Buget sedimentar - Sedimentary budget
Bugetele sedimentare sunt un instrument de gestionare a litoralului utilizat pentru a analiza și descrie diferitele intrări (surse) și ieșiri (chiuvete) de sedimente de pe litoral, care este utilizat pentru a prezice schimbările morfologice în orice coastă anume în timp. Într-un mediu de coastă, rata de schimbare a sedimentului este dependentă de cantitatea de sediment adusă în sistem față de cantitatea de sediment care părăsește sistemul. Aceste intrări și ieșiri de sedimente sunt echivalente cu echilibrul total al sistemului și reflectă mai mult decât deseori cantitățile de eroziune sau de acumulare care afectează morfologia coastei.
Pentru a evalua bugetul sedimentar, coasta trebuie să fie împărțită în două morfologii separate, cunoscute în mod obișnuit sub numele de celule și compartimente litorale. Compartimentele pentru sedimente pot fi de obicei definite ca două bariere stâncoase care marchează capetele unei plaje și au un buget fix de sedimente, deși de obicei se scurge într-o oarecare măsură. Celulele litorale pot fi libere sau fixe și pot ocupa o ierarhie de solzi, de la celule de rupere individuale la plaje întregi.
Există diferite tipuri de surse naturale și chiuvete într-un sistem de coastă. Sursele de sedimente pot include transportul fluvial, eroziunea pe stânci maritime și derivarea pe mare a unei zone. Chiuvetele de sedimente pot include o îndepărtare îndelungată a sedimentului de pe o zonă și depunerea de sedimente într-un estuar .
Activitățile antropice pot influența și bugetele sedimentare; în special înmuierea unui râu și în curent, extracția pietrișului unui albiu poate reduce sursa de sedimente până la coastă. În schimb, hrana pentru plajă poate crește sursa de sedimente.
În 1966, Bowen și Inman au definit o celulă litorală și au separat intrările de sedimente, acreția prin derivă și ieșiri de pe mare.
Bugetele sedimentare sunt utilizate pentru a ajuta la gestionarea eroziunii plajelor, încercând să arate mișcarea actuală a sedimentelor și să prognozeze viitoarea mișcare a sedimentelor.
Mecanisme de feedback
Pentru a înțelege bugetul sedimentar al unui mediu de coastă, este important să cunoaștem diferitele tipuri de feedback care pot determina dacă există stabilitate. Atunci când un mediu de plajă este afectat de vânt, valuri și maree, acesta răspunde fie cu feedback pozitiv, fie negativ, care determină dacă sistemul este echilibrat și în echilibru .
Feedback-ul negativ este un mecanism de stabilizare care acționează pentru a se opune modificărilor morfologiei litorale și a stabili echilibrul. Un mediu costier în echilibru este capabil să disipeze sau să reflecte energia primită fără apariția intrării sau ieșirii sedimentelor și să treacă la morfologie. De exemplu; atunci când o plajă în echilibru se erodează în timpul unei furtuni formează o bară în larg care, la rândul său, forțează valurile să se spargă peste ea. În acest fel, valurile pierd multă energie și se disipează înainte de a ajunge la țărm, reducând semnificativ eroziunea suplimentară. Când furtuna se calmează, barul este apoi relucrat pe plajă.
În schimb, feedback-ul pozitiv împinge un sistem litoral departe de echilibru prin modificarea morfologiei sale până la atingerea unui prag, prin care apare un tip diferit de răspuns. De exemplu; dacă un eveniment de furtună ar încălca foreduna unei plaje care nu este în echilibru, s-ar crea o zonă vulnerabilă, care la rândul ei ar deveni susceptibilă la formarea unei explozii datorită vântului care exploatează absența vegetației.
Compartimente de sedimente și celule litorale
Compartimentarea țărmului are loc acolo unde există obstacole sau obiecte majore, în special promontoriile de pe coastele adânc înfundate. Plajele care sunt cele mai închise sunt cunoscute în mod obișnuit ca plaje de buzunar. Pe acest tip de plaje volumul de nisip rămâne constant și sunt compartimente închise. Celulele litorale pot fi definite ca sedimente pe o coastă care circulă, de exemplu, curenți ruptori. Celulele litorale se dezvoltă de obicei pe coastă, care nu este împiedicată de promontorii și unde curenții lungi sunt lăsați să se dezvolte.
