Se hela artikeln här.
Kustteknik är en mycket specialiserad typ av teknik som är utformad för att ta itu med både naturliga och konstgjorda förändringar i kustområden.
En väl genomtänkt kustteknisk lösning kan ge ett strukturellt och icke-strukturellt skydd mot förändringar i kustområdena och kan maximera de gynnsamma effekterna samtidigt som de negativa konsekvenserna av potentiella lösningar för problematiska områden på en kustlinje minimeras.
Kustteknik innebär en tillämpning av både fysikalisk vetenskap och ingenjörskonst, och kräver en grundlig förståelse av området i fråga för att fullt ut förstå arten och komplexiteten hos det aktuella problemet.
I USA finns det över 84 240 mil kustlinje, varav cirka 41 procent är exponerade mot det öppna havet och resten skyddas av vikar, flodmynningar och laguner.
De vidsträckta kustlinjerna i USA har mycket varierande egenskaper, med klippiga stränder i New England, kärr i den mellanatlantiska regionen, kustklippor i Kalifornien och postvulkanisk aktivitet i norra Stilla havet och Alaska.
Den stora variationen i typerna av amerikanska kustlinjer visar på behovet av en djupgående studie innan man påbörjar ett kustteknologiprojekt.
Stränder och kustlinjer har vissa naturliga försvar mot den erosion som orsakas av vågor, strömmar och stormar. Detta inkluderar en sluttande botten nära kusten, vilket gör att vågorna bryter till havs och sprider sin energi över surfzonen. Andra former av skydd kan vara skyddande sanddyner och strandvallar som bildas med tiden på grund av vindens och vattnets inverkan.
Med tiden har dock människans utveckling längs stränder och kustlinjer skadat många av dessa naturliga skydd mot erosion.
Det faktum att vattenvägar används för transportändamål har dessutom lett till att det naturliga flödet av vatten har avletts, vilket kan påskynda erosionstakten. Den potentiella förlusten av mark på grund av erosion från stormar, vågor och strömmar kan orsaka betydande monetära förluster för fastighetsägare och investerare.
En kustingenjör kan ofta ta fram lösningar för att förhindra eller minska risken för erosion i dessa områden. För att göra detta måste en ingenjör förstå inte bara grundläggande tekniska principer, utan även de naturkrafter som orsakar erosionen i första hand.
Ett kustteknologiprojekt utspelar sig i tre faser.
För det första måste en ingenjör utföra en studie för att förstå det fysiska system som är i spel på kusten och strandlinjens reaktion på dessa krafter.
För det andra måste ingenjören utforma kustanläggningar som uppfyller projektets mål och som håller sig inom gränserna för godtagbar kustpåverkan.
För det tredje måste ingenjören övervaka byggandet av kustanläggningarna och övervaka deras prestanda för att se till att de fungerar korrekt.
Denna artikel kommer att behandla de två första faserna: att studera kusten och att undersöka alternativen för kustanläggningsprojekt.
Fas ett: Att studera kusten
För att arbetet med ett kustanläggningsprojekt ska kunna påbörjas måste ingenjören först göra en omfattande studie av den berörda kusten för att fullt ut förstå dynamiken hos de berörda elementen.
Kustprojekt är unika eftersom de omfattar korsningen mellan luft, mark och vatten, med förhållanden som ofta förändras. En ingenjör måste observera varje element, inklusive havet och stranden, samt hur stranden reagerar på olika händelser, t.ex. stormar, för att få en förståelse för hur man ska utforma projektet för kustarbeten.
Ingenjören bör inledningsvis undersöka tidvattensintervallet för den specifika geografiska platsen. Denna information kan hjälpa ingenjören att förstå på vilken nivå vågorna kommer att träffa stranden.
På samma sätt kan information om strömmar och svallvågor ge information om hur vatten samlas mot land eller hur vattnet kommer att svälla under en storm.
Nästan bör ingenjören undersöka själva stranden för att fastställa vilken typ av sediment som finns och hur lutningen på stranden ser ut. Dessa faktorer är ett viktigt övervägande vid konstruktionen av ett kustverksprojekt.
Som en allmän regel tenderar större sandpartiklar att finnas på brantare stränder, medan svagt sluttande stränder tenderar att ha finare sandkorn.
Ingenjörer bör också ta hänsyn till de olika naturliga skydd som ett kustområde kan ha.
Barriäröar är en viktig form av fysiskt skydd för vissa kuststräckor, särskilt längs Atlantkusten söder om Long Island. I teorin skyddar dessa öar fastlandet från vågor, men många har varit så högt utvecklade att deras egna kuster också kan behöva skydd.
Laguner är grunda vattenmassor som skiljer en barriärstrand från fastlandet. Laguner är förbundna med havet genom ett inlopp.
Dessa inlopp kan ge navigeringspassage till havet och kan göra det möjligt för strandmaterial som avlägsnats av stormar att föras tillbaka ut i havet. Förändrade förhållanden kan leda till att vissa vikar stängs medan nya vikar öppnas.
