การศึกษารวมการทดลองในห้องปฏิบัติการโดยใช้พืชจำลองในถังคลื่นขนาดใหญ่พร้อมกับการสร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ ปรากฏในวารสารPhysical Review - Fluidsในบทความของอดีตนักศึกษา MIT ที่มาเยี่ยม Xiaoxia Zhang ซึ่งปัจจุบันเป็น postdoc ที่ Dalian University of Technology และศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมโยธาและสิ่งแวดล้อม Heidi Nepf

เป็นที่แน่ชัดแล้วว่าต้นบึงชายฝั่งให้การป้องกันที่สำคัญจากไฟกระชากและพายุทำลายล้าง ตัวอย่างเช่น มีการประเมินว่าความเสียหายที่เกิดจากพายุเฮอริเคนแซนดี้ลดลง 625 ล้านดอลลาร์ เนื่องจากการดูดซับพลังงานคลื่นจากพื้นที่ลุ่มน้ำขนาดใหญ่ตามแนวชายฝั่งที่ได้รับผลกระทบ แต่การวิเคราะห์ใหม่ของ MIT ได้รวมรายละเอียดของสัณฐานวิทยาของพืช เช่น จำนวนและระยะห่างของใบที่ยืดหยุ่นได้กับลำต้นที่แข็งกว่า และปฏิสัมพันธ์ที่ซับซ้อนของกระแสน้ำและคลื่นที่อาจมาจากทิศทางที่ต่างกัน

รายละเอียดระดับนี้สามารถช่วยให้นักวางแผนการฟื้นฟูชายฝั่งสามารถกำหนดพื้นที่หนองบึงที่จำเป็นในการลดจำนวนที่คาดว่าจะเกิดคลื่นพายุหรือการเพิ่มขึ้นของระดับน้ำทะเล และเพื่อตัดสินใจว่าจะแนะนำพืชประเภทใดเพื่อเพิ่มการป้องกันสูงสุด

“เมื่อคุณไปที่บึง คุณมักจะเห็นว่าต้นไม้ถูกจัดเรียงเป็นโซน” Nepf ซึ่งเป็นศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมโยธาและสิ่งแวดล้อมของ Donald และ Martha Harleman กล่าว "ตามขอบ คุณมักจะมีพืชที่มีความยืดหยุ่นมากกว่า เพราะพวกเขาใช้ความยืดหยุ่นเพื่อลดแรงคลื่นที่สัมผัสได้ ในโซนถัดไป พืชจะแข็งขึ้นเล็กน้อยและมีใบเพิ่มขึ้นเล็กน้อย"

เมื่อโซนคืบหน้า พืชจะแข็งขึ้น ใบมากขึ้น และมีประสิทธิภาพมากขึ้นในการดูดซับพลังงานคลื่นเนื่องจากพื้นที่ใบที่มากขึ้น แบบจำลองใหม่ที่ทำในงานวิจัยนี้ ซึ่งรวมเอางานกับพืชจำลองในถังคลื่นยาว 24 เมตรที่ Parsons Lab ของ MIT ช่วยให้นักวางแผนชายฝั่งนำรายละเอียดเหล่านี้มาพิจารณาเมื่อวางแผนป้องกัน บรรเทา หรือฟื้นฟูโครงการ

"ถ้าคุณวางต้นไม้ที่แข็งที่สุดไว้ที่ขอบ ต้นไม้อาจจะไม่รอด เพราะรู้สึกว่ามีคลื่นแรงมาก การอธิบายว่าเหตุใดธรรมชาติจึงจัดพืชในลักษณะนี้ เราหวังว่าจะสามารถออกแบบการฟื้นฟูที่ยั่งยืนมากขึ้นได้" Nepf กล่าว

เมื่อสร้างแล้ว พืชในหนองบึงจะให้วงจรการป้อนกลับเชิงบวก ซึ่งไม่เพียงแต่ช่วยรักษาเสถียรภาพ แต่ยังสร้างพื้นที่ชายฝั่งทะเลอันละเอียดอ่อนเหล่านี้อีกด้วย Zhang กล่าว “หลังจากนั้นไม่กี่ปี หญ้าในหนองก็เริ่มดักจับตะกอน และระดับความสูงก็สูงขึ้นเรื่อยๆ ซึ่งอาจตามระดับน้ำทะเลที่สูงขึ้น” เธอกล่าว

Nepf กล่าวว่าการรับรู้ถึงผลกระทบในการป้องกันพื้นที่ลุ่มเพิ่มมากขึ้น ตัวอย่างเช่น เนเธอร์แลนด์ได้ฟื้นฟูพื้นที่ลุ่มที่สูญหายนอกเขื่อนที่ล้อมรอบพื้นที่เกษตรกรรมส่วนใหญ่ของประเทศ โดยพบว่าบึงสามารถป้องกันคันกั้นน้ำจากการกัดเซาะได้ บึงและคันกั้นน้ำทำงานร่วมกันได้อย่างมีประสิทธิภาพมากกว่าเขื่อนกั้นน้ำเพียงอย่างเดียวในการป้องกันน้ำท่วม

แต่ความพยายามส่วนใหญ่จนถึงขณะนี้ส่วนใหญ่เป็นแผนเชิงประจักษ์ การทดลองและข้อผิดพลาด Nepf กล่าว ตอนนี้ พวกเขาสามารถใช้ประโยชน์จากแบบจำลองนี้เพื่อให้ทราบว่าพื้นที่ลุ่มมีพืชประเภทใดบ้างที่จำเป็นต่อการให้การป้องกันในระดับที่ต้องการ

นอกจากนี้ยังให้วิธีการเชิงปริมาณมากขึ้นในการประมาณมูลค่าที่บึงจัดหาให้ "มันอาจช่วยให้คุณพูดได้ถูกต้องมากขึ้นว่า "บึง 40 เมตรจะช่วยลดคลื่นได้มาก และดังนั้นจึงลดการล้นของเขื่อนได้มากขนาดนี้" อาจมีคนพูดว่า "ฉันจะประหยัดเงินได้มากขนาดนี้ในอีก 10 ปีข้างหน้า ถ้าฉันลดน้ำท่วมด้วยการบำรุงรักษาบึงแห่งนี้" อาจช่วยสร้างแรงจูงใจทางการเมืองสำหรับความพยายามในการฟื้นฟู"

ตัว Nepf เองก็กำลังพยายามนำสิ่งที่ค้นพบเหล่านี้มารวมอยู่ในกระบวนการวางแผนชายฝั่งอยู่แล้ว เธอทำหน้าที่ในคณะผู้ปฏิบัติงานที่นำโดย Chris Esposito แห่ง Water Institute of the Gulf ซึ่งทำหน้าที่ชายฝั่งลุยเซียนาที่มีพายุพัดถล่ม "เราต้องการนำงานนี้ไปใช้ในการจำลองแบบเคลือบที่ใช้สำหรับการฟื้นฟูขนาดใหญ่และการวางแผนชายฝั่ง" เธอกล่าว

งานนี้ได้รับการสนับสนุนบางส่วนจากมูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติและสภาทุนการศึกษาแห่งประเทศจีนบาคาร่า สมัครบาคาร่า