Нидерландская система сооружений для защиты от наводнений долгое время считалась лучшей в мире. Однако столкнувшись с проблемой глобального потепления, страна все больше полагается на технологии, которые используют естественную силу природы для защиты от водной стихии.
Одним из последних инновационных проектов в этом направлении является Sand Engine – земляное сооружение из 21,5 миллионов куб. м песка добытого с морского дна, благодаря которому, как говорят специалисты, «природа будет делать работу за нас». Этот искусственный полуостров имеет ширину 2,2 мили (3,54 км) и выдается в море более чем на полмили.
«Здесь очень сильная эрозия на побережье», – говорит Матиус ван Ледден (Mathijs van Ledden), инженер-гидротехник из Royal HaskoningDHV, голландской инжиниринговой компании, участвовавшей в разработке проекта Sand Engine. «Это большое хранилище песка позволит со временем решить эту проблему».
Sand Engine – это знаковый проект программы Building with Nature, в которую вовлечен консорциум из голландских предприятий, университетов, исследовательских институтов, ищущих пути использования сил природы в новом поколении гидротехнических сооружений. Бюджет Sand Engine составил 50 миллионов евро ($67 млн.), строительство завершено в конце 2011 года. Цель данного сооружения – обеспечить долгосрочное укрепление подвергающихся эрозии песчаных пляжей благодаря постепенному перераспределению собранного здесь песка морскими течениями. «Sand Engine будет восполнять убыль песка на побережье в течение около 20 лет и обойдется это в два раза дешевле, чем если бы мы делали это традиционными методами», — говорит Марсель Стив, заведующий кафедрой Делфтского технического университета и создатель технологии.
«Когда песок, собранный здесь, будет полностью перераспределен, он укрепит 20 км береговой линии при нынешнем уровне подъема воды».
С подъемом уровня океана и изменением климата, в результате чего ожидается увеличение интенсивности штормов, защита от наводнений приобретает все большую значимость в мире. И лидером по разработке технологии защиты от водной стихии является Голландия; здесь не понаслышке знают, какой вред могут нанести их стране, расположенной в низине, океан и реки, вышедшие из берегов. Гидротехнические сооружения здесь строят со средних веков и страна, с населением 16,7 миллионов, находится в безопасности благодаря системе дамб, плотин, каналов и чудесам инженерии, таким как Масланткеринг близ Роттердама.
Строительство гидросооружений – это большой бизнес в Нидерландах; согласно данным Водного партнерства Нидерландов (NWP), гидротехническое строительство и связанные с ним области принесли в 2008 году доход в 7,5 млрд. евро ($10 млрд.) с проектов по всему миру. Однако в то время как Голландия экспортирует свои новейшие технологии, строя гигантские сооружения по всему миру, дома будущее гидротехники связывают с возвращением к истокам: использованием естественных материалов, подражанием природным системам и использованием сил природы.
«Проекты подобные Sand Engine иллюстрируют как потенциал, так и вызовы в управлении рисками наводнений», – говорит Йос Маккабиани (Jos Maccabiani), инженер из института прикладных исследований Deltares. Новые сооружения должны быть не только экономически эффективными, но и оказывать минимальное воздействие на окружающую среду, а также возможна их адаптация к меняющимся климатическим условиям.
«Как строить сооружения таким образом, чтобы впоследствии их можно было бы модернизировать без слишком больших вложений. Это задача, над которым мы сейчас работаем».
Одним из решений является использование живых организмом в качестве естественного буфера. «Мангровые леса, например, способствуют скоплению осадочных отложений и могут расти и при подъеме уровня воды», – говорит Миндерт де Врис (Mindert de Vries), морской биолог из Deltares. Де Врис, эксперт по эко-инжинирингу, проектирует комбинированные дамбы, состоящие как из бетона, так и из грунтовых материалов, на которых со стороны моря высаживают растения, например ивы, которые смягчают натиск океана. Такие дамбы могут быть ниже, экономичнее и более надежными, чем традиционные сооружения.
Ученые также работают над задачей превращения существующих грунтовых дамб в сооружения, имитирующие скалистые берега и являющиеся домом для морских организмов. Джаспер Физелир (Jasper Fiselier), специалист Royal HaskoningDHV и один из руководителей программы Building with Nature утверждает, что добавление «шероховатости» на поверхность дамбы со стороны моря гасит волны и уменьшает перелив воды.
