Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлено из бюджета осадка )
Перейти к навигации Перейти к поиску
Схема нарастания и размыва наносов в прибрежной системе. Черные стрелки указывают нарастание, а белые стрелки указывают на эрозию.

Бюджеты отложений - это инструмент управления прибрежной зоной, используемый для анализа и описания различных поступлений (источников) и выходов (стоков) наносов на побережьях, который используется для прогнозирования морфологических изменений любой конкретной береговой линии с течением времени. В прибрежной среде скорость изменения наносов зависит от количества наносов, внесенных в систему, по сравнению с количеством отложений, покидающих систему. Эти входы и выходы наносов затем приравниваются к общему балансу системы и чаще всего отражают объемы эрозии или нарастания, влияющие на морфологию побережья. [1] [2]

Чтобы оценить осадочный баланс, побережье необходимо разделить на две отдельные морфологии, обычно известные как литоральные ячейки и компартменты. Отделения наносов обычно можно определить как две каменистые преграды, которые отмечают концы пляжа и имеют фиксированный запас наносов, хотя обычно в некоторой степени непроницаемы. Прибрежные ячейки могут быть свободными или фиксированными и могут занимать иерархию масштабов, от отдельных ячеек до целых пляжей. [2] [3] [ необходима страница ]

В прибрежной системе есть различные типы естественных источников и стоков. Источники отложений могут включать речной перенос, эрозию морских скал и прибрежный занос в район. Поглощения наносов могут включать прибрежный дрейф наносов от района и их отложение в устье .

Антропогенная деятельность также может влиять на баланс отложений; в частности, строительство плотины на реке и разработка русла реки гравием могут уменьшить источник наносов до побережья. Напротив, питание на пляже может увеличить источник наносов.

В 1966 году Боуэн и Инман определили литоральную ячейку и разделили входы наносов, нарастание за счет берегового дрейфа и выходы. [4]

Бюджеты отложений используются для помощи в управлении эрозией пляжей, пытаясь показать текущее движение наносов и спрогнозировать движение наносов в будущем. [5]

Механизмы обратной связи [ править ]

Чтобы понять баланс отложений в прибрежной среде, важно знать различные типы обратной связи, которые могут определить, есть ли стабильность. Когда на пляжную среду влияет ветер, волна и энергия приливов, он реагирует либо положительной, либо отрицательной обратной связью, которая определяет, является ли система сбалансированной и находится в равновесии .

Отрицательная обратная связь - это стабилизирующий механизм, противодействующий изменениям морфологии побережья и устанавливающий равновесие. Прибрежная среда, находящаяся в равновесии, способна рассеивать или отражать поступающую энергию без возникновения поступления или выхода отложений и изменения морфологии. Например; когда равновесный пляж разрушается во время шторма, он образует прибрежную полосу, которая, в свою очередь, заставляет волны разбиваться о нее. При этом волны теряют много энергии и рассеиваются, не доходя до береговой линии, что значительно снижает дальнейшую эрозию. Когда шторм утихает, бар переносят обратно на пляж. [2]

Напротив, положительная обратная связь отталкивает прибрежную систему от равновесия, изменяя ее морфологию до тех пор, пока не будет достигнут порог, в результате чего возникает другой тип реакции. Например; если шторм нарушит основу пляжа, который находится в неравновесном состоянии, будет создана уязвимая зона, которая, в свою очередь, станет восприимчивой к образованию выброса из-за ветра, использующего отсутствие растительности. [2] [3] [ необходима страница ]

Отстойники и литоральные ячейки [ править ]

Разделение берега происходит там, где есть большие препятствия или объекты, особенно мысы на глубоко заливных побережьях. Пляжи, которые являются наиболее закрытыми, обычно известны как карманные пляжи. На пляжах такого типа количество песка остается постоянным и представляет собой закрытые отсеки. Прибрежные клетки можно определить как отложения в пределах побережья, которые циркулируют, например, отводные течения. Прибрежные клетки обычно развиваются на побережье, которому не препятствуют мысы и где допускается развитие прибрежных течений.