Ingenjörer kommer genom forskning att notera strändernas historiska reaktion på förändrade förhållanden. Kustlinjerna har två primära dynamiska reaktioner på havet: en reaktion på normala förhållanden och en reaktion på stormförhållanden.
Under normala förhållanden avdämpas havets vågenergi vanligtvis av strändernas naturliga försvar, t.ex. lutande kustnära bottnar och utvecklingen av naturliga skyddande sanddyner.
Under stormar kräver dock den massiva vågenergin ofta att stränderna offrar stora delar av sin kustlinje. Detta kan leda till en permanent förlust av land.
Under stormar genererar starka vindar höga, branta vågor och kan leda till stormvågor som gör att vågorna träffar delar av stranden som normalt inte är exponerade för vattnet.
Dessa vågor kan sedan erodera stranden, bården och ibland även sanddynerna, och föra med sig material till den strandnära bottnen tills det bildar en bar till havs. Denna bar kan sedan användas för att bryta vågorna längre ut till havs, vilket i slutändan skyddar stranden.
I svåra stormar, t.ex. orkaner, är det inte ovanligt att höga vattennivåer från stormfloder eroderar hela eller delar av en dyn inom några timmar. Stranden offrar i princip en del av stranden och dynen för att bygga en bar till havs, vilket förhindrar ytterligare erosion.
Med tiden kan den strand som eroderades av en storm återställas av vågorna. Förlusten av mark kan dock vara permanent, särskilt om stormen var särskilt våldsam eller om erosionen var betydande.
Ingenjörerna måste också ta hänsyn till vad som kallas lång kusttransport av sand, vilket innebär att sedimentet rör sig både parallellt och vinkelrätt mot kusten. Den är ett resultat av att sedimentet rörs upp av de brytande vågorna och att detta sediment förflyttas av vågenergin och strömmen.
Det sediment som rör sig på detta sätt kallas littoral matter. Det kan variera avsevärt beroende på säsong, dag och till och med timme för timme. I områden med havsvikar och barriäröar kan den långseglande transporten avbrytas, vilket gör att sanden fastnar i laguner.
Kuststabilitet är ett av huvudmålen för ett kustteknologiprojekt. En strand anses vara stabil när de långsiktiga hastigheterna för tillförsel och förlust av sand är lika stora.
Det finns många krafter som kan bidra till kustlinjens erosion och förlust av sand, och var och en av dem måste beaktas av en kustingenjör innan han eller hon påbörjar ett projekt.
Detta kan inkludera naturliga orsaker, såsom havsnivåhöjning, variabilitet i sedimenttillförsel, stormvågor, översköljning av vågor och svallvågor, avsmältning, långsegmentsavsättning och sortering av strandsediment.
Det kan också orsakas av människor, vilket kan ske på grund av landavsättning på grund av avlägsnande av underjordiska resurser, avbrott av material i transporten, minskning av sedimenttillgången, koncentration av vågenergi på stränderna, ökad vattenståndsvariation, förändring av det naturliga kustskyddet eller avlägsnande av material från stranden.
Varje av dessa faktorer bör beaktas när man studerar en kustlinje inför ett kustbyggnadsprojekt.
Fas två: Utformning av kustarbeten
När en kuststudie har slutförts bör kustingenjören därefter överväga vilken typ av kustbyggnadsprojekt som är lämplig för området.
Om naturliga element som sanddyner och strandvallar kan ge en viss skyddsnivå, när de har eroderats av stormar eller minskats av mänsklig bebyggelse, kan vågor och stormfloder utan kustanläggningar skada stranden, egendom vid havet och andra områden.
Den första lösningen som många kustingenjörer överväger för att skydda kusten är kvasinaturliga skydd, t.ex. att bygga upp sanddyner på konstgjord väg eller att ge näring till stranden.
Dessa metoder kan bidra till att behålla själva stranden, avleda vågenergin och återställa sanddynen som ett försvar mot stormfloder och vågor.
Skydd av stranden har den extra fördelen att bredda själva stranden, vilket ökar dess rekreationsvärde.
Dessa alternativ är dock endast tillfälliga lösningar och kommer inte att vara livskraftiga lösningar för långsiktig erosion som orsakas av havsnivåhöjningen eller en minskande tillgång på sediment i det litorala systemet.
Om det skulle bli nödvändigt med en mer permanent lösning på erosion för att skydda kustutvecklingen måste konstgjorda strukturer byggas.
Dessa projekt kan delas in i två kategorier: (1) strukturer som är utformade för att hindra vågorna från att nå ett hamnområde, t.ex. skott, sjömurar, revetments eller vågbrytare, och (2) strukturer som används för att förhindra långsväga transport av littoral drift, t.ex. länsar och bryggor.
Den första kategorin strukturer byggs på land för att ge skydd åt den övre stranden som frontar backshore bebyggelse eller eroderbara bluffar.
Skottar och havsvallar har liknande utformning men varierar i syfte.
