2018年12月，达纳角(Dana Point)的卡皮斯特拉诺海滩(Capistrano Beach)上，游客们难以置信地看到长达250英尺的标志性木板路坍塌入海——这是严重侵蚀的受害者。
一个月后，在附近的多赫尼海滩(Doheny Beach)，巨浪冲击着停车场和基础设施，直到混凝土和路面坍塌。随着一个又一个海滩被包围，南加州人正面临着被人类活动破坏的海岸线的悲惨现实，根据该州发布的一份报告，情况将变得更糟。
“加州第四次气候变化评估”得出的结论是，如果不进行大规模的干预，预计海平面上升1至2米将会淹没67%的南加州海滩。到本世纪末，加州曾经多沙的海岸线将消失，只留下基岩和光秃秃的海崖。不仅海滩通道和数十亿美元的旅游经济处于危险之中，而且抵御沿海风暴影响的第一道防线也处于危险之中。
Brett Sanders是UCI的一名土木和环境工程师，他领导着UCI Blum扶贫中心的洪水灾害和贫困部门，该中心总部位于加州。过去十年，桑德斯一直在研究沿海洪水风险，并与利益相关者一起开发信息系统，以支持洪水风险适应措施。今年，他为研究生开设了一门新的海滩动力学课程。“工程师需要了解海滩是如何变化的，并找到应对影响的方法，”桑德斯说。
该课程与加州州立公园和水晶湾保护协会合作，提供实地教学和课堂教学相结合的教学方式。学生们参观南加州的海滩，亲眼看到侵蚀，并培养海滩监测的专业技能。
“沿海社区日益面临侵蚀问题，”桑德斯说。“接下来的问题是，‘为什么会这样?’以及‘我们如何解决这个问题?’”
答案需要理解多个问题:河流和悬崖侵蚀，为海岸带提供了沙子;供应障碍，如大坝和沿海建筑;还有海浪的气候。“你开始关注提供沉积物的因素。然后你会看到波浪和潮汐是如何塑造沙子运动的，以及在气候变暖、海平面升高的情况下，沙子运动是如何变化的。这是我们希望工程专业的学生为未来的挑战带来的视角。”桑德斯解释道。
桑德斯的研究强调了人类活动的作用。在整个南加州，雨水基础设施的设计是为了收集山麓地带的沉积物，这样防洪通道就不会被杂物堵塞，从而引发内陆洪水。不幸的结果是，海岸沙子不足，侵蚀加剧，沿海洪水泛滥。这可能导致沿海地产业主建造抛石桩和其他形式的装甲，以限制对其财产的损害。“不幸的是，这只会加速海滩的侵蚀，”桑德斯说。
在海平面上升时保护海滩将是昂贵而棘手的。南加州数十年来使用的一种策略被称为海滩营养。这涉及到将沙子进口到工地，这是一个通常非常昂贵的提议。
桑德斯说:“最具成本效益的项目依赖于当地的沉积物来源，有时就在受影响的海滩附近。”但有时即使是耗资巨大的项目也会失败——沙子可能很快就会消失或产生负面影响。
撤退——将道路和基础设施移至地势较高的地方是另一个选择，桑德斯认为工程师必须考虑这一选择。然而，人们对混合系统或“活岸线”越来越感兴趣，它们将绿色和灰色(混凝土)基础设施的元素结合起来。
Sanders的灵感来自于荷兰的Katwijk海滩，在那里，一个加固的地下混凝土停车场结构，同时作为一个紧急防洪堤，覆盖着沙子和植被，创造了一个海滩沙丘栖息地。“企业为客户提供停车位，居民可以去海滩，环境得到了关键的栖息地，业主得到了停车收入，每个人都得到了保护，免受洪灾——这是一个非常棒的项目。”
发展一个系统的泥沙动力学观点是至关重要的。桑德斯的团队使用配备高分辨率机载数码相机的无人机，在加州州立公园的支持下，他们开始每月监测南部海岸的海滩。在短短10分钟内，在海拔约80米的地方，数百幅图像被捕获，并与计算机视觉算法相结合，以前所未有的空间分辨率构建出详细的海岸线三维图像。
“对于任何人来说，计算机可视化是一种非常强大的方式，可以让他们立即了解海滩动态的复杂性，并更深入、更深思熟虑地讨论风险以及如何管理风险，”桑德斯说。
他认为，工程师在设计民用基础设施项目时，必须更好地参与社区活动。他在研究生课程中强调了这一信念。他说:“我希望学生们能够意识到，可视化工具、模型和仿真不仅可以帮助利益相关者理解提议的项目，还可以帮助工程师向利益相关者学习他们关心什么，以及如何解决这些问题。”“工程师不能只是阅读技术说明书，设计一个项目，然后与公众分享。项目设计必须反映出社区最关心什么。”
水晶湾州立公园是加州面临的海滩管理挑战的缩影。几年来，桑德斯一直担任水晶湾保护协会的顾问，帮助开发一个新的高中水平的海岸动力学课程，该课程由加州海岸委员会资助。“我们把内陆社区的学生带到海滩，对许多人来说，这是他们的第一次，”他说。“至关重要的是，所有加州人都有机会去海滩并珍惜它，而不仅仅是沿海社区的人。”
现在，中学生定期进行的海岸线监测和测绘为气候变化和海岸管理的研究提供了有价值的数据。水晶湾保护协会(Crystal Cove Conservancy)的教育主管萨拉·卢杜维塞(Sara ludovice)希望扩大这个项目。“明年，我们希望有数百名高中生参与进来，”她说。
南加州风景如画的海滩所面临的威胁已经拉响了警报。由于山德士的努力，我们的下一代正学习海滩改变的过程，并帮助制定反映社区价值和资源的解决方案。桑德斯说:“他们将有很多工作要做。”
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