Идентификация литоральных ячеек имеет решающее значение для определения баланса наносов на песчаных побережьях. На юго-западе Западной Австралии большие выступающие выступы и скалистые мысы считаются границами литоральных ячеек. Границы литоральных ячеек были определены с использованием трассерных исследований движения наносов, геоморфологических наблюдений и седиментологического описания, источников тяжелых минералов и анализа пространственного распределения волнового потока вдоль берега. [4]

Прибрежные клетки обычно представляют собой область, где изменения в объеме наносов напрямую влияют на изменения береговой линии, и в идеале они определены таким образом, чтобы минимизировать обмен донных отложений с другими прибрежными клетками, например, карманный пляж, окруженный скалистыми мысами (которые, как предполагается, исключить осадки). Субъячейки обычно определяют, чтобы лучше измерить баланс наносов на побережье с различными темпами нарастания и эрозии. Границей прибрежной ячейки обычно является подножие дюны или утеса, однако границу со стороны моря трудно определить как механизмы переноса наносов.здесь плохо разбираются. Есть три вида границ между литоральными ячейками: береговая, береговая и морская; через который осадок может попасть в литоральную ячейку или покинуть ее в результате различных процессов. Важно определить, какие процессы действуют в конкретной литоральной ячейке, а также важно определить источники и приемники наносов, поскольку путем измерения отложений, полученных или потерянных этими источниками и стоками, можно определить их баланс. [5]

Источники [ править ]

Реки [ править ]

Река Ваймакарири на побережье Кентербери в Новой Зеландии производит 77% наносов, поступающих на побережье залива Пегас .

Реки являются основными точечными источниками донных отложений, вносящих вклад в прибрежный осадочный баланс, особенно это относится к берегам с крутым уклоном, где реки непосредственно сбрасывают свои отложения на побережье. Берега с небольшим уклоном могут переносить речные наносы в устья. [5] Доставка наносов к береговой линии может быть очень прерывистой, в основном происходящей во время наводнений, когда увеличение потока обычно приводит к увеличению количества наносов, поступающих на берег. Некоторые реки называют «большими», потому что они производят большое количество наносов, питающих прибрежную среду. Например, река Ваймакарири на побережье Кентербери в Новой Зеландии производит 77% наносов, поступающих на побережье залива Пегас .[6] Это не всегда так с некоторыми реками, которые называют «маленькими», потому что они изо всех сил стараются поставлять достаточно наносов, чтобы их береговые линии не размывались, например, река Ракайя к югу от полуострова Бэнкс в Кентербери, Новая Зеландия. [7]

Строительство речных дамб для борьбы с наводнениями и гидроэнергетики сокращает поступление наносов на многие береговые линии из-за улавливания наносов и уменьшения пиков паводков и интенсивности наводнений. В таких местах, как Южная Калифорния США, в частности на реке Сан-Луис-Рей , строятся плотины, чтобы контролировать затопление собственности вдоль реки. По иронии судьбы, поступая таким образом, это способствует повреждению прибрежной собственности из-за отсутствия наносов, образующихся для защиты пляжей. [8] Другой пример - Асуанская плотина, построенная на реке Нил , Египет.в 1964 году. До строительства Асуанской плотины река Нил ежегодно доставляла в Средиземное море 60–180 миллионов тонн наносов и воды . Подача наносов в настоящее время почти равна нулю, что привело к значительному дисбалансу прибрежных отложений, вызывая значительную эрозию и перемещение наносов вдоль побережья. [9] [10]

Эффекты улавливания наносов из-за плотин могут усугубляться в сочетании с другими видами деятельности, такими как добыча гравия в русле реки. Выемка гравия со дном реки образует ямы в профиле канала , который может ловушку большой части поступающей нагрузки слоя осадка, предотвращение или замедление его от достижения береговой линии. Добыча полезных ископаемых также может уменьшить количество наносов, доступных для транспортировки, особенно когда они возникают вниз по течению от плотин. Например; примерно 300 000  м 3 гравия добывается из реки Сан-Луис-Рей в Южной Калифорнии каждый год, что почти в 50 раз превышает объем наносов наносов после строительства плотины. [8] Таким образом, удаление большего количества наносов наносит дополнительный урон побережью.

