De meest zuidelijke haven van Louisiana is een belangrijke plaats voor de Amerikaanse energie-industrie, maar ook een van de meest kwetsbare plekken in het land. Port Fourchon in Lafourche Parish bedient 90% van de diepwater olie- en gasactiviteiten van de Golf van Mexico, daarom heeft het U.S. Naval Research Laboratory $ 25 miljoen geïnvesteerd in LSU om een ​​digitale koepel te creëren die Port Fourchon en de Louisiana Offshore Oil Port beschermt, de enige offshore diepwaterhaven van het land, van cyberbeveiligingsbedreigingen. Meer dan 1,5 miljoen vaten ruwe olie worden per dag via pijpleidingen door de haven vervoerd en ongeveer 1, Ook rijden er dagelijks 200 vrachtwagens de haven in en uit.

Langs, dunne strook zandstrand strekt zich uit langs de zuidelijke rand van de haven, het bufferen van de noordelijke Golf van Mexico en de dreiging van orkanen, stormvloed, en overstromingen. Echter, elk jaar, de kustlijn trekt zich ongeveer 30 tot 50 voet terug, dichter bij de haven kruipend, die meer dan 250 bedrijven huisvest. Het strand dat ten zuiden van Port Fourchon ligt, verliest elk jaar meer land door de stijging van de zeespiegel, erosie, en verzakking, of zinken, dan enige andere plaats in de V.S.

"Ik zou zeggen dat landverlies een van de grootste bedreigingen is voor de haven en het zuiden van Louisiana, " zei LSU Coastal Studies Institute interim-directeur Kevin Xu, die ook de James P. Morgan Distinguished Professor is in de afdeling Oceanography &Coastal Sciences van het LSU College of the Coast &Environment.

Baggeren, of opgraven, zand en sediment van de zeebodem en zandbanken en het transporteren ervan om stranden te herbouwen en te versterken, zoals degene die Port Fourchon beschermt, evenals zandduinen, barrière eilanden, en moerassen, is een van de belangrijkste strategieën die worden gebruikt om landverlies aan de kust in Louisiana tegen te gaan. Echter, het is een kostbare onderneming. Bijvoorbeeld, de staat heeft meer dan $ 70 miljoen uitgegeven om 3,3 miljoen kubieke meter zand per binnenschip te baggeren en te vervoeren en het door een pijpleiding te hebben gepompt om de Caminada-landtong te versterken, een ander onontwikkeld strand dat aanzienlijk is aangetast door erosie, dat ook Port Fourchon beschermt tegen stormen.

Het sedimentbudget, of de hoeveelheid zand en sediment die beschikbaar is voor grootschalige baggerprojecten als deze, is eindig. Aanvullend, orkanen kunnen zand en sediment verdringen, wat bagger- en renovatieprojecten nog uitdagender maakt. Daarom is Xu's expertise in het computationeel modelleren van sedimenttransport van vitaal belang.

"De inspanningen van LSU zijn van groot belang voor iedereen die betrokken is bij het bepalen hoe baggerspecie het beste kan worden gebruikt voor de gebieden die Port Fourchon beschermen en voor de zuidelijke kustlijn van Louisiana in het algemeen, " zei Chett C. Chiasson, Greater Lafourche Port Commission uitvoerend directeur.

LSU faculteit, waaronder Xu en LSU College of the Coast &Environment Dean Chris D'Elia, ontmoette onlangs Chiasson en andere belanghebbenden in Port Fourchon om de haven van dichtbij te bekijken en manieren te bespreken om samen te werken aan kust- en milieuprojecten.

"De vragen en betrokkenheid die uit deze reis voortkwamen, hebben zeker geleid tot een toegenomen verlangen om met LSU samen te werken om toekomstige zorgen aan te pakken waarmee rekening moet worden gehouden bij het uitstippelen van een strategisch, wetenschappelijk gebaseerd proces om het goedbedoelde gebruik van sediment dat we rechtstreeks van onze slips en Belle Pass halen, te maximaliseren. We kijken uit naar toekomstige samenwerking op het gebied van sedimentbeheer, aangezien we allemaal werken aan hetzelfde doel:het verbeteren van onze kustlijn door middel van succesvolle mitigatiestrategieën, ' zei Chiasson.

