Прибрежные города имеют скрытую уязвимость к приливным и приливным наводнениям, полностью вызванным людьми.

Несколько столетий назад устья рек по всему миру кишели птицами и бурлили косяками рыб, их болота и бесконечные участки каналов сливались с серо-голубым горизонтом.

Перенесемся в сегодняшний день, и в таких устьях, как Нью-Йоркская гавань, Сан-Франциско Бэй и Майами, залив Бискейн – районы, где реки впадают в море – от 80% до 90% этой среды обитания застроено.

Результатом стало экологический коллапс эстуарных местообитаний и потеря буферных зон это помогло защитить города от штормовых нагонов и повышения уровня моря.Но ущерб – это не только то, что видно на суше.

Ниже поверхности многих из оставшихся водных путей происходит другая форма урбанизации, которая постепенно увеличивает уязвимость береговых линий к сильным штормам и повышению уровня моря:Осуществлены масштабные дноуглубительные и инженерные проекты. более чем в два раза увеличили глубину каналов доставки с 19 века.

Некоторые из этих океанских магистралей включить огромные контейнеровозы, с осадкой 50 футов ниже ватерлинии и длиной почти четверть мили, чтобы скользить по ранее мелководным участкам.Примером может служить залив Ньюарк Бэй в Нью-Джерси, площадь которого составляла всего лишь Глубина 10 футов (3 метра) в 1840-х годах. но сегодня его глубина составляет 50 футов (15 метров).

Последствием углубления глубоких каналов является то, что вода также легче входит и выходит из эстуариев с каждым приливом или штормом.В этих углубленных каналах естественное сопротивление течению создаваемое неровным и неглубоким дном канала, уменьшается.При меньшем трении это может привести к более сильные приливы и штормовые нагоны.

Как береговые инженеры и океанографы, мы изучать физику прибрежного океана и штормовой нагон.Есть решения проблем, которые вызывает «урбанизация устья», если люди готовы пойти на некоторые компромиссы.

Непреднамеренный побочный эффект выемки грунта

Эффекты дноуглубительных работ наиболее заметны в ежедневных приливах, которые вырос за последнее столетие во многих устьях рек и усугубляют наводнения во многих городах, как показывают наши исследования.

Диапазон приливов – среднее изменение между приливом и отливом – имеет удвоился в нескольких эстуариях и значительно изменился в других..В результате уровень приливов часто повышается быстрее, чем уровень моря, что ухудшает его последствия.

Наиболее распространенной причиной этих более крупных приливов является урбанизация устьев рек.

Например, в Майами, где диапазон приливов увеличился почти вдвое, Основной вклад вносят строительство и дноуглубительные работы. входного канала в гавань глубиной почти 50 футов (15 метров) и шириной 500 футов (150 метров), начиная с начала 20 века.

Сегодня в некоторых районах Нью-Йорка на юге Квинса происходит 15 небольших приливных наводнений в год.Компьютерное моделирование показывает, что эти наводнения примерно в равной степени вызваны повышение уровня моря и изменения ландшафта, в том числе дноуглубительные работы и рекультивация заболоченных территорий проекты, которые заполняют водно-болотные угодья для строительства промышленных объектов, аэропортов и кварталов.

Фактические данные и компьютерное моделирование показывают, что любой ураганный штормовой нагон, затрагивающий части Нью-Йорка, Джексонвилл, Уилмингтон, Филадельфия, Юго-восточная Флорида и Юго-западная Луизиана, среди других мест, вероятно, приведет к повышению уровня воды из-за урбанизации устья, что потенциально может нанести больший ущерб незащищенным регионам.

Эти затраты остались практически незамеченными, поскольку изменения происходили постепенно в течение последних 150 лет.Но по мере того, как повышение уровня моря и усиленные штормы увеличивают частоту и силу наводнений, проблема становится все более заметной.

Решение проблемы наводнения

В ответ на повышение уровня моря другая форма урбанизации устья привлекает новое внимание как возможное решение.

Закрытые барьеры от штормовых нагонов или приливные ворота строятся в эстуариях или их заливах, чтобы их можно было закрыть во время штормовых нагонов.Некоторые примеры включают в себя барьеры для Нового Орлеана; Лондон; Венеция, Италия;и Нидерланды.Такие барьеры все чаще предлагаются наряду с системами дамб для защиты урбанизированных береговых линий устья.

СШАИнженерный корпус армии недавно рекомендованные барьеры для защиты от волн для 11 дополнительных эстуариев, в том числе недалеко от Майами, залива Ямайка в Квинсе и Галвестон, Техас.

Барьеры от перенапряжений не являются долгосрочными решениями к наводнениям, вызванным повышением уровня моря, и их негативные последствия остаются плохо изученными.

Натуральные решения

Водно-болотные угодья и мангровые заросли также стали популярным природным решением.

Сообщества и государственное финансирование были сосредоточены на попытках восстановить или создать новые водно-болотные угодья в качестве буферных зон на береговой линии.Но это решение неэффективно для защиты от наводнений в большинстве портовых городов. например, Нью-Йорк, из-за отсутствия свободного места.

Штормовой нагон, пересекающий болото длиной в милю, можно уменьшить на несколько дюймов. в зависимости от особенностей сайта.Но на типичных городских набережных у устья есть всего несколько десятков футов открытого пространства для работы, если уж так много.В узком пространстве лучшее, что может сделать растительность, — это уменьшить воздействие волн, которые зачастую это не самая насущная проблема для городов в устьях рек, которые обычно защищены от ветровых штормовых волн.

В результате, искусственные водно-болотные угодья, хотя и привлекательны, могут оказаться неэффективными, особенно если тенденции в размерах кораблей и устьевая урбанизация продолжается.

Лучшие способы вернуть природу к работе

Наше исследование открывает перед учеными, инженерами и обществом в целом возможность мыслить шире – рассмотреть возможность более комплексного изменения и восстановления природных особенностей эстуариев, которые когда-то смягчали или поглощали наводнения.

Возможные решения включают в себя прекращение ремонтных дноуглубительных работ малоиспользуемых судоходных каналов, постепенное отступление от уязвимых – а теперь часто заболоченных – свалок промышленных объектов и кварталов, и восстановление этих больших пространств в водно-болотных угодьях.

Эти подходы могут резко сократить наводнения и обеспечить многолетнюю защиту от повышения уровня моря.Однако восстановлению исторической конфигурации русла и водно-болотных угодий редко уделяется серьезное внимание в исследованиях по управлению рисками прибрежных штормов из-за предполагаемых экономических затрат, а также потому, что кумулятивный эффект более глубоких глубин русла часто не учитывается.

Ренатурацию урбанизированных эстуариев таким образом можно было бы сочетать с программы выкупа также освоить пойму, снижение риска более устойчивыми способами.Или его можно объединить с дамбами, чтобы защитить существующие районы более экологически выгодным способом.Эти подходы следует рассматривать как альтернативу дальнейшей урбанизации немногих оставшихся природных территорий наших городов – их устьев.