Bioengineering หรือวิศวกรรมชีวภาพ คือการผสมผสานแนวคิดทางชีววิทยา วิศวกรรม และนิเวศวิทยา เพื่อควบคุมการกัดเซาะและเสริมความมั่นคงให้กับดินโดยใช้พืชพรรณหรือวัสดุธรรมชาติร่วมกับวัสดุก่อสร้าง วิธีการนี้ใช้ทั้งพืชมีชีวิตและไม่มีชีวิต โดยพืชไม่มีชีวิตจะถูกใช้เป็นวัสดุก่อสร้างเช่นเดียวกับวัสดุวิศวกรรมทั่วไป

Bioengineering ในบริบทของงานวิศวกรรมชายฝั่ง คือการใช้กระบวนการทางธรรมชาติ สิ่งมีชีวิต (พืช สัตว์ จุลินทรีย์) และวัสดุธรรมชาติ มาประยุกต์ใช้กับโครงสร้างหรือสภาพแวดล้อมชายฝั่ง เพื่อสร้างความมั่นคง ลดการกัดเซาะ และช่วยฟื้นฟูหรือรักษาสมดุลเชิงระบบนิเวศไปพร้อมๆ กัน หลักการสำคัญคือไม่เพียงแต่สร้างโครงสร้างทางวิศวกรรม (hard structures) เช่น เขื่อนกันคลื่นหรือกำแพงกันคลื่น แต่ยังใช้ โครงสร้างสีเขียว (green structure) หรือการเสริมด้วยชีวภาพ ซึ่งมีจุดเด่นในเรื่องความยืดหยุ่น ความกลมกลืนกับธรรมชาติ และการส่งเสริมความหลากหลายทางชีวภาพ

ตัวอย่างของการใช้ Bioengineering ที่อาศัยสิ่งมีชีวิตเป็นหลักในโครงสร้างเขื่อนกันคลื่น เช่น การผสมผสานแนวหอยนางรม ซึ่งไม่เพียงช่วยป้องกันแนวชายฝั่ง แต่ยังสนับสนุนการเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำ โดยทำหน้าที่เป็นแหล่งอนุบาลและขยายพันธุ์ ช่วยสร้างประโยชน์ทั้งในมิติทางนิเวศและเศรษฐกิจ นอกจากนี้ โครงสร้างดังกล่าวยังแสดงให้เห็นถึงการเพิ่มขึ้นของปริมาณตะกอน การลดทอนพลังงานคลื่น และช่วยสร้างเสถียรภาพแก่แนวชายฝั่ง ตลอดจนเป็นที่อยู่อาศัยใหม่
ยิ่งไปกว่านั้น Bioengineering ที่เกี่ยวข้องกับการปลูกพืชพื้นถิ่น (native vegetation) ยังมีประสิทธิภาพในการประคับประคองสันทรายชายฝั่ง (coastal dunes) และเสริมสร้างบทบาทของระบบนิเวศชายฝั่งทะเล การใช้พืชท้องถิ่นในมาตรการดังกล่าวช่วยเพิ่มการปกป้องผิวดินและสนับสนุนการสร้างความมั่นคงให้กับสันทรายชายฝั่ง ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการเชื่อมโยงหน้าที่ระหว่างระบบนิเวศบนบกและในทะเล
กลไกการทำงาน เพื่อป้องกันคลื่นและการกัดเซาะ
1) ลดพลังงานคลื่น (Wave Attenuation): พืชชายฝั่งหรือโครงสร้างชีวภาพมีลักษณะซับซ้อน ช่วยต้านการเคลื่อนที่ของน้ำ ทำให้คลื่นสูญเสียพลังงานก่อนถึงชายฝั่ง เช่น รากของต้นโกงกาง/แสม หรือโครงสร้างของปะการัง ช่วยสลายและดูดซับพลังงานคลื่น
2) ดักจับตะกอน (Sediment Trapping): ระบบรากของพืชชายเลน หรือแนวหญ้าทะเล สามารถดักจับและยึดตะกอนที่ลอยอยู่ในน้ำ ทำให้เกิดการสะสมตัวของดินและทรายบริเวณนั้น เมื่อดินและทรายถูกสะสมเพิ่มขึ้น ก็จะช่วยสร้างพื้นที่ชายฝั่งที่มีความมั่นคงสูงขึ้น
3) ป้องกันการพังทลายของดิน (Soil Stabilization): เมื่อมีพืชหรือสิ่งมีชีวิตอาศัย รากจะยึดติดดินหรือทราย ช่วยลดการเคลื่อนตัวจากการพัดพาของน้ำ ทำให้โอกาสที่หน้าดินหรือเนินทรายจะถูกกัดเซาะนั้นมีน้อยลง
4) เพิ่มความหลากหลายทางชีวภาพ (Biodiversity Enhancement): สิ่งมีชีวิตต่าง ๆ เช่น ปลากุ้ง ปู สัตว์หน้าดิน จะเข้ามาอาศัยในระบบที่มีความซับซ้อนทางชีวภาพ ช่วยให้ระบบนิเวศเกิดความสมบูรณ์มากขึ้น ระบบนิเวศที่ดีมักจะมีความยืดหยุ่น (resilience) ต่อการเปลี่ยนแปลงของสภาพแวดล้อมมากขึ้น
5) ส่งเสริมสมดุลระยะยาว (Sustainable Shoreline): โครงสร้างสามารถปรับตัวตามการเปลี่ยนแปลงตามธรรมชาติ (เช่น การเปลี่ยนระดับน้ำทะเล การเปลี่ยนแปลงของสภาพภูมิอากาศ) ได้ดีกว่าโครงสร้างทางวิศซกรรมแบบเดิม ช่วยให้ระบบชายฝั่งมีพลวัต (dynamic) ซึ่งยั่งยืนในระยะยาว
ข้อดีของการใช้ Bioengineering เพื่อป้องกันการกัดเซาะชายฝั่ง
- เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม: ช่วยส่งเสริมระบบนิเวศ สร้างแหล่งอนุบาลและที่อยู่อาศัยของสิ่งมีชีวิต
- ยืดหยุ่นและปรับตัวได้: เมื่อเปรียบเทียบกับกำแพงกันคลื่นหรือเขื่อนคอนกรีตแบบเดิม โครงสร้างทางชีวภาพสามารถปรับตัวตามพลวัตของธรรมชาติได้ดีกว่า
- เกิดประโยชน์หลายด้านพร้อมกัน: นอกจากป้องกันการกัดเซาะ ยังช่วยฟื้นฟูประมงชายฝั่ง สร้างแหล่งท่องเที่ยวเชิงนิเวศ สร้างรายได้เสริมให้ชุมชน
- ต้นทุนการดูแลรักษาในระยะยาวอาจต่ำกว่า: แม้การเริ่มต้นฟื้นฟูแนวชีวภาพอาจใช้เวลา แต่เมื่อระบบเข้าที่แล้ว จะใช้การบำรุงรักษาต่อเนื่องน้อยกว่า

