世界上近一半的人口居住在距离海岸线62英里(100公里)的范围内。这意味着由于海平面上升，海岸线被侵蚀，以及飓风等风暴更频繁地给海岸带来风暴潮和毁灭性海浪，人们面临的洪水和破坏风险越来越大。卡特里娜飓风、劳拉飓风、艾克飓风、多里安飓风以及最近发生的更多飓风就是最好的例子。必须找到新的、创新的方法来减少沿海社区和基础设施面临的风险。
德克萨斯农工大学加尔维斯顿分校海洋工程系副教授Jens Figlus博士和一组研究人员正在通过更好设计的混合海岸结构来保护沿海社区。这些结构结合了海岸沙丘和传统人造结构(如海堤、海堤和碎石丘)的优点，以提高其有效性和复原力。
Jens Figlus，副教授
在一项加强全球海岸的国际努力中，该团队将物理模型测试与数值模拟相结合，以概述物理特性，以实现对洪水的最佳防御。这项工作受到天然沙丘的启发，将弥合研究和应用之间的差距，使这种结构在全球范围内得到应用。
沿海洪水
1900年9月8日，加尔维斯顿遭受了美国历史上最严重的自然灾害。一场四级飓风袭击了这座岛屿城市，摧毁了3600多座建筑，造成6000至1.2万人死亡。伴随着巨大的风暴潮和高达每小时135英里的风速，加尔维斯顿被淹没并夷为平地。
传统上，当巨大的风暴潮沿着海岸线发生时，海岸工程师们会通过建造坚硬的结构来应对，比如加尔维斯顿海堤，以及新奥尔良的堤坝和防洪闸门，以抵御高水位和洪水。
Figlus说:“在过去的十年左右，潮流已经转向了不仅仅是用蛮力来解决所有问题——混凝土和钢结构也是如此。”“海岸工程的发展方向更倾向于一些人所说的与自然结合的工程方法。我们不再试图不断地与自然对抗或保护自然，而是试图利用自然过程和更多的自然特征来完成我们作为工程师打算做的工作，比如降低洪水和破坏的风险，提高保护水平。
让《沙丘》回归商业
与海岸工程实验室菲格勒斯正在测试沙丘和坚硬结构的组合如何能最好地抵御风暴。菲格勒斯是德克萨斯州海滩和海岸中心的研究人员，来自荷兰史蒂文斯理工学院和代尔夫特理工大学等其他机构的研究人员。
“我们的想法是，我们试图让一些东西看起来像一个天然沙丘，但在它的核心，隐藏在沙层之下，将是一个坚硬的结构。沙子覆盖层和坚硬结构的结合，旨在减少在大风暴潮和大规模海浪袭击期间发生洪水、淹没和破坏的风险飓风艾克但与此同时，在正常情况下，它提供了像天然沙丘一样的美学吸引力和生态系统服务，”Figlus说。
尽管有这些优势，但还没有为混合海岸结构的建造提供数据支持的设计和指导方针的研究。为了填补这一重要空白，Figlus和他的团队进行了物理模型测试和模拟。利用大学站的Haynes海岸工程波浪盆地，该团队建造了一个混合沙丘，由碎石堆加固核心和顶部的沙子组成。他们测试了各种风暴场景——改变波浪和水位，以探索结构在受到风暴海浪袭击时的反应和变形。
有了这些信息，他们创建了模型和设计公式，旨在改进混合海岸结构设计。这种结构的一个主要目标是通过限制波浪溢出，即通过结构的水量来降低洪水的风险。这包括测试什么物理特性——比如沙丘的坡度和高度——能产生最好的结果和抵御风暴潮和海浪冲击的能力。
Figlus说:“实际应用是沿海脊柱，旨在降低洪水和风暴潮对大休斯顿-加尔维斯顿地区的破坏风险。”“我们正在积极研究一些概念，这些概念有望被陆军工程兵团用于设计这条可能长达70英里的海岸屏障。这些混合动力系统是一个非常好的选择。”
随着海平面持续上升，洪水和海岸侵蚀将越来越成为影响数十亿人的全球性问题。虽然这项研究目前以加尔维斯顿为家，但Figlus和他的团队正在努力扩大这一研究领域，保护现在和未来的沿海社区。