Что касается гражданского строительства береговой линии, мягкое проектирование - это практика управления береговой линией, которая использует устойчивые экологические принципы для восстановления стабилизации береговой линии и защиты прибрежных местообитаний. Soft Shoreline Engineering (SSE) использует стратегическое размещение органических материалов, таких как растительность, камни, песок, мусор и другие конструкционные материалы, для уменьшения эрозии, улучшения эстетики береговой линии, смягчения границы раздела суши и воды и снижения затрат на восстановление окружающей среды . [1]
Чтобы отличать Soft Shoreline Engineering от Hard Shoreline Engineering, Hard Shoreline Engineering стремится использовать стальные шпунтовые сваи или бетонные стены для предотвращения опасности и укрепления береговой линии. Как правило, Hard Shoreline Engineering используется в навигационных или промышленных целях. Напротив, Soft Shoreline Engineering делает упор на применении экологических принципов, а не на нарушении инженерной целостности береговой линии. [2]
Задний план
До середины 1990-х годов стандартная инженерная практика для большинства проектов управления прибрежными районами использовала традиционные жесткие инженерные методы. Строительство жестких береговых линий - это использование неорганических армирующих материалов, таких как бетон, сталь и пластик, для укрепления береговой линии, предотвращения эрозии и защиты городского развития от наводнений. Однако по мере того, как развитие береговой линии в прибрежных городах резко возросло, пагубные экологические факторы стали очевидными. Проектирование жестких береговых линий было разработано для обеспечения человеческого развития на побережье с упором на повышение эффективности в коммерческом, навигационном и промышленном секторах экономики. В 2003 году мировое население, живущее в пределах 120 миль (190 км) от океана, составляло 3 миллиарда и, как ожидается, удвоится к 2025 году. [3] Эти разработки были дорогостоящими: уничтожение биологических сообществ, изоляция прибрежных сред обитания, изменение естественный перенос наносов за счет воздействия волн и прибрежных течений. Во многих прибрежных регионах началась значительная деградация прибрежных территорий из-за человеческого развития: река Детройт потеряла до 97% прибрежных водно-болотных угодий. [1] Сингапур также задокументировал исчезновение большинства своих мангровых лесов, прибрежных рифов и илистых регионов в период между 1920 и 1990 годами из-за развития береговой линии. [3]
К концу 20-го века прибрежная инженерная практика претерпела постепенный переход к включению природной среды в рассмотрение при планировании. В отличие от жесткой инженерии, используемой с единственной целью улучшения судоходства, промышленного и коммерческого использования реки, мягкая инженерия использует многогранный подход, развивая береговые линии для получения множества преимуществ и включая рассмотрение среды обитания рыб и диких животных. [4] Инженерный корпус армии США, на который возложена ответственность за строительство и обслуживание проектов прибрежных строительных работ, санкционированных Федеральным правительством США, играет важную роль в разработке принципов прибрежного строительства, которые практикуются в США. Отчасти из-за деградации береговой линии. по всей территории Соединенных Штатов ядро с тех пор обновило свои методы управления прибрежными районами с повышенным вниманием к компьютерному моделированию, поддержке проектов и восстановлению окружающей среды. [5] Однако мягкая и жесткая инженерия не исключают друг друга, сочетание двух методов управления может использоваться для проектирования береговых берегов, особенно для водоемов с большим потоком. [2]
Принципы проектирования мягких береговых линий
- Имитируйте природу - имитация характеристик окружающей среды имеет решающее значение для успеха мягких инженерных разработок. Существующие черты ландшафта являются красноречивыми признаками действующих геоморфических сил. Попытка добавить растительность в бесплодную местность с сильными ветрами не принесет желаемых результатов. [6]
- Пологие склоны - пологие склоны чаще всего встречаются в естественной среде и являются наиболее устойчивыми под действием силы тяжести. Постепенно наклонные склоны вдоль берегов и береговой линии позволяют рассеивать волновую энергию на большее расстояние, уменьшая силу эрозии. [6]
- «Мягкая броня» - мягкая броня включает использование таких материалов, как живые растения, кустарники, корневые тампоны, бревна, растительные маты, кусты и т. Д. Эти живые материалы могут адаптироваться к изменениям в окружающей среде и помогают поддерживать регулярные прибрежные процессы за счет минимального нарушения естественной береговой линии. Мягкая броня также имеет первостепенное значение для улучшения среды обитания на береговой линии и улучшения качества воды. [7]
- Разнообразие материалов - разнообразие текстур и растительности улучшает эстетику, разнообразит природный ландшафт и максимизирует биоразнообразие. По возможности следует использовать местные растения и виды, находящиеся под угрозой исчезновения или находящиеся под угрозой исчезновения. [2] Использование местных обильных и легкодоступных природных ресурсов также значительно снижает затраты на разработку.
