기후 변화로 인해 해수면 상승으로 수백만 명의 사람들이 향후 몇 년간 심각한 해안 침수의 위험에 처해 있다.

셰리프 압델라지즈(Sherif Abdelaziz) 버지니아 공대 찰스 E. 비아 주니어 토목환경공학과(Charles E. Via Jr. Department of Civil and Environmental Engineering) 부교수는 스코틀랜드 에든버러 소재 헤리엇 와트 대학교의 연구원들과 협력해 증가하는 해안 침수에 대비한 방파제 건설로 해안 지역을 안전하게 보호할 수 있는 솔루션을 찾고 있다.

‘PIONEER 프로젝트’는 공학 및 물리 과학 연구위원회에서 자금을 지원받으며, 연방 방비를 강화하기 위한 글로벌 협력을 목표로 하고 있다. 

기후 변화로 인한 해수면 상승으로 해안 침수의 빈도와 강도가 증가할 것으로 예상된다. 미국에서는 2050년까지 연안 해수면이 0.25m에서 0.30m 상승할 것으로 예측된다. 

현재 전 세계적으로 약 1억4천800만 명의 사람들이 해안 침수에 노출돼 있으며, 이는 연방 방비 강화의 시급성을 강조한다. 

압델라지즈는 “미국 인구의 약 40%가 해안 지역에 살고 있으며, 해안 도시들은 주민들을 보호하기 위해 상당한 자금을 투자해야 한다”고 강조했다. 예를 들어, 뉴욕 주 스태튼 아일랜드(Staten Island)는 해수면 상승에 대한 회복력을 강화하기 위해 방파제 건설에 1억6천500만 달러를 투자하고 있다.  

이번 협력은 압델라지즈 그룹의 지속적인 연구에 의해 촉발됐으며, 버지니아 공대의 옹벽 연구 시설을 활용해 해안선의 침식을 방지하기 위해 건설된 흙막 구조물에 온도가 미치는 영향을 평가한다. 

또한 이 프로젝트는 토양에 얼마나 많은 물이 채워져 있는지 측정한다.

압델라지즈는 “이번 연구는 홍수가 토양과 방파제에 미치는 영향을 분석한 흥미로운 연구“라며 “모든 요인이 어떻게 상호 작용하는지 평가해 증가하는 파도와 홍수의 강도를 견딜 수 있도록 방파제 설계를 개선할 수 있다“고 말했다. 

미국과 영국은 모두 해수면 상승 가능성으로 인한 해안선 근처의 토지 손실, 해안 지역사회 위협, 항구 및 도로를 포함한 해안 기반 시설의 불안전성과 같은 심각한 문제에 직면해있다.  

이 연구는 방파제 뒤의 토양이 파도로 인해 발생하는 반복적인 습윤 및 건조에 의해 어떻게 영향을 받는지 이해하는 데 중점을 둔다. 취약한 영역을 정확히 찾아냄으로써 연구원들은 방파제의 설계와 회복력을 향상시키는 것을 목표로 한다.

PIONEER 프로젝트에는 다양한 기후 변화 및 배출 시나리오를 효율적으로 시뮬레이션하기 위해 헤리엇 와트 대학의 열-수압-기계(thermos-hydro-mechanical) 직접 전단 장치와 같은 혁신적인 장치를 사용한 실험실 테스트가 포함된다. 그런 다음 버지니아 공대는 온도, 수압 및 기타 매개변수의 영향을 조사하기 위해 실제 크기와 유사한 4미터 높이의 옹벽에 대한 실험을 통해 이러한 실험실 규모 테스트를 보완할 것이다.

방파제는 지역 사회를 보호하는 데 중추적인 역할을 계속하고 있기 때문에, 이 연구는 지속 가능한 미래를 위한 회복력을 구축하는 데 있어 중요하다.

압델라지즈는 “방파제 연구에 우리의 노력을 투자하는 것은 해안 지역 사회를 보호하는 것뿐만 아니라 앞으로 수년간 해당 지역 사회의 안정과 번영을 보장하는 회복력을 구축하는 것”이라고 말했다.