Xu is een expert in het ontwikkelen van complexe computermodellen die kunnen simuleren en voorspellen hoe sediment beweegt en de kust verandert. Hij maakt deel uit van een team van onderzoekers dat een 3D-computermodel heeft ontwikkeld dat verschillende factoren omvat:wind, water niveau, bezinken, golven, en vegetatie om de grote hoeveelheden zandig sediment te simuleren die werden verplaatst toen orkaan Gustav, wat een van de laatste orkanen was die Port Fourchon zwaar trof, in 2008 aan land kwam in Louisiana. Orkaan Gustav en Port Fourchon zijn proxies in het computermodel, die kan worden toegepast op regio's over de hele wereld die worden getroffen door andere orkanen en grote stormen.

"Het begrijpen van de drijvende krachten en processen die verantwoordelijk zijn voor geomorfische kustveranderingen is essentieel voor het schatten van sedimentbudgetten op lange termijn - een belangrijk facet van veerkracht in de context van zeespiegelstijging en een veranderend klimaat - en kustherstel, " schreven Xu en zijn co-auteurs in een recent artikel gepubliceerd in Kusttechniek .

Port Fourchon en de Caminada Headland waren net ten oosten van het spoor van orkaan Gustav, die volgens Xu en andere experts de gevaarlijkste plek is om te zijn tijdens een orkaan.

Tijdens orkaan Gustav, zand van het strand en uit de kust werd over het duin geduwd en bij de haven in het moeras gestort.

"Het effect wordt een overspoeling genoemd. Het gebeurt van nature, maar de omvang van de overspoelde afzetting ten zuiden van het Port Fourchon-gebied [van orkaan Gustav] was enorm, ' zei Xu.

Door de windbeweging tegen de klok in van orkanen op het noordelijk halfrond, de sterkste windenergie en -kracht treft de gebieden ten oosten of rechts van de baanlijn van een orkaan.

"Het ruimtelijke patroon is heel duidelijk:tientallen kilometers net ten oosten van de spoorlijn, op die locatie, je zult de sterkste wind ervaren, hoogste golven, en de grootste sedimentafzetting. Het is de meest schadelijke en destructieve locatie, ' zei Xu.

Een paar jaar geleden, Xu en anderen identificeerden dit patroon in hun onderzoek waarin de impact van orkaan Katrina werd vergeleken met orkaan Rita in 2005. De economische en milieuschade van orkaan Katrina kostte meer dan $ 40 miljard aan verzekerde verliezen. In augustus 2005, Orkaan Katrina volgde een snel pad recht naar de kustlijn en veroorzaakte intense en plaatselijke verstoring van de zeebodem langs het oostelijke continentale plat van Louisiana. Ongeveer drie weken later, Orkaan Rita kwam schuin aan land, waardoor de impact ervan wijdverspreid was over het hele continentale plat van Louisiana. Meer dan 131 miljoen ton sediment van na de orkaan werd verplaatst toen de orkanen Katrina en Rita de kust van Louisiana overstaken, volgens onderzoek door LSU Boyd Professor Eugene Turner en collega's. Ze vonden verplaatst sediment in de wetlands van enkele centimeters dik.

Xu en Samuel J. Bentley, de Billy en Ann Harrison-leerstoel in sedimentaire geologie en LSU vice-president van onderzoek en economische ontwikkeling, samen met zes andere LSU-hoogleraren zijn de afgelopen zeven jaar gefinancierd om de baggerputten te bestuderen van waaruit zand wordt gegraven en getransporteerd om duinen en stranden te herbouwen, zoals degenen die Port Fourchon beschermen.

Ship Shoal is een groot zandgebied gelegen voor de zuid-centrale kust van Louisiana, which is estimated to have 1.2 billion cubic meters of high-quality quartz sand. Tens of millions of cubic meters of this high-quality sand has already been dredged from Ship Shoal to restore the Caminada Headland. 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, zeespiegelstijging, 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."