Методы
Посадка
Самая основная и фундаментальная форма проектирования мягкой береговой линии - добавление местной растительности к деградировавшим или поврежденным участкам береговой линии. для поддержания структурной целостности почвы. Глубокие корни растений связывают почву вместе, укрепляя структурную целостность почвы и предотвращая ее растрескивание и осыпание на водоем. Дополнительный слой растительности также защищает насыпи от агрессивных воздействий, таких как дождь и ветер. [7]
Прокатные продукты для борьбы с эрозией (RECP)
Рулонные продукты для борьбы с эрозией представляют собой одеяла или сетки, созданные как из натуральных, так и из синтетических материалов, которые используются для защиты поверхности земли от эрозионных сил и способствуют росту растительности. РЭЧП часто используются в местах, сильно подверженных эрозии, таких как крутые склоны, каналы и районы с редкой естественной растительностью. Этот продукт способствует росту растений, защищая почву от капель дождя, удерживая семена на месте и поддерживая параметры влажности и температуры в соответствии с ростом растений. Типичный состав РЭЧП включает семена, удобрения, разлагаемые колья и связующий материал. Хотя конструкция различается в зависимости от производителя, большинство РЭЧП являются биоразлагаемыми или фоторазлагаемыми и разлагаются по прошествии определенного времени. [8]
Койровые бревна
Кокосовые бревна для борьбы с эрозией представляют собой изделия из натурального волокна, предназначенные для стабилизации почвы за счет поддержки участков, подверженных эрозии, таких как берега рек, склоны, холмы и ручьи. Кокосовое волокно - это кокосовое волокно, извлекаемое из внешней оболочки кокосового ореха и используемое в таких продуктах, как веревки, циновки и сети. Как и RECP, кокосовые бревна являются натуральными и биоразлагаемыми, поскольку состоят в основном из плотно упакованных волокон кокосового волокна, удерживаемых вместе трубчатой сеткой из шпагата из кокосового волокна. Кокосовое волокно прочное, водостойкое, что делает его прочным барьером от волн и речных течений. Несколько секций кокосового бревна можно соединить шпагатом, чтобы обеспечить контроль и предотвращение эрозии уязвимых участков. [9] Кокосовые бревна также могут быть засажены растительностью и использоваться для создания корневой системы местных растений по краям заболоченных земель.
Живые ставки и фашины
Живые колья и фашины - это особые виды деревьев или кустарников, которые процветают в условиях влажной почвы и могут быть стратегически использованы для стабилизации берегов ручьев и береговой линии. Живые колья - это черенки лиственных пород с удаленными ветвями, которые при посадке во влажную почву позволят вырастить новые растения из стеблей срезанных ветвей. Их можно использовать отдельно, имплантировать в пилотные отверстия диаметром 2 дюйма (5 см) в почве или использовать в качестве устройства для защиты других материалов биоинженерии, таких как рулонные продукты для борьбы с эрозией и бревна из кокосового волокна. Fascines - подобные живые ветви, связанные вместе и уложенные горизонтально по контурам берега реки, чтобы препятствовать или предотвращать течение воды и сдерживать эрозию. [10]
Кисть Матрас
Щеточные матрасы, также известные как живые щеточные маты или щеточные маты, - это метод, используемый для создания немедленного защитного покрытия водотока. Матрасы со щеткой представляют собой плотные конструкции из живых кольев, фасцинов и обрезков веток, удерживаемых дополнительными кольями для защиты насыпи. Матрас со щеточкой предназначен для того, чтобы со временем пустить корни и улучшить условия для заселения местных растений. Помимо помощи в восстановлении прибрежных местообитаний, этот продукт улавливает отложения, стекающие вниз по течению, и обеспечивает ряд преимуществ для рыб и водных видов, обеспечивая физическую защиту от хищников, регулируя температуру воды и затеняя ручей.