Удаление естественной растительности для культивирования и землепользования может усилить эрозию почвы, что приведет к увеличению количества наносов, переносимых реками к побережью. Например; в Уэстленде, Новая Зеландия, это имело кумулятивный эффект: сплошная вырубка деревьев увеличила выход речных наносов до восьми раз. [10]

Эрозия морских скал [ править ]

Эрозия морских обрывов является крупным источником отложений для многих прибрежных отложений, вызванных множеством различных процессов, включая волну, осадки и просачивание грунтовых вод. Эрозия скал может быть вызвана повышением уровня моря и усиливается штормовыми нагонами . [11] Примером эрозии скал является эрозия крупных конусов выноса плейстоцена, которые охватывают весь Кентерберийский залив , расположенный к северу от реки Вайтаки в Новой Зеландии. Эрозия этих скал из-за высокоэнергетических волн составляет 70% всего материала, поставляемого на эти пляжи. [12]

Штормы [ править ]

Хотя штормы наблюдаются реже, чем речной транспорт и морская эрозия скал, они могут составлять значительную часть запасов прибрежных отложений. После урагана «Катрина» и урагана «Рита» в 2005 году более 131 x 10 6 метрических тонн наносов выпало на берег Луизианы и восточного побережья Мексиканского залива. Изучение прибрежных водно-болотных угодий в западной Луизиане показало, что ураганы, по-видимому, являются «непреодолимым путем», по которому осадки оседают в этом месте, причем количество отложений намного превышает количество отложений местных речных систем. [13]Основываясь на ежегодных оценках величины отложения наносов, было обнаружено, что ураганы наносят в эти прибрежные водно-болотные угодья в сотни раз больше наносов, чем искусственные отводы рек, предназначенные для перенаправления переносимых реками наносов в голодные системы водно-болотных угодий. Для водно-болотных угодий солончаков, особенно в прибрежной Луизиане, накопление наносов от ураганов «достаточно», чтобы учесть весь бюджет неорганических отложений. [13]

Раковины [ править ]

Мангровые заросли могут улавливать отложения своими воздушными корневыми структурами.

Эстуарии [ править ]

Эстуарии являются примером прибрежного стока в том смысле, что они имеют тенденцию улавливать отложения, которые могут быть вызваны приливной циркуляцией и смешиванием пресной и соленой воды, нагнетанием речных наносов и присутствием мангровых зарослей . По мере прилива и отлива вода и наносы закачиваются в устье реки. Поскольку соленая вода и частицы отложений тяжелее пресной воды, они, как правило, уносятся на дно, пока осадок не опустится на дно и не окажется в устье. Движение песков и морского материала в устье обычно зависит от направления берегового дрейфа и движения придонных вод через континентальный шельф . Эстуарии часто могут улавливать большое количество крупнозернистых наносов, которые питаются реками, задерживая их до того, как они достигнут побережья.[14] На Северном острове Новой Зеландии осадки часто опускаются в устья рек, чему способствует присутствие мангровых зарослей. Мангровые заросли голодны и улавливают много взвешенных отложений своей сложной воздушной корневой структурой, таким образом выполняя роль строителей земли. [15]

Эолийский транспорт [ править ]

Песок, который уносится ветром вглубь суши, образуя песчаные дюны, обычно развивается на береговой линии, где дуют достаточно сильные ветры. Это может быть основным стоком для бюджета наносов на береговой линии.

