Budżet osadowy
Budżety sedymentacyjne to narzędzie zarządzania wybrzeżem wykorzystywane do analizowania i opisywania różnych wkładów osadów (źródeł) i odpływów (pochłaniaczy) osadów na wybrzeżach, co służy do przewidywania zmian morfologicznych w dowolnej konkretnej linii brzegowej w czasie. W środowisku przybrzeżnym tempo zmian osadów zależy od ilości osadów wprowadzanych do systemu w stosunku do ilości osadów opuszczających system. Te wejścia i wyjścia osadów odpowiadają następnie całkowitej równowadze systemu i często odzwierciedlają ilości erozji lub akrecji wpływające na morfologię wybrzeża.
Aby ocenić budżet sedymentacyjny, wybrzeże należy podzielić na dwie odrębne morfologie, powszechnie znane jako komórki i przedziały przybrzeżne. Przedziały osadowe można zwykle zdefiniować jako dwie skaliste bariery, które wyznaczają końce plaży i mają stały budżet osadów, chociaż zwykle do pewnego stopnia są nieszczelne. Komórki przybrzeżne mogą być wolne lub stałe i mogą zajmować hierarchię łusek, od pojedynczych komórek rip po całe plaże. [ potrzebna strona ]
Istnieją różne rodzaje naturalnych źródeł i pochłaniaczy w systemie przybrzeżnym. Źródła osadów mogą obejmować transport rzeczny, erozję klifów morskich i dryfowanie wzdłuż wybrzeża na dany obszar. Pochłaniacze osadów mogą obejmować dryfowanie osadów wzdłuż brzegu z dala od obszaru i osadzanie się osadów w ujściu rzeki .
Działania antropogeniczne mogą również wpływać na budżety osadów; w szczególności spiętrzenie rzeki, aw strumieniu wydobywanie żwiru z koryta rzeki może ograniczyć źródło osadów do wybrzeża. Natomiast odżywianie plaży może zwiększyć źródło osadów.
W 1966 roku Bowen i Inman zdefiniowali komórkę przybrzeżną i oddzielili wejścia osadów, akrecję przez dryf wzdłuż brzegu i wyjścia.
Budżety sedymentacyjne są wykorzystywane do pomocy w zarządzaniu erozją plaży, próbując pokazać obecny ruch osadów i prognozować przyszły ruch osadów.
Mechanizmy sprzężenia zwrotnego
Aby zrozumieć budżet sedymentacyjny środowiska przybrzeżnego, ważne jest, aby znać różne rodzaje sprzężeń zwrotnych, które mogą określić, czy istnieje stabilność. Kiedy środowisko plaży jest pod wpływem energii wiatru, fal i pływów, odpowiada dodatnim lub ujemnym sprzężeniem zwrotnym, które określa, czy system jest zrównoważony i w równowadze .
Negatywne sprzężenie zwrotne jest mechanizmem stabilizującym działającym w celu przeciwstawienia się zmianom morfologii wybrzeża i ustanowienia równowagi. Środowisko przybrzeżne w równowadze jest w stanie rozpraszać lub odbijać napływającą energię bez występowania wkładu lub wyjścia osadów i zmiany morfologii. Na przykład; kiedy plaża w równowadze ulega erozji podczas sztormu, tworzy przybrzeżny bar, który z kolei zmusza fale do przełamania się nad nim. W ten sposób fale tracą dużo energii i rozpraszają się przed dotarciem do linii brzegowej, znacznie zmniejszając dalszą erozję. Kiedy burza ucichnie, bar zostaje przeniesiony z powrotem na plażę.
Natomiast dodatnie sprzężenie zwrotne wypycha system przybrzeżny z równowagi, modyfikując jego morfologię, aż do osiągnięcia progu, po którym następuje inny typ reakcji. Na przykład; gdyby sztorm naruszył przedednię plaży , która nie jest w równowadze, powstałby wrażliwy obszar, który z kolei stałby się podatny na powstawanie wybuchu z powodu wiatru wykorzystującego brak roślinności. [ potrzebna strona ]
Kompartmenty sedymentacyjne i komórki przybrzeżne
Podział brzegu ma miejsce tam, gdzie występują duże przeszkody lub obiekty, zwłaszcza przylądki na głęboko zatopionych wybrzeżach. Plaże, które są najbardziej zamknięte, są powszechnie znane jako plaże kieszonkowe. Na tego typu plażach objętość piasku pozostaje stała i są to zamknięte przedziały. Komórki przybrzeżne można zdefiniować jako osad w obrębie wybrzeża, który podlega cyrkulacji, np. prądom rozrywającym. Komórki przybrzeżne zwykle rozwijają się na wybrzeżach, którym nie przeszkadzają przylądki i gdzie mogą rozwijać się prądy przybrzeżne.
