堆積予算

堆積予算は、海岸におけるさまざまな堆積物の流入（流入源）と流出（流入先）を分析および記述するために使用される沿岸管理ツールであり、特定の海岸線の地形変化を時間の経過とともに予測するために使用されます。沿岸環境における堆積物の変化率は、システムに流入する堆積物の量とシステムから流出する堆積物の量に依存します。これらの堆積物の流入と流出は、システム全体のバランスに等しく、多くの場合、海岸の地形に影響を与える侵食または堆積の量を反映します。 ^{[1] [2]}

堆積物の予算を評価するには、海岸を一般に沿岸セルとコンパートメントと呼ばれる 2 つの別々の形態に分割する必要があります。堆積物のコンパートメントは通常、ビーチの端を示す 2 つの岩石障壁として定義され、一定の堆積量の予算を持ちますが、通常はある程度漏れがあります。沿岸セルは自由または固定されており、個々のリップセルからビーチ全体まで、さまざまなスケールの階層を占めることがあります。^{[2] [3] [ページが必要]}

沿岸域には、さまざまな種類の自然の供給源とシンクがあります。堆積物の供給源には、河川輸送、海食崖の浸食、および地域への沿岸漂流が含まれます。堆積物のシンクには、地域から漂流する堆積物や河口への堆積物の堆積が含まれます。

人間活動も堆積物予算に影響を与える可能性があります。特に、河川のダム建設や河床での砂利採掘は、海岸への堆積物源を減少させる可能性があります。対照的に、浜辺の養浜は堆積物源を増加させる可能性があります。

1966年、ボーエンとインマンは沿岸セルを定義し、堆積物の流入、沿岸漂流による堆積、流出を分離した。^[4]

堆積予算は、現在の堆積物の動きを示し、将来の堆積物の動きを予測することで、海岸侵食の管理を支援するために使用されます。^[5]

沿岸環境の堆積予算を理解するには、安定性があるかどうかを決定できるさまざまな種類のフィードバックを知ることが重要です。海岸環境が風、波、潮力の影響を受けると、正または負のフィードバックで応答し、システムのバランスが取れて平衡状態にあるかどうかを決定します。

負のフィードバックは、海岸の地形の変化に対抗し、平衡を確立する安定化メカニズムです。平衡状態の海岸環境は、堆積物の流入や流出、地形の変化を起こさずに、入ってくるエネルギーを消散または反射することができます。たとえば、平衡状態のビーチが嵐の間に侵食されると、沖合の砂州が形成され、波がその砂州を越えて砕けます。これにより、波は海岸線に到達する前に多くのエネルギーを失い、消散するため、それ以上の侵食が大幅に軽減されます。嵐が静まると、砂州は再びビーチに戻ります。^[2]

対照的に、正のフィードバックは、閾値に達するまで沿岸システムの形態を変化させることで、沿岸システムを平衡状態から遠ざけ、異なるタイプの反応を引き起こします。たとえば、嵐が平衡状態にないビーチの前砂丘を突破した場合、脆弱な領域が形成され、今度は植生の欠如を突く風によって吹き荒れる噴出が発生しやすくなります。^{[2] [3] [ページが必要]}

海岸の区画化は、大きな障害物や物体がある場所で発生します。特に、湾が深い海岸の岬で発生します。最も閉鎖されたビーチは、一般にポケット ビーチとして知られています。このタイプのビーチでは、砂の量は一定で、閉じた区画になっています。沿岸セルは、たとえば離岸流などによって循環する海岸内の堆積物として定義できます。沿岸セルは通常、岬によって妨げられず、沿岸流が発生する海岸で発生します。

沿岸セルの特定は、砂質海岸の堆積物予算を決定する上で極めて重要です。西オーストラリア南西部では、大きな尖頭岬と岩の岬が沿岸セルの境界であると考えられています。沿岸セルの境界は、堆積物の動きのトレーサー研究、地形学的観察と堆積学的記述、重鉱物の供給源、海岸に沿った波のフラックスの空間分布の分析を使用して定義されています。^[4]