Береговой дрейф [ править ]

Диаграмма, демонстрирующая прибрежный дрейф
Основная статья: прибрежный дрейф

Прибрежный дрейф наносов важен для распределения наносов по побережью и считается одним из наиболее важных механизмов. [5] Прибрежный дрейф наносов можно рассматривать и как источник, и как сток, поскольку в некоторых случаях он может добавлять наносы к береговой линии, но в других случаях переносить осадки от береговой линии. Пример обеих крайностей прибрежного дрейфа можно найти на побережье Кентербери в Новой Зеландии, по обе стороны от полуострова Бэнкс. И река Ваймакарири на севере, и Кентерберийский залив на юге полуострова Бэнкс, соответственно, являются источником большого количества наносов. Разница в том, что отложения реки Ваймакарири являются источником прибрежной косы Нью-Брайтон. из-за обращения южных течений, переносящих наносы на юг. [12] В отличие от Кентерберийского залива имеет сочетание высокоэнергетической среды и сильных южных прибрежных течений, которые переносят большие количества наносов на север, которые можно классифицировать как сток, создавая дефицит осадочного бюджета побережья. [7] В результате происходит эрозия Кентерберийского залива и преимущественно сбалансированной косы Нью-Брайтон.

Были разработаны модели для измерения берегового дрейфа, которые могут помочь в определении баланса отложений, если они интегрированы в правильном временном масштабе. [5]

Бюджет наносов учитывает их источники и сток в системе . [16] Этот осадок может поступать из любого источника с примерами источников и стоков, состоящих из:

  • Реки
  • Лагуны
  • Источники эрозии земли
  • Искусственные источники, например, питание
  • Искусственные раковины, например, добыча / добыча
  • Морской транспорт
  • Отложение наносов на берегу

Затем этот осадок попадает в прибрежную систему и переносится прибрежным дрейфом. Хорошим примером того, как баланс наносов и прибрежный дрейф работают вместе в прибрежной системе, являются приливно-отливные отмели на входе , на которых накапливается песок, перенесенный дальним береговым транспортом. [16] [17] Помимо хранения песка, эти системы могут также переносить или пропускать песок в другие пляжные системы, поэтому приливно-отливные мелководные системы являются хорошими источниками и стоками для баланса наносов. [16] [17]

Перекрестное движение [ править ]

Скачки волн и токи могут существенно повлиять на баланс отложений, хотя их трудно измерить. В зависимости от многих факторов, таких как текстура песка и сама волна, перекос может быть либо эрозионным, либо нарастающим. Хотя в хорошую погоду влияние перекоса незначительно, во время штормов уровень моря может подниматься достаточно высоко, чтобы разрушить дюны и скалы, сбрасывая большие количества наносов в литоральную ячейку, которые могут быть доставлены обратно в дюны только эоловым транспортом. Там, где штормовой нагон вызывает отложение отложений на суше из литоральной ячейки, они могут образовывать смывные вееры или открывать новое приливное отверстие, которое переносит осадок от литоральной ячейки. [5]

Управление [ править ]

Прибрежное питание [ править ]

Когда прибрежная среда испытывает дефицит наносов, антропогенное питание наносами является одним из способов поддержания сбалансированного баланса отложений. Этот тип управления береговой эрозией принят во всем мире в целях сохранения и защиты. Примером этого является пляж Маунт Маунгани на Северном острове Новой Зеландии, который подвергся эрозии, в результате чего прибрежные дюны отступили почти на 20  метров. Когда начались продолжающиеся дноуглубительные работы у входа в гавань Тауранги, было решено, что удаленный осадок будет использован для повторного питания Mt. Пляж Мангануи. Осадки отложились в прибрежной зоне, способствуя наращиванию пляжей за счет установки прибрежной бермы. Результаты показывают, что большая часть 80 000  м3 осадка, добавленные в прибрежную зону, вышли на берег, чтобы восстановить питание пляжа и компенсировать дефицит наносов в прошлом. [18] Питание побережья можно рассматривать как вариант быстрого решения проблемы дефицита наносов; однако важно, чтобы питание продолжалось, чтобы баланс осадочных отложений оставался сбалансированным.

