計プロセスの後、海岸工事プロジェクトは、浸食を防ぎ、海岸と沿岸地域の財産の両方を保護するために役立ちます。