Identyfikacja komórek przybrzeżnych ma kluczowe znaczenie dla określenia budżetu osadów piaszczystych wybrzeży. Uważa się , że w południowo-zachodniej Australii Zachodniej duże przedgórza i skaliste przylądki stanowią granice komórek przybrzeżnych. Granice komórek litoralu zostały określone za pomocą badań śladowych ruchu osadów, obserwacji geomorfologicznych i opisu sedymentologicznego, pozyskiwania ciężkich minerałów oraz analizy przestrzennego rozkładu strumienia fal wzdłuż brzegu.
Komórki przybrzeżne są zwykle obszarami, na których zmiany objętości osadów bezpośrednio wpływają na zmiany w linii brzegowej, a w idealnym przypadku są one zdefiniowane w taki sposób, aby zminimalizować wymianę osadów przybrzeżnych z innymi komórkami przybrzeżnymi, na przykład plażą kieszonkową otoczoną skalistymi przylądkami (które przypuszczalnie wykluczyć osady). Podkomórki są zwykle definiowane w celu lepszego pomiaru budżetu osadów wybrzeża przy różnych szybkościach akrecji i erozji. Granicą komórki litoralu od strony lądu jest zwykle podnóże wydmy lub urwiska, jednak granicę od strony morza trudno jest zdefiniować jako mechanizmy transportu osadów tutaj są słabo rozumiane. Istnieją trzy rodzaje granic między komórkami przybrzeżnymi: wzdłuż wybrzeża, w kierunku lądu i morza; przez które osad może dostać się do komórki litoralu lub opuścić ją w wyniku różnych procesów. Ważne jest, aby określić, które procesy zachodzą w konkretnej komórce litoralu, a także zidentyfikować źródła i pochłaniacze osadów, ponieważ mierząc osady uzyskiwane lub tracone przez te źródła i pochłaniacze, można określić budżet osadów.
Źródła
Rzeki
Rzeki są głównymi punktowymi źródłami wkładu osadów do przybrzeżnego budżetu sedymentacyjnego, dotyczy to szczególnie wybrzeży o stromym nachyleniu, gdzie rzeki bezpośrednio zrzucają osady na wybrzeże. Wybrzeża o niskim nachyleniu mogą tracić osady rzeczne do ujść rzek. Dostarczanie osadów do linii brzegowej może być bardzo przerywane, najczęściej podczas powodzi, przy czym wzrost przepływu zwykle powoduje wzrost ilości osadów dostarczanych na wybrzeże. Niektóre rzeki są określane jako „duże”, ponieważ wytwarzają duże ilości osadów, którymi zasilają środowisko przybrzeżne. Na przykład rzeka Waimakariri na wybrzeżu Canterbury , Nowa Zelandia produkuje 77% osadów dostarczanych do wybrzeża Zatoki Pegaza . Nie zawsze tak jest w przypadku niektórych rzek określanych jako „małe”, ponieważ mają one trudności z dostarczeniem wystarczającej ilości osadów, aby zapobiec erozji ich linii brzegowych, na przykład rzeka Rakaia na południe od półwyspu Banks w Canterbury w Nowej Zelandii.
Budowa zapór rzecznych w celu ochrony przeciwpowodziowej i energii wodnej ogranicza dostawy osadów do wielu linii brzegowych z powodu uwięzienia osadów oraz zmniejszenia szczytów i intensywności powodzi. W miejscach takich jak południowa Kalifornia w Stanach Zjednoczonych, w szczególności na rzece San Luis Rey , budowane są tamy w celu kontrolowania zalania nieruchomości wzdłuż rzeki. Jak na ironię, w ten sposób przyczynia się to do niszczenia właściwości przybrzeżnych z powodu braku osadów wytwarzanych w celu ochrony plaż. Innym przykładem jest Tama Asuańska zbudowana na Nilu , Egipt w 1964 r. Przed budową tamy Asuan Nil dostarczał rocznie do Morza Śródziemnego 60-180 mln ton osadów i wody. Podaż osadów jest obecnie prawie zerowa, co spowodowało znaczną nierównowagę w budżecie osadów przybrzeżnych, powodując poważną erozję i przemieszczanie osadów wzdłuż wybrzeża.
