Beach nourishment

Beach nourishment è una tecnologia di adattamento utilizzata principalmente in risposta all’erosione della costa, sebbene possano verificarsi anche benefici per la riduzione delle inondazioni. Si tratta di un approccio ingegneristico morbido alla protezione costiera che prevede l’aggiunta artificiale di sedimenti di qualità adeguata a un’area di spiaggia che presenta un deficit di sedimenti. Il nutrimento può anche essere indicato come ricarica da spiaggia, riempimento da spiaggia, rifornimento, ri-nutrimento e alimentazione da spiaggia. La descrizione di questa tecnologia proviene da Linham e Nicholls (2010).

Descrizione

L’aggiunta di materiale da spiaggia ricostruisce e mantiene la spiaggia ad una larghezza che aiuta a fornire protezione contro le tempeste. Questo approccio è utilizzato principalmente sulle spiagge sabbiose, ma il termine può anche riferirsi al nutrimento con ciottoli o anche ciottoli. L’obiettivo, tuttavia, dovrebbe essere quello di garantire che il materiale di nutrimento sia compatibile con il materiale da spiaggia naturale (o nativo) esistente (Reeve et al., 2004). Il nutrimento è spesso usato in combinazione con la creazione di dune artificiali.

Il beneficio del nutrimento della spiaggia deriva dalla dissipazione dell’energia delle onde; quando le onde corrono su una spiaggia e si rompono, perdono energia. Diverse forme e gradienti del profilo della spiaggia interagiscono con le onde in misura diversa. La forma trasversale di una spiaggia influisce quindi sulla sua capacità di attenuare l’energia delle onde. Una spiaggia’ dissipativa ‘– una che dissipa una notevole energia delle onde – è ampia e poco profonda, mentre una spiaggia’ riflettente ‘ – una che riflette l’energia delle onde in entrata verso il mare – è ripida e stretta e raggiunge poca attenuazione dell’energia delle onde. La logica alla base del nutrimento della spiaggia è trasformare una spiaggia erodente e riflettente in una spiaggia più ampia e dissipativa, che aumenta l’attenuazione dell’energia delle onde (francese, 2001).

Oltre ad aiutare a dissipare l’energia delle onde in entrata, il nutrimento della spiaggia affronta un deficit di sedimenti: la causa sottostante dell’erosione. Ciò si ottiene introducendo grandi quantità di materiale da spiaggia nel bilancio dei sedimenti costieri da una fonte di sedimenti esterna, indicata anche come sito di prestito. Il termine “bilancio dei sedimenti” è usato per descrivere l’equilibrio accurato che esiste tra sedimenti in entrata e in uscita. Molto simile a un conto bancario, quando viene aggiunto più materiale che rimosso, si verifica un accumulo e la riva costruisce verso il mare; al contrario, quando viene rimosso più materiale che depositato, si verifica l’erosione (Morton, 2004). Il nutrimento affronta un deficit di sedimenti-la causa dell’erosione – introducendo grandi quantità di materiale da spiaggia nel sistema nearshore. A sua volta, questo può causare la riva a costruire verso il mare.

È importante notare che il nutrimento della spiaggia non ferma l’erosione, ma semplicemente fornisce sedimenti da una fonte esterna, su cui le forze erosionali continueranno ad agire. In questo senso, il nutrimento della spiaggia fornisce una barriera sacrificale, piuttosto che una barriera fissa contro l’erosione costiera.

Le continue forze erosionali probabilmente restituiranno la spiaggia ad uno stato in cui è richiesto il ri-nutrimento. La figura 1 mostra il volume della spiaggia in una spiaggia nutrita nel Regno Unito, nel tempo. Si può vedere che nel tempo il volume della spiaggia diminuisce a causa dell’erosione naturale. Quando la spiaggia si riduce a un volume critico, il ri-nutrimento dovrebbe essere intrapreso per evitare danni alle infrastrutture costiere.

