Toepassing van Beach Management System in Nederland (strand drainage, beach drainage)

Dienst Weg- en Waterbouwkunde

tmpAéstm ym

I Ë A C H M A N A G E M E N T S Y S T E M

X i ^EDËfê'tAND

C^tiAWJ O^RAfNAGE)

R i j k s w a t e r s t a a t , D i e n s t Weg4', e n Waterbouwkunde'

„ • a t t ^ u s t u s 1994,' :, '

WBA~R^94053

T o e p a s s i n g v a n B e a c h Management S y s t e m i n N e d e r l a n d ( s t r a n d d r a i n a g e ) ( M . J . K o s t e r R i j k s w a t e r s t a a t , D i e n s t Weg- e n Waterbouwkunde a u g u s t u s 1994 WBA-R-94053

Strand Drainage R W S - D W W , aug 1994

Toepassing van Beach Management System in Nederland. (strand drainage)

M.J.Koster

Rijkswaterstaat, Dienst Weg- en Waterbouwkunde augustus 1994

Inleiding

De laatste tijd staat een kustbeschermingsmethode in de belangstelling, welke in Nederland niet wordt toegepast. Het betreft hier het zogenaamde "Beach Management System". Het systeem is bekend onder enkele waterbouwkundigen in ons land. Tot op heden heeft geen serieuze studie/afweging plaatsgevonden voor wat betreft toepassing in Nederland. E e n nieuw alternatief voor kustbescherming behoort in ons kwetsbare land serieus te worden bestudeerd. Door de R W S - D W W is het initiatief genomen enkele relevante stukken hierover te verzamelen en te bundelen, zodat deze voor een ieder beschikbaar zijn. Tevens werd het initiatief genomen om de "Danish Coast Authority" een brief te schrijven met een aantal gerichte vragen. Eveneens is correspondentie gevoerd met de heer Per Bruun uit de V . S . , welke een autoriteit is op het vakgebied.

Het bestuderen van dit alternatief behoort niet tot een bestaand projekt bij de DWW, noch bij een andere specialistische dienst van de RWS. De DWW heeft echter gemeend dat een aanzet hiertoe op z'n plaats is. Deze notitie is bedoeld ten behoeve van een meningsvorming en voorlichting.

In het hierna volgende wordt de beantwoorde vragenlijst besproken en voorzien van commen-taar.

De werkgroep R K O (Rijks Kust Onderzoek) van RWS, heeft op basis van deze notitie besloten dat vanuit Rijkswaterstaat geen verdere akties wenselijk/noodzakelijk z i j n .

In de paragrafen 2 t/m j6' wordt de integrale tekst gegeven van een eerder concept dd novem-ber 1991. Sindsdien is er enige nieuwe informatie verschenen welke in paragraaf^^wordt toegelicht. Deze nieuwe informatie heeft niet geleid tot een nodige aanpassing van eerder genoemde tekst.

Conclusies.

De conclusie is dat strand drainage niet gezien kan worden als een reëel alternatief voor zand suppleties als kustbeschermingsmethode voor de structureel eroderende kusten in Nederland. Toepassing komt (net als andere alternatieven) in aanmerking in gebieden waar sprake is van andere (voornamelijk recreatieve) belangen.

Strand drainage kan worden toegepast in gebieden van beperkte lengte langs de kust (tot enkele honderden meters) daar waar men tijdelijk een breder strand wenst. De praktijk leert dal een dergelijk strand na een storm weer snel herstelt. Dit geldt overigens eveneens voor een natuurlijk strand.

Strand Drainage RWS-DWW, aug 1994 2. Wat is B M S ?

Het B M S (Beach Management System) is een kustbeschermingsmethode waarbij drainagebui-zen onder het strand worden aangebracht, welke permanent water afzuigen. Het systeem wordt uitgelegd in de folder "Beach Management System", bijlage 1.

Dit systeem is min of meer bij toeval ontdekt door D G I (Danish Geotechnical Institute). Projekten waarbij B M S wordt toegepast (naar men beweert met succes) zijn:

a. Twee projekten in Denemarken. b. Florida, U S A (bijlage 5)

c. Uit een folder, bijlage 5b, blijlit dat ook in Australië, Japan en Namibië ervaringen zijn opgedaan met het draineren van het strand.

Sinds 1985 is er in Denemarken (Thorminde) een prototype proef, waarbij uitgebreide monitoring plaats vindt. Hierbij is de D C A (Danish Coast Authority) betrokken. Volgens D G I laten de resultaten zien dat een voormalige erosie van ca. 4 ( m / j r ) door toepassing van B M S heeft geresulteerd in een aanzanding van ca. 30-35 ( m ^ / m / j r ) (bijlage 9).

Uil bijlage 6 blijkt dat in de aangrenzende kontrole gebieden een erosie van ca. 75 (m-lm I jr) is gemeten. Door het BMS wordt dan ca. 105 (m-lm I jr) "gewonnen". Overigens zijn deze getallen: "gemeten boven zee nivo".

Het is niet aamnemelijk dat door gebruik te maken van het BMS systeem elk jaar weer van de zee wordt gewonnen. Er zal zich toch een soort evenwichtssituatie op den duur moeten instellen, waarbij een vooroever is gecreëerd welke evenwicht vormt met de (veranderde) randvoorwaarden. Jn het begin wordt mogelijk wat zand gewonnen. Deze winst zal tot uiting komen in een steilere vooroever. Echter na verloop van tijd zal vermoedelijk geen aanzanding meer plaatsvinden.

3. Antwoord op enkele gerichte vragen

E r werd een brief verstuurd aan D C A met een gerichte vragenlijst en verzoek om meer informatie (bijlage 2). De brief was niet verstuurd aan D G I , omdat D G I de uitvinder en exploiteur van B M S is. E r werd verwacht dat D C A (een soort Deense RWS) ongekleurde informatie kon verstrekken. D C A heeft echter de brief doorverstuurd aan D G I . Het antwoordt op de gerichte vragen moet dus kritisch worden bekeken ! (bijlage 9). In een veel later stadium is door D C A alsnog gereageerd op het verzoek een toelichting te geven op hun visie op het B M S systeem. De visie van D C A wordt gegeven in (par. 5.)

3.1 Is er een logische verklaring voor de werking van BMS ?

Een antwoord kan worden gevonden in de brochure en de papers.

Volgens de brochure zou BMS een energie absorberende werking hebben ten aanzien van de golven die erosie veroorzaken. Het is echter niet aannemelijk dat een strand met daaronder drainagebuizen, meer energie absorbeert dan een gewoon strand. Dergelijke uitspraken in de brochure zijn daarom misplaatst en misleidend.

Volgens de brocliure berust de werking hierop: BMS zorgt ervoor dat een onverzadigde zone aanwezig is (die anders verzadigd zou zijn). Iedere golf die het strand op rolt

(run-np) brengt zand mee hel strand op. Normaliter zou deze golf weer terug rollen (run-down) met het meenemen van een zekere hoeveelheid zand. Echter door BMS zal een deel van het water percoleren (het strand indringen) en daarbij wat zandkorrels

Strand Drainage R W S - D W W , aug 1994 achter laten. (Voor meer informatie: blz 9 van de brochure, bijlage 1).

Het systeem is dus min of meer dat onder normale omstandigheden elk golfje wat meer zandkorrels achterlaat dan voorheen. Het resulterend effekt per jaar kan kennelijk groot zijn.

Teneinde de geloofwaardigheid hiervan te toetsen kan de volgende som worden ge-maakt: Uitgaande van een werking van BMS van 100 (m-lm I jr) en uitgaande van permanete golven van 5 (s), kan dit worden omgerekend naar ca. 16 (cm-lmigolf).