ตัวอย่างการประยุกต์ใช้ Bioengineering ในงานชายฝั่ง
- การปลูกพืชชายเลน
- ใช้ต้นโกงกาง แสม ปลูกตามบริเวณป่าชายเลนหรือริมฝั่งทะเล ทำหน้าที่ลดแรงคลื่น ดูดซับตะกอน และช่วยกันการกัดเซาะ
- โครงสร้างรากที่หนาแน่นช่วยดักตะกอนและป้องกันการพังทลายของดิน อีกทั้งเป็นแหล่งที่อยู่อาศัยของสัตว์น้ำ
- การปลูกหญ้าทะเล
- หญ้าทะเลช่วยยึดดินและตะกอนในทะเล และยังเป็นที่อยู่อาศัยและแหล่งอาหารของสัตว์น้ำ
- เมื่อปลูกในบริเวณที่เหมาะสม จะช่วยลดการเคลื่อนตัวของตะกอน และลดความรุนแรงของคลื่นและกระแสน้ำ
- การสร้างแนวปะการังเทียม หรือติดตั้ง Oyster Reefs
- ปะการังหรือแนวหอยนางรมช่วยชะลอความเร็วของคลื่น ด้วยโครงสร้างตะปุ่มตะป่ำหรือซับซ้อนตามธรรมชาติ
- ช่วยลดอัตราการสูญเสียตะกอนริมฝั่ง และทำหน้าที่เป็นแหล่งอนุบาลสัตว์น้ำ
- ช่วยส่งเสริมให้ระบบนิเวศน้ำทะเลมีความหลากหลายมากขึ้น
- การเสริมแนวพืชชายหาด เช่น หญ้าชนิดต่างๆ บนเนินทราย
- การปลูกพืชชายหาด เช่น หญ้าทะเล สนทะเล หรือพืชที่ทนต่อสภาพแวดล้อมเค็มและแรงลม
- รากของพืชช่วยยึดทราย ทำให้เนินทรายมีความมั่นคง ช่วยชะลอการซัดขึ้นมาของคลื่น และเป็นปราการกันลมป้องกันการพัดพาทราย
การผสมผสาน Bio Engineering เข้ากับโครงสร้างทางวิศวกรรมแบบเดิม (Hybrid Engineering)
ในหลายพื้นที่ที่มีสภาวะคลื่นรุนแรงมาก หรือแนวชายฝั่งเสี่ยงต่อการเกิดการกัดเซาะสูง อาจต้องมีการผสมผสานระหว่าง hard structure และ bioengineering ไปพร้อมกัน เพื่อให้เกิดประสิทธิภาพสูงสุด เช่น
- สร้างเขื่อนกันคลื่นขนาดเล็กหรือ Submerged Breakwater ไว้บริเวณนอกฝั่ง แล้วเสริมด้วยการปลูกป่าชายเลนหรือแนวหญ้าทะเลบริเวณด้านใน
- ใช้วัสดุชีวภาพอย่างใยมะพร้าวหรือเสาไม้ เพื่อช่วยลดการกัดเซาะระยะสั้นระหว่างรอให้พืชชายฝั่งเติบโตอย่างเต็มที่
โดยสรุปแล้ว Bioengineering เป็นกลยุทธ์ที่ยั่งยืนและมีความหลากหลายในการช่วยปกป้องชายฝั่ง ตอบโจทย์ทั้งด้านความต้องการทางวิศวกรรม ควบคู่กับความสำคัญของระบบนิเวศและชุมชน