Beskyttelse af Port Fourchon:Forskere udpeger, hvordan man håndterer sediment for at forhindre tab af jord og forbedre orkanforberedelse

Den sydligste havn i Louisiana er et nøglested for den amerikanske energiindustri, men også et af de mest udsatte steder i nationen. Port Fourchon i Lafourche Parish betjener 90% af den Mexicanske Golfs dybvandsolie- og gasaktiviteter, hvilket er grunden til, at US Naval Research Laboratory har investeret 25 millioner USD i LSU for at skabe en digital kuppel, der beskytter Port Fourchon og Louisiana Offshore Oil Port, nationens eneste dybvandshavn til havs, fra cybersikkerhedstrusler. Mere end 1,5 millioner tønder råolie transporteres med rørledninger gennem havnen om dagen og ca. 200 lastbiler kører også ind og ud af havnen hver dag.

Hen ad, en tynd stribe sandstrand strækker sig langs den sydlige omkreds af havnen, buffer det fra den nordlige Mexicanske Golf og truslen om orkaner, stormflod, og oversvømmelse. Imidlertid, hvert år, kystlinjen trækker sig tilbage med omkring 30 til 50 fod, kryber tættere på havnen, som huser mere end 250 virksomheder. Stranden, der ligger syd for Port Fourchon, mister mere land hvert år på grund af havniveaustigninger, erosion, og nedsynkning, eller synker, end noget andet sted i USA.

"Jeg vil sige, at jordtab er en af ​​de største trusler mod havnen og det sydlige Louisiana, " sagde LSU Coastal Studies Institutes midlertidige direktør Kevin Xu, som også er James P. Morgan Distinguished Professor i Department of Oceanography &Coastal Sciences i LSU College of the Coast &Environment.

Uddybning, eller grave op, sand og sediment fra havbunden og sandbarer og transportere det for at genopbygge og forstærke strande, som den, der beskytter Port Fourchon, samt klitter, barriereøer, og moser, er en af ​​de vigtigste strategier, der bruges til at bekæmpe tab af kystland i Louisiana. Imidlertid, det er en kostbar indsats. For eksempel, staten brugte mere end 70 millioner dollars på at opgrave og transportere 3,3 millioner kubikyard sand med pram og pumpede det gennem en rørledning for at forstærke Caminada-næsset, en anden ubebygget strand, der er væsentligt påvirket af erosion, som også beskytter Port Fourchon mod storme.

Sedimentbudgettet, eller mængden af ​​sand og sediment til rådighed for store uddybningsprojekter som dette, er endelig. Derudover orkaner kan fortrænge sand og sediment, hvilket gør uddybnings- og genopbygningsprojekter endnu mere udfordrende. Derfor er Xus ekspertise i beregningsmæssig modellering af sedimenttransport afgørende.

"LSU's indsats er af stor betydning for alle, der er involveret i at bestemme, hvordan man bedst kan bruge opgravede sedimenter på de mest gavnlige måder for områderne, der beskytter Port Fourchon såvel som den sydlige Louisianas kystlinje generelt, " sagde Chett C. Chiasson, direktør for Greater Lafourche Port Commission.

LSU fakultet, herunder Xu og LSU College of the Coast &Environment dekan Chris D'Elia, mødtes for nylig med Chiasson og andre interessenter i Port Fourchon for at få et nærmere kig på havnen og diskutere måder at samarbejde på om kyst- og miljøprojekter.

"Spørgsmålene og engagementet, der var resultatet af denne tur, førte helt sikkert til et øget ønske om at fortsætte med at arbejde med LSU for at løse fremtidige bekymringer, som skal tages i betragtning, når vi udstikker en strategisk, videnskabsbaseret proces for at maksimere den velmenende brug af sediment, vi tager direkte fra vores slip og Belle Pass. Vi ser frem til fremtidigt samarbejde om sedimenthåndtering, da vi alle arbejder hen imod det samme mål om at forbedre vores kystlinje gennem vellykkede afbødningsstrategier, " sagde Chiasson.

Xu er ekspert i at udvikle komplekse computermodeller, der kan simulere og forudsige, hvordan sediment bevæger sig og ændrer kysten. Han er en del af et team af forskere, der udviklede en 3D-computermodel, der inkluderer flere faktorer - vind, Vandstand, bundfald, bølger, og vegetation for at simulere de store mængder sandet sediment, der blev flyttet, da orkanen Gustav, som var en af ​​de sidste orkaner, der alvorligt ramte Port Fourchon, kom i land i Louisiana i 2008. Orkanen Gustav og Port Fourchon er fuldmægtige i computermodellen, som kan anvendes til regioner rundt om i verden, der er påvirket af andre orkaner og store storme.

"Forståelse af drivkræfterne og processerne, der er ansvarlige for kystnære geomorfe forandringer, er central for at estimere langsigtede sedimentbudgetter - en vigtig facet af modstandsdygtighed i sammenhæng med havniveaustigning og et ændret klima - og kystrestaurering, " skrev Xu og hans medforfattere i et nyligt papir udgivet i Kystteknik .

