SBEACH (Storm-Induced BEAch CHange)

SBEACH (Storm-Induced BEAch CHange)

Beachlover วิชาการ

SBEACH (Storm-Induced BEAch CHange) เป็นแบบจำลองเชิงตัวเลข 1 มิติที่พัฒนาขึ้นโดย U.S. Army Corps of Engineers (USACE) เพื่อทำนายการเปลี่ยนแปลงรูปร่างชายหาดที่เกิดจากพายุ โดยเฉพาะการกัดเซาะและการทับถมของทรายในช่วงที่มีพายุ SBEACH ได้รับการออกแบบมาเพื่อช่วยวิศวกรและนักวิทยาศาสตร์ชายฝั่งในการประเมินผลกระทบของพายุต่อแนวชายฝั่ง ทำให้สามารถวางแผนและออกแบบมาตรการป้องกันชายฝั่งได้อย่างเหมาะสม เช่น การสร้างเขื่อนกันคลื่น หรือการเติมทรายเพื่อป้องกันการกัดเซาะ

ที่มา: https://www.researchgate.net/publication/280983665_Modified_SBEACH_Model_for_Predicting_Erosion_and_Accretion_in_front_of_Seadike/figures?lo=1

SBEACH (Storm-induced BEAch CHange) เป็นแบบจำลองเชิงตัวเลข ที่มุ่งเน้นไปที่การเปลี่ยนแปลงของลักษณะภูมิประเทศ เช่น สันทรายและเนินทราย พัฒนาโดย Larson และ Kraus ในปี 1989 SBEACH ใช้แนวคิดสมดุลของรูปร่างชายหาด (Equilibrium Beach Profile) เพื่อทำนายการเปลี่ยนแปลงของสัณฐานวิทยาของชายหาดอันเนื่องมาจากคลื่นพายุและระดับน้ำ

แบบจำลองนี้ได้รับการตรวจสอบความถูกต้องโดยใช้ข้อมูลภาคสนามและการทดลองในห้องปฏิบัติการจำนวนมาก ซึ่งแสดงให้เห็นถึงความสามารถในการจำลองลักษณะภูมิประเทศขนาดใหญ่ของชายหาด รวมถึงสันทรายตามแนวยาวและการกัดเซาะของเนินทราย

ข้อมูลป้อนเข้าหลักของ SBEACH ได้แก่ ความกว้างของเนินทราย เส้นผ่านศูนย์กลางเฉลี่ยของเม็ดทราย ความลาดเอียงของชายหาด ระดับน้ำออกแบบ และสภาพคลื่น ในขณะที่ผลลัพธ์จะให้รายละเอียดพารามิเตอร์เกี่ยวกับการกัดเซาะของเนินทรายและการก่อตัวของสันทราย

การศึกษาแสดงให้เห็นว่าคลื่นพายุที่สูงขึ้นส่งผลให้เกิดสันทรายขนาดใหญ่ขึ้นอย่างรวดเร็ว ซึ่งสามารถลดพลังงานคลื่นและจำกัดการกัดเซาะของเนินทรายในภายหลัง ประสิทธิภาพของแบบจำลองในการทำนายการเปลี่ยนแปลงของชายหาดที่เกิดจากพายุได้รับการยืนยันจากการสังเกตภาคสนามและการจำลองเชิงตัวเลขต่างๆ เช่น ที่ดำเนินการที่หาดซัมโป ประเทศเกาหลี ซึ่งพบการเปลี่ยนแปลงทางสัณฐานวิทยาอย่างมีนัยสำคัญเนื่องจากกระแสน้ำที่เกิดจากพายุไต้ฝุ่น