Iedere golf zou dus ongeveer 16 dobbelstenen zand meer achterlaten dan normaal. Dat lijkt niet echt verwerpelijk. Gevoelsmatig is hel echter moelijk te begrijpen dat een dermate kleine ingreep zo'n groot gevolg kan hebben.

Wat z i j n de kosten per meter kust ?

E e n simpel antwoord was natuurlijk niet te verwachten. De kosten hangen af van vele zaken : de aannemers, de pompen, de energiekosten, de lengte van het B M S systeem etc. Door D G I wordt ingeschat dat een kosten indikatie per meter kust voor Nederland is : fl 1.500,- a fl 2.000,-.

Dat is per km : 1,5 a 2,0 miljoen. E e n projekt zoals Texel (ca 3 tot 5 km) komt dan uit op : ca 4,5 a 10,0 miljoen.

Hierboven komen nog de jaarlijkse energie kosten, welke volgens D G I worden ingeschat als ca. f l 50,- ( m / j r ) = 50.000,- ( k m / j r ) .

De opgegeven kosten komen zeer gunstig uit, vergeleken met traditionele kustbescher-mings methoden. Uitgaande van een zandprijs van fl 7,- per (m-) , kan men voor het bedrag van fl 2.000,- slechts ca 280 (m-) zand suppleren per meter kust. Ter indikatie : voor Texel is o.a. gesuppleerd : 600 (m-lm), dit is bovendien in 3 a 5 jaar weer verdwenen.

Volgens bijlage 3 zijn de kosten zelfs nog goedkoper. Op de laatste bladzijde staat : $ 120, - per linear foot. Dat is omgerekend ca fl 650,- per (m) kust. Verder wordt in bijlage 3 gezegd :

"Over a 30-year period, beach face dewatering will cost less than half that of competing methods"

3.3 Wat is de ervaring tot op heden met B M S ?

Volgens D G I is de ervaring tot op heden ; daar waar B M S is aangebracht, werkt het zeer zeker. 3.4 Bestaat er meer achtergrond informatie ?

Zie de bijlagen. E r is tevens een rapport in voorbereiding met betrekking tot de evaluatie van de prototype proeven 1985 t/m 1991.

3.5 Z i j n er bewijzen dat B M S werkt ? Dit wordt niet nader beantwoord.

3.6 Werkt B M S in getijde gebieden ?

Volgens D G I werkt B M S des te beter indien er sprake is van getijbeweging. De argumentatie is 3.2

Strand Drainage R W S - D W W , aug 1994 de volgende : B M S voorkomt dat onder hoogwateromstandigheden de freatische lijn zich kan ontwikkelen. Hierdoor wordt voorkomen dat bij vallend water het zand gemakkelijk wordt opgepikt, en zeewaarts getransporteerd door de golven.

NB : de toepassingen in Denemarl<en en USA,Florida zijn tevens getijde gebieden.

3.7 Werkt B M S onder stormcondities, of onder normale condities ?

De bedoeling van deze vraag was : werkt B M S zo goed dat zelfs tijdens stormen geen erosie te verwachten is ?. Dat de vraag niet echt begrepen is, blijkt uit het antwoord dat de pomp op een willekeurig moment uit te zetten is en dat de pomp ook tijdens storm werkt.

Ik denk dat de grootschalige duinafslag tijdens lievige stormen in Nederland hiermee niet tegen te houden is. Het systeem kan er echter wel voor zorgen dat na die stormen

weer een snelle opbouw van het verloren strand mogelijk is.

In de folders mbt Florida wordt gezegd dat het met BMS behandelde kustvak tijdens storm veel minder erodeerde dan aangrenzende kustvakken welke niet met BMA zijn behandeld. Kennelijk help het ook wat onder stormomstandigheden.

3.8 Is B M S een goed alternatief voor zand suppleties ?

Men dient zich ervan bewust te zijn dat met zandsuppleties zand aan het systeem wordt toegevoegd. Dal is met B M S niet zo. Volgens D G I is een combinatie van beide methoden : een optimale zachte kustbescherming.

3.9 Wat is de hoeveelheid erosie die B M S kan verhelpen ?

E e n eenduidig antwoord wordt niet gegeven. In Hirtshals, waar BMS werd toegepast, werd een erosie van ca. 8 ( m / j r ) tot nul gereduceerd.

4. Enkele opmerkingen n.a.v bestuderen van de bijlagen. Enkele nog niet genoemde voordelen zijn :

a. B i j normale kustbeschermingswerken (dijken, breakwaters, duinvoetverdedigingen, strandhoofden etc) loopt men het risico dat een ernstige storm ook een behoorlijke schade teweeg brengt, voorbeeld : de stormen begin 1991. De schade bij B M S is beperkt tot : tijdelijk enige erosie, welke later door het systeem weer wordt hersteld. b. Het is een uit rekreatie en milieu aantrekkelijke oplossing.

Enkele kritische opmerkingen ;

a. Door B M S wordt geen zand toegevoegd aan het systeem. Het zand moet dus ergens vandaan komen. Ik denk dat het van de situatie afhangt waar het zand van ontrokken wordt. Is de omstandigheid zodanig dal er geen of nauwelijks langstransport aanwezig is, dan zal het zand afkomstig moeten zijn van de onderwateroever. Dat hoeft niet zo erg te zijn, want B M S blijft volgens mij geen zand hiervan te ontrekken, immers vermoedelijk treedt een evenwichtssituatie op. Dessalnietemin moet rekening worden gehouden met mogelijk enige eenmalige verstelling van de onderwateroever.

Het is jammer dat in bijlage 6 enkel de profielen boven zee nivo worden gegeven, ik kan mij niet voorstellen dat bij dit grootschalige experiment deze onderwaterprofielen niet zijn opgemeten. Heeft men opzettelijk deze gegevens niet gepubliceerd ?.

Strand Drainage RWS-DWW, aug 1994 Indien er sprake is van langstransport, dan zal het door B M S gewonnen zand in ieder geval niet ten goede komen aan het benedenstrooms gelegen kustvak. Volgens mij zijn dan de effekten van B M S identiek aan de traditionele oplossingen van strandhoofden etc, welke, zoals bekend, erosie problemen kunnen veroorzaken in de benedenstrooms gelegen kustvakken.

b. B M S berust o.a. op pompen. Dus is er energie nodig. Hoe kom je aan energie in gebieden waar geen stroomvoorziening aanwezig is. E e n futuristisch aandoende oplossing zou kunnen zijn dat windmolens moeten voorzien in de energiebehoefte van de pompen. E r zou bekeken kunnen worden of dit een haalbare en rendabele oplossing zou kunnen zijn. E r is, denk ik, een groot probleem bij deze oplossing. Als er geen wind is, is er ook geen energie. Dan werken de pompen dus niet. Wat is het effekt van het langdurig uitvallen van de pompen?. Immers er is kunstmatig een "te steil" strand gekreeerd. Wordt dan de "winst " onevenredig snel afgebroken?. E r is in een van de bijlagen informatie m.b.t. het uitzetten van de pompen, dat ziet er niet best uit!. De bijlage is niet erg duidelijk hierover.

c. Ik begrijp uit de informatie dat de tot heden toegepaste B M S systemen kleinschalig zijn. Men moet denken aan 200 tot 500 (m) kust wat hiermee is beschermd. Dat is dus zeer lokaal. Dat wil nog niet zeggen dat veel grootschaliger toepassingen (orde kilome-ters) verworpen moeten worden. E r is alleen nog geen ervaring mee.

d. De reklame brochures van bijlage 5 vind ik niet echt indrukwekkend.

Ie De meest essentiële informatie niet gepresenteerd. Dat is nl ; hoe was de kustachteruitgang in de jaren voordat B M S werd aangebracht.

