斯坦福大学的研究表明,类似公园的海啸防御系统可以为高耸的海堤提供一个可持续的选择

在应对海啸的过程中,美丽往往蕴含着力量。沿海岸线排列的成排的绿色山丘可以帮助抵御海啸的破坏,同时保护海景和通往海岸的通道。对于一些社区来说,它们可能比高耸的海堤提供更好的选择。

在日本宫城县建造一个海啸缓解公园的计划,结合了海堤、山丘和植被。(图片来源:森野项目)

这是一组研究人员在一篇经过同行评议的论文中得出的结论。他们试图量化不同高度的海啸波与水边不同大小和形状的土堆之间的相互作用。这项研究发表在5月4日的《美国国家科学院院刊》(Proceedings of The National Academy of Sciences)杂志上。

巨大的海堤是减轻海啸风险的传统方法。以日本为例,自2011年3月海啸冲击防波堤、夷平日本东部沿海社区以来,日本已经修建了数百英里的混凝土墙,有些地方甚至超过了40英尺,耗资超过120亿美元。

但是,建造海堤往往耗资巨大,不利于当地的旅游业和捕鱼业,破坏沿海社区和环境,而海堤的失败可能是灾难性的,地球能源学院的地球物理学助理教授、资深研究作者Jenny Suckale说。环境科学(斯坦福地球)。

“如果这堵墙倒塌,其后果是生命的毁灭,”Suckale说,他的合作者包括来自海军研究生院、新泽西理工学院、麻省理工学院和印度尼西亚海洋事务与渔业部的科学家。她解释说,海堤不仅会造成一种虚假的安全感,阻碍人们迅速撤离,而且最终会变成一块块瓦砾,海啸的巨浪会把整个城市都卷走。

“从某种程度上说,你一看到它是一种威胁,你就会建一堵墙,”Suckale说。虽然海堤的确可以应对一些海啸风险,但让一个地方适合居住的因素可能要复杂得多。她说:“大多数沿海社区希望最大程度地提高他们的福祉,而不是以牺牲其他一切为代价来降低他们的风险。”“你真的想住在一堵巨大的混凝土墙后面,因为大海啸袭击你的可能性很小吗?”让我们拿出更多的选择,进行一场知情的辩论。”

该研究的共同作者之一、印度尼西亚海洋事务和渔业部沿海减灾司负责人Abdul Muhari说,在沿海保护资源匮乏的地方,提供更多的选择尤其重要。”说:“通过在我们的论文中进行分析,容易发生海啸的国家现在有了一个基本的基础来评估丘陵是降低海啸风险的一种成本更低的方法。”

可定制的和绿色

沿海森林可以帮助抑制附近城镇和村庄的海啸流速。研究人员写道,这些以及其他基于自然的解决方案在海岸风险管理计划中越来越重要。然而,树木需要几十年才能长得足够坚固,提供有意义的保护。

日本海岸的混凝土墙。(图片来源:iStock)

而且,根据这项新的研究,植被对入射波的能量几乎没有影响。然而,植物可能仍然在抵抗侵蚀方面发挥重要作用,从而有助于保持使它们有效的山丘的形状、高度和间距。

在海啸多发国家的海岸线上出现了另一种解决方案,它试图将两个世界的优点结合起来:工程屏障的可调性和即时性,以及更多孔的绿色区域的沿海通道和生态功能。

到目前为止,这些被称为海啸缓解公园的项目的设计更多的是美学而不是科学。“目前,我们的设计还不够战略,”Suckale说。“这篇论文为理解如何设计这些公园以最大限度地减少风险带来的好处提供了一个起点。”

设计问题

通过数值模拟海啸冲击一排山丘时的情况,研究人员发现,这些山丘可以像典型的海堤一样,反射并减弱海啸的破坏力。万一发生一场千年一遇的巨大海啸,它们的破坏程度甚至不会比最雄伟的城墙更严重。因此,研究发现,将墙和山结合在一起几乎没有什么额外的价值——从智利的孔斯蒂图西翁到日本的森里诺,这是一种常见的设计方法。

Suckale说:“这些山丘反射出的波浪能量对于小型和中型海啸来说是惊人的。”根据海岸线的形状、海啸可能从哪个方向来,以及其他特定地点的因素来定制山丘的形状,可以帮助最大化反射回来的能量。这是关键,Suckale说,因为“能量是你的主要敌人。”

萨克雷说,这是因为如果海啸以全速淹没一个地区,哪怕只有一英尺深的水,也不会留下多少幸存者。“它会猛烈地撞击一切。你不能站着,一旦你摔倒了,那是非常危险的。它把汽车扔向建筑物。你很容易被水中搬运的东西撞倒。”

研究还指出,住宅和基础设施需要设置在宽阔的缓冲区后面,因为丘陵会加速水流,增加公园周边地区的破坏。为了避免这种意想不到的后果,研究人员建议考虑多排错开的山的设计,这些山朝向海岸更大,内陆更小。

“我们的研究表明,设计很重要。有一个错误和一个正确的间隔;有错误的形状,也有正确的形状,”Suckale说。“你不应该用审美标准来设计这个。”

Suckale是地球物理学助理教授,也是伍兹环境研究所的中心研究员,也是斯坦福大学计算与数学工程研究所(ICME)的成员。合著者Adrian F. Santiago Tate是地球物理学的博士生。该研究的作者之一布伦特·朗奇诺(Brent Lunghino)是斯坦福大学计算与数学工程研究所的一名研究生。他现在隶属于ClimateAI公司。

其他合作者隶属于麻省理工学院,新泽西理工学院、海军研究生院在蒙特雷,加州和可持续利用的沿海地区和管辖的小岛,总局海洋空间管理和海洋事务和渔业在雅加达,印度尼西亚。

这项研究得到了斯坦福地球、国家科学基金会研究生研究奖学金项目和海军研究办公室的支持。

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新闻旨在传播有益信息,英文原版地址:https://news.stanford.edu/2020/05/04/rethinking-tsunami-defense/

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