Identificarea celulelor litorale este crucială pentru a determina bugetul de sedimente al coastelor nisipoase. În sud-vestul Australiei de Vest, terenurile mari cuspate și promontoriile stâncoase sunt considerate a fi granițe pentru celulele litorale. Limitele celulelor litorale au fost definite utilizând studii de urmărire a mișcării sedimentelor, observarea geomorfologică și descrierea sedimentologică, aprovizionarea mineralelor grele și analiza distribuției spațiale a fluxului de unde de-a lungul țărmului.
Celulele litorale sunt de obicei o zonă în care modificările volumului sedimentului afectează în mod direct schimbările de pe litoral și, în mod ideal, acestea sunt definite pentru a minimiza schimbul de sedimente pe malul lung cu alte celule litorale, de exemplu, o plajă de buzunar înconjurată de promontorii stâncoase (care se presupune că exclude sedimentele). Sub-celulele sunt de obicei definite pentru a măsura mai bine bugetul de sedimente al unei coaste cu rate variabile de acumulare și eroziune. Limita către uscat a unei celule litorale este, de obicei, la poalele unei dune sau stânci, cu toate acestea, limita spre mare este dificil de definit, deoarece mecanismele de transport a sedimentelor de aici sunt slab înțelese. Există trei tipuri de granițe între celulele litorale: pe lung, pe uscat și pe mare; peste care sedimentul poate pătrunde în celula litorală sau o poate părăsi prin diferite procese. Este important să se identifice procesele care operează pe o anumită celulă litorală și, de asemenea, este important să se identifice sursele și chiuvetele de sedimente, deoarece măsurând sedimentul câștigat sau pierdut de aceste surse și chiuvete, se poate determina un buget de sedimente.
Surse
Râuri
Râurile sunt surse punctuale majore de contribuție a sedimentelor la bugetul sedimentar de coastă, acest lucru fiind adevărat în special pentru coastele cu un gradient abrupt, unde râurile își aruncă sedimentele direct pe coastă. Litoralele cu un gradient scăzut pot pierde sedimentele fluviale în urma estuarelor. Livrarea de sedimente către țărm poate fi foarte intermitentă, care apare mai ales în timpul inundațiilor, creșterea debitului creând de obicei o creștere a sedimentului furnizat către coastă. Unele râuri sunt denumite „mari” deoarece produc cantități mari de sedimente pentru care să hrănească mediul de coastă. De exemplu, râul Waimakariri de pe coasta Canterbury , Noua Zeelandă produce 77% din sedimente furnizate liniei de coastă a golfului Pegasus . Acest lucru nu este întotdeauna cazul cu unele râuri denumite „mici”, deoarece se luptă să furnizeze suficient sediment pentru a împiedica erodarea litoralului, de exemplu, râul Rakaia la sud de Peninsula Banks din Canterbury, Noua Zeelandă.
Construcția barajelor fluviale pentru controlul inundațiilor și hidroenergia reduce alimentarea cu sedimente a multor linii de coastă datorită captării sedimentelor și scăderii vârfurilor de inundații și a intensității inundațiilor. În locuri precum sudul Californiei Statelor Unite, în special râul San Luis Rey , sunt construite diguri pentru a controla inundațiile proprietăților de-a lungul râului. În mod ironic, acest lucru contribuie la deteriorarea proprietăților de coastă din cauza lipsei de sedimente produse pentru protejarea plajelor. Un alt exemplu este barajul Aswan construit pe râul Nil , Egipt în 1964. Înainte de construirea barajului Aswan, râul Nil livra anual 60-180 milioane de tone de sedimente și apă către Marea Mediterană . Aprovizionarea cu sedimente este acum aproape zero, ceea ce a produs un dezechilibru semnificativ față de bugetul sedimentar de lângă țărm, creând eroziune majoră și deplasarea sedimentelor de-a lungul coastei.