นอกจากนี้ SBEACH ยังถูกนำมาใช้เพื่อประเมินแนวชายหาดกันชน ซึ่งเป็นแนวคิดที่แตกต่างจากแนวถอยร่นชายฝั่ง ซึ่งช่วยให้ชายหาดมีความกว้างเพียงพอที่จะป้องกันผลกระทบจากพายุ สมการเชิงประจักษ์ของแบบจำลองช่วยคำนวณความกว้างของแนวกันชนที่จำเป็น ซึ่งมีความสำคัญต่อโครงการเติมทรายและการออกแบบระบบป้องกันชายฝั่ง

แม้จะมีการใช้งานอย่างแพร่หลาย แต่ SBEACH ก็มีข้อจำกัด โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการอธิบายกระบวนการในบริเวณ subaerial เช่น Foreshore เนินทราย และเนินทราย ซึ่งต้องอาศัยสูตรการเคลื่อนที่ของตะกอนเชิงประจักษ์ ข้อจำกัดนี้ได้นำไปสู่การพัฒนาแบบจำลองอื่นๆ เช่น XBeach ซึ่งมีจุดมุ่งหมายเพื่อทำนายวิวัฒนาการของรูปร่างตามแนวชายหาดทั้งหมด แต่ก็ยังคงเผชิญกับความท้าทายในบริเวณ subaerial

ความสำคัญของการสร้างแบบจำลองการเปลี่ยนแปลงชายหาดที่เกิดจากพายุอย่างแม่นยำนั้นเน้นย้ำโดยความถี่และความรุนแรงที่เพิ่มขึ้นของพายุชายฝั่งเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ ซึ่งจำเป็นต้องมีกลยุทธ์การจัดการชายฝั่งที่มีประสิทธิภาพเพื่อเพิ่มความยืดหยุ่น

โดยรวมแล้ว SBEACH ยังคงเป็นเครื่องมือสำคัญในงานวิศวกรรมชายฝั่ง โดยให้ข้อมูลเชิงลึกอันมีค่าเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงรูปร่างชายหาดและช่วยในการวางแผนและออกแบบโครงการป้องกันชายฝั่ง

หลักการทำงาน:

SBEACH ใช้สมการทางคณิตศาสตร์ที่ซับซ้อนเพื่อจำลองกระบวนการทางกายภาพที่เกิดขึ้นระหว่างเกิดพายุ โดยแบ่งการคำนวณออกเป็นช่วงเวลาสั้นๆ และพิจารณาการเปลี่ยนแปลงของชายหาดในแต่ละช่วงเวลา ตัวอย่างเช่น ในช่วงเวลาหนึ่ง คลื่นอาจทำให้เกิดการเคลื่อนที่ของทรายจากบริเวณชายฝั่งไปยังบริเวณน้ำลึก ในขณะที่ในช่วงเวลาถัดมา กระแสน้ำอาจพัดพาทรายกลับมาสะสมตัวที่ชายฝั่ง SBEACH จะคำนวณการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ซ้ำๆ ในแต่ละช่วงเวลา จนกระทั่งสิ้นสุดระยะเวลาของพายุที่ต้องการศึกษา

ข้อมูลนำเข้า:

เพื่อให้ SBEACH สามารถจำลองการเปลี่ยนแปลงชายหาดได้อย่างแม่นยำ จำเป็นต้องมีข้อมูลนำเข้าที่หลากหลายและละเอียด ตัวอย่างเช่น

  • ข้อมูลสภาพอากาศ: ความสูงของคลื่น คาบคลื่น ระดับน้ำทะเล ทิศทางของคลื่น และความเร็วลม ซึ่งข้อมูลเหล่านี้สามารถได้มาจากการวัดโดยตรงในทะเล หรือจากแบบจำลองการพยากรณ์อากาศ
  • ข้อมูลลักษณะชายหาด: ความลาดชันของชายหาด ขนาดของเม็ดทราย และองค์ประกอบของตะกอน ซึ่งข้อมูลเหล่านี้สามารถได้มาจากการสำรวจชายหาดและการวิเคราะห์ตัวอย่างตะกอน
  • ข้อมูลโครงสร้างชายฝั่ง: ตำแหน่งและขนาดของโครงสร้างป้องกันชายฝั่ง เช่น เขื่อนกันคลื่น กำแพงกันคลื่น หรือแนวหินเทียม ซึ่งข้อมูลเหล่านี้สามารถได้มาจากแบบแปลนทางวิศวกรรม