沿岸セルは通常、堆積量の変化が海岸線の変化に直接影響を与える領域であり、理想的には、他の沿岸セルとの沿岸堆積物の交換を最小限に抑えるように定義されます。たとえば、岩の多い岬に囲まれたポケットビーチ（堆積物は存在しないと想定されます）などです。サブセルは通常、堆積速度と浸食速度が異なる海岸の堆積量をより適切に測定するように定義されます。沿岸セルの陸側の境界は通常、砂丘または崖の麓ですが、海側の境界は、ここでの堆積物の輸送メカニズムが十分に理解されていないため、定義が困難です。沿岸セル間には、沿岸、陸側、海側の 3 種類の境界があり、堆積物はこれらの境界を越えて沿岸セルに入ったり、さまざまなプロセスによって沿岸セルから出たりします。特定の沿岸セルでどのようなプロセスが作用しているかを特定することが重要であり、堆積物の供給源とシンクを特定することも重要です。これらの供給源とシンクによって増加または失われた堆積物を測定することにより、堆積物の予算を決定することができるためです。^[5]

河川は沿岸堆積物予算への堆積物の主要な供給源であり、これは特に河川が堆積物を海岸に直接投棄する急勾配の海岸に当てはまる。勾配の緩い海岸は河口に河川堆積物を失う可能性がある。^[5]海岸線への堆積物の供給は非常に断続的であり、主に洪水時に発生し、流量の増加は通常、海岸に供給される堆積物の増加をもたらす。一部の河川は沿岸環境を養うために大量の堆積物を生産するため、「大規模」と呼ばれる。例えば、ニュージーランドのカンタベリー沿岸のワイマカリリ川は、ペガサス湾沿岸に供給される堆積物の 77% を生産している。^[6]これは、海岸線の浸食を防ぐのに十分な堆積物を供給するのに苦労しているため「小規模」と呼ばれる一部の河川では必ずしも当てはまらない。例えば、ニュージーランドのカンタベリーのバンクス半島の南にあるラカイア川などである。 ^[7]

洪水制御と水力発電のための河川ダム建設は、堆積物を閉じ込め、洪水ピークと洪水の強度を低下させるため、多くの海岸線への堆積物の供給を減少させます。米国南カリフォルニア、特にサンルイスレイ川などの場所では、川沿いの不動産の洪水を制御するためにダムが建設されています。皮肉なことに、そうすることで、ビーチを保護するために生産される堆積物が不足し、沿岸の不動産が被害を受ける一因となっています。^[8]もう1つの例は、 1964年にエジプトのナイル川に建設されたアスワンダムです。アスワンダム建設前、ナイル川は毎年6,000万〜1億8,000万トンの堆積物と水を地中海に供給していました。現在、堆積物の供給はほぼゼロであり、沿岸の堆積予算に大きな不均衡が生じ、海岸沿いの大規模な浸食と堆積物の移動を引き起こしています。^{[9] [10]}

ダムによる堆積物の捕捉の影響は、河川内での砂利採掘などの他の活動と組み合わせると悪化する可能性があります。川床から砂利を掘削すると、水路プロファイル内にピットが形成され、流入する掃流土砂の多くが捕捉され、海岸線への到達が妨げられたり遅くなったりします。採掘は、特にダムの下流で行われる場合、輸送可能な堆積物の総量を減らすこともあります。たとえば、南カリフォルニアのサンルイスレイ川からは毎年約300,000  m ³の砂利が採掘されていますが、これはダム建設後の掃流土砂生産量のほぼ50倍に相当します。^[8]したがって、掃流土砂をさらに除去すると、海岸に供給できる堆積物の生産量がさらに減少します。

耕作や土地利用のために自然植生を除去すると、土壌浸食が増加し、河川から海岸に運ばれる土砂量が増加します。例えば、ニュージーランドのウェストランドでは、樹木を伐採すると河川土砂量が最大8倍に増加するという累積的な影響がありました。^[10]

