เมื่อพูดถึงการป้องกันชายฝั่ง หลายคนอาจนึกถึงทางเลือกสองแบบ คือ “สร้างโครงสร้างทางวิศวกรรม” เช่น กำแพงกันคลื่นหรือเขื่อนกันคลื่น กับ “ใช้วิธีที่ใกล้เคียงธรรมชาติ” เช่น การเติมทรายเพื่อเพิ่มความกว้างของชายหาด
แต่ในพื้นที่ชายฝั่งจริง เรามักพบว่าทั้งสองวิธีถูกนำมาใช้ร่วมกัน เช่น เติมทรายไว้ด้านหน้ากำแพงกันคลื่น เพื่อให้ชายหาดช่วยลดพลังงานคลื่นก่อนที่คลื่นจะไปถึงโครงสร้าง ระบบเช่นนี้เรียกว่า Hybrid Coastal Protection หรือการป้องกันชายฝั่งแบบผสมผสาน
คำถามสำคัญคือ ระบบแบบนี้จะทำงานอย่างไรเมื่อเผชิญกับพายุรุนแรง?
งานวิจัยเรื่อง Performance of Hybrid Coastal Protection in Extreme Storm Conditions โดย Anna Adell และคณะ พยายามตอบคำถามนี้ผ่านการติดตามเหตุการณ์พายุจริง และการจำลองด้วยแบบจำลอง XBeach
อ่านบทความฉบับเต็ม (ภาษาอังกฤษ) ได้จาก Performance of Hybrid Coastal Protection in Extreme Storm Conditions
ระบบป้องกันแบบ Hybrid คืออะไร
ระบบที่ศึกษาประกอบด้วยองค์ประกอบหลักสองส่วน ได้แก่ (1) Beach nourishment หรือการเติมทรายเพื่อเพิ่มความกว้างและระดับของชายหาด (2) Rock revetment หรือแนวหินป้องกันชายฝั่งที่อยู่ด้านหลังชายหาด
พื้นที่เติมทรายยังถูกจำกัดด้านข้างด้วยเขื่อนกันคลื่นบริเวณท่าเรือและรอดักทราย ทำให้การเคลื่อนตัวของตะกอนไม่ได้เกิดอย่างอิสระเหมือนชายหาดเปิด แนวคิดของระบบนี้ดูตรงไปตรงมา คือ ให้ชายหาดรับแรงกระแทกจากคลื่นเป็นด่านแรก ส่วนโครงสร้างแข็งทำหน้าที่เป็นด่านสุดท้ายก่อนคลื่นจะเข้าถึงถนน อาคาร หรือพื้นที่ด้านหลังชายฝั่ง
อย่างไรก็ตาม เมื่อเกิดพายุ ชายหาดไม่ได้อยู่นิ่ง ทรายสามารถถูกกัดเซาะ เคลื่อนย้ายไปตามแนวชายฝั่ง หรือเคลื่อนออกไปสะสมเป็นสันทรายใต้น้ำได้ ดังนั้น ประสิทธิภาพของระบบจึงขึ้นอยู่กับการทำงานร่วมกันระหว่างทราย คลื่น ระดับน้ำ และโครงสร้าง
เกิดอะไรขึ้นในช่วงพายุ Babet
ผู้วิจัยใช้ข้อมูลจากพายุ Babet ซึ่งเกิดขึ้นในเดือนตุลาคม 2023 เหตุการณ์นี้มีทั้งคลื่นรุนแรงและระดับน้ำทะเลสูง ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของชายหาดอย่างชัดเจน
ผลการสำรวจพบว่า ทรายบริเวณตีนแนวหินถูกกัดเซาะอย่างมาก การเคลื่อนย้ายทรายแตกต่างกันไปตามตำแหน่งตลอดแนวชายฝั่ง ทรายบางส่วนถูกพัดออกจากชายหาดและไปสะสมเป็นสันทรายบริเวณชายหาดส่วนล่าง และบริเวณรอยต่อระหว่างหาดทรายกับโครงสร้างแข็งเป็นพื้นที่ที่ต้องเฝ้าระวังเป็นพิเศษ
สิ่งที่งานวิจัยนี้แสดงให้เห็นคือ การเติมทรายไม่ได้ทำให้ทรายอยู่นิ่งอยู่หน้ากำแพง เมื่อพายุเข้ามา ทรายจะปรับตัวและกระจายตัวใหม่ตามแรงคลื่น กระแสน้ำ และข้อจำกัดที่เกิดจากโครงสร้างข้างเคียง
ใช้ XBeach ทดลองความกว้างของชายหาด
หลังจากวิเคราะห์ข้อมูลภาคสนาม ผู้วิจัยใช้แบบจำลอง XBeach Surfbeat แบบสองมิติในแนวราบ หรือ 2DH เพื่อจำลองการเปลี่ยนแปลงชายหาดระหว่างพายุ