Efectele captării sedimentelor datorate barajelor pot fi agravate atunci când sunt combinate cu alte activități, cum ar fi exploatarea pietrișului în flux. Excavarea pietrișului dintr-un alb de râu formează gropi în cadrul profilului canalului, care pot prinde o mare parte din sedimentul de încărcare al patului de intrare , împiedicând sau încetinind atingerea liniei de coastă. Exploatarea poate reduce, de asemenea, cantitatea totală de sedimente disponibile pentru transport, mai ales atunci când are loc în aval de la baraje. De exemplu; aproximativ 300.000 m 3 de pietriș este extras din râul San Luis Rey din California de Sud în fiecare an, ceea ce este de aproape 50 de ori mai mare decât producția de sedimente din reziduu după construirea barajului. Astfel, îndepărtarea mai multor sedimente de reziduuri scade și mai mult randamentul sedimentului disponibil pe coastă.
Eliminarea vegetației naturale pentru cultivare și utilizare a terenului poate crește eroziunea solului, rezultând o creștere a randamentului de sedimente transportat de râuri către coastă. De exemplu; în Westland, Noua Zeelandă, acest lucru a avut un efect cumulativ, cu tăierea clară a copacilor crescând în randamentul sedimentelor fluviale de până la opt ori.
Eroziune de faleză marină
Eroziunea falezei marine este o sursă mare de sedimente pentru multe bugete sedimentare de coastă, inițiată de multe procese diferite, inclusiv atacul valurilor, precipitațiile și scurgerea apelor subterane. Eroziunea stâncii poate fi influențată de creșterea nivelului mării și este amplificată de evenimente de furtună . Un exemplu de eroziune de stâncă este eroziunea marilor ventilatoare aluviale din Pleistocen care se întind pe lungimea Canterbury Bight , situată la nord de râul Waitaki din Noua Zeelandă. Eroziunea acestor stânci, datorită mediilor valurilor cu energie ridicată, contribuie cu 70% din materialul total furnizat acestor plaje.
Furtuni
Deși observate mai puțin frecvent decât transportul fluvial și eroziunea pe stânci maritime, furtunile pot reprezenta un procent mare din bugetele sedimentare de coastă. In urma uraganul Katrina si uraganul Rita , în 2005, peste 131 x 10 6 tone metrice de sedimente au fost depozitate de-a lungul Louisiana si de Est coasta Golfului Texas. Studiul zonelor umede de coastă din vestul Louisianei a constatat că uraganele par a fi „calea copleșitoare” prin care sedimentul este depus în acea locație, reprezentând cantități de sedimente mult mai mari decât cantitățile depuse de sistemele fluviale locale. Pe baza estimărilor anualizate ale mărimii depunerii de sedimente, s-a descoperit că uraganele depun de sute de ori mai multe sedimente în aceste regiuni umede de coastă decât devierile râurilor create de om destinate redirecționării sedimentelor transportate de râu către sistemele de zone umede înfometate. Pentru zonele umede de mlaștină sărată, în special cele din Louisiana de coastă, acumularea de sedimente de la uragane este „suficientă” pentru a ține cont de întregul buget sedimentar anorganic.
Chiuvete
Estuari
Estuarele sunt un exemplu de chiuvetă de coastă prin faptul că au tendința de a prinde sedimentele care se pot datora circulației mareelor și amestecului de apă dulce și sărată, injectării sedimentelor fluviale și prezenței mangrovelor . Pe măsură ce valul crește și coboară, apa și sedimentele sunt pompate în estuar. Deoarece apa sărată și particulele de sediment sunt mai grele decât apa dulce, acestea tind să fie transportate pe fund până când sedimentul se scufundă pe podea și este prins în estuar. Mișcarea nisipurilor și a materialelor offshore într-un estuar depinde, în general, de direcția de derivare a coastelor lungi și de mișcarea apelor de fund pe platforma continentală . Estuarele pot prinde adesea o mulțime de sedimente grosiere care sunt alimentate în râuri, interceptându-le înainte de a ajunge la coastă. Insula de Nord din Noua Zeelandă experiențele chiuvete de sedimente în estuare adesea amplificate de prezența mangrove. Mangrovele sunt înfometate de sedimente și captează o mulțime de sedimente suspendate cu structura lor complexă de rădăcini aeriene , funcționând astfel ca constructori de terenuri.