Live Cribwalls
Стены живой кроватки - это конструкции, которые напоминают деревянную бревенчатую хижину, встроенную в русло реки и пронизанную натуральными материалами, такими как почва, спящие древесные опилки и камни. Стена живой кроватки способна укрепить берега ручья за счет комбинации прочной бревенчатой конструкции и корневой массы, которая прорастет из древесных опилок и укоренится глубоко в берегу, защищая ее от эрозии. Несмотря на то, что кровля довольно трудоемка, она может прослужить десятилетия и обеспечить отличную водную среду обитания под поверхностью водоема. Cribwalls обладают способностью предотвращать возникновение разделенного канала в потоке, но не должны использоваться в потоках с нисходящим потоком, поскольку основание структуры будет скомпрометировано. [11]
Инкапсулированные грунтовые подъемники
Инкапсулированные подъемы почвы - это метод, при котором почва «инкапсулируется» в биоразлагаемое одеяло и организована на склоне таким образом, чтобы создать желаемый уклон берега ручья. Слои почвы, или подъемники, используются для стабилизации берегов береговых линий с умеренным и высоким энергопотреблением. После постройки подъемники засаживаются семенами местных цветов, кустарников и трав. Помимо уменьшения эрозии почвы в водоеме, подъемники почвы защищают качество воды и окружающую прибрежную среду обитания. [12]
Овощная каменная ракушка
Растительная каменная наброска - это метод строительства мягкой береговой линии, который является альтернативой обычной каменной наброске для защиты от эрозии. Обычная каменная наброска - это форма каменной брони, щебня или бетона, используемая для защиты береговых сооружений от сил эрозии. Растительная каменная наброска - более экономически эффективная форма защиты береговой линии, которая улучшает среду обитания рыб и диких животных, а также смягчает внешний вид и улучшает эстетику набережной. Растительная каменная наброска включала в себя естественную растительность вместе со скалами для создания живых черенков на берегу. Этот метод улучшает естественную среду обитания водных видов наряду с защитой берегов и перенаправлением водных потоков. [13]
Сумки с гео
Гео-мешки или мешки / трубки для контроля эрозии действуют как фильтры для удаления отложений, защищая от эрозии береговой линии, улавливая частицы ила и песка и не позволяя им покидать прибрежную зону. Мешки спроектированы таким образом, чтобы естественный поток воды беспрепятственно входил и выходил, ограничивая разрушение береговой линии. Эти гео-сумки или трубы предназначены для естественного внешнего вида в прибрежной среде, в отличие от бетонных альтернатив, и созданы, чтобы выдерживать нагрузку на открытом воздухе. Материал мешка Geo обычно состоит из геотекстильной ткани и может быть разработан для различных спецификаций. [14]
Лучшие практики управления
Чтобы применить принципы мягкой инженерии на практике, береговые линии должны быть перестроены для достижения нескольких целей. Например, проектирование мягких береговых линий позволяет снизить затраты, стабилизировать берега, повысить эстетическую ценность, защитить прибрежные среды обитания, расширить доступ общественности и поддержать разнообразие диких животных. [2] Для достижения нескольких целей по развитию и проектированию береговой линии необходимо сформировать многопрофильную команду, которая объединит экологические, социальные и экономические принципы.
Первым шагом в реализации мягкой инженерии является предварительная оценка объекта и определение ее применимости и практичности. Типичная оценка включает определение протяженности проектной территории, оценку существующих видов использования, документирование удобств и характеристик, таких как места обитания, виды, общественный доступ, развитие, а также рассмотрение воздействия желаемого использования в будущем. [2] Если команда решает, что сайт подходит для реализации мягкой инженерии, разрабатывается сложный процесс для достижения заранее определенных целей разработки и завершается поставленными задачами. Затем должны быть созданы стандарты и цели для измерения развития и прогресса проекта. Междисциплинарные партнерства должны быть установлены на ранней стадии процесса, чтобы гарантировать включение экологических, социальных и экономических ценностей, а также поставленных целей для измерения прогресса. Устанавливаются приоритеты и альтернативы, команда работает вместе, чтобы выбрать лучшие методы управления для достижения максимальной эффективности. После определения и внедрения передовых методов управления успех проекта зависит от достижения целей и эффективных усилий по сохранению и сохранению. [2]
Примеры из практики
Инициатива Большого Детройта по реке Наследие Америки