2e In een van de figuren is te zien dat de "downdrift area", (waar geen B M S is aangebracht) gedurende het eerste jaar ook aangroeit, vervolgens is er een eenmalige sterke achteruitgang (storm?), en daarna is er weer aangroei.

3e In de figuren zijn drie gebieden weergegeven, waarvan er een met B M S is uitgerust. Je kunt ook de zandbalans bekijken van de drie gebieden gezamenlijk i.p.v. afzonderlijk. M i j n konklusie is dan dat er veel minder zand wordt gewonnen door B M S dan gesuggereerd.

e. B M S werkt volgens mij zeer plaatselijk, nl dicht bij de drainagebuizen. U i t de informatie maak ik op dat gedacht moet worden aan : 20 tot 30 (m) zeewaarts van de drainagebuizen is er nog enige invloed. B i j een sterk fluktuerende kustlijn moet er dus rekening mee worden gehouden dat er tijden kunnen aanbreken waarbij B M S totaal geen effekt heeft. Dat is ni zo indien de kustlijn zich verder zeewaarts verplaatst. Echter in dat geval heb je toch geen kustbescherming nodig?.

Konklusie en aanbeveling

Volgens de brochures en gerapporteerde toepassingen met betrekking tot het Beach Manage-ment System (BMS), is deze kustbeschermingsmethode zeer veelbelovend.

In deze notitie zijn echter redenen genoemd die nopen tot enige terughoudendheid ten anzien van toepassing in Nederland.

E r bestaat echter een groot voordeel : indien het inderdaad werkt, dan is het erg goedkoop vergeleken met traditionele oplossingen voor kustbescherming. E e n manier om de vele onzekerheden te elimineren is om een prototypeproef uit te voeren. Het grote voordeel hierbij is dat in Nederland de kust over lange tijdsduur is gemeten (Jarkus raaien etc). Het moet dus

Strand Drainage R W S - D W W , aug 1994 mogelijk zijn om na een proef aan te geven of B M S inderdaad enig effekt heeft gehad.

Indien de door Danish Geotechnical Institute opgegeven schatting van de kosten korrekt zijn, dan kost een proef voor 500 (m) kust ca 0.5 a 1 miljoen gulden. Dit is uiteraard exklusief de monitoring van de proef.

E e n andere opstelling zou de volgende kunnen zijn : Alom wordt momenteel ervaring opgedaan met dit systeem. Waarom zouden wij dan ook nog een proef willen uitvoeren?. Nederland zou een afwachtende houding kunnen aannemen en de resultaten afwachten van de gebeurtenissen op dit gebied de komende jaren.

B I J L A G E N

1. Folder : "Beach Management System"

2. Brief van Koster (RWS-DWW) aan Danish Coast Authority, met een vragenlijst. 3. Inlet & Beach - Newsletter #4, vol No 1- Summer 1991

4. Coastal Drain System - a new approach to coastal restoration. Danish Geotechnical Institute.

5. 2 folders van Coastal Stabilization, Inc m.b.t Sailfish Point, Florida, U S A : a. Stabeach makes the difference at Sailfish Point, july 1989

b. Stabeach stops beach erosion at Sailfish Point, aug. 1990 6. Coastal Drain System, Full Scale Test- 1985, Summary Report.

Danish Geotechnical Institute

7. 2 foto's : voor en na het aanbrengen van het systeem.

8. Pumping In and Pumping Out: Case Histories of Fluidized Sand Bypassing for Channels and Beachface Dewatering for Beaches.

Jim Parks, paper Coastal Zone '91

9. Het antwoord van Danish Geotechnical Institute op de vragenlijst (nr 2)

Strand Drainage R W S - D W W , aug 1994 6. Nieuwe ontwikkelingen.

6.1 Expert opinion Per Bruun

De vragenlijst gericht aan het D C A is eveneens toegestuurd aan prof. Per Bruun. Z i j n reaktie op het B M S is in sommige opzichten ronduit vernietigend. In grote lijnen komt zijn reaktie hierop neer:

1. B M S wordt gepropageerd door c o m m e r c i ë l e ingestelde personen/organisaties. De voorlichting hierover in de vorm van uitgevoerde projekten, reklame, bijdragen aan congressen etc, moet argwanend worden beekeken omdat deze altijd veelbelovend z i j n , terwijl de praktijk anders blijkt te z i j n , informatie soms achter wordt gehouden of erger: niet correct is, relevante zaken niet genoemd worden etc etc.

E é n voorbeeld: bij de veelbelovende verhalen over de succesvolle toepassingen in Florida wordt vergeten bij de analyse rekening te houden met de natuurlijk optredende zandgolven, welke ter plekke optreden en welke het succes grotendeels verklaren. Nog een voorbeeld: de geroemde tests in Denemarken blijken helemaal niet zo'n succes te zijn geweest, zie ook paragraaf 7.2

2. B M S is absoluut geen alternatief voor grootschalige zand suppleties in geval van een structureel eroderende kust.

3. B M S werkt enkel in geval van een mild golfklimaat. Stormen vernietigen het daarvoor eventueel behaalde voordeel.

4. B M S vormt is geen preventieve maatregel tegen erosie. Het positieve effekt van B M S is slechts van tijdelijke aard.

6.2 Reaktie Per Roed Jacobsen

P . R . Jacobsen (Danish Coast Authority, Kystinspektorated) heeft alsnog een o f f i c i ë ' l e reaktie gegeven op de naar hun gestuurde brief en vragenlijst. E e n voor zich sprekend citaat hieruit;

The area of infhtence of the system is obviously limited to the part of the coastal profile for which the drainage significantly effects the processes.

Consequently the operation cannot solve problems, which are caused by overall profile erosion, the modifying approach to this situation remains beach nourishment.

We definitely see a future for the system where its main function should be to guarantee a beach, where this is needed and justified on recreational and touristically grounds".

6.3 Soortgelijke maatregelen.

Recentelijk worden in Australië nieuwe technieken in praktijk getest door: "Public Works Department, Coastal Management, Coast & Rivers Branch".

Dit systeem wordt genoemd: Gravity Drainage. In wezen is dit hetzelfde als B M S , doch bij Gravity Drainage vindt drainage plaats door enkele loodrecht op de kust en onder het strand geplaatste drainage sleuven. In deze sleuven bevinden zich bijv. buizen gemaakt van filterdoek en gevuld met goed doorlatend materiaal. Deze buizen zijn voorts onder een lichte helling geplaatst. De drainage vind op natuurlijke wijze plaats (dwz: zonder pompen).

De bevindingen zullen de komende jaren zeker in de verschillende internationale symposia worden gepresenteerd. Enkele kleinschalige projekten zijn reeds gedeeltelijk g e ë v a l u e e r d en de bevindingen zijn tot heden positief.

Strand Drainage R W S - D W W , aug 1994 Toepassing in Engeland

In een artikel uit Dredging + Port Construction June 1994: "Beach Management system goes on trial with M A F F funding" wordt melding gemaakt van een zeer recente toepassing. Het betreft een test projekt bij Towan Beach, Newquay (Cornwall), als aanvulling op zandsuppleties. Dit is een populair touristisch strand. De intentie is om de 90 jaar oude standmuur te beschermen tegen de erosie als gevolg van golfaanval. E r zou door B M S aanzanding moeten plaatsvinden en zodoende zou het strandnivo moeten verhogen, waardoor de golfenergie zou moeten verminde-ren welke de standmuur in gevaar bverminde-rengt. Daarnaast hoopt men op een aantrekkelijk zand-strand voor de recreatie.

