Badanie modelowe pokazuje, że bagna zapewniają opłacalną ochronę wybrzeża

Zdjęcia domów przybrzeżnych unoszonych do morza w wyniku erozji linii brzegowych i potężnych fal sztormowych stają się coraz bardziej powszechne, ponieważ zmiany klimatyczne powodują podnoszenie się poziomu morza w połączeniu z potężniejszymi sztormami. W samych Stanach Zjednoczonych burze przybrzeżne spowodowały straty w wysokości 165 miliardów dolarów w 2022 roku.

Badanie przeprowadzone przez MIT pokazuje, że ochrona i ulepszanie słonych bagien przed falochronami może znacząco pomóc w ochronie niektórych linii brzegowych przy kosztach, które sprawiają, że wdrożenie tego podejścia jest rozsądne.

Wyniki opublikowano w czasopiśmie Komunikacja Ziemia i środowiskow artykule absolwenta MIT Erniego IH Lee oraz profesor inżynierii lądowej i środowiskowej Heidi Nepf.

Badanie to, twierdzi Nepf, pokazuje, że renaturyzacja przybrzeżnych bagien „nie jest tylko czymś, co byłoby miłe, ale jest w rzeczywistości ekonomicznie uzasadnione”. Naukowcy odkryli, między innymi, że słone bagna tłumią fale, co oznacza, że ​​falochron za nimi może być zbudowany znacznie niżej, co zmniejsza koszty budowy, a jednocześnie zapewnia odpowiednią ochronę przed sztormami.

„Jedną z innych ekscytujących rzeczy, które badanie naprawdę wydobyło na światło dzienne” – mówi Nepf – „jest to, że nie potrzeba ogromnych bagien, aby uzyskać dobry efekt. Może to być stosunkowo krótkie bagno, szerokie na zaledwie dziesiątki metrów, co może dać ci korzyść.”

Nepf mówi, że ma to nadzieję, że informacje te można zastosować w miejscach, w których planiści mogli sądzić, że ratowanie mniejszych bagien nie jest warte ponoszenia wydatków. „Pokazujemy, że może to mieć wystarczające znaczenie, aby zapewnić opłacalność finansową” – mówi.

Podczas gdy inne badania wykazały już wcześniej korzyści płynące z naturalnych bagien w łagodzeniu niszczycielskich burz, Lee twierdzi, że takie badania „koncentrują się głównie na krajobrazach z szerokimi bagnami rzędu setek metrów. Chcemy jednak pokazać, że ma to również zastosowanie w miastach tereny, w których nie jest dostępnych tak dużo terenów podmokłych, zwłaszcza że w tych miejscach zazwyczaj istnieje już szara infrastruktura (falochrony).

Badanie opierało się na modelowaniu komputerowym fal rozchodzących się na różnych profilach brzegów, wykorzystując morfologię różnych roślin słonych bagien – wysokość i sztywność roślin oraz ich gęstość przestrzenną – a nie empiryczny współczynnik oporu.

„To oparty na fizyce model interakcji między roślinami a falami, który pozwolił nam przyjrzeć się wpływowi gatunków roślin i zmianom morfologii w różnych porach roku” bez konieczności wychodzenia i kalibrowania współczynnika oporu roślinności za pomocą pomiarów terenowych dla każdego innego warunku, – mówi Nepf.

Naukowcy oparli swoją analizę korzyści i kosztów na prostym mierniku: aby chronić określoną długość linii brzegowej, o ile można zmniejszyć wysokość danego falochronu, gdyby towarzyszyła mu określona ilość bagien? Inne sposoby oceny wartości, takie jak uwzględnienie wartości nieruchomości, która może zostać zniszczona przez powódź o określonej wielkości, „bardzo się różnią w zależności od tego, jak wycenisz aktywa w przypadku powodzi” – mówi Lee.

„Do ilościowego określenia korzyści płynących ze słonych bagien używamy bardziej konkretnej wartości, która jest równoważną wysokością falochronu potrzebną do zapewnienia tej samej wartości ochrony”.

Wykorzystali modele różnych roślin, odzwierciedlając różnice w wysokości i sztywności w różnych porach roku. Odkryli dwukrotną różnicę w skuteczności różnych roślin w tłumieniu fal, ale wszystkie przyniosły użyteczne korzyści.

Aby zademonstrować szczegóły na przykładzie z życia codziennego i pomóc w zweryfikowaniu symulacji, Nepf i Lee zbadali lokalne słone bagna w Salem w stanie Massachusetts, gdzie realizowane są już projekty mające na celu przywrócenie zdegradowanych bagien. Nepf mówi, że dołączenie konkretnego przykładu stanowi szablon dla innych.

W Salem ich model pokazał, że zdrowe słone bagna mogłyby zrekompensować potrzebę wzniesienia falochronu o dodatkowej wysokości wynoszącej 1,7 metra (około 5,5 stopy), przy założeniu spełnienia współczynnika przekraczania fal ustalonego ze względu na bezpieczeństwo pieszych.

Jednak zebranie rzeczywistych danych potrzebnych do modelowania bagien, w tym map gatunków słonych bagien, wysokości roślin i powierzchni pędów, jest „bardzo pracochłonne” – mówi Nepf. Lee opracowuje obecnie metodę wykorzystania obrazowania z dronów i uczenia maszynowego, aby ułatwić tworzenie map.

Nepf twierdzi, że umożliwi to naukowcom lub planistom ocenę danego obszaru bagien i stwierdzenie: „Ile warte są te bagna pod względem zdolności do ograniczania powodzi?”

Biuro Informacji i Spraw Regulacyjnych Białego Domu opublikowało niedawno wytyczne dotyczące oceny wartości usług ekosystemowych przy planowaniu projektów federalnych, wyjaśnia Nepf. „Ale w wielu scenariuszach brakuje konkretnych metod ilościowego określania wartości, a to badanie wychodzi naprzeciw tej potrzebie” – mówi.

Lee zauważa, że ​​Federalna Agencja Zarządzania Kryzysowego dysponuje także zestawem narzędzi do analizy korzyści i kosztów (BCA). „Mają wytyczne dotyczące ilościowego określenia każdego z nich usługi środowiskowea jedną z nowości tej pracy jest ilościowe określenie kosztów i wartości ochronnej bagien. Jest to jedno z zastosowań, które decydenci mogą rozważyć w zakresie ilościowego określania wartości bagien w zakresie usług środowiskowych” – mówi.

Oprogramowanie, które inżynierowie ochrony środowiska mogą zastosować w określonych lokalizacjach, zostało udostępnione bezpłatnie w Internecie w serwisie GitHub. „To model jednowymiarowy, dostępny dla standardowej firmy konsultingowej” – mówi Nepf.

„W artykule przedstawiono praktyczne narzędzie umożliwiające przełożenie możliwości tłumienia fal przez bagna na wartości ekonomiczne, które mogłyby pomóc decydenci w adaptację bagien do obrony wybrzeża opartej na przyrodzie” – mówi Xioaxia Zhang, profesor na Uniwersytecie w Shenzen w Chinach, który nie był zaangażowany w te prace.

„Wyniki na to wskazują słone bagna są nie tylko korzystne dla środowiska, ale także opłacalne.”

Ta historia została ponownie opublikowana dzięki uprzejmości MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), popularna witryna zawierająca wiadomości na temat badań, innowacji i nauczania MIT.