แบบจำลองสามารถสร้างรูปแบบสำคัญที่สังเกตได้ในพื้นที่จริง เช่น การกัดเซาะ การกระจายตัวของตะกอน และการเกิดสันทรายใต้น้ำ อย่างไรก็ตาม แบบจำลองยังประเมินความลึกของหลุมกัดเซาะบริเวณตีนแนวหินต่ำกว่าค่าที่สำรวจได้สูงสุดประมาณ 0.5 เมตร ความคลาดเคลื่อนนี้ถือว่าสำคัญ เพราะหลุมกัดเซาะบริเวณตีนโครงสร้างอาจมีผลต่อเสถียรภาพของ revetment โดยตรง
จากนั้นผู้วิจัยทดลองเปลี่ยนความกว้างของหาดเติมทรายในแบบจำลอง เพื่อดูว่าหาดที่กว้างขึ้นจะช่วยลดผลกระทบจากคลื่นได้มากเพียงใด
หาดกว้างขึ้น ช่วยลดคลื่นได้จริง
ผลการจำลองพบว่า เมื่อเพิ่มความกว้างของชายหาดจาก 5 เมตรเป็น 50 เมตร ความสูงคลื่นสูงสุดบริเวณตีนแนวหินลดลงจากประมาณ 1.4 เมตร เหลือประมาณ 0.5 เมตร เหตุผลคือ ชายหาดที่กว้างทำให้คลื่นมีระยะทางมากขึ้นในการแตกตัวและสูญเสียพลังงาน ก่อนจะเดินทางไปถึงโครงสร้างด้านหลัง และชายหาดที่กว้างยังช่วยรักษาระดับพื้นบริเวณตีนแนวหินไว้ได้ดีกว่า จึงอาจช่วยลดความเสี่ยงจากการที่โครงสร้างถูกกัดเซาะฐานราก
ในแง่นี้ การเติมทรายไม่ได้มีประโยชน์เพียงทำให้หาดดูสวยหรือมีพื้นที่นันทนาการเพิ่มขึ้นเท่านั้น แต่ยังทำหน้าที่เสมือน “พื้นที่กันชน” ที่ช่วยลดภาระของโครงสร้างแข็งด้วย
แต่หาดกว้างไม่ได้แปลว่าทรายจะสูญเสียน้อยลง
ข้อค้นพบที่น่าสนใจคือ แม้ชายหาดกว้างจะช่วยลดคลื่นที่ไปถึงแนวหิน แต่ปริมาตรทรายที่ถูกเคลื่อนย้ายออกจากพื้นที่อาจมากขึ้นในเชิงปริมาตรรวม
สำหรับหาดที่ออกแบบให้กว้างประมาณ 20–50 เมตร แบบจำลองพบว่าสามารถสูญเสียทรายประมาณร้อยละ 20 ของปริมาตรทรายที่เติมไว้ในระหว่างเหตุการณ์พายุ ตัวเลขนี้ไม่ได้หมายความว่าทรายทั้งหมดสูญหายออกจากระบบชายฝั่ง ทรายบางส่วนอาจเพียงเคลื่อนออกไปสะสมในพื้นที่ด้านข้างหรือบริเวณใต้น้ำ และอาจเคลื่อนกลับเข้าหาฝั่งภายหลังเมื่อคลื่นสงบลง
อย่างไรก็ตาม หากทรายเคลื่อนออกนอกขอบเขตโครงการ หรือถูกโครงสร้างข้างเคียงขัดขวางไม่ให้กลับเข้าสู่ชายหาด การเติมทรายซ้ำก็อาจเป็นสิ่งจำเป็น ดังนั้น การประเมินความสำเร็จจากความกว้างชายหาดทันทีหลังเติมทรายจึงไม่เพียงพอ ต้องติดตามทั้งปริมาตรตะกอน การเปลี่ยนแปลงหน้าตัดชายหาด และพื้นที่ที่ทรายเคลื่อนตัวไปด้วย
ระดับน้ำสำคัญไม่แพ้ความสูงคลื่น
งานวิจัยยังพบว่า ประสิทธิภาพในการลด wave overtopping หรือการที่คลื่นซัดข้ามแนวป้องกัน ไม่ได้ขึ้นอยู่กับความกว้างของชายหาดเพียงอย่างเดียว ตัวแปรสำคัญอีกสองประการคือ ระดับสันของแนวหินเมื่อเทียบกับระดับน้ำ หรือ freeboard และระดับน้ำทะเลที่ยกสูงขึ้นระหว่างพายุ หรือ storm surge
หากระดับน้ำสูงขึ้นมาก คลื่นจะสามารถเดินทางผ่านชายหาดและเข้าถึงโครงสร้างได้ง่ายขึ้น แม้จะมีการเติมทรายไว้ด้านหน้าแล้วก็ตาม พูดง่ายๆ คือ ชายหาดที่กว้างสามารถช่วยลดพลังงานคลื่นได้ แต่หากระดับน้ำสูงจนชายหาดส่วนใหญ่จมน้ำ ประสิทธิภาพของพื้นที่กันชนนี้ก็จะลดลง