Het projekt wordt gefinancieerd door lokale instanties en gesubsidieerd door M A F F (Ministry of Agriculture, Food and Fisheries).

commentaar:

Een strandmuur zal temeer in gevaar komen bij stormen waarbij sprake is van golfaan-val van betekenis. Doorgaans zal dit eveneens gepaard gaan met een verhoging van de waterstand als gevolg van windopzet. Het lijkt twijfelachtig of onder deze omstandig-heden BMS ook voldoende bescherming biedt. Gezien de reeds geplaatste opmerkingen elders in deze notitie is het aannemelijk dat BMS onder die omstandigheden geen enkel effect heeft. Een storm zal het aangezande strand eroderen, met gevolg dat de bescher-ming van de strandmuur teniet wordt gedaan.

BIJLAGE

1

I j

z

A new efficient

method for

control-ling coastal erosion

Dynamic

The B E A C H MANAGE-MENT S Y S T E M responds to the dynamic action of waves by absorbing the part of the wa\ e energy that causes erosion.

The system creates an unsatu-rated zone in the beach sand. As result water from the wave run-up percolates down-wards, depositing the suspen-ded sand particles on the beach tace.

Thus, by absorbing wave energy and reducing the backwash on the active beach face, the BE.ACH .MAN-AGE.MENTSYSTE.M causes more sand to be deposited on the beach and halts coastal erosion.

Effective

A full scale demonstration test of the B E A C H .MAN-AGE.MENT SYSTEM at the severely eroded Danish .North Sea coast, notorious tor its ravaging winter gales, proved that the system was able to stop the erosion rate of 12 feet per year within weeks.

In only eight months, the continued accretion of sand caused bv the B E A C H MANAGEMENT SYSTEM led to the formation of a stable shoreline 60-75 feet seaward of the installation. Although erosion still can occur during periods of heavy storm activity, the system has demonstrated a unique ability to reclaim the newly eroded area and re-establish a balance along the line of stabilization.

Since the demonstration system was installed in the autumn of 1985. the B E A C H .VIAN AGE.MENT SYSTE.M has proved itself capable of maintaining a stable shoreline and a wide sandy beach year after year.

Clean

A properlv installed B E A C H MANAGE.MENT S Y S T E M causes no physical obstruc-tions along the beachfront. Buried beneath the sand, it is not only out of sight, but it is noiseless as well. Thus, the system completely restores and maintains the idyllic character of an open sandy beach.

The seawater which passes through the BE.ACH MAN-AGE.MENT SYSTE.M is naturally filtered by the beach sand and may be pumped into marine aquari-ums, seawater swimming pools or stagnant saltwater channels and lagoons, or may be discharged back into the ocean.

After restoration with the Beach

Management System

Erosion halted and beach widened to a stabili position.

Coastal protection

and restoration free

from adverse

environ-mental effects

The B E A C H MANAGE-MENT S Y S T E M is indivi-dually engineered to stabilize the coastline at each specific site. It consists of a series of filter-encased drainage pipes, a connecting well, a pumping station and a discharge pipe. The overall dimensions of the

system depend on the proper-ties of the sand. Usually the system is divided into several modules, each about 1.000 feet long.

Water from the wave run-up percolates downward through the sand to the drainage pipes. The water is filtered when it enters into the pipes where it tlows by gravity into the central collection well and from there to the pumping station. The water may then be pumped back into the ocean or. having been natu-rally filtered, it may be utilized for a variety of purposes, as mentioned before.

When the beach has been widened and the shoreline sufficiently stabilized, pump-ing can be reduced to a maintenance level. During periods of heavy storm activity, the shoreline may temporarily move towards the land but in-creased pumping will counte-ract such erosion. When the storm has passed, the beach

front will restore itself, the shoreline will restabilize in accordance with the range of effect of the B E A C H MAN-A G E M E N T SYSTEM, and pumping can again be redu-ced to maintenance level until the next storm occurs. This ability to constantly

re-establish the shoreline makes the B E A C H MAN-AGE.MENT SYSTEM particularly well suited for use in connection with a beach nourishment program-me. When installed concur-rently, the B E A C H .MAN-A G E M E N T SYSTEM will efficiently hold the beach nourishment in place for a long period of time without need for further artificial nourishment.

Comprehensively controlled and monitored full-scale tests on the extremely exposed west coast of Denmark and east coast of The United States of America have demonstrated that down-stream beaches do not suffer bv upstream installation of tlie BE.ACH MANAGE-MENT SYSTE.M. On the contrary, adjacent dou nstream beaches have benefitted by volumes of sand leaked from the continuously replenished bulge of sand in front of the system.

Downstream beaches are not concurrently star\'ed or eroded as the B E A C H .MANAGEMENT SYSTEM does not block or divert the longshore drift out to an area further offshore.

Before installation of the Beach

Management System

S e r i o u s e r o s i o n - n a r r o w b e a c h e s - u n d e r m i n i n g of s t r u c t u r e s - loss of t o u r i s m r e v e n u e s .

(

Discharge pipe transports clean Altered water to ocean, bacicwater area or other suitable location.

Pumping station

Pipeline to additional collec-tion wells, (opcollec-tional)

Nearly buried concrete .structure contains submerged

pumps for piunping water out through discharge pipes.

. Single line pipe transports water by gravity flow to the pumping station.

iuried collecting well. Beach Management drain

pi-pes and filter system.

Water flows by gravity through sloped pipes to collecting well.

The area of dynamic interac-tion of the system with active beach face wave swash.

Construction method

Excavated trench with tempo-rary groundwater lowering by wellpoints

Pipe system consisting of pre-formed fdter packs on slotted collectionpipes and unslotted transport pipes

Pumping station on top of berm

Pumping station discharge into ditch leading to estuary

Operation concept

Upmsh zone ^

The B E A C H MANAGE-MENT SYSTEM is based on a simple physical principle: water percolates downward through an unsaturated porous medium such as the sand of an active beach face. The B E A C H

MANAGE-MENT SYSTEM reinforces the natural summertime process of sand accretion and prevents the erosion that is normally caused in the winter bv the action of storm waves.

In the summer, winds are generally gentle and waves are long and shallow. The active beach face becomes only partially saturated, wave run-up easily percolates downward, and the net result is an accumulation of sand. In the winter, on the other hand, frequent storms and short and steep waves satu-rate the beach face.

The turbulent surf from large breaking waves keeps sand suspended, and the higher water table produces positive seepage out of the beach face, allowing the backwash to lift sand off the beach face and into suspension. The result is that the backwash of sand is equal to or greater than the uprush. and the net effect is erosion.

By lowering the watertable adjacent to the drain tube, the BE.ACH MANAGE-.MENT SYSTE.M reduces the hydraulic pressure and creates an unsaturated zone in the beach face. This zone makes downward percolation of wave run-up possible throughout the year and cuts off the subterranean flow of water to the ocean.

.As a result, the volume of the backwash is less, the erosion process is reduced, and additional sand is deposited on the beach.

Long-term controlled tests in Denmark and the United States of America have proven that downstream beaches do not suffer from upstream installation of the BE.ACH MANAGEMENT SYSTEM. The system does not block or divert the long-shore drift of sand out to ar area further offshore.