Port Fourchon og Caminada-næsset lå lige øst for orkanen Gustavs spor, som Xu og andre eksperter siger er det farligste sted at være under en orkan.

Under orkanen Gustav, sand fra strand og offshore blev skubbet op over klitten og aflejret i marsken ved havnen.

"Effekten kaldes en overvaskning. Det sker naturligt, men omfanget af overvaskningsaflejringen syd for Port Fourchon-området [fra orkanen Gustav] var massiv, " sagde Xu.

På grund af vindbevægelsen mod uret af orkaner på den nordlige halvkugle, den stærkeste vindenergi og kraft rammer områderne øst eller til højre for en orkans sporlinje.

"Det rumlige mønster er meget tydeligt:​​snesevis af kilometer lige øst for sporlinjen, på det sted, du vil opleve den stærkeste vind, højeste bølger, og største sedimentaflejring. Det er det mest skadelige og ødelæggende sted, " sagde Xu.

Et par år siden, Xu og andre identificerede dette mønster i deres forskning, der sammenlignede virkningerne af orkanen Katrina med orkanen Rita i 2005. Orkanen Katrinas økonomiske og miljømæssige skader kostede mere end 40 milliarder USD i forsikrede tab. I august 2005 Orkanen Katrina tog en hurtig vej lige mod kystlinjen og forårsagede intense og lokaliserede havbundsforstyrrelser langs den østlige Louisianas kontinentalsokkel. Omkring tre uger senere, Orkanen Rita kom i land i en vinkel, hvilket fik dens indvirkning til at blive udbredt over hele Louisianas kontinentalsoklen. Mere end 131 millioner tons sediment efter orkanen blev fortrængt, da orkanerne Katrina og Rita krydsede Louisianas kyst, ifølge forskning af LSU Boyd-professor Eugene Turner og kolleger. De fandt forskudt sediment i vådområderne, der var flere centimeter tykt.

Xu og Samuel J. Bentley, Billy og Ann Harrison-præsidenten i sedimentær geologi og LSU vicepræsident for forskning og økonomisk udvikling, sammen med seks andre LSU-professorer er blevet finansieret i løbet af de sidste syv år til at studere muddergravene, hvorfra sand graves og transporteres for at genopbygge klitter og strande, som dem, der beskytter Port Fourchon.

Ship Shoal er et stort sandområde beliggende ud for Louisianas syd-centrale kyst, som skønnes at have 1,2 milliarder kubikmeter kvartssand af høj kvalitet. Titusmillioner af kubikmeter af dette højkvalitetssand er allerede blevet opgravet fra Ship Shoal for at genoprette Caminada-næsset. Ship Shoal dredge pits fill back up with mud and sand under the impact from the Mississippi and Atchafalaya rivers, wind-driven currents, storm waves, and tides. LSU researchers continue to study this dynamic place that is important to coastal restoration as well as the environmental impacts of the dredge pit. 

"What we found is that those dredge pits can potentially impact water quality. When you dig a big hole, the water is deep and sluggish, the bottom is very turbid, and you can potentially develop low dissolved oxygen conditions, which is called hypoxia, " Xu said. 

Other LSU researchers have shown that hypoxic conditions in the Gulf of Mexico do not bode well for marine life including fish, shrimp, and crabs that fuel the seafood industry.

In addition to the ecological impact, Xu and Bentley also studied how the dredge pit affects the oil and gas pipelines. They found that the walls of the dredge pits are fairly stable. It is unlikely that the pit will collapse and affect the pipeline in the short term, especially with the 1, 000-foot buffering distance set by the Bureau of Ocean &Energy Management for dredging near the pipeline.   

"Our study showed that the pit wall doesn't migrate that quickly. We found that 1, 000 feet is a very conservative distance for muddy pits. Resource managers could potentially use a shorter distance and be able to dig out more sand, but additional, longer term studies in the future are needed, " Xu said. 

Resource managers at the state's Coastal Protection and Restoration Authority, or CPRA, rely on academic research findings to maximize the benefits of projects while minimizing negative impacts. In light of continued subsidence, stigning i havniveauet, and stronger storms, resource managers apply LSU research toward developing sustainable solutions.

"Research such as Dr. Xu's increases our knowledge of how sediment moves and responds under various conditions, which helps us design effective projects and strategies to restore our coast and protect our infrastructure including Port Fourchon, " said Angelina Freeman, CPRA senior scientist and LSU alumna.

Freeman's PhD advisor was LSU Boyd Professor Harry Roberts, who is internationally recognized for his seminal research on the Mississippi River Delta. 

"I am so fortunate to have been mentored by Dr. Roberts, " she said. "My PhD at LSU provided the framework for understanding the natural processes that must be harnessed, and the application of pioneering science and engineering for effective coastal restoration management."