È possibile utilizzare diversi metodi di nutrimento, incluso il posizionamento con draghe, camion o nastri trasportatori. La sabbia può essere posizionata per creare un’estensione della larghezza della spiaggia o come deposito sottomarino che verrà gradualmente spostato a terra sotto la normale azione delle onde – questo segue la pratica corrente nei Paesi Bassi (VanKoningsveld et al., 2008). Il posizionamento come deposito sottomarino serve anche a incoraggiare la dissipazione dell’energia delle onde, riducendo quindi il suo impatto sulla riva (Dean, 2002).

La fornitura di materiale di nutrimento mediante dragaggio offshore è spesso favorita perché consente di ottenere grandi quantità di materiale da un’area in cui la sua rimozione e il trasporto onshore sono ragionevolmente non dirompenti per le comunità costiere (Dean, 2002). Durante il dragaggio, i sedimenti vengono rimossi dal fondo marino insieme a quantità significative di acqua. La miscela è definita “liquame” e le sue caratteristiche liquide consentono di trasferirla a terra mediante condotte galleggianti o sommerse o mediante il “metodo arcobaleno” (cfr.figura 2).

Un’alternativa al dragaggio offshore è la rimozione di sedimenti di tipo spiaggia da fonti terrestri. Il sedimento viene quindi trasportato al sito di destinazione da camion. Solo una piccola percentuale di nutrimento viene effettuata in questo modo e l’approccio è più adatto a operazioni su piccola scala a causa del modo di trasporto più laborioso (Dean, 2002).

Una volta che il sedimento è stato trasportato alla spiaggia di destinazione, deve essere depositato in modo appropriato. Se si utilizzano siti di dragaggio offshore, i sedimenti possono essere scaricati come deposito sottomarino. Tuttavia, il nutrimento porta più comunemente sedimenti a terra. Una volta a terra, i sedimenti possono essere rielaborati per formare una spiaggia piatta. Se lo si desidera, dune artificiali possono anche essere creati sulla porzione landward della spiaggia, attraverso l’uso di bulldozer o altri mezzi.

Vantaggi della tecnologia

Se eseguito bene, i benefici del nutrimento sono molti e vari. Soprattutto, il nutrimento della spiaggia riduce gli impatti dannosi dell’erosione costiera fornendo sedimenti aggiuntivi che soddisfano le forze erosionali. L’erosione delle coste continuerà a verificarsi, ma la spiaggia ampliata e approfondita fornirà un cuscinetto per proteggere le infrastrutture costiere e altri beni dagli effetti dell’erosione costiera e dei danni causati dalle tempeste.

Il nutrimento della spiaggia è una soluzione di gestione costiera flessibile, in quanto reversibile. Ciò è estremamente vantaggioso in quanto consente di passare alla prossima generazione la più ampia gamma di opzioni di gestione costiera.

La ridistribuzione alongshore del materiale aggiunto avverrà attraverso un processo noto come longshore drift, sotto l’azione di onde, maree e vento. La deriva longshore è causata da onde che si avvicinano obliquamente alla riva, portando con sé sedimenti sulla spiaggia. Quando le onde ritornano al mare, tuttavia, il movimento è sempre perpendicolare alla riva. Ciò avvia un graduale movimento lungo la costa dei sedimenti come mostrato in Figura 3. Come risultato della ridistribuzione dei sedimenti da parte della deriva longshore, è probabile che il nutrimento della spiaggia abbia un impatto positivo sulle aree adiacenti che non sono state nutrite direttamente. Ciò può fornire benefici più ampi, tra cui una ridotta erosione della spiaggia e della scogliera per l’intera cellula costiera (una cellula costiera è un tratto di costa all’interno del quale il movimento dei sedimenti è autonomo. Il sedimento all’interno di una cellula costiera non viene trasportato o condiviso con cellule adiacenti).