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Transatlantic project works to fortify coastal resilience against rising seas

Sherif Abdelaziz is part of a PIONEER project that will do laboratory tests in collaboration with researchers in Scotland to keep coastal areas safe from flooding.

Climate change is leading to an increase in sea level rise, putting millions of people in danger of severe coastal flooding in coming years.

Sherif Abdelaziz, associate professor in the Charles E. Via, Jr. Department of Civil and Environmental Engineering at Virginia Tech, is collaborating with researchers from Heriot-Watt University in Edinburgh, Scotland, to find solutions to keep coastal areas safe by enhancing the resilience of sea walls against increasing coastal flooding. The PIONEER project is funded by the Engineering and Physical Sciences Research Council and is aiming to be the initial step in a global collaboration to strengthen coastal defenses.

With climate change-driven increases in sea levels, coastal flooding events are predicted to rise in frequency and severity. In the United States, coastal sea levels are expected to rise by 0.25 to 0.30 meters by 2050. This is the same amount that was measured between 1920 and 2020.

Approximately 148 million people worldwide are currently exposed to coastal flooding events, which underscores the urgency to bolster coastal defenses. According to Abdelaziz, about 40 percent of the population in the United States lives in counties on the coast. Coastal cities are being forced to invest significant funds to protect their residents. For example, Staten Island, New York, is investing $165 million to build a seawall for resilience against sea level rise. This will help protect New York City from financial and social damages similar to those experienced after Hurricane Sandy in 2012.

The collaboration was triggered by the ongoing research of Abdelaziz’s group, utilizing Virginia Tech’s retaining wall research facility at the Prices Fork Geotechnical Research Laboratory to assess the impact of temperature on earth retaining structures, which are engineered structures that are built to prevent erosion of the shoreline. This project will complement the current research by adding another level of complexity by measuring how much water fills in the soil.

Melis Sutman, assistant professor in geotechnical engineering at Heriot-Watt’s School of Energy, Geoscience, Infrastructure and Society earned her master’s degree and Ph.D from Virginia Tech in geotechnical engineering in 2015. Because she is familiar with the ongoing research at Virginia Tech, the collaboration between the two universities was a seamless next step in the research. 

“This is an interesting study because it combines, probably for the first time, the interactions for the effect of the water flooding on soils and, subsequently, on shoreline protective structures,” Abdelaziz said. “We will be able to assess how all these factors interact together so we can better design our shoreline protective structures to sustain the increasing intensity of waves and floods.”

The United States and the United Kingdom both face significant challenges, such as the loss of land near the shoreline, threatened coastal communities, and inadequate stability of near-shore infrastructures, including ports and roadways, due to potential sea level rises. This research will focus on understanding how the soil behind seawalls is affected by repeated wetting and drying cycles caused by waves overtopping the walls. By pinpointing vulnerable areas, researchers aim to enhance the design and resilience of sea walls. 

The PIONEER project involves laboratory testing using innovative devices, such as a thermos-hydro-mechanical direct shear interface device at Heriot-Watt, to simulate various climate change and emission scenarios efficiently. Then Virginia Tech will complement those lab-scale tests with experiments on a full-sized, 4-meter-high retaining wall to investigate the effects of temperature, water pressure, and other parameters. 

“Each of our universities has equipment that is highly valuable to this research. This allows us to collaborate to develop innovative solutions to problems that are affecting countries worldwide. Research like this has no geographic boundaries,” said Abdelaziz of the international collaboration.

As sea walls continue to play a pivotal role in safeguarding communities, this research initiative marks a crucial step forward in building resilience for a sustainable future.

“Investing our efforts into sea wall research is not just safeguarding coastal communities, but it is building resilience that ensures the stability and prosperity of those communities for years to come,” noted Abdelaziz. 

[출처 =  Virginia Tech(https://news.vt.edu/articles/2023/12/eng-cee-coastal-resilience.html)/ 2024년 1월 4일]

[번역 = 박원희 기자]