海食崖の侵食は、多くの沿岸堆積物予算にとって大きな堆積物源であり、波の襲来、降雨、地下水の浸透など、さまざまなプロセスによって引き起こされます。海面上昇によって崖の侵食が影響を受ける可能性があり、高潮が発生するとさらに悪化します。^[11]崖の侵食の一例として、ニュージーランドのワイタキ川の北に位置するカンタベリー湾の全長に広がる大規模な更新 世扇状地の侵食が挙げられます。高エネルギーの波の環境によるこれらの崖の侵食は、これらのビーチに供給される物質全体の 70% を占めています。^[12]

河川輸送や海食崖の浸食ほど頻繁には観測されないものの、嵐は沿岸堆積物の大きな割合を占めている可能性がある。2005年のハリケーン カトリーナとハリケーン リタの後、ルイジアナ州とテキサス州東部の湾岸沿いに 131 x 10 ⁶トンを超える堆積物が堆積した。ルイジアナ州西部の沿岸湿地帯の調査​​では、ハリケーンがその場所に堆積物を堆積させる「圧倒的な経路」であるように思われ、地元の河川システムによって堆積される量よりもはるかに多くの堆積物を占めていることが判明した。^[13]堆積物の堆積量の年間推定に基づくと、ハリケーンは、河川輸送された堆積物を枯渇した湿地帯に向け直すことを目的とした人為的な河川の迂回よりも、沿岸湿地帯に数百倍もの堆積物を堆積させることが判明した。塩性湿地、特にルイジアナ州沿岸部の湿地では、ハリケーンによる堆積物の蓄積は、無機堆積物の予算全体を占めるのに「十分」です。^[13]

河口は沿岸シンクの一例で、潮汐循環や淡水と塩水の混合、河川堆積物の流入、マングローブの存在などにより堆積物が捕捉されやすい。潮の満ち引き​​に伴い、水と堆積物が河口に送り込まれる。塩水と堆積物の粒子は淡水より重いため、堆積物が底に沈み河口内に捕捉されるまで底を運ばれる傾向がある。砂や沖合の物質が河口に移動するか否かは、一般的に沿岸漂流の方向と大陸棚を横切る底水の動きによって決まる。河口は、河川から流れ込む粗い底質堆積物を捕捉し、海岸に到達する前に捕捉することが多い。^[14]ニュージーランド北島では、マングローブの存在により河口への堆積物の沈下が頻繁に発生している。マングローブは堆積物を大量に必要とし、複雑な空中根の構造で大量の浮遊堆積物を捕捉し、土地造成者として機能します。^[15]

風によって内陸に吹き飛ばされて砂丘を形成する砂は、通常、適度に強い風が吹く海岸線で発生します。これは、海岸線の堆積物予算にとって大きなシンクとなる可能性があります。

沿岸漂砂は海岸沿いの堆積物を分配する上で重要であり、最も重要なメカニズムの1つと考えられている。^[5]沿岸漂砂は、場合によっては海岸線に堆積物を追加するが、他の場合には海岸線から堆積物を運び去る可能性があるため、発生源とシンクの両方と見なすことができます。沿岸漂砂の両極端の例は、ニュージーランドのカンタベリー海岸、バンクス半島の両側に見られます。バンクス半島の北にあるワイマカリリ川と南にあるカンタベリー湾は、どちらも大量の堆積物を供給しています。違いは、ワイマカリリ川によって供給される堆積物は、堆積物を南に運ぶ南流の逆転により、海岸のニューブライトン 砂州への発生源となっていることです。 ^[12]対照的に、カンタベリー湾は高エネルギー環境と強い南岸沿岸流の組み合わせを持ち、大量の堆積物を北に運び、シンクとして分類することができ、海岸の堆積予算に赤字をもたらします。^[7]その結果、カンタベリー湾と主にバランスのとれたニューブライトン砂州が侵食されています。

沿岸漂流物を測定するためのモデルが開発されており、正しい時間スケールで積分すれば堆積予算を決定するのに役立つ可能性がある。^[5]