Il nutrimento della spiaggia può integrare misure di protezione dure come le pareti marine, che possono continuare ad essere utilizzate come ultima linea di difesa. L’esistenza di un’ampia spiaggia sabbiosa di fronte a tali strutture riduce notevolmente l’energia delle onde che li raggiunge, fornendo così una protezione aggiuntiva.

L’aggiunta di sedimenti che assomigliano molto al materiale originario della spiaggia contribuirà a mantenere il paesaggio naturale della spiaggia, fornendo al contempo una maggiore capacità di far fronte all’erosione costiera e alle inondazioni. L’aspetto naturale dei progetti di nutrimento significa anche che questi schemi sono esteticamente gradevoli.

Il turismo costiero dipende fortemente dal “sole, dal mare e dalla sabbia”. Di conseguenza, il nutrimento della spiaggia ha il potenziale per promuovere la ricreazione e il turismo attraverso l’ampliamento della spiaggia (Nicholls et al., 2007b). Questo può servire a migliorare il turismo preesistente o può servire ad attirare turisti nella zona, incoraggiando così lo sviluppo.

È anche possibile fornire benefici ecologici attraverso il nutrimento della spiaggia. È stato dimostrato che gli schemi forniscono siti di nidificazione migliorati per le tartarughe marine quando sono progettati tenendo conto dei requisiti di queste creature (Dean, 2002). Ciò, a sua volta, può servire a promuovere l ‘”ecoturismo”, con conseguenti benefici per lo sviluppo.

Oggi, il nutrimento è molto popolare nei paesi sviluppati, ma ha anche trovato applicazione nelle nazioni in via di sviluppo, come il Brasile (Vera-Cruz, 1972; Elfrink et al., 2008), Nigeria (Domenica & John, 2006), Corea (Kim et al., 2008), Ghana (Nairn et al., 1998) e Malesia (Brøgger & Jakobsen, 2008). La tecnologia e i metodi coinvolti sono ben consolidati e molti appaltatori esperti nel nutrimento della spiaggia sono disponibili in tutto il mondo per intraprendere tali progetti.

Svantaggi della tecnologia

Come già affermato, il nutrimento non è una soluzione permanente all’erosione della costa. Per mantenere l’efficacia di un sistema saranno necessarie periodiche ricariche, o “ricariche”. Ciò richiederà un re-investimento regolare, ma può essere visto come un costo di manutenzione, come quelli associati a strutture ingegnerizzate.

Come per qualsiasi tipo di opere di protezione della costa, ridurre il rischio di inondazioni e di erosione costiera si tradurrà in un maggiore senso di sicurezza. In una certa misura, questo è auspicabile. Tuttavia, anche in presenza di misure protettive, la zona costiera rimane suscettibile di inondazioni ed eventi di erosione costiera estremi e rimarrà esposta a disastri naturali con lunghi periodi di rientro. Se non regolamentate con cura, le misure di protezione possono promuovere uno sviluppo imprudente in queste aree rischiose a causa dell’accresciuto senso di sicurezza.

Depositare sedimenti sulle spiagge può generare una serie di effetti ambientali negativi, tra cui la sepoltura diretta di animali e organismi residenti sulla spiaggia, dosi letali o dannose di torbidità dell’acqua – nuvolosità causata dall’agitazione dei sedimenti – e composizioni di sedimenti alterate che possono influenzare i tipi di animali che abitano l’area (Dean, 2002). Di conseguenza, i progetti devono essere concepiti tenendo conto e tenendo conto delle potenziali conseguenze negative per l’ambiente. Occorre prestare particolare attenzione agli impatti sulle specie importanti o rare residenti nella zona costiera.

Il posizionamento del materiale di riempimento sulla spiaggia può disturbare gli habitat della spiaggia e dell’oceano, come la nidificazione di uccelli e tartarughe marine, se gli schemi non sono progettati in modo appropriato. Ciò è particolarmente vero se la dimensione/composizione del granello di sabbia non corrisponde ai materiali da spiaggia nativi (IOC, 2009).