Skutki uwięzienia osadów przez tamy mogą się nasilić w połączeniu z innymi działaniami, takimi jak wydobycie żwiru w strumieniu. Wydobywanie żwiru z koryta rzeki tworzy doły w profilu kanału, które mogą uwięzić większość osadów wpływających z koryta rzeki , uniemożliwiając lub spowalniając ich dotarcie do linii brzegowej. Wydobycie może również zmniejszyć ilość ogólnego osadu dostępnego do transportu, zwłaszcza gdy występuje on poniżej zapór. Na przykład; około 300 000 m3 żwiru wydobywa się każdego roku z rzeki San Luis Rey w Południowej Kalifornii, co stanowi prawie 50 razy więcej niż wydajność osadów rumowiska po wybudowaniu tamy. W ten sposób usuwanie większej ilości osadów rumowiskowych dodatkowo zmniejsza wydajność osadów dostępnych dla wybrzeża.
Usuwanie naturalnej roślinności w celu uprawy i użytkowania gruntów może zwiększyć erozję gleby, powodując wzrost ilości osadów transportowanych rzekami na wybrzeże. Na przykład; w Westland w Nowej Zelandii miało to skumulowany efekt, w wyniku którego wycinka drzew zwiększyła wydajność osadów rzecznych nawet ośmiokrotnie.
Erozja klifów morskich
Erozja klifów morskich jest dużym źródłem osadów dla wielu przybrzeżnych budżetów sedymentacyjnych, inicjowanych przez wiele różnych procesów, w tym atak fal, opady deszczu i przesiąkanie wód gruntowych. Na erozję klifów może wpływać podnoszący się poziom mórz i jest ona potęgowana przez sztormowe . Przykładem erozji klifów jest erozja dużych plejstoceńskich wachlarzy aluwialnych , które rozciągają się na całej długości Zatoki Canterbury , położonej na północ od rzeki Waitaki w Nowej Zelandii. Erozja tych klifów, spowodowana środowiskiem fal o wysokiej energii, stanowi 70% całkowitego materiału dostarczanego na te plaże.
Burze
Burze, choć rzadziej obserwowane niż transport rzeczny i erozja klifów morskich, mogą stanowić duży procent przybrzeżnych budżetów sedymentacyjnych. Po huraganie Katrina i huraganie Rita w 2005 r. wzdłuż wybrzeża Luizjany i wschodniego wybrzeża Zatoki Meksykańskiej osadziło się ponad 131 x 10 6 ton osadów. Badanie mokradeł przybrzeżnych zachodniej Luizjany wykazało, że huragany wydają się być „przytłaczającą ścieżką”, przez którą osady osadzają się w tym miejscu, odpowiadając za ilości osadów znacznie większe niż ilości osadzonych przez lokalne systemy rzeczne. Opierając się na rocznych szacunkach wielkości osadzania się osadów, stwierdzono, że huragany osadzają setki razy więcej osadów w tych przybrzeżnych regionach podmokłych niż sztuczne zmiany rzek mające na celu przekierowanie transportowanych rzeką osadów do głodujących systemów mokradeł. W przypadku mokradeł słonych bagien, zwłaszcza przybrzeżnych Luizjany, nagromadzenie osadów z huraganów jest „wystarczające”, aby pokryć cały nieorganiczny budżet osadowy.
Umywalki
ujścia rzek
Estuaria są przykładem pochłaniacza przybrzeżnego, ponieważ mają tendencję do zatrzymywania osadów, które mogą być spowodowane cyrkulacjami pływowymi i mieszaniem wody słodkiej i słonej, wstrzykiwaniem osadów rzecznych i obecnością namorzynów . Podczas przypływu i przypływu woda i osady są pompowane do ujścia rzeki. Ponieważ cząsteczki słonej wody i osadów są cięższe niż woda słodka, mają tendencję do przenoszenia się na dno, dopóki osad nie opadnie na dno i nie zostanie uwięziony w ujściu rzeki. Ruch piasków i materiału przybrzeżnego do ujścia zasadniczo zależy od kierunku dryfu dokerów i ruchu wód dennych w poprzek szelfu kontynentalnego . Ujścia rzek często mogą uwięzić wiele gruboziarnistych osadów nośnych, które spływają rzekami, przechwytując je, zanim dotrą do wybrzeża. Na Wyspie Północnej Nowej Zelandii osady często zapadają się w ujściach rzek, co wzmacnia obecność namorzynów. Lasy namorzynowe są głodne osadów i zatrzymują wiele zawieszonych osadów dzięki złożonej korzeni powietrznych , dzięki czemu działają jako budowniczowie gruntów.