B E A C H M A N A G E M E N T S Y S T E M S . D A N M A R K A^S, 54-64 Nvmoellevej. P. O. Box 119. D K 280() Lyngby. Denmark. Telephone +45 42 88 44 44. Telefax +45 42 88 12 40. Telex 37230 geotec dk. Cable Dangeotec"^

To : Per Roed Jakobsen Danish Coast A u t h o r i t y Hoejbovej 1 p . o . box 100 DK-7620 Lefflvig Oenetnarken from: H.J.Koster R i j k s w a t e r s t a a t p.o box 5044 2600 GA D e l f t t e l +3115699453 Date : i T september 1991 S u b j e c t : B e a c h Management S y s t e m D e a r S i r : As we h a v e n e v e r met e a c h o t h e r , p l e a s e l e t me i n t r o d u c e m y s e l f :

I w o r k w i t h t h e ( d u t c h ) M i n i s t r y o f T r a n s p o r t , P u b l i c Works and W a t e r Mana-gement, Road a n d H y d r a u l i c E n g i n e e r i n g D i v i s i o n ( R i j k s w a t e r s t a a t ) . T h i s m u s t be f a m i l i a r t o y o u , f o r a s f a r a s I u n d e r s t a n d y o u know my f o r m e r c o l l e g a e Mr. Henk J a n V e r h a g e n , who was h e a d o f o u r A d v i s o r y D e p a r t m e n t . Mr V e r h a g e n , who l e f t t h e R i j k s w a t e r s t a a t , was s t o n g l y i n v o l v e d i n t h e d u t c h c o a s t management, I w i l l c o n t i n u e h i s w o r k . A c o l l e g a e o f me came b a c k f r o m a c o n f e r e n c e i n J a p a n w i t h i n f o r m a t i o n on a b e a c h management s y s t e m t h a t i s u s e d i n Danmark. T h e p r i n c i p l e o f t h i s e r o s i o n c o n t r o l i s : d r a i n a g e o f t h e b e a c h . As we u n d e r s t a n d , t h i s s y s t e m i s o p e r a t i o n a l i n Danmark, a n d i t i s s a i d t h a t t h e s y s t e m i n d e e d w o r k s a s e r o s i o n p r e v e n t i o n . As y o u know, t h e d u t c h a r e v e r y c o n c e r n e d w i t h t h e i r c o a s t . T h e r e f o r e we a r e v e r y i n t e r e s t e d i n any p o t e n t i o n a l e r o s i o n p r e v e n t i o n m e a s u r e s , s p e c i -a l l y i f t h e y -a r e -a p p l i e d i n p r -a c t i s e -a n d p r o o v e t o be e f f e c t i v e . I u n d e r s t o o d t h a t t h e D a n i s h C o a s t A u t h o r i t y i s p r o b a b l y t h e o r g a n i s a t i o n t h a t c o u l d a n s w e r a n y q u e s t i o n s I h a v e c o n c e r n i n g t h i s b e a c h management s y s t e m . I t i s t h e r e f o r e t h a t I w r i t e t h i s l e t t e r t o y o u . Can y o u s u p p l y u s w i t h any i n f o r m a t i o n t h a t m i g h t be o f i m p o r t a n c e f o r u s w i t h r e s p e c t o f m e n t i o n e d b e a c h management s y s t e m ? . Some q u e s t i o n s I h a v e a r e : - I s t h e r e a l o g i c a l c l e a r p h y s i c a l e x p l a n a t i o n o f how t h e s y s t e m w o r k s ? - What a r e t h e c o s t s p e r m e t e r c o a s t ? - What i s t h e e x p e r i e n c e u n t i l now w i t h t h e s y s t e m ? - A r e t h e r e a n y r e p o r t s ( e v e n i n D a n i s h ) ? - I s t h e r e a n y p r o o f t h a t t h e s y s t e m w o r k s ? - D o e s i t w o r k i n t i d a l a r e a s ? - D o e s i t w o r k u n d e r s t o r m c o n d i t i o n s o r u n d e r c a l m w e a t h e r c o n d i t i o n s ? - I s i t a good a l t e r n a t i v e f o r a b e a c h n o u r i s h m e n t 7 - What i s t h e r a t e o f e r o s i o n p e r y e a r t h a t t h i s s y s t e m c a n p r e v e n t ? e t c e t c P l e a s e l e t me know i f you a r e a b l e t o a n s w e r my q u e s t i o n s . I f n o t , t h e n p e r h a p s y o u c a n i n f o r m u s who , o r w h i c h o r g a n i s a t i o n , we c a n c o n t a c t t o g e t more i n f o r m a t i o n . Y o u r s s i n c e r e l y . M a a r t e n J a n K o s t e r 1

u a i

o j c

J i m P a r k s , P r e s i d e n t | | U |

p T O

DYNEQS Ltd.

8 1 3 / 2 5 4 - 6 6 4 5

l l ^ l

- C - I

O

& ^ w n

' Newsletter # 4 - Vol 2 no 1 - S u m m e r 1 9 9 1 T a m p a , FL 3 3 6 0 1

WHAT IS THE PROBLEM?

One of the fundamental problems in the Coastal Zone is that of sand management. All too o f t e n , sand Is being eroded where we want it to stay (recreational and storm-protection beaches), and is accumulating where we don't want It (shoals In harbors, entrances, passes and inlets). The traditional and conventional approaches to these problems — dredging, beach nourishment, jetties, groins, seawalls and breakwaters — are increasingly Inadequate to the task and much too expensive and environmentally damaging.

NEW SOLUTIONS FOR OLD PROBLEMS

The new technologies of fluidlzatlon (for channel maintenance and for effective bypassing of sand around Inlets) and of dewatering (for beach stabilization and accretion) can change the practice of sand management In the Coastal Zone:

a. These methods will be significantly less expensive over the long mn than conventional methods of dredging and beach restoration and nourishment.

b. Both of the Improved methods will be more effective than previous methods.

c. Both o f the improved methods are significantly less envi-ronmentally damaglngthanconventlonal methods of dredg-ing and beach nourishment.

For channel fluidlzatlon and for fluidized sand bypassing, the new improved methods of pipe burial underwater allows use o f cheaper longer-lasting plastic pipe and more efficient configurations.

For beachface dewatering, the dralrvpipe can now be placed seaward of the low-tide line, thus Increasing its effectiveness and increasing efficiency by reducing pumping costs.

TECHNOLOGY TRANSFER

One of the difficulties in the transfer of new technology from university research laboratories to the mari<etplace Is a reluctance on the part of many t o try new methods. When faced with a beach erosion situation, most cities or counties will employ a reputable consulting coastal professional to study the problem and make recommendations. Most coastal engineers will recommend some variant of the "tried and true" conventional beach nourishment procedure as a matter of pmdence; and most city/county commis-sioners will not go against their own expert's advice in spending taxpayer's monies. This attitude has resulted in a very slow rate of acceptance of the new technology o f beachface dewatering for stabilizing and widening beaches. In order for the public (or private) sector to adopt a concept that has been evolving so positively but Is still "new". It will be necessary to conduct, document and publicize the results of one or more successful real-scale field demonstration projects.

DEMONSTRATIONS OF NEW METHODS

Several full-scale demonstrations of both methods in a variety of conditions will be initiated in the coming months. All of these will be monitored In detail for at least a year to provide new "hard data" on results.

a. Rag Harbor Yacht Haven marina entrance - The first fluidized sand bypassing Installation will be In Calvert County, Maryland, on the w e s t e m shore of Chesapeake Bay, near St. Leonards.

b. Long Beach (Calvert County) Maryland- The private commu-nity beach of this unincorporated village has suffered long-term beach erosion and shoreline retreat "caused" by the jetties of the Rag Hartior Yacht Haven channel entrance a

few hundred yards updrift to the north. A 200-foot beach-face dewatering demonstration will be put In the commu-nity beach In the Fall o f 1 9 9 1 . The two systems operating In close proximity will provide an interesting test of t h e Interaction of these new technologies.

c. St. Petersburg Beach (Pinellas County) Rorida - Upham Beach, a public beach facing the Gulf of Mexico, has a long history of rapid erosion after several episodes of beach nourishment. The most recent renourishment took place In late December and January 1 9 9 1 , with material dredged from nearby updrift Blind Pass. A 200-feet long beachface dewatering demonstration system will be emplaced on the outermargin of this nourished beach In October 1 9 9 1 in a n effort to hold a portion of this beach in place for longer than the expected six month lifetime after a few months f o r nomial profile adjustment.

d. Vero Beach (Indian River County), Rorida - In order t o provide a test In a different wave climate, another short 200-foot demonstration of the improved beachface dewa-tering system Is planned at Conn Beach Pari<, facing the Atlantic Ocean. This should also be emplaced in October. e. Long Beach (Bmnswick County), North Carolina - This public beach faces south to the Atlantic Ocean along an S-mile stretch of east-west coastline between Myrtle Beacfi and Wilmington. The 2 0 0 foot demonstration test will be monitored for a year following its installation in late 1 9 9 1 .