ผลลัพธ์:

SBEACH สามารถให้ผลลัพธ์ที่หลากหลายที่เป็นประโยชน์ต่อการจัดการชายฝั่ง เช่น

  • การทำนายการกัดเซาะชายหาด: SBEACH สามารถประมาณปริมาณการกัดเซาะชายหาดที่อาจเกิดขึ้นจากพายุ ช่วยให้สามารถประเมินความเสี่ยงและวางแผนการป้องกันได้
  • การทำนายการทับถมของทราย: SBEACH สามารถประมาณปริมาณการทับถมของทรายที่อาจเกิดขึ้นจากพายุ ซึ่งเป็นข้อมูลสำคัญในการวางแผนการเติมทรายเพื่อฟื้นฟูชายหาด
  • การเปลี่ยนแปลงรูปร่างชายหาด: SBEACH สามารถแสดงให้เห็นว่ารูปร่างของชายหาดจะเปลี่ยนแปลงไปอย่างไรอันเป็นผลมาจากพายุ ซึ่งเป็นประโยชน์ในการประเมินผลกระทบต่อโครงสร้างพื้นฐานชายฝั่งและระบบนิเวศ

ข้อจำกัด:

แม้ว่า SBEACH จะเป็นเครื่องมือที่มีประโยชน์ แต่ก็มีข้อจำกัดบางประการที่ควรทราบ เช่น

  • เป็นแบบจำลอง 1 มิติ: SBEACH ไม่สามารถจำลองกระบวนการชายฝั่งที่ซับซ้อนใน 2 หรือ 3 มิติได้ เช่น การเคลื่อนที่ของตะกอนในแนวชายฝั่ง หรือผลกระทบของกระแสน้ำในแนวยาว
  • ต้องมีการปรับเทียบ: SBEACH ต้องการการปรับเทียบให้เหมาะสมกับสภาพแวดล้อมเฉพาะของแต่ละพื้นที่ ซึ่งอาจต้องใช้ข้อมูลภาคสนามจำนวนมากและความเชี่ยวชาญในการปรับแต่งพารามิเตอร์ของโมเดล

บทบาทในงานวิจัยและการจัดการชายฝั่ง:

SBEACH ถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในงานวิจัยและโครงการจัดการชายฝั่งทั่วโลก เป็นเครื่องมือสำคัญในการประเมินความเสี่ยงจากการกัดเซาะชายฝั่ง ออกแบบโครงการป้องกันชายฝั่ง และวางแผนการจัดการชายฝั่งในระยะยาว อย่างไรก็ตาม เนื่องจากข้อจำกัดของ SBEACH ในการจำลองกระบวนการที่ซับซ้อน จึงมักใช้ร่วมกับแบบจำลองอื่น ๆ ที่มีความสามารถในการจำลอง 2 มิติ หรือ 3 มิติ เพื่อให้ได้ผลการทำนายที่ครอบคลุมและแม่นยำยิ่งขึ้น

อ่านงานวิชาการที่เกี่ยวข้องเพิ่มเติมได้จาก (กดที่ชื่อบทความจะพาไปสู่บทความฉบับเต็ม)

SBEACH: Numerical Model for Simulating Storm-Induced Beach Change

A MODEL TO SIMULATE BEACH PROFILE EVOLUTION INDUCED BY STORMS

Storm Induced Morphological Changes in Carcavelos Beach, Portugal: Contribution for Coastal Management

An Observational and Numerical Study of Storm-Induced Morphologic Changes at Sanpo Beach, Korea