นี่คือเหตุผลว่าทำไมการออกแบบ Hybrid Coastal Protection จึงต้องวิเคราะห์คลื่น ระดับน้ำ การเปลี่ยนแปลงชายหาด และระดับสันโครงสร้างพร้อมกัน ไม่ควรพิจารณาแยกเป็นส่วน ๆ
บทเรียนสำคัญจากงานวิจัย
งานวิจัยนี้ไม่ได้สรุปว่าการเติมทรายหน้ากำแพงกันคลื่นเป็นวิธีที่ดีที่สุดในทุกพื้นที่ แต่แสดงให้เห็นว่าแนวทางผสมผสานสามารถช่วยลดแรงคลื่นที่กระทำต่อโครงสร้างได้ หากออกแบบให้เหมาะสมกับสภาพพื้นที่ บทเรียนสำคัญมีอย่างน้อยสี่ประการ
(1) หาดทรายเป็นส่วนหนึ่งของระบบป้องกัน: ความกว้างและระดับของชายหาดมีผลต่อคลื่นที่เดินทางไปถึงกำแพงหรือแนวหิน
(2) ทรายที่เคลื่อนออกไปไม่จำเป็นต้องสูญหายทั้งหมด: ต้องติดตามว่าทรายเคลื่อนลงสู่ชายหาดส่วนล่าง เคลื่อนไปตามแนวชายฝั่ง หรือหลุดออกจากระบบจริง
(3) รอยต่อระหว่างหาดกับโครงสร้างเป็นจุดอ่อน: การกัดเซาะที่ตีนโครงสร้างอาจรุนแรงกว่าที่แบบจำลองประมาณ และอาจส่งผลต่อความมั่นคงของโครงสร้าง
(4) ระบบ Hybrid ยังต้องการการดูแลรักษา: การเติมทรายครั้งเดียวไม่ได้รับประกันว่าระบบจะทำงานได้ตลอดอายุโครงการ ต้องมีการติดตามและเติมทรายซ้ำตามความจำเป็น
แล้วประเทศไทยควรเรียนรู้อะไร
ชายฝั่งไทยหลายแห่งมีสภาพคล้ายกับแนวคิดในงานวิจัยนี้ คือมี seawall หรือ rock revetment อยู่แล้ว และมีข้อเสนอให้เติมทรายด้านหน้าเพื่อฟื้นฟูชายหาด เช่น โครงการเติมทรายของกรมเจ้าท่าหน้ากำแพงกันคลื่นแบบขั้นบันไดของกรมโยธาฯบริเวณชายหาดชะอำใต้
แต่ก่อนดำเนินโครงการ ควรถามให้ชัดเจนว่า ทรายที่เติมจะอยู่ได้นานเพียงใด เมื่อเข้าสู่ฤดูมรสุม ทรายจะเคลื่อนไปทางไหน โครงสร้างเดิมจะทำให้เกิดหลุมกัดเซาะหรือ erosion hotspot ที่ตำแหน่งใด ทรายจะกลับเข้าหาฝั่งหลังมรสุมหรือหลุดออกจากระบบ ต้องเติมทรายซ้ำบ่อยเพียงใด และใช้งบประมาณตลอดอายุโครงการเท่าใด เมื่อรวมระดับน้ำทะเลหนุนและ storm surge แล้ว ชายหาดยังช่วยลด overtopping ได้มากเพียงใด
นอกจากนั้น บริบทของไทยยังมีความแตกต่างจากพื้นที่ศึกษาตามงานวิจัยนี้ เพราะคลื่นชายฝั่งจำนวนมากถูกควบคุมโดยฤดูมรสุม ทิศทางการเคลื่อนที่ของตะกอนอาจกลับด้านระหว่างปี และชายหาดหลายแห่งมีโครงสร้างต่อเนื่องหรือโครงสร้างที่สร้างต่างเวลากัน ทำให้ระบบมีความซับซ้อนมากขึ้น
ข้อสรุป
การเติมทรายหน้ากำแพงกันคลื่นสามารถช่วยลดพลังงานคลื่น ลดแรงกระทำต่อโครงสร้าง และรักษาระดับพื้นบริเวณตีนโครงสร้างได้ แต่ไม่ได้ทำให้ปัญหาการกัดเซาะหมดไป และไม่ได้รับประกันว่าทรายจะคงอยู่ตลอดไป
ระบบ Hybrid Coastal Protection จึงไม่ใช่การนำ “ทราย” กับ “ก้อนหิน” มาวางไว้ด้วยกันเท่านั้น แต่เป็นการออกแบบให้ชายหาด โครงสร้าง คลื่น ระดับน้ำ และการเคลื่อนที่ของตะกอนทำงานร่วมกันทั้งระบบ
สำหรับประเทศไทย คำถามจึงไม่ควรหยุดอยู่ที่ว่า “ควรเติมทรายหรือสร้างกำแพง?”
แต่ควรถามต่อว่า “ถ้าจำเป็นต้องใช้ทั้งสองอย่าง เราจะออกแบบ ติดตาม และบำรุงรักษาอย่างไร เพื่อให้ชายหาดยังทำหน้าที่เป็นชายหาด และโครงสร้างยังป้องกันพื้นที่ด้านหลังได้จริง?”