EXPERIMENTAL NATURE OF PROPOSED PROJECTS

These projects are experimental only in the sense that the new Improvements have not been implemented together on a full-scale project. The basic concepts were proven in the prototype, althougti It did not perform as well as it should have. A lot has been learned f r o m the performance of the prototype, and the subsequent improve-ments (2 U.S. Patents allowed, and other patents pending) have been tested in the laboratory and at pilot-scale.

The beachface dewatering at St. Petersburg Beach, FL and Lv Beach, NC will be the first full-scale projects with all the improve-ments. The demonstration of fluidized sand bypassing at Rag Harbor Marina, Calvert County, MD on the Chesapeake Bay will be the first full-scale project with all the improvements to that system.

IMPROVED FLUIDIZED SAND BYPASSING

Ruldlzatlon Is defined as the pumping in of additional water beyond the quicksand point to make a 5 0 : 5 0 sand-water sluny that will now down a slight grade and Is pumpable for significant distances. In the fluidized sand bypassing version (Rgure 1), the fiuidlzer perforated pipes are buried lengthwise along the axis of the channel, sloped from each distal end down to the mid-length position. Ajet-eductorpump located Immediately above the fluldizing pipes moves the sand through a discharge pipe to the downdrifl beach. After fiuldlzatlon Is Initiated In one direction with the full flow capacity of the Clearwater pump, a part of that clear-water stream is diverted to the fixed jet-eductor pump, and as the level of fluidized sand is pumped down In a local "cone of depression", lateral flow along the length of the trench "feeds" the jet pump.

ADVANTAGES OF CHAN/NAV R U I D I Z E D SAND BYPASSING

1 . No Lag Time - With conventional dredging, there is an unavoidable delay between the time that a decision Is made to dredge the newly developed shoal In the channel that has become a hazard to boat navigation, and the time when the dredge is available and can be mobilized and brought to the site — and during that lag time of one to eight months, safe navigational access is restricted.

With DYNEQS Chan/Nav System pemianent-ly installed, there is no delay, as it onpemianent-ly takes a "flick of the switch" to start the Fluidized Sand Bypassing process.

2. No moMlizBtion/demobilizatlon c o s t s - With conventional dredging of small jobs (under 2 0 , 0 0 0 cuyds), a large part of the project costs are for bringing the dredge to the site (mobilization and demobilization expenses), and thus the per cubic yard costs for small dredge projects may be as high as $ 7 . 5 0 to $ 1 0 per cubic yard, whereas for larger projects the per unit costs may be on the order of $ 3 / c u y d .

As the Chan/Nav Ruidlzed Sand Bypassing system Is permanent, it Is always available without mob/demob costs.

3. Maintenance program expenses known - When conven-tional maintenance dredging Is planned for every 3 years but the inlet shoals up in 2 years, one of two things must happen — either the boaters must suffer for a year with hazardous access through the shoals in the channel, or additional f u n d s must be found for an unscheduled eariy dredging, and dredging maintenance program expenses are difficult to anticipate. This also happens when dredg-ing of an Inlet Is only scheduled "when needed" — It Is difficult to provide for such in annual budgets.

With a regular schedule of frequent periodic "flushings" of the channel by Fluidized Sand Bypassing, the annual costs of the mainte-nance program are known years ahead.

A. Unanticipated stomi events - When a storm event occurs shortly after completion of conventional dredging, sand can fill In most of the dredged channel almost ovemlght.

When this happens with a Chan/Nav system, a "flick of the switch" will rectify the problem almost Instantaneously, with only a small charge for an additional "flushing".

5. increase storage capacity • Attempts have tteen made to overcome this problem by "overdredging" (Advance dredg-ing In the Corps' pariance) a deeper and widerchannel than is needed fornavigational purposes, in an a t t e m p t t o make the channel "last longer" between successive dredgings. This is nearty always a futile attempt, in that It Is well known that "Nature abhors a vacuum", and a larger hole only fills In faster. This also cuts off natural bypassing and thus exacertjates the downdrift beach erosion problem.

The frequent (monthly?) Fluidized Sand By-passing flushings of a channel will maintain the alignment, depth and width to those dimensions adequate for navigation without overslzlng.

6. Efficiency and Effectiveness - Some form of "sand bypass-ing" Is cun-ently being recommended in many INLET SAND MANAGEfvlENT PLANS now being prepared for most Rorida Inlets. The DYNEQS approach Is to use the boat navigation channel Itself as the "sand trap", and to empty that trap by pumping out fluidized sand on a frequent periodic basis. The frequency of the pumping schedule will be site-specific-some Inlets may require weekly pumping while others may only require it monthly or every-other-month. Pumping can also be done during and immediately after each storm event. Thus adequate depths of water will be maintained at all times, and the location and alignment of the boat channel will be fixed In position, allowing perma-nent channel markers for Increased boating safety. The typically mid-length fixed jet-eductor pumps down a "cone of depression" in the fluidized sand & thus induces lateral flow along the length of the fluidized channel (Rgure 2).

Rgure 2.

HOW DOES BEACHFACE DEWATERING WORK?

Beachface dewatering wori<s by lowering the top of the water-saturated zone (water table) Immediately beneath the active beach face (see Rgure 3 ) . Part of the wave uprush "soaks i n " , causing reduced backswash and thus part of the suspended sand brought onto the beach with each wave upmsh is left on the beach. Secondary effects Include local "hardening" or densiflcation of the sand by withdrawing supporting interstitial porewater, and reducing seepage outflow at the toe of the beach.

The DYNEQS system incorporates several patented Improve-ments that Increase the effectiveness of beachface dewatering and cut the costs to less than half that of previous systems. Briefly, the differences are: (1) the Sailfish Point system was installed some 6 0 feet Inland of the high tide line, using heavy power machinery and standard construction dewatering techniques, with a pump lift station farther inland behind the dunes; (2) the DYNEQS system will be installed between high and low tide lines using a fluidized self-burial technique requiring no heavy bull-dozers and power shovels on the beach, and will use a submersible pump buried In the beach near the drain-pipe to push the water to a d i f f u s e r located offshore.

Extensive testing of similar systems in Denmari< over several years showed that a widened beach could be maintained 20-30 meters (65-100 feet) seaward of the buried drain-pipes. The system at Sailfish Point was installed near the limit of Its potential effectiveness.

EXPERIENCE FROM PROTOTYPE DEWATERING INSTALLATION

S a i l f i s h Point • The prototype American installation of beach-face dewatering at Sailfish Point (Hutchinson Island) near Stuart, Rorida has been operating for neariy 3 years. An analysis of the data from 2 1/2 years of beach profile monitoring has demonstrated that erosive retreat has been halted and seasonal beach width fluctua-tions have been significantly damped out, as compared with both updrift and downdrift control zones, without detectable downdrift bad effects (Robert G. Dean In report for Coastal Stabilization, Inc dated July 2 5 , 1 9 9 0 ) .