堆積物予算は、システム内の堆積物の供給源とシンクを考慮に入れます。^[16]この堆積物はあらゆる供給源から来る可能性があり、供給源とシンクの例は次のとおりです。

• 河川
• ラグーン
• 侵食される土地資源
• 人工的な供給源（例：栄養）
• 人工シンク（採掘・採掘など）
• オフショア輸送
• 海岸への堆積物の堆積

この堆積物はその後沿岸域に入り、沿岸漂砂によって運ばれます。沿岸域で堆積物予算と沿岸漂砂が連携して機能している良い例としては、沿岸漂砂によって運ばれた砂を蓄える入江の干潮浅瀬が挙げられます。 ^{[16] [17]}これらのシステムは砂を蓄えるだけでなく、他の海岸域に砂を移したり迂回させたりもするため、入江の干潮浅瀬システムは堆積物予算の優れた供給源とシンクを提供します。^{[16] [17]}

波の打ち寄せと流れは堆積物の量に大きな影響を与える可能性があるが、測定は難しい。波の打ち寄せは砂の質感や個々の波自体など、多くの要因に応じて侵食または堆積のプロセスになる可能性がある。晴天時には波の打ち寄せの影響は無視できるが、嵐の時には海面が上昇して砂丘や崖が侵食され、大量の堆積物が沿岸セルに流れ込む。この堆積物は風によってのみ砂丘に戻される。高潮によって沿岸セルから陸地に堆積物が堆積すると、洗い流し扇状地が形成されたり、沿岸セルから堆積物を運び去る新しい潮汐入り江が開いたりする可能性がある。^[5]

沿岸環境が堆積物不足の場合、人為的な堆積物の補給は、堆積物の均衡を保つための一つの方法です。この種の沿岸侵食管理は、保全と保護を目的として世界中で採用されてきました。その一例は、ニュージーランド北島のマウント・マンガヌイ 海岸です。この海岸では侵食が進行しており、海岸の砂丘が約20メートル後退していました。タウランガ港の入り口で浚渫が始まった際、除去された堆積物はマウント・マンガヌイ海岸の養浜に利用されることが決定されました。堆積物は沿岸域に堆積し、沖合の土手打ちによる海岸の堆積を促進しました。結果、沿岸域に追加された8万 m ³の堆積物のほとんどが陸上に打ち上げられ、海岸の養浜と過去の堆積物不足の均衡化に役立ったことがわかりました。^[18]海岸の養浜は堆積物の不足を解消するための早急な解決策とみなすことができますが、堆積物の予算のバランスを保つためには養浜が継続して行われることが重要です。

海岸線を保護する場合、適切な海岸保護技術を実施する際に堆積予算がどのように影響を受けるかを理解することが重要です。海岸侵食の管理計画では、海岸線を後退から保護する手段として「ハード」な工学構造物を使用することがよくあります。特に、海岸を枯渇させることが多い沿岸漂砂を捕らえるために使用される突堤です。突堤は海岸の堆積予算を変え、漂砂浜を増やすと同時に漂砂浜を枯渇させる可能性があります。^[19]この管理アプローチは今日ではあまり使用されていません。海岸のダイナミクスに関する現代の知識により、砂丘などの自然システムの養殖や保護などの「ソフト」で自然なアプローチの使用が推奨されています。

堆積予算を沿岸管理計画に組み込むことは、人口の大多数が海岸のすぐ近くに住み、財産を所有している今日の世界では特に重要になってきています。堆積予算から得られる重要な要素の 1 つは、特に海面上昇などの大きな環境変化に関連する計画を作成するときに、時間の経過とともに海岸線に発生する可能性のある形態変化を予測できることです。堆積予算を沿岸計画に組み込むことは、ニュージーランドのホークス湾では、危険区域、海岸資産保護、海岸侵食に関する情報を見つけるため、および現在の管理戦略の成功を評価するために非常に重要であると認識されています。^[20]管理に堆積予算を使用する際の大きな障害、そしておそらく堆積予算に関する根本的な問題は、その複雑さです。

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