Береговая охрана [ править ]

При защите береговой линии важно понимать, как можно повлиять на баланс отложений при применении соответствующих методов защиты побережья. Часто планы управления береговой эрозией предусматривали использование «твердых» инженерных сооружений как средства защиты береговой линии от рецессии. В частности, гребни, которые используются для улавливания берегового выноса наносов, которые часто лишают пляж. Волосы имеют возможность изменять бюджет наносов на побережье, увеличивая количество дрейфующих пляжей, но в то же время сокращая дрейфующие пляжи от голода. [19] Этот подход к управлению не так часто используется в наши дни, поскольку современные знания о прибрежной динамике способствуют использованию «мягких» естественных подходов, таких как питание и сохранение природных систем, таких как дюны.

Прибрежное планирование [ править ]

Возможность включения бюджета наносов в план управления прибрежной зоной становится критически важной, особенно в современном мире, где большинство населения живет и владеет недвижимостью очень близко к побережью. Одним из важных компонентов, извлекаемых из баланса наносов, является способность прогнозировать морфологические изменения, которые могут произойти с береговой линией с течением времени, особенно при разработке планов, связанных с серьезными экологическими изменениями, такими как повышение уровня моря. Включение бюджета наносов в прибрежный план было признано очень важным в Хокс-Бей в Новой Зеландии для поиска информации, касающейся опасных зон, защиты собственности пляжа и береговой эрозии, а также для оценки успешности текущих стратегий управления. [20] Основным препятствием при использовании бюджета наносов для управления и, вероятно, основной проблемой, связанной с балансом наносов, является его сложность.

Ссылки [ править ]

  1. ↑ Komar, P, 1998, Пляжные процессы и седиментация , Прентис-Хилл, Верхняя Седл-Ривер, Нью-Джерси, № 2, стр. 66-72
  2. ^ a b c d Masselink, G & Hughes, M, 2003, Введение в прибрежные процессы и геоморфологию , Hodder Headline Group, Лондон, стр. 11–14
  3. ^ a b Вудрофф, C, 2003, Берега: форма, процесс и эволюция , Cambridge University Press, Великобритания
  4. ^ a b Сандерсон, П. Г.; Элиот, И. (1999). «Компартментализация прибрежных отложений вдоль юго-западного побережья Австралии». Морская геология . 162 : 145–164. Bibcode : 1999MGeol.162..145S . DOI : 10.1016 / S0025-3227 (99) 00046-8 .
  5. ^ a b c d e f Список, Джеффри Х. (2005) "Осадочный бюджет" в Шварце, Морисе Л. (ред.) Энциклопедия прибрежных наук (серия энциклопедии наук о Земле) Springer, Нидерланды, страницы 846-850 ISBN 978-1 -4020-1903-6 
  6. ^ Брайан, К., Кенч, П. и Харт, Д., 2008, «Многолетние прибрежные изменения в Новой Зеландии: свидетельства, механизмы и последствия», New Zealand Geographer, vol.64, pg. 117-128
  7. ^ а б Кирк Р. (1991). «Взаимодействие реки и пляжа на смешанных песчано-гравийных побережьях: геоморфическая модель для планирования водных ресурсов». Прикладная география . 11 (4): 267–287. DOI : 10.1016 / 0143-6228 (91) 90018-5 .
  8. ^ a b Кондольф, Г., 1997, «Голодная вода: воздействие плотин и добычи гравия на русла рек», Управление окружающей средой , том 21, № 4, стр. 533-551.
  9. ^ Sharff Эль, Дин (1977). «Влияние Асуанской плотины на разлив Нила и на устьевую и прибрежную циркуляцию вдоль средиземноморского побережья Египта» . Лимнология и океанография . 22 (2): 194–207. Bibcode : 1977LimOc..22..194S . DOI : 10,4319 / lo.1977.22.2.0194 .
  10. ^ а б Уоллинг, Д. (1999). «Связь землепользования, эрозии и выноса наносов в речных бассейнах». Hydrobiologia . 410 : 223–240. DOI : 10,1023 / A: 1003825813091 .
  11. ^ Ши, S; Комар, П (1994). «Осадки, морфология пляжа и эрозия морских утесов в прибрежной ячейке Орегона». Журнал прибрежных исследований . 10 (1): 144–157. JSTOR 4298199 . 
  12. ^ а б Харт Д., Марсден I, Фрэнсис М. 2008. Глава 20: Прибрежные системы. В: Уинтерборн, М., Нокс, Г. А. Марсден, И. Д., Берроуз, С. (ред.) Естественная история Кентербери (3-е изд.). Издательство Кентерберийского университета, 30 стр., Стр. 653-684
  13. ^ а б Тернер, Р. Юджин и др. «Осадки водно-болотных угодий от ураганов Катрина и Рита». Наука 314.5798 (2006): 449-452.
  14. Перейти ↑ Meade, R (1982). «Источники, стоки и хранение речных отложений в атлантическом дренаже Соединенных Штатов». Журнал геологии . 90 (3): 235–252. Bibcode : 1982JG ..... 90..235M . DOI : 10.1086 / 628677 .
  15. ^ Kathiresan, K (2003). «Как мангровые леса вызывают осаждение?» (PDF) . Международный журнал тропической биологии и охраны природы . 51 (2): 355–360. PMID 15162728 . Архивировано из оригинального (PDF) 20 июля 2011 года.  
  16. ^ a b c Брунн, П. (редактор) (2005). Портовые и прибрежные инженерные разработки в области науки и технологий . Южная Каролина: П. Брунн.CS1 maint: дополнительный текст: список авторов ( ссылка )[ требуется страница ]
  17. ^ а б Мишель, D; Хауа, HL (1997). «Морфодинамическое поведение приливной впускной системы в среде со смешанной энергией». Физика и химия Земли . 22 : 339–343. DOI : 10.1016 / S0079-1946 (97) 00155-9 .
  18. ^ Фостер, G; Хили, Т; Ланге, В. (1994). «Профили баланса отложений и равновесия пляжа, применяемые для восстановления прилегающего пляжа в дельте отлива, гора Маунгани, Новая Зеландия». Журнал прибрежных исследований . 10 (3): 564–575. JSTOR 4298253 . 
  19. ^ Флетчер, C; Mullane, R; Ричмонд, Б. (1997). «Потеря пляжа вдоль бронированных береговых линий на острове Оаху, Гавайские острова». Журнал прибрежных исследований . 13 (1): 209–215.
  20. ^ Комар, П., 2005, «Хокс-Бей, Новая Зеландия: изменение окружающей среды, эрозия береговой линии и вопросы управления», отчет для регионального совета Хокс-Бей.