COMMONLY ASKED QUESTIONS

What artematlvea were considered? These include periodic conventional beach nourishment with dredging from offshore sand sources and pumping sand to the beach every few years; construc-tion of shore- parallel near-offshore breakwaters; constmcconstruc-tion of various types of shore-perpendicular groins; and the STABEACH version of beachface dewatering. All of these alternatives are considerably more costly than the proposed wort<. The altematlve advocated by Prof. Orrin Pllkey — doing nothing — would result In loss of recreational beach, boardwalk and roads.

How c a n selected Plan be lusttfled a s least environmentally damaging to water or wetland areas? Conventional beach nourish-ment disoipts offshore fisheries, creates considerable turbidity, and the dumping of large quantities of sand on the eroded beach dismpts shore biologic communities. Shoreparallel nearoffshore

breakwa-ters constitute attractive nuisance hazards to swimmers and surf-ers, and create sand shoal connections from the shore to the breakwater that disrupt normal longshore drift of sand; shore-perpendicular groins are now considered to be harmful to downdrift beaches, and are aesthetically unsightly to beach users; and the

STABEACH verston of beachface dewatering causes a drastic disnjption of the beach during installation (very wide and deep trench dug by heavy machinery) and is comparatively ineffective in being located too far landward f r o m the high tide. line.

H9W mti9h rilrtMrlwn9? gf ^KU <luring Inrtall^tlpn? The selected plan (DYNEQS version of beachface dewatering) Is in-stalled near the low tide line without use of massive machinery or wide deep trenches, is potentially more effective in accretion, and data from 2 1/2 years of beach profile monitoring at the Sailfish Point, Rorida prototype has revealed a conspicuous lack of harmful effects on downdrifl beaches, and the water pumped back Into the sea is filtered seawater that if anything Is beneficial to the receiving body of water. Protection against drawdown of a landward freshwater groundtable will be achieved with a plastic impermeable banier landward of the drain pipes.

What efforts are ntade to minimize adverse Impacts? Plans have been developed f o r a method of installation (burial) of the drain pipes without resorting to heavy machinery (power shovels,

bulldoz-ers, back-hoes, etc) for digging massive trenches. These new methods are the subject of 2 U.S. Patents that have recently been allowed and will be issued in the nearfuture, and several more patent applications have been submitted. The area to be treated is a nan-ow sand beach devoid of any vegetation. No wetlands will be lost — t h e existing sandy beach will be gradually widened and stabilized against seasonal erosion.

APPUCATION FOR DEMONSTRATION PERMIT

This application Is for a permit for a small ( 2 0 0 foot long)

temporary (one year) experimental denwnstratlon of new technolo-gy (improved beachface dewatering) on an eroding beach. There is little likelihood that the demonstration will do any lasting harm, and a great deal will be learned during the year of Intensive and extensive monitoring of both primary and side effects.

MonHoring will Include:

(1) multiple monthly beach profiles from stations located well above high tide line out to depths of 1 0 feet, in both the treated zone and control zones updrift and downdrifl; (2) recording of groundwater levels In observation wells at

several sites on iDeach during entire tidal cycle, with and without pumping;

(3) recording of volumes of water pumped under a rang? pumping schedules (continuous to initiate maximum ef-fects, or few hours per day or week to maintain optimum effects); and

(4) observations o f effects on wildlife (turtles, birds, etc). fvlore experimentation of this type is needed under a variety o f wave and beach conditions before anyone can be sure that this new approach will prove useful and safe and economical for routine treatment of eroding beaches and receding shorelines. In the very unlikely event that harmful side-effects will be revealed, the process Is controllable (extent of both primary and side effects can limited by decreasing the pumping schedule) and reversible (at the end of the demonstration year or before, the system can be easily removed and the beach will quickly return to "normal").

There Is little likelihood of harmful effects in case of a mishap: for example, the components are buried deeply enough that it would take a major storm to exhume the buried system and the parts are unlikely to become "battering rams". The extent of groundwater lowering toward the inland freshwater system is limited by an impermeable plastic curtain installed landward of the drain syste

The operation of this demonstration f o r a y e a r w i l l Increase our understanding of the physical processes Involved, will Improve our ability to predict potential positive and negative effects, and will establish a "track record" to help avoid the need for "case4)y-case" risk assessment for each application of dewatering.

COASTAL SAND DUNES

Coastal sand dunes are recognized as an important "line of defence" against storm-driven shoreline recession. Much effort has gone Into artificially vegetating existing dune areas, and "snow-fence" methods to accrete additional dune build-ups from wind-driven sand.

The natural source of sand for dunes is the "dry" beach width above normal high tide. Only from this "permanently dry" area is it possible for wind to pick up appreciable quantities of sand and cany It Inland a few tens/hundreds of feet (meters) and deposit it on dunes.

On an eroding beach, there Is commonly only a very narrow width of permanently dry sand, if any. On an accreting beach there is usually an appreciable width of dry sand. A restored or nourished beach starts off, at least, with a wide dry beach zone that

accomplish-es some dune nourishment from wind action.

Stabilization of a beach (reducing seasonal beach width

chang-es) would also help stabilize and accrete beach dunes by providing year-round dry beach zones for wind to act on.

KEEPING ENVIRONMENT CLEAN

Two prime environmental concems are (1) water quality, and (2) potential hami to endangered wildlife species. These new methods

are environmentally beneficial rather than harmful. The effluent water from beachface dewatering Is filtered seawater, and unless there is a local need for such (research fish tanks, or to "sweeten"

neartDy stagnant lagoons or harbors) It will be piped back to sea. In the fluidization application, the Inputwaterls local seawaterthat has been filtered, and the effluent as fluidized sand was demonstrated In the Anna Maria prototype to not create turbidity. This will continue to be true as long as applications are limited to tidal Inlets with clean well-sorted sandy bottom — extending this method to muddy bot-toms may well create unwanted turtDldity (which can be controlled). The fluidized condition is maintained only as long as water Is pumped into the fluldizing pipes — when the pumps are tumed o f f (90 percent or more of the time), the bottom sediments will quickly (minutes or hours) revert to normal conditions, and will not stress bottom-living wildlife. The effects will be much less severe than those caused by conventional dredging and normal disposal of dredged materials.

Dewatering of the active beachface can be controlled so as to

not affect neartsy f r e s h w a t e r groundwater, as the improved method for pipe emplacement makes it easy to incorporate an impermeable plastic sheet banier landward of the drain pipes. The effects are aimed at the active swash-zone, and the amount of draw-down is relatively minor (so as to tip the balance toward accretion ratherthan erosion). There should be no discemible effects on the "dampness" needed for turtle egg-laying and hatching, but this will be closely monitored during the year.

ACTIVE vs PASSIVE

Beach erosion and channel shoaling are deleterious end prod-ucts of dynamic shoreline processes driven by waves, cun-ents and tides. Up till now, most of the methods used to "fight" these bad effects have been passive or "one-shot" episodic remedlations. The passive methods Include groins, seawalls, jetties, bulkheads and breakwaters; and the "one-shot" methods that have to be repeated from time to time include dredging of channels and beach nourish-ment with sand dredged from offshore "twrrow areas".

Perhaps It Is time to consider fighting these active continuous pernicious processes with active continuous beneficial systems, such as fluidized sand bypassing for channel maintenance and alleviation of downdrifl beach erosion; and beachface dewatering for beach stabilization and beach widening.

PAYMENT & RNANCING

One-shot remediation actions such as conventional channel dredging or beach nourishment usually require full payment on completion of the project — w i t h no guarantees, even though a storm event Immediately afterwards may fill In the dredged channel or erode the renourished beach.

Because the new technologies of fluidized sand bypassing and beachface dewatering each involve the installation of permanent equipment (pipes, pumps, valves, control systems, etc), they may qualify for long term financing in much the same manner as potable water supply or sewage systems. Many communities, counties or regions have established "special taxing districts" for long tenm maintenance of inlets and beaches which can serve as the vehicle for paying o f f long term obligations.