Transport eolian
Nisipul care este suflat de vânt spre interior pentru a forma dune de nisip se dezvoltă de obicei pe țărmuri unde există vânturi puternic adecvate. Aceasta poate fi o chiuvetă majoră pentru bugetul de sedimente al unui litoral.
Deriva lungă
Derivația lungă a sedimentelor este importantă pentru distribuirea sedimentelor de-a lungul coastei și este considerată unul dintre cele mai importante mecanisme. Deriva lungă a sedimentelor poate fi considerată atât o sursă, cât și o chiuvetă datorită faptului că, în unele cazuri, poate adăuga sediment la o coastă, dar în altele poate transporta sedimentele de la o coastă. Un exemplu al ambelor extreme ale derivei pe mare se găsește pe litoralul Canterbury din Noua Zeelandă, de ambele părți ale peninsulei Banks. Atât râul Waimakariri din nord, cât și Canterbury Bight din sudul peninsulei Banks oferă cantități mari de sedimente, respectiv. Diferența este că sedimentul furnizat de râul Waimakariri este o sursă pentru scuipatul New Brighton de pe coastă datorită inversării curenților sudici care transportă sedimentul spre sud. Spre deosebire, Canterbury Bight are o combinație de medii cu energie ridicată și curenți puternici din sud, care transportă cantități mari de sedimente spre nord, care pot fi clasificate ca o chiuvetă, ceea ce aduce un deficit bugetului sedimentar al coastelor. Ca rezultat, există eroziunea Canterbury Bight și un New Brighton Spit predominant echilibrat.
Au fost dezvoltate modele pentru măsurarea derivei pe mare, care pot ajuta la determinarea unui buget sedimentar, dacă sunt integrate pe un interval de timp corect.
Bugetul de sedimente ia în considerare sursele de sediment și se scufundă într-un sistem . Acest sediment poate proveni din orice sursă, cu exemple de surse și chiuvete constând din:
- Râuri
- Lagune
- Eroarea surselor funciare
- Surse artificiale, de exemplu hrană
- Chiuvete artificiale, de ex. Minerit / extracție
- Transport în larg
- Depunerea sedimentului pe mal
Acest sediment pătrunde apoi în sistemul litoral și este transportat prin derivarea pe mare. Un bun exemplu al bugetului sedimentelor și al derivei de pe mare care lucrează împreună în sistemul de coastă sunt fundurile de admisie , care stochează nisipul care a fost transportat prin transportul lung de țărm. Precum și depozitarea nisipului aceste sisteme pot transfera , de asemenea , sau prin nisip trece în alte sisteme de plajă, prin urmare , de intrare-EBB mareelor Shoal sisteme oferă o surse bune și chiuvete pentru bugetul sedimente.
Mișcare transversală
Valurile și curenții valurilor pot avea un impact semnificativ asupra bugetului sedimentelor, deși este dificil de măsurat. Swash poate fi un proces eroziv sau de acumulare, în funcție de mulți factori, cum ar fi textura nisipului și valul individual. Deși pe vreme frumoasă impactul swash-ului este neglijabil, în timpul furtunilor nivelul mării poate crește suficient de ridicat pentru a eroda dunele și stâncile, aruncând cantități mari de sedimente în celula litorală, care poate fi redată dunei numai prin transportul eolian . În cazul în care valul furtunii determină depunerea sedimentelor pe uscat de la celula litorală, acestea pot forma ventilatoare de spălare sau pot deschide o nouă intrare de maree care transportă sedimentele departe de celula litorală.