L’applicazione del nutrimento da spiaggia dovrebbe crescere in futuro e, di conseguenza, potrebbe esserci una maggiore domanda di sedimenti di alta qualità. La limitata disponibilità di grandi appaltatori, unita ad un aumento della domanda di progetti di nutrimento, ha già causato aumenti dei costi per i progetti di nutrimento nei Paesi Bassi, dove è ampiamente applicato (Hillen et al., 2010). Questa tendenza al rialzo sarà probabilmente osservata altrove in futuro.

Requisiti e costi finanziari

Linham et al. (2010) ampiamente studiato i costi unitari di spiaggia nutrimento. È stato dimostrato che i costi variano tipicamente da US US 3-15/m3 (ai livelli di prezzo del 2009) dove i siti di dragaggio sono disponibili localmente (Linham et al., 2010). Il fattore determinante più importante dei costi di nutrimento sembra essere la distanza di trasporto per il materiale da spiaggia.

La maggior parte di questi dati è stata raccolta nei paesi sviluppati perché è qui che si verifica la maggior parte del nutrimento oggi. Nei paesi in via di sviluppo, in generale, i costi dovrebbero essere simili o forse più elevati, a causa della loro industria di ingegneria costiera meno sviluppata.

È evidente un’ampia variazione dei costi tra e all’interno dei paesi. Questo è il risultato dei numerosi fattori descritti di seguito (CIRIA, 1996; Linham et al., 2010):

• dimensioni del Progetto e conseguenti economie di scala
• Distanza tra draga e siti di destinazione
• Numero di viaggi necessari tra draga sito e nutrimento area
• Fondali forma di prestito del sito determinante della draga dimensioni che può essere utilizzato e, pertanto, riguarda il numero di viaggi, che deve essere effettuata
• materiale per il ripascimento – materiale più grossolano causa maggiore di attrezzature di usura, il che è probabile per essere trasferiti ai clienti da parte degli appaltatori
• Stimato perdite di materiale
• Disponibilità (e la dimensione) di draghe
• Grado di esposizione del sito-determina il tipo di draga da utilizzare e può anche abbreviare le ore di lavoro quando un sito è sottoposto a venti e onde energetiche
• Gamma di marea-ampie gamme di marea forniscono limiti di tempo quando le draghe sono in grado di avvicinarsi abbastanza vicino alla riva per depositare materiale. Questo è il turno può influenzare il tempo necessario per completare un progetto
• Requisiti di terze parti

Il pagamento agli appaltatori è solitamente basato sul volume consegnato di sedimenti. Questo richiede normalmente indagini delle sezioni visibili e sottomarine della spiaggia per essere completato sia pre-e post-nutrimento.

Il costo in corso del monitoraggio dovrebbe essere contabilizzato quando si considera il costo complessivo del nutrimento. I costi di monitoraggio possono variare in funzione dei costi locali della manodopera e, in quanto tali, possono variare significativamente da un paese all’altro (Mason, pers. comunicazioni.).

Requisiti istituzionali e organizzativi

Gli allevamenti da spiaggia su larga scala richiedono in genere studi ingegneristici approfonditi e conoscenze e attrezzature specializzate. Ciò può includere draghe e condotte che devono essere noleggiate da un appaltatore specializzato. Tuttavia, è anche possibile condurre il nutrimento su scala più piccola. I sedimenti di tipo spiaggia possono essere trasferiti da fonti terrestri o da aree deposizionali a aree erosionali con il trasporto di camion. A causa della natura su piccola scala di questo approccio e poiché le attrezzature facilmente disponibili potrebbero essere utilizzate, il nutrimento per mezzo di camion può essere più praticabile a livello locale.