BOTTOM UNE - COSTS

[NOTE: Each situation is unique and will require site-specific design and engineering, and thus costs are not readily predictable. The following are generalized approximations.)

Ruidlzed Sand Bvoasslng-The cost of installation of a fluidized sand bypassing system is about the cost of two or three dredgings. The subsequent low costs o f operation of the system will make the annualized costs over a 20-30 year period less than half that of periodic conventional dredging.

Beachface Dewatering - The DYNEQS "Beach/Advancer" sys-tem of beachface dewatering is currently priced at $ 1 2 0 per linear foot of beach ( $ 6 0 0 , 0 0 0 per mile). Conventional beach nourishment costs from $ 1 to 3 million dollars per mile, and must be repeated on an average 5 year cycle. Over a 30-year period, DYNEQS beachface dewatering will cost less than half that of competing methods (see enclosed Cost Comparison).

DYNEQS Ltd.

P.O. Box 2 0 4 3 T a m p a , FL 3 3 6 0 1

Mr.

K.-W,-Eykswaterst Road/Hyd Eng

D l v

\an der Burghweg,

F 0. Box 5044, D e l f t

THE NETHERLANDS 2600 GA

Danish Geotechnical Institute

C O Z V S T Z ^ l L i I D F L Z V H ^ S Y S T E M

- a new approach to coastal restoration

by Hans V e s t e r b y , D a n i s h G e o t e c h n i c a l I n s t i t u t e - DGI

Lyngby, Denmark

SYNOPSIS The l o s s o f b e a c h e s t h r e a t e n s r e c r e a t i v e r e v e n u e s , s t r u c t u r e s and h a s a d i r e c t i m p a c t on l o c a l and n a t i o n a l economies. I n c o m b a t t i n g t h e e r o s i v e f o r c e s from wave a c t i o n s s o f t e n g i n -e -e r i n g s o l u t i o n s a r -e l i k -e l y t o b-e mor-e -e f f -e c t i v -e t h a n s t r u c t i o n a l d -e f -e n c -e s . Th-e C o a s t a l D r a i n S y s t e m i s a new e f f e c t i v e s o f t a p p r o a c h t o c o a s t a l e r o s i o n c o n t r o l and b e a c h r e s t o r a t i o n w h i c h h a s no i m p a c t on human a c t i v i t y and t h e e n v i r o n m e n t . By r e d u c i n g t h e h y d r a u l i c p r e s s u r e , t h e s y s t e m p r o d u c e s g r a d i e n t t o w a r d s i t s d r a i n , c u t - o f f t h e n a t u r a l grou.nd w a t e r s e e p a g e and c r e a t e s and un-s a t u r a t e d zone o f d e p r e un-s un-s i o n u n d e r t h e b e a c h f a c e w h i c h a l l o w un-s downwardun-s p e r c o l a t i o n of w a t e r from t h e u p - r u s h . T h i s r e d u c e s t h e b a c k s w a s h on t h e beach f a c e l i m i t i n g t h e e r o s i o n p r o c e s s w h i l e dep o s i t i n g more s a n d on t h e b e a c h w i t h a changed and more s t a b l e dep r o f i l e . K u l l s c a l c c o n t r o l l e d f a -c i l i t i e s i n Denmark and USA have shown t h a t t h e s y s t e m does n o t oven h a l t t h e e r o s i o n b u t -c a u s e s s u b s t a n t i a l a c c r e t i o n a s w e l l .

INTRODUCTION

Many d i f f e r e n t a p p r o a c h e s have been made i n a t -t e m p -t -t o s o l v e o r a l l e v i a -t e -t h e problems o f b e a c h e r o s i o n . Hard e n g i n e e r i n g s u c h a s r e v e t -ments, s e a w a l l s , g r o i n s , b r e a k w a t e r s and j e t t i e s n o r m a l l y o f f e r o n l y a s h o r t term r e s p i t e m e r e l y s e r v i n g t o d e l a y t h e i n e v i t a b l e o r even a g g r a -v a t e t h e u l t i m a t e l o s s e s t h a t w i l l o c c u r d u r i n g an i n f r e q u e n t e v e n t . Most o f t h e s e c o n s t r u c -t i o n s i n -t r o d u c e s e r i o u s l o n g -term d e -t r i m e n -t a l e f f e c t s on downstream b e a c h e s and have a t t h e same t i m e s u b s t a n t i a l a d v e r s e e n v i r o n m e n t a l e f -f e c t s .

F o r y e a r s Beach Nourishment h a s been c o n s i d e r -ed t h e most e f f e c t i v e r e s p o n s e t o t h e e r o s i o n o f b e a c h e s and a t t h e samt t i m e a f a i r p r o t e c t i o n o f t h e i n l a n d s i n c e a major p a r t o f t h e wave e n e r g y w i l l be a b s o r b e d on a wide sandy b e a c h . A w e l l - k n o w n problem w i t h beach n o u r i s h m e n t i s t h a t sometimes i t does n o t l a s t . I n same c a s e s a s i g n i f i c a t p o r t i o n o f t h e new s a n d i s l o s t d u r i n g t h e n e x t s t o r m o r by t h e n a t u r a l p r o f i l e a d j u s t m e n t i f t h e s a n d i s n o t p l a c e d c a r e f u l l y i n t h e p r o f i l e . A new a p p r o a c h t o t h e a l l e v i a t i o n o f beach e r o s i o n p r o b l e m s h a s r e c e n t l y been i n t r o d u c e d and t e s t e d i n p r a c t i c e The C o a s t a l D r a i n S y s tem ( V e s t e r b y , 1 9 0 7 ) . T h i s s y s t e m c a u s e s a r t i -f i c i a l i n t e r -f e r e n c e w i t h n a t u r e s morphology t h r o u g h a l o c a l i z e d slowdown o f one n a t u r a l p r o -c e s s , and speed-up o f a n o t h e r . I t i n v o l v e s permanent i n s t a l l a t i o n o f p i p e s and pumps, but i s n o t a v i s i b l e e y e s o r e o r phy-s i c a l o b phy-s t r u c t i o n a phy-s a l m o phy-s t a l l componentphy-s a r e b u r i e d . E x t e n s i v e l o n g t e r m , c o n t r o l l e d f u l l s c a l e d e m o n s t r a t i o n s have shown t h e p o s i t i v e e f -f e c t -from t h e C o a s t a l D r a i n System and no no-t i c e a b l e s i d e e f f e c no-t s on downsno-troam b e a c h e s (Hansen, 1906; T c r c h u n i a n , 1 9 0 9 ) .

THE COASTAL DRAIN SYSTEM

I n Denmark i n 1981 t h e North Sea R e s e a r c h C e n t r e r e q u i r e d l a r g e volumes of f i l t e r e d s e a w a t e r (400 m^/hour) f o r a q u a r i a and wave t a n k s , b u t p r i m a r i l y a s a s o u r c e of h e a t f o r a heatpump s y s tem. The a u t h o r proposed and d e s i g n e d a " h o r i -z o n t a l " w e l l , and i t was i n s t a l l e d below s e a l e v e l and p a r a l l e l t o t h e s h o r e l i n e j u s t i n l a n d o f t h e h i g h w a t e r l i n e a t H i r t s h a l s , Denmark ( F i g u r e 1 ) .

T h i s n o v e l w e l l , u s i n g the sand o f t h e beach as a f i l t e r , produced t h e r e q u i r e d q u a l i t y and q u a n t i t y o f s e a w a t e r - f o r .about two weeks a f t e r w h i c h i t was found t h a t the amount o f w a t e r was c o n t i n u o u s l y t a p e r i n g o f f .