随着海平面上升和风暴潮增加，沼泽植物在世界海岸线上无处不在，可以在减轻对海岸线的破坏方面发挥重要作用。现在，麻省理工学院的一项新研究提供了有关这些保护益处如何在波浪和洋流塑造的现实条件下发挥作用的更多细节。
该研究将在大型波浪水池中使用模拟植物的实验室实验与数学建模相结合。它出现在《物理评论——流体》杂志上，由前麻省理工学院访问博士生张晓霞(现大连理工大学博士后，土木与环境工程教授海蒂·内普夫)撰写的论文中。
很明显，沿海沼泽植物可以提供重要的保护，免受潮汐和毁灭性风暴的侵袭。例如，据估计，由于受影响海岸沿线大片沼泽提供的波浪能衰减，飓风桑迪造成的损失减少了 6.25 亿美元。但新的麻省理工学院分析结合了植物形态的细节，例如柔韧的叶子与较硬的茎的数量和间距，以及可能来自不同方向的水流和波浪的复杂相互作用。
这种详细程度可以使沿海恢复规划者能够确定缓解预期风暴潮或海平面上升所需的沼泽面积，并决定引入哪些类型的植物以最大限度地保护。
“当你去沼泽地时，你经常会看到植物按区域排列，”内普夫说，他是土木与环境工程的唐纳德和玛莎哈勒曼教授。“沿着边缘，你往往拥有更灵活的植物，因为它们利用它们的灵活性来减少它们感受到的波浪力。在下一个区域，植物更硬一些，叶子也多一些。”
随着区域的发展，植物变得更硬、更茂密，并且由于其更大的叶面积，在吸收波浪能方面更有效。这项研究中完成的新模型结合了麻省理工学院帕森斯实验室 24 米长波浪池中模拟植物的工作，可以使沿海规划者在规划保护、缓解或恢复项目时考虑这些细节。
“如果你把最坚硬的植物放在边缘，它们可能无法生存，因为它们会感受到非常高的波浪力。通过描述大自然母亲为何以这种方式组织植物，我们有望设计出更可持续的修复方案，”Nepf 说。
张说，一旦建立，沼泽植物就会提供一个积极的反馈循环，不仅有助于稳定而且有助于建立这些脆弱的沿海土地。“几年后，沼泽草开始捕获并保留沉积物，海拔越来越高，这可能会跟上海平面的上升，”她说。
Nepf 说，人们越来越意识到沼泽地的保护作用。例如，荷兰一直在修复围绕该国大部分农业用地的堤坝外丢失的沼泽地，发现沼泽可以保护堤坝免受侵蚀;在防止洪水方面，沼泽和堤坝一起工作比单独堤防要有效得多。
但到目前为止，大多数此类努力主要是经验性的、反复试验的计划，Nepf 说。现在，他们可以利用这种建模来了解需要多少沼泽地和何种类型的植物才能提供所需的保护水平。
她说，它还提供了一种更定量的方法来估计沼泽所提供的价值。“它可以让你更准确地说，'40 米的沼泽将减少这么多的波浪，因此将减少这么多的堤坝溢出。'有人可以用它说，“如果我通过维护这个沼泽来减少洪水，我将在接下来的 10 年里节省这么多钱。”这可能有助于为恢复工作产生一些政治动机。”
Nepf 本人已经在尝试将其中一些发现纳入沿海规划过程。她在海湾水资源研究所的克里斯·埃斯波西托 (Chris Esposito) 领导的从业者小组中任职，该小组为遭受风暴袭击的路易斯安那州海岸线提供服务。“我们希望将这项工作纳入用于大规模恢复和海岸规划的涂层模拟，”她说。