Transport eolski
Piasek, który jest przenoszony przez wiatr w głąb lądu, tworząc wydmy, zwykle rozwija się na liniach brzegowych, gdzie wieją odpowiednio silne wiatry. Może to być głównym pochłaniaczem dla budżetu osadów linii brzegowej.
Dryf wzdłuż brzegu
Dryf osadów wzdłuż wybrzeża jest ważny dla dystrybucji osadów wzdłuż wybrzeża i jest uważany za jeden z najważniejszych mechanizmów. Dryf osadów wzdłuż brzegu można uznać zarówno za źródło, jak i pochłaniacz, ponieważ w niektórych przypadkach może on dodawać osady do linii brzegowej, ale w innych przenosi osady z dala od linii brzegowej. Przykład obu skrajności dryfu wzdłuż brzegu można znaleźć na wybrzeżu Canterbury w Nowej Zelandii, po obu stronach Półwyspu Banks. Zarówno rzeka Waimakariri na północy, jak i Zatoka Canterbury na południu Półwyspu Banks dostarczają odpowiednio dużych ilości osadów. Różnica polega na tym, że osad dostarczany przez rzekę Waimakariri jest źródłem dla wybrzeża Mierzeja New Brighton z powodu odwrócenia prądów południowych przenoszących osady na południe. W przeciwieństwie do tego Canterbury Bight ma kombinację środowisk o wysokiej energii i silnych południowych prądów przybrzeżnych, które przenoszą duże ilości osadów na północ, co można sklasyfikować jako pochłaniacz, powodując deficyt w budżecie sedymentacyjnym wybrzeży. W rezultacie dochodzi do erozji Canterbury Bight i przeważnie zrównoważonej Mierzei New Brighton.
Opracowano modele do pomiaru dryfu przybrzeżnego, które mogą pomóc w określeniu budżetu sedymentacyjnego, jeśli zostaną zintegrowane w odpowiedniej skali czasowej.
Budżet osadów uwzględnia źródła osadów i pochłaniacze w systemie . Ten osad może pochodzić z dowolnego źródła, z przykładami źródeł i pochłaniaczy składających się z:
- Rzeki
- Laguny
- Erodujące źródła lądowe
- Sztuczne źródła np. pożywienie
- Sztuczne zlewozmywaki, np. wydobycie/wydobycie
- Transport morski
- Osadzanie się osadów na brzegu
Osad ten przedostaje się następnie do systemu przybrzeżnego i jest transportowany przez dryf przybrzeżny. Dobrym przykładem współdziałania budżetu osadów i dryfu przybrzeżnego w systemie przybrzeżnym są odpływowo -pływowe na wlocie, w których gromadzi się piasek przetransportowany transportem dalekobrzeżnym. Oprócz magazynowania piasku systemy te mogą również przenosić lub przepuszczać piasek do innych systemów plażowych, dlatego ławic przypływowo-pływowych na wlocie stanowią dobre źródła i pochłaniacze dla budżetu osadów.
Ruch nadbrzeżny
Falowanie i prądy mogą znacząco wpływać na budżet osadów, chociaż trudno to zmierzyć. Swash może być procesem erozyjnym lub akrecyjnym, w zależności od wielu czynników, takich jak tekstura piasku i sama pojedyncza fala. Chociaż przy ładnej pogodzie wpływ swash jest znikomy, podczas sztormów poziom morza może podnieść się na tyle wysoko, aby spowodować erozję wydm i klifów, zrzucając duże ilości osadów do komórek przybrzeżnych, które mogą zostać zwrócone do wydmy tylko przez eol transport. Tam, gdzie fala sztormowa powoduje osadzanie się osadów na lądzie z komórki litoralu, mogą one tworzyć wentylatory zmywające lub otwierać nowy wlot pływów, który transportuje osady z komórki litoralu.
