Чтобы укрепить пляжи, просто добавьте песка?
Новое исследование проливает свет на то, как механически размещённый песок на пляжах округа Сан-Диего перемещается и каковы его потенциальные последствия. Работа, опубликованная в журнале Coastal Engineering, может помочь планировщикам разрабатывать проекты подпитки пляжей, которые будут достигать намеченных целей, не вызывая непредвиденных проблем. Например, север округа Сан-Диего планирует серию 50-летних проектов по подпитке пляжей стоимостью 160 миллионов долларов для борьбы с наводнениями и эрозией, а также для создания рекреационного пространства.
Исследование, проведённое учёными из Океанографического института Скриппса Калифорнийского университета в Сан-Диего и частично финансируемое California Sea Grant, проанализировало четыре проекта подпитки песком в округе Сан-Диего, чтобы оценить их состояние в последующие годы. Оно даёт лучшее понимание того, как подпиточный песок перемещается под воздействием волн и течений, что может помочь в планировании более эффективных проектов в будущем.
«Многое остаётся неизвестным о том, как движется песок, — говорит ведущий автор исследования, постдок Скриппса Бонни Лудка. — Если вы поместите песок на пляж, он не останется на одном месте. Вопрос в том, как долго он продержится там, где вы хотите? И куда он движется?»
Например, песок, размещённый на пляже Торри-Пайнс в 2001 году, был смыт одним штормом. Подпиточный песок также может привести к другим непредвиденным последствиям, как это произошло в Империал-Бич — месте крупнейшей подпитки в исследовании. Там осенью 2012 года на пляж добавили объём песка, эквивалентный 138 олимпийским плавательным бассейнам. Песок двигался как на север, так и на юг вдоль побережья и в 2016 году способствовал закрытию устья реки Тихана. Река потеряла связь с океаном, что привело к чрезвычайно высокой концентрации загрязнения и гипоксии — потере кислорода в воде, которая может вызвать гибель рыбы и других водных видов.
В исследовании изучались проекты 2001 года в Торри-Пайнс и 2012 года в Империал-Бич, а также подпитки пляжей Кардифф и Солана в 2012 году. Используя квадроциклы, гидроциклы и другие инструменты, команда проводила регулярные съёмки каждого пляжа в течение более десяти лет, чтобы создавать карты высот с точностью до нескольких сантиметров. Сравнивая эти карты и многолетние данные о волновых условиях, учёные оценили, как пляж менялся со временем.
В соответствии с течением
Как отмечалось в предыдущем исследовании команды, размер песчинок имел большое значение для скорости и расстояния перемещения песка. В Торри-Пайнс, где в 2001 году использовался песок, аналогичный местному по размеру зёрен, весь добавленный песок был смыт в море всего одним штормом. Более крупный песок, использованный в трёх других проектах в 2012 году, в основном оставался на верхней части пляжа, даже во время Эль-Ниньо 2015–16 годов, принёсшего исключительно энергичные волны.
Исследователи также выявили сезонную схему движения песка, следующую преобладающим океаническим течениям: зимой наносы песка растягивались к югу, а летом песок двигался на север. В целом, южное движение преобладало, и в Империал-Бич это способствовало закупорке эстуария Тихана в паре километров к югу от места размещения.
Исследование также показывает, что в некоторых случаях естественное отложение или удаление песка с пляжа было даже больше, чем объёмы, добавленные в ходе проектов по подпитке. «Нам ещё далеко до возможности прогнозировать или моделировать, как будут развиваться эти подпитки», — говорит Лудка. Но тщательные наблюдения, представленные в этом исследовании, дают хорошее первое представление о том, как могут сложиться будущие проекты.
Песчаный бюджет
Зачем вообще нужна подпитка песком? Во-первых, изменение климата приводит к повышению уровня моря, что может «утопить» пляжи, если они не смогут отступить вглубь суши из-за естественных ограничений или существующей инфраструктуры. Проекты по созданию естественных или «живых» береговых линий, которые восстанавливают пляжи и болота, привлекают внимание как способ повысить устойчивость к подъёму уровня моря.
Кроме того, песок на пляжах Калифорнии — ограниченный ресурс. Лудка объясняет, что песок на пляжах обычно поступает из двух источников — рек и размывающихся утёсов. Плотины и проекты по стабилизации утёсов сократили поступление песка из обоих этих источников. «Песчаный бюджет похож на банковский счёт. Океан постоянно делает "снятия". Если вы не добавляете песок обратно в систему, пляжи исчезнут», — объясняет она.
Исследователи также отмечают, что Калифорния добавляет песок на пляжи уже десятилетиями, и во многих случаях широкие песчаные пляжи были созданы искусственно за счёт песка, добытого из гаваней или других строительных проектов. «В будущем нам, возможно, придётся принимать трудные решения о том, где мы инвестируем в песчаные пляжи, а какие пляжи оставим на волю судьбы, определяемой поднимающимся морем и ограниченными запасами песка», — говорит Лудка.