В 1998 году президент Соединенных Штатов Америки создал Инициативу по рекам «Американское наследие», чтобы восстановить и оживить реки и прибрежные районы с помощью недавно представленных методов мягкой инженерии. [4] В отчете Шнайдера сообщается, что 47,2% реки Детройт в США и Канаде было укреплено бетоном или сталью в соответствии с традиционными практиками жесткого инженерного управления. В 1999 году конференция SSE в США и Канаде разработала передовые методы управления использованием SSE, которые были реализованы среди 38 проектов SSE, реализованных в бассейне реки Детройт в западной части водораздела озера Эри. На эти проекты было потрачено в общей сложности 17,3 миллиона долларов, которые были направлены на улучшение прибрежной и водной среды обитания, восстановление естественной береговой линии и очистку ливневых вод. Исследование показало, что экономические выгоды для восстановления окружающей среды огромны и предоставляют убедительные доказательства для дальнейших исследований и инвестиций в процессы восстановления береговой линии. Исследователи также обнаружили, что SSE не только улучшила естественную среду обитания, но и с социальной точки зрения, усилия помогли восстановить связь людей с природой, укрепив чувство человеческой привязанности к успеху и здоровью этих прибрежных территорий. [1]
Сингапур
Начиная с британского колониального образования в 1819 году, береговая линия Сингапура претерпела обширную историю упадка из-за изменений и мелиорации земель. Хилтон и Мэннинг обнаружили, что с 1922 по 1993 годы площадь мангровых зарослей, коралловых рифов и приливных отмелей резко сократилась, фактическая доля естественной береговой линии снизилась с 96 до 40%. [3] Для борьбы с этим пагубным антропогенным воздействием правительство Сингапура в 2008 г. разработало Генеральный план, который включал модификацию береговой линии в соответствии с экологическими принципами мягкой инженерии. Исследование, посвященное успеху экологической инженерии в Сингапуре, показало, что наиболее эффективным способом внедрения экологических принципов в проектирование и сохранение береговой линии является реализация подхода «сверху вниз», который координирует и обучает множество агентств, участвующих в управлении прибрежными районами. Утрата Сингапуром естественной береговой линии - лишь один пример неизбежного ущерба, наносимого интенсивным человеческим развитием, а методы мягкой инженерии обеспечивают эффективный способ уравновесить сохранение и восстановление береговой линии с развитием городов, которое, несомненно, будет продолжаться. [3]
Рекомендации
- ^ а б в Хартиг, JH; Зарулл, Массачусетс; Кук, А. (2011). «Инженерные изыскания мягкой береговой линии на экологическую эффективность». Экологическая инженерия . 37 (8): 1231–1238. DOI : 10.1016 / j.ecoleng.2011.02.006 .
- ^ a b c d e f Колк, А. Д., Гэннон, Дж. Э., Шоу, Дж. Р., Хартиг, Дж. Х. «Лучшие методы управления для мягкой инженерии береговых линий». Инициатива Большого Детройта по реке Наследие Америки, Детройт, Мичиган, США. 2000 г.
- ^ а б в г Лай, Саманта; Локи, Линетт Х.Л .; Хилтон, Майкл Дж .; Bouma, Tjeerd J .; Тодд, Питер А. (2015). «Влияние урбанизации на прибрежные среды обитания и потенциал экологической инженерии: пример из Сингапура». Управление океаном и прибрежными районами . 103 : 78–85. DOI : 10.1016 / j.ocecoaman.2014.11.006 .
- ^ а б Хартиг, Джон Х .; Керр, Джон К .; Заводчик, Марк (2001). «Содействие мягкому проектированию вдоль береговой линии реки Детройт» . Земля и вода - журнал по управлению и восстановлению природных ресурсов . Форт Дадж, штат Айова. 45 (6): 24–27.
- ^ Инженерный корпус армии США (1 августа 2008 г.). «Руководство по прибрежной инженерии». EM 1110-2-1100. Цитировать журнал требует
|journal=
( помощь ) - ^ а б «Принципы и цели стабилизации мягкой береговой линии | прибрежные процессы, опасности и общество» . www.e-education.psu.edu . Проверено 28 февраля 2019 .
- ^ а б «Методы стабилизации береговой линии - Департамент охраны окружающей среды штата Нью-Йорк» . www.dec.ny.gov . Проверено 28 февраля 2019 .
- ^ Район городской канализации и борьбы с наводнениями (ноябрь 2010 г.). «Руководство по критериям городского ливневого дренажа». 3 . Цитировать журнал требует
|journal=
( помощь ) - ^ «Кокосовые бревна | Контроль естественной эрозии для стабилизации почвы» . www.erosioncontrol-products.com . Проверено 28 февраля 2019 .
- ^ "Live Stakes & Fascines - питомник коренных растений Кардно" . www.cardnonativeplantnursery.com . Проверено 28 февраля 2019 .
- ^ Департамент природных ресурсов штата Огайо. «Live Cribwalls» (PDF) . Руководство по управлению потоками Огайо . Путеводитель № 17: 57–59.
- ^ «Герметизированные грунтовые подъемники - благоприятный для озер вариант восстановления размывающих берегов на внутренних озерах» . Расширение МГУ . Проверено 28 февраля 2019 .
- ^ «Растительная каменная наброска, применение растительной каменной наброски ~ инновационные методы» . www.terraerosion.com . Проверено 28 февраля 2019 .
- ^ «Мешки для защиты от эрозии для защиты берегов» . www.erosioncontrol-products.com . Проверено 28 февраля 2019 .
Смотрите также
- Тяжелая инженерия
- Экологическая инженерия
- Контроль эрозии