Kierownictwo
Odżywianie przybrzeżne
Gdy w środowisku przybrzeżnym występuje deficyt osadów, antropogeniczne odżywianie osadów jest jednym ze sposobów utrzymania zrównoważonego budżetu sedymentacyjnego. Ten rodzaj erozją przybrzeżną został przyjęty na całym świecie w celu zachowania i ochrony. Przykładem tego jest Mount Maunganui na Wyspie Północnej Nowej Zelandii, która przechodziła erozję, w wyniku czego wydmy przybrzeżne cofnęły się o prawie 20 M. Gdy rozpoczęto prace pogłębiarskie przy wejściu do portu Tauranga, zdecydowano, że usunięty osad zostanie wykorzystany do ponownego nawilżenia plaży na górze Manganui. Osady osadzały się w strefie przybrzeżnej, sprzyjając narastaniu plaży przez umieszczanie nasypów na morzu. Wyniki pokazują, że większość z 80 000 m 3 osadów dodanych do strefy przybrzeżnej dotarła na brzeg w celu ponownego odżywienia plaży i wyrównania wcześniejszego deficytu osadów. Odżywianie wybrzeża można uznać za szybki sposób na odwrócenie deficytu osadów; jednak ważne jest, aby odżywianie było w toku, aby zapewnić równowagę budżetu sedymentacyjnego.
Ochrona wybrzeża
Podczas ochrony linii brzegowej ważne jest zrozumienie, w jaki sposób wdrożenie odpowiednich technik ochrony wybrzeża może wpłynąć na budżet sedymentacyjny. W planach zarządzania erozją wybrzeży często wykorzystuje się „twarde” konstrukcje inżynieryjne jako sposób ochrony linii brzegowej przed recesją. W szczególności ostrogi które są używane do wychwytywania osadów dryfujących wzdłuż wybrzeża, które często pozbawiają plażę. Groyny mają zdolność zmiany budżetu osadów wybrzeża, zwiększając liczbę dryfujących plaż, ale jednocześnie głodując na dryfujących plażach. To podejście do zarządzania nie jest obecnie tak często stosowane, a współczesna wiedza o dynamice wybrzeża promuje stosowanie „miękkich”, naturalnych podejść, takich jak odżywianie i ochrona systemów naturalnych, takich jak wydmy.
Planowanie wybrzeża
Możliwość włączenia budżetu sedymentacyjnego do planu zarządzania wybrzeżem staje się krytyczna, zwłaszcza w dzisiejszym świecie, gdzie większość populacji mieszka i posiada nieruchomości bardzo blisko wybrzeża. Jednym z podstawowych elementów czerpanych z budżetu osadów jest możliwość przewidywania zmian morfologicznych, które mogą wystąpić w linii brzegowej w czasie, zwłaszcza podczas tworzenia planów związanych z poważnymi zmianami środowiskowymi, takimi jak wzrost poziomu mórz. Włączenie budżetu osadów do planu wybrzeża zostało uznane za bardzo ważne w Zatoce Hawke'a w Nowej Zelandii w celu znalezienia informacji dotyczących zagrożenia , ochrony własności plaży i erozji wybrzeża, a także oceny skuteczności obecnych strategii zarządzania. Główną przeszkodą w korzystaniu z budżetu osadów do zarządzania i prawdopodobnie najważniejszą kwestią dotyczącą budżetu osadów jest jego złożoność.
Dalsza lektura
- Bishop, P. i Cowell, P., 1997. Litologiczne i sieciowe determinanty charakteru zatopionych, zatopionych linii brzegowych. Journal of Geology, 105, 685-699.
- Cowell, PJ, Stive, MJ F., Niedoroda, AW, de Vriend, HJ, Swift, DJP, Kaminsky, GM i Capobianco, M., 2003a. Trakt przybrzeżny (część 1): Konceptualne podejście do zagregowanego modelowania zmian przybrzeżnych niskiego rzędu. Journal of Coastal Research, 19, 812-827.
- Cowell, PJ, Stive, MJF, Niedoroda, AW, Swift, DJP, de Vriend, HJ, Buijsman, MC, Nicholls, RJ, Roy, PS, Kaminsky, GM, Cleveringa, J., Reed, CW and de Boer, PL , 2003b. Trakt przybrzeżny (część 2): Zastosowania zagregowanego modelowania zmian przybrzeżnych niższego rzędu. Journal of Coastal Research, 19, 828-848.
- Davies, JL, 1974. Komora osadów przybrzeżnych. Australijskie studia geograficzne, 12, 139-151.
- Riedhammer, C.; Schwarz-Schulz, B. (2001). „Nowo zaproponowana unijna koncepcja oceny ryzyka dla przedziału osadów”. Dziennik gleb i osadów . 1 (2): 105. doi : 10.1007/BF02987715 .
- Sanderson, PG i Eliot, I. 1999. Kompartmentalizacja osadów na plaży wzdłuż południowo-zachodniego wybrzeża Australii. Geologia morska 162, 145-164.
- Short, AD 2010. Transport osadów w Australii – źródła, mechanizmy, stawki i formy barierowe. Journal of Coastal Research, 26(3) 395-402.