Una volta effettuato il nutrimento, è necessario un monitoraggio continuo della spiaggia per valutare il successo del nutrimento e determinare quando sarà necessario un nuovo nutrimento. Data l’adeguata formazione e tecnologia, il monitoraggio dovrebbe essere possibile a livello locale / comunitario. Tuttavia, i programmi di alimentazione dovrebbero essere valutati nel loro complesso, il che potrebbe richiedere la partecipazione di più comunità se l’alimentazione viene intrapresa su larga scala.

Ostacoli all’attuazione

Il nutrimento da spiaggia richiede che una fonte di sedimento adeguata sia identificata abbastanza vicino al sito di nutrimento. Ciò garantisce che i costi siano mantenuti a un livello ragionevole. La disponibilità di sedimenti è molto variabile in tutto il mondo e le fonti adatte non possono essere facilmente trovate. La crescente popolarità del nutrimento da spiaggia in tutto il mondo può quindi causare problemi di disponibilità di sedimenti all’aumentare della domanda. Questo problema è già stato sperimentato in ambienti di piccole isole dove la sabbia è spesso trasportato grandi distanze per i progetti di nutrimento.

Il nutrimento della spiaggia richiede attrezzature e conoscenze altamente specializzate, comprese draghe e condotte che dovranno essere noleggiate da un appaltatore specializzato. Hillen et al. (2010) hanno notato il numero limitato di grandi appaltatori disponibili e hanno anche evidenziato l’aumento dei costi associato a causa della forte domanda. Le caratteristiche del sito locale influenzeranno anche il tipo e le dimensioni della draga che può essere utilizzata – questo può limitare ulteriormente la disponibilità di draghe.

La consapevolezza del pubblico su come funzionano i programmi di nutrimento per le spiagge può anche rappresentare una barriera. Questo è particolarmente vero quando si utilizza nutrimento shoreface o deposizione di sedimenti sottomarini. Utilizzando queste tecniche, i vantaggi del nutrimento potrebbero non essere immediatamente evidenti e, a meno che il pubblico non sia istruito su come funziona lo schema, potrebbe dubitare dei benefici del nutrimento e opporsi a tali progetti. Il pubblico dovrebbe anche essere reso consapevole che il nutrimento non è una soluzione permanente e che saranno necessari ri-nutrimenti. Se ciò non viene comunicato, il pubblico può nuovamente credere che lo schema sia fallito e risentirsi ulteriori spese per il ri-nutrimento. Ciò avverrà soprattutto se i finanziamenti pubblici saranno utilizzati per coprire i costi di alimentazione.

Opportunità di attuazione

Il nutrimento da spiaggia può fungere da opzione di smaltimento economica per il dragaggio di porti e canali. L’uso di materiale di dragaggio combatte anche la potenziale mancanza di sedimenti adatti al largo. Tuttavia, occorre prestare attenzione quando si utilizzano materiali di dragaggio, poiché le draghe portuali possono contenere alti livelli di inquinanti che devono essere attentamente monitorati.

Il nutrimento della spiaggia può anche essere impiegato in combinazione con altre tecnologie di adattamento e può aiutare ad affrontare gli svantaggi di queste tecnologie dure, che includono l’abbassamento della spiaggia e la fame di sedimenti.

Se l’alimentazione fornisce benefici ecologici, può anche servire a incoraggiare l’ecoturismo e fornirà un flusso di reddito per l’economia locale.