Sjövallar är främst utformade för att stå emot vågor och hålla kvar en del jord, medan skott är främst utformade för att hålla kvar jord och även för att stå emot vågor. De kan byggas av stål, timmer, betongpålar, gabioner eller grushögar.
Skottar ger inte tillräckligt skydd för havsexponerade platser på grund av erosion och flankering av förstranden. Skotten måste kombineras med andra typer av skydd eller byggas ut till en havsvall för att stå emot de direkta vågorna.
Sjöväggar kan ha vertikala, böjda, stegvisa eller sluttande ytor. Även om havsvallar skyddar upplandet kan de skapa problem lokalt, eftersom nedåtgående krafter kan ta bort sand framför muren. Stenförkläden kan förhindra överdriven sköljning och underminering.
Varv är vanligen gjorda av ett eller flera lager av stenbrott eller prefabricerade betongpansarelement med ett filterskikt som överlagrar en graderad jordsluttning på plats.
Syftet med ett varv är att skydda den befintliga sluttningsytan på en sanddyn. De är inte en stödkonstruktion, utan fungerar som ett slags pansar för en stabilare dyn eller vall.
Revetments har mindre negativ effekt på stranden än ett vertikalt skott eftersom dess sluttande yta kan avleda vågornas energi.
Breakwaters är barriärer som är utformade för att skydda en landform eller ett vattenområde från vågor genom att absorbera vågornas energi. Eftersom dessa konstruktioner byggs till havs kostar de mer att bygga än konstruktioner på land, t.ex. sjömurar, och används främst för skydd av hamnar och för navigationsändamål.
Breakwaters kan göras på ett antal olika sätt, bl.a. parallellt med stranden, fristående och segmenterade. Brytare byggs vanligen med grusade sektioner med armeringssten som omsluter underlag och kärnmaterial.
Hur de än byggs kan de minska sedimenttransporten längs kusten, vilket resulterar i ackumulering av sand och regelrätt stranderosion.
Pumpning av sand från den plats där den har ackumulerats till den eroderade stranden har varit ett sätt som kustingenjörer har hanterat problemet på.
Den andra kategorin av konstruktioner är utformade för att förhindra sedimenttransport längs kusten.
Detta inkluderar länsar, som är en barriärstruktur som sträcker sig från en bakre strand in i den litorala zonen.
Länsar byggs vanligen i en serie längs längden på den strand som ska skyddas, för att modifiera sandens rörelse, med det slutgiltiga målet att antingen ackumulera sand på stranden eller förhindra sandförlust.
Groins kan ha en negativ inverkan på andra stränder, eftersom de inte har tillgång till sand som fångas upp, och därför måste sand ofta placeras artificiellt för att förhindra skador och erosion på kusten.
Groins kan byggas av trä, stål, betong eller stenbrott och klassificeras som höga eller låga, långa eller korta, genomsläppliga eller ogenomsläppliga, eller fasta eller justerbara.
Strömbågar används vid inlopp för att skydda fartyg från vågkrafter, kontrollera sandens rörelse längs stränderna för att förhindra att den ansamlas i kanalen och för att stabilisera navigationskanalens läge.
Strömbågar krävs ofta i båda ändarna av ett inlopp för att skydda en kanal och förhindra att den fylls med sand till följd av långväga landtransporter.
De kan byggas av olika material, t.ex. timmer, stål, betong eller stenbrott.
Som för länsor kan bryggor orsaka en negativ inverkan på nedströmsstränder genom att förhindra långväga landtransport av sand. För att minimera erosionen av dessa stränder föreskrivs i vissa projekt att sand ska pumpas från bryggan till stranden.
Typiskt sett utformas kustverksprojekt bäst som storskaliga, omfattande projekt. Skydd för enskilda tomter eller mindre projekt tenderar att misslyckas, eftersom den intilliggande strandlinjen fortsätter att erodera. Partiella skyddsåtgärder kan faktiskt påskynda denna erosion.
Samordnade åtgärder över ett regionalt område är mer effektiva, ändamålsenliga och ekonomiska.
Vikten av kustanläggningsprojekt
Skydd av sand genom välplanerade kustanläggningsprojekt är av avgörande betydelse för att bevara stränder och skydda egendom och investeringar längs kusterna i hela USA.
Samtidigt som stränderna har ett visst naturligt skydd mot erosion kan stormar och mänsklig utveckling leda till att stränderna drar sig tillbaka – och en stor risk för skador på bostäder, företag och infrastruktur i händelse av en storm.
Kustteknik kan lösa många av dessa problem med hjälp av strategiska projekt, till exempel konstgjorda sanddyner, havsvallar, täckdynor, vågbrytare, bryggor, länsor och skott.
Dessa projekt är komplexa. De kräver en grundlig förståelse för både tekniska principer och vetenskapen bakom hur och varför erosion uppstår på en viss plats.
Efter en noggrann studie och designprocess kan ett projekt för kustarbeten bidra till att förhindra erosion och skydda både stranden och egendomar i ett kustområde.
Se hela artikeln här.