В этом направлении ведутся исследования по разработке новых материалов, таких как эластичный цемент, для скрепления поглощающих энергию волн камней, геотекстиль, предотвращающий внутреннюю эрозию – одну из главных причин прорывов. Еще один интригующий процесс – это укрепление грунтовых дамб «биораствором», вырабатываемым бактериями. Они взращиваются в специальной питательной среде, благодаря которой они выделяют кальции. Но пока это работает в ограниченных масштабах.
Сторонники новой концепции утверждают, что их сооружения обеспечивают более долгосрочное решение, чем традиционные плотины и дамбы. «Если я построю бетонную дамбу, и изменились условия, то мне придется переделывать всю дамбу», – говорит Физелир. «В то время как в случае с нашими решениями мне нужно только добавить полметра грунта сверху».
Из всего пакета проектов по реконструкции защитных сооружений стоимостью 1 млрд. евро ($1.34 млрд.), которые сейчас рассматриваются в Нидерландах, есть множество проектов эко-инжиниринга.
Первая в стране комбинированная дамба строится близ города Дордрехт. Приближающиеся волны теряют свою силу, проходя через ивовые насаждения, прежде чем достичь дамбы. «Дамба будет преимущественно состоять из грунтовых материалов и значительно ниже, поскольку на пути волн будут природные преграды», – говорит де Врис. По его словам другие страны, такие как Сингапур и Вьетнам проявляют интерес к проекту.
«Программа Building with nature сталкивается с определенными вызовами в городских районах», – говорит Матиус Кок (Matthijs Kok), профессор Делфтского технического университета и один из руководителей консалтинговой фирмы HKV Consultants. Он предлагает строить многофункциональные защитные сооружения, которые вместе с защитной функцией несут экологические, рекреационные и экономические функции. «Это только звучит легко, но это далеко не так, поскольку очень много заинтересованных сторон, очень много интересов». Чтобы удовлетворить различные интересы в проекты строительства защитных сооружений вовлечены заинтересованные стороны из бизнес-структур, таких как рестораны и отели, объектов общественного пользования, таких как пляжи и туристические тропы, природных зон. Один из таких проектов, который сейчас реализуется в прибрежном курорте Схевенингене – это новая дамба, защищенная расширенным пляжем, и скрытая под волнообразной эспланадой для пешеходов и велосипедистов.
Но использование природы не является панацеей. Песчаные дюны и защитные насаждения занимают больше места, чем традиционные сооружения. Более того, природные преграды не всегда могут защитить во время особо сильных штормов.
«Давайте быть честными», – говорит ван Ледден. «Лес не защитит вас от волн высотой 6 или 8 метров, поэтому есть ограничения».
В дополнение к защитным сооружениям, усиленным природными преградами, голландские ученые и инженеры работают над тем чтобы, по словам Маккабиани «улучшить принятие решений, когда что-то идет не так». Для этого Deltares работают над проектами «умных» дамб, в которых размещены сенсоры, передающие данные о состоянии сооружения. Цель – дать больше времени на принятие решения когда визуально состояние сооружения еще не вызывает беспокойства. Раннее обнаружение проблемы может дать время на ремонт или своевременную эвакуацию.
Система находится в стадии тестирования и, по словам Маккабиани, ведутся переговоры с Инженерным корпусом армии США и несколькими американскими университетами, чтобы построить пилотный проект в дельте Миссисипи.
Еще один проект, реализуемый Deltares это 3D-визуализация. С использованием технологии LIDAR и других инструментов создается система, которая может дать детальную информацию о районах подверженных затоплению, позволит оценить возможный ущерб, видеть 3D-визуализацию возможного наводнения.
По словам де Вриса и других ученых и инженеров многие районы США, включая побережье Южной Калифорнии, Флориду и Нью-Джерси, выиграли бы от использования защитных сооружений из естественных материалов и природных систем. Но пока новая концепция защитных сооружений привлекает мало внимания за океаном. Американские инженеры пока предпочитают строить защитные сооружения из бетона.
«Новые голландские технологии имеют перспективу и органы, ответственные за защиту от наводнений в США следят за их развитием», – утверждает Джейсон Нидэм (Jason Needham), специалист Центра управления рисками в Дэвисе, который недавно провел год в Нидерландах по программе обмена персоналом. «Однако сложные приборы такие как в «умных» дамбах слишком дороги и еще не доказали свою необходимость».
Нидэм признает, что две страны имеют различные подходы в строительстве защитных сооружений. Голландия делает упор на профилактике наводнений, в то время как США фокусируются главным образом на готовности к чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствии. Однако ввиду неопределенного климата в будущем цели у них сходятся. Цель, по словам Нидэма – как обезопасить людей не воздвигая перед ними огромную стену.
Источник: e360.yale.edu