• Brøgger, C. e Jakobsen, P. (2008) Nutrimento da spiaggia combinato con scarico verticale SIC in Malesia a McKee Smith, J. (ed.). Coastal Engineering 2008, Amburgo, 31 agosto – 5 settembre, 2008. Singapore: World Scientific Publishing, 4725-4737.
• CIRIA (Construction Industry Research and Information Association) (1996) Manuale di gestione della spiaggia. Relazione CIRIA 153. Londra: Construction Industry Research and Information Association.
• Dean, RG (2002) Teoria e pratica del nutrimento da spiaggia. Singapore: World Scientific Publishing.
• Elfrink, B., Accetta, D. e Mangor, K. (2008) Shoreline Protection Scheme a Conceicao da Barra, Brasile in McKee Smith, J. (ed.). Coastal Engineering 2008, Amburgo, 31 agosto – 5 settembre, 2008. Singapore: World Scientific Publishing, 2458-2470.
• Francese, P. W. (2001) Difese costiere: processi, problemi e soluzioni. Londra: Routledge.
• Hillen, M. M., Jonkman, S. N., Kanning, W., Kok, M., Geldenhuys, M., Vrijling, J. K. e Stive, M. J. F. (2010) Stime dei costi della difesa costiera. Caso di studio dei Paesi Bassi, New Orleans e Vietnam. Paesi Bassi: TU Delft.
• IOC (2009) Hazard Awareness and Risk Mitigation in Integrated Coastal Area Management (ICAM). Manuale e guide della Commissione Oceanografica Intergovernativa (CIO) n.50, Dossier ICAM n. 5. Parigi: UNESCO.
• Kim, K. H. K., Widayati, A. Y. W. e Yoon, S. J. (2008) Approccio globale per la mitigazione dell’erosione della spiaggia in Corea in McKee Smith, J. (ed.). Coastal Engineering 2008, Amburgo, 31 agosto – 5 settembre, 2008. Singapore: World Scientific Publishing, 4687-4698.
• Laessing, D. E. (2005) Profondità di chiusura a Bournemouth. Tesi di laurea (MSc.), Università di Southampton.
• Linham, M. M., Green, CH e Nicholls, RJ (2010) EVITANO la relazione sui costi di adattamento agli effetti dei cambiamenti climatici nelle grandi città portuali del mondo. AV / WS2 / D1 / R14.
• Linham, M. e Nicholls, RJ (2010) Tecnologie per l’adattamento ai cambiamenti climatici: erosione costiera e inondazioni. TNA Serie Guida. UNEP / GEF.
• Morton, R. A. (2004) Physical Agents of Land Loss: Sediment Budget. La nostra azienda
• Nairn, R. B., MacIntosh, K. J., Hayes, M. O., Nai, G., Anthonio, S. L. and Valley, W. S. (1998) Erosione costiera nella laguna di Keta, Ghana – soluzione su larga scala a un problema su larga scala in Edge, B. L. (ed.). Coastal Engineering 1998, Copenhagen, 22-26 giugno 1998. Reston, Virginia: ASCE, 3192-3205.
• Nicholls, RJ, Cooper, N. e Townend, IH (2007b) La gestione delle inondazioni costiere e dell’erosione a Thorne, CR et al. (Eds.). Futuri rischi di inondazione e di erosione costiera. Londra: Thomas Telford, 392-413.
• Reeve, D., Chadwick, A. e Fleming, C (2004) Ingegneria costiera: processi, teoria e pratica del design. Abingdon: Spon Press.
• Domenica, O. A. e John, T. O. (2006) Lagos shoreline modello di cambiamento: 1986-2002. American-Eurasian Journal of Scientific Research, 1 (1), 25-30.
• VanKoningsveld, M., Mulder, JPM, Stive, MJF, VanDerValk, L. E VanDerWeck, AW (2008) Vivere con l’aumento del livello del mare e il cambiamento climatico: un caso di studio dei Paesi Bassi. Journal of Coastal Research, 24 (2), 367-379.
• Vera-Cruz, D. (1972) Nutrimento artificiale alla spiaggia di Copacabana. Atti 13th Coastal Engineering Conference. New York: ASCE, 141-163.

Affiliazioni autore

• Matthew M. Linham, School of Civil Engineering and the Environment ,University of Southampton, UK
• Robert J. Nicholls, School of Civil Engineering and the Environment e Tyndall Centre for Climate Change Research, University of Southampton, UK