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Бишоп П. и Коуэлл П., 1997. Литологические и дренажные сети, определяющие характер затопленных, заливных береговых линий. Журнал геологии, 105, 685-699.
  • Коуэлл, П.Дж., Стив, М.Дж., Ф. Недорода, А.В., де Вринд, Г.Дж., Свифт, Д.П., Камински, Г.М., и Капобианко, М., 2003a. Прибрежный тракт (часть 1): концептуальный подход к агрегированному моделированию прибрежных изменений низкого порядка. Журнал прибрежных исследований, 19, 812-827.
  • Коуэлл, PJ, Стив, MJF, Niedoroda, AW, Swift, DJP, de Vriend, HJ, Buijsman, MC, Nicholls, RJ, Roy, PS, Kaminsky, GM, Cleveringa, J., Reed, CW and de Boer, PL , 2003б. Прибрежный тракт (часть 2): Приложения агрегированного моделирования прибрежных изменений более низкого порядка. Журнал прибрежных исследований, 19, 828-848.
  • Дэвис, Дж. Л., 1974. Прибрежный осадочный отсек. Австралийские географические исследования, 12, 139–151.
  • Riedhammer, C .; Шварц-Шульц, Б. (2001). «Новая предложенная ЕС концепция оценки риска для отстойника». Журнал почв и отложений . 1 (2): 105. DOI : 10.1007 / BF02987715 .
  • Сандерсон П. Г. и Элиот И. 1999. Компартментализация прибрежных отложений вдоль юго-западного побережья Австралии. Морская геология 162, 145-164.
  • Кратко, AD 2010. Транспорт наносов вокруг Австралии - источники, механизмы, скорости и формы барьеров. Журнал прибрежных исследований, 26 (3) 395-402.