Når havniveauet stiger, står kystsamfund over for en stadigt stigende risiko for alvorlig oversvømmelse. Den eksisterende infrastruktur, der beskyttede mange af disse samfund, blev ikke bygget til at modstå den kombinerede trussel om stigende hav og alvorlige storme set i dette århundrede.
Mens forstærkning af eksisterende oversvømmelsesbarrierer udgør en dyre udfordring for samfund i fare, giver det også muligheden for at introducere innovative løsninger, der kan give både oversvømmelsesforebyggelse og miljømæssige fordele.
En gruppe forskere ved UC Santa Cruz og US Geological Survey har evalueret en sådan oversvømmelsesbegrænsende løsning, som kan styrke levees, mens de skaber miljømæssigt fordelagtige kysthabitater. I en undersøgelse offentliggjort den 9. maj i Videnskabelige rapporterevaluerede teamet effektiviteten af ”vandrette levees” – traditionelle levees eftermonteret med en skrånende, vådområder grænse – som et middel til at styrke kystlinjer mod truslen om stigende havstand.
“Økosystemer spiller en virkelig stærk rolle i at reducere klimarisikoen,” sagde Rae Taylor-Burns, en postdoktorisk forsker ved UC Santa Cruz Center for Coastal Climate Resilience (CCCR) og undersøgelsens hovedforfatter. “Så bevarelse af intakte økosystemer og restaurering af nedbrudte økosystemer kan støtte samfundssikkerhed og samfundsmæssig modstandsdygtighed over for klimaændringer.”
De møde storme
Stigende havstand vil gøre hårdt vejr, hvilket bringer stormbølge og intense bølger, mere effektive i den nærmeste fremtid. I 2050 kan kystens oversvømmelse fra ekstreme storme, vi i øjeblikket overvejer en gang-i-livet-begivenheder, forekomme hvert andet år på grund af stigningen i havniveauet. Endvidere kunne den oversvømmelse, der forventes i dag fra en begivenhed, der var en gang i livet, forekomme dagligt i slutningen af århundrede.
Cirka 250 milliarder dollars ejendom og infrastruktur i Californien er truet af kystoversvømmelser i det 21. århundrede. De tæt befolkede bredder af San Francisco-bugten tegner sig for to tredjedele af denne forventede risiko fra storme og stigende havstand. Imidlertid er Bays samfund næsten udelukkende afhængige af et aldringssystem af levees for deres beskyttelse; Levees, der ikke var bygget til at modstå de ekstreme forhold, der blev drevet af klimaændringer.
Aquatiske levesteder – såsom korallrev, mangrover og vådområder – har vist sig at mindske oversvømmelsesrisikoen effektivt. Imidlertid er myrerne, der engang foret San Francisco -bugten, alt sammen forsvundet, da kystlinjen er blevet grundigt udviklet.
“Vi har bygget byer og samfund og vores verden under den antagelse, at disse levesteder fortsat vil beskytte os,” sagde Taylor-Burns. “Og alligevel forringer vi dem.”
En naturlig opgradering
At udvide højden af de levees, der i øjeblikket beskytter San Francisco Bay -kystlinjen, ville være en meget dyr virksomhed. Taylor-Burns og kolleger, med støtte fra Californien Ocean Protection Council, begyndte at studere, om genindførelse af vådområder til Bugtens kystlinje gennem opførelsen af vandrette levees kunne give et billigere, effektivt alternativ.
En vandret levee er en gradvis hældning af sediment, der strækker sig ud af en traditionel levee, der producerer en kunstig kystlinje, hvis overflade kan blive et vådområder økosystem. Planterne på levee reducerer energi fra møtende bølger, mens de giver miljømæssige fordele ved et vildt levested.
“Det kan også sekvestere kulstof, støtte fiskeri og give rekreative fordele,” sagde Taylor-Burns.
For at sammenligne Levee Designs begyndte forskerteamet med en omhyggeligt designet og testet numerisk model af San Francisco Bay, udviklet af forskere ved De Forenede Staters Geological Survey (USGS). Patrick Barnard, forskningsdirektør for CCCR og en medforfatter til undersøgelsen, hjalp med at tilpasse disse modeller til studiet af vandrette levees i sin tidligere rolle som videnskabsmand ved USGS.
“Dette var en rigtig dejlig synergi mellem mere grundlæggende modelforskning og -udvikling og det anvendte, løsningsorienterede arbejde, som centret har bygget på,” sagde Barnard.
Holdet kalibrerede modellen ved hjælp af data fra China Camp Marsh. Forskerne kørte derefter en række computersimuleringer, kastede forskellige havniveau og stormforhold ved vandrette og traditionelle levee -design for at sammenligne deres risikoreduktionsfordele.
De vandrette levees fungerede godt i simuleringerne og forbedrede oversvømmelsesbeskyttelsen af de traditionelle levees med op til 30%. Holdets simuleringer viste, at bredere, mere gradvist skrånende levees presterede bedst ved oversvømmelsesforebyggelse.
Forskningen indikerer, at vandrette levees kan give en omkostningseffektiv løsning på oversvømmelser af kysten. “Horisontale levees kan være en billigere måde at reducere risikoen for levee-fiasko med klimaændringer i modsætning til at øge højden af Levees selv,” sagde Taylor-Burns.
Denne undersøgelse bygger på et årti med forskning om miljømæssig risiko for kystregioner og potentielle tilpasningsløsninger fra laboratoriet i UC Santa Cruz-professor Michael Beck, der også var medforfatter til undersøgelsen.
“Vi byggede på tidligere arbejde med kystfarerisici og konstruktion af naturbaseret infrastruktur,” sagde Borja Reguero, professor i UC Santa Cruz Coastal Science and Policy Program, kystfarerne og ingeniørlaboratoriet på UC Santa Cruz og undersøgelsens hovedundersøgelse. “Og så anvendte vi avancerede, specifikke metoder til myrer og levees i bugten.”