Management
Hrană de coastă
Atunci când un mediu costier are un deficit de sedimente, hrana antropogenă a sedimentelor este o modalitate prin care se poate menține un buget sedimentar echilibrat. Acest tip de management al eroziunii costiere a fost adoptat în întreaga lume pentru a păstra și proteja. Un exemplu în acest sens este pe plaja Muntelui Maunganui din Insula de Nord a Noii Zeelande, care se confrunta cu eroziune, ducând la o retragere a dunelor de coastă de aproape 20 m. Când a început dragarea în curs la intrarea în portul Tauranga, s-a decis că sedimentul îndepărtat va fi folosit pentru a re-hrăni Mt. Plaja Manganui. Sedimentul a fost depus în zona nearshore, favorizând acumularea plajelor prin amplasarea bermelor în larg. Rezultatele arată că cea mai mare parte a celor 80.000 m 3 de sedimente adăugate în zona nearshore au dus la uscat pentru a re-hrăni plaja și a uniformiza deficitul de sedimente din trecut. Hrănirea unui litoral poate fi privită ca o opțiune rapidă pentru a inversa un deficit de sedimente; cu toate acestea, este important ca hrana să fie în curs de desfășurare pentru a se asigura că bugetul sedimentar rămâne echilibrat.
Protecția coastelor
Atunci când se protejează litoralul, este important să se înțeleagă modul în care bugetul sedimentar poate fi afectat atunci când se implementează tehnici adecvate de protecție a litoralului. Adesea, planurile de gestionare a eroziunii costiere au văzut utilizarea structurilor inginerești „dure” ca mijloc de a proteja litoralul de recesiune. În special groynes, care sunt folosite pentru a prinde cursa lungă a sedimentului care de multe ori privește o plajă. Groynes au capacitatea de a schimba bugetul de sedimente al coastei, acumulând plaje în derivă, dar în același timp înfometându-se pe plaje în derivă. Această abordare de gestionare nu este utilizată atât de mult în zilele noastre, cu cunoștințe moderne despre dinamica de coastă care promovează utilizarea unor abordări naturale „moi”, cum ar fi hrănirea și conservarea sistemelor naturale, cum ar fi dunele.
Planificarea litoralului
Abilitatea de a încorpora bugetul sedimentar într-un plan de gestionare a coastelor devine esențială, în special în lumea de astăzi, unde majoritatea populațiilor locuiesc și dețin proprietăți foarte aproape de coastă. Una dintre componentele esențiale extrase din bugetul sedimentelor este posibilitatea de a prezice schimbarea morfologică care este posibil să se întâmple pe linia de coastă în timp, mai ales atunci când se creează planuri asociate cu schimbări majore de mediu, cum ar fi creșterea nivelului mării. Incorporarea unui buget de sedimente într-un plan de coastă a fost recunoscută ca fiind extrem de importantă în Golful Hawke din Noua Zeelandă pentru găsirea informațiilor referitoare la zonele de pericol , protecția proprietății plajelor și eroziunea de coastă, precum și pentru evaluarea succesului strategiilor actuale de management. Principalul obstacol în utilizarea bugetului de sedimente pentru gestionare și ceea ce este probabil problema care subliniază în ceea ce privește bugetul de sedimente este complexitatea sa.
Referințe
Lecturi suplimentare
- Bishop, P. și Cowell, P., 1997. Factori determinanți ai rețelei litologice și de drenaj ale caracterului liniilor de coastă înecate. Jurnalul de Geologie, 105, 685-699.
- Cowell, PJ, Stive, MJ F., Niedoroda, AW, de Vriend, HJ, Swift, DJP, Kaminsky, GM și Capobianco, M., 2003a. Tractul litoral (partea 1): o abordare conceptuală a modelării agregate a schimbării litorale de ordin scăzut. 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 și de Boer, PL , 2003b. Tractul litoral (partea 2): Aplicații ale modelării agregate a schimbării litorale de ordin inferior. Journal of Coastal Research, 19, 828-848.
- Davies, JL, 1974. Compartimentul pentru sedimente de coastă. Studii geografice australiene, 12, 139-151.
- Riedhammer, C .; Schwarz-Schulz, B. (2001). „Conceptul de evaluare a riscurilor nou propus de UE pentru compartimentul pentru sedimente”. Jurnalul solurilor și sedimentelor . 1 (2): 105. doi : 10.1007 / BF02987715 .
- Sanderson, P. G și Eliot, I. 1999. Compartimentarea sedimentelor de pe plajă de-a lungul coastei de sud-vest a Australiei. Marine Geology 162, 145-164.
- Scurt, AD 2010. Transportul sedimentelor în jurul Australiei - surse, mecanisme, rate și forme de barieră. Journal of Coastal Research, 26 (3) 395-402.