美军研究建造可自修复的沿海基地海岸防护系统-智邦网

1月4日，DARPA发布“海岸防护”项目公告，着手开发可在数月或数年内快速部署、自修复的珊瑚或牡蛎礁海岸防护系统，保障美军遍布全球的沿海基地安全。

项目基本情况

研究背景。美军认为，当前全球气候变化导致的海平面上升和风暴潮，威胁其全球1700多个沿海地区军事设施。目前，美军海岸防护系统主要包括混凝土防护岸和抛石防波堤（石材和混凝土块混合）两类，这些防护岸或堤直接阻挡海水波浪能，长期被冲刷，需要持续的高成本维护。为此，DARPA生物技术办公室启动“海岸防护”项目，旨在利用合成生物学，开发工程化的珊瑚或牡蛎礁海岸防护系统，减轻海浪和风暴潮对防护系统的损害。

项目目标。一是实现海岸防护系统的长期随时维护；二是维持健康的珊瑚或牡蛎礁生态系统；三是开发可消减波浪能的新珊瑚或牡蛎礁结构。项目将在墨西哥海岸进行牡蛎礁防护岸的建立与测试，在南佛罗里达或加勒比海进行珊瑚礁防护岸的建立与测试。

技术领域。一是防护岸的底层结构与材料。主要开展材料学、微观和宏观珊瑚礁组件设计，进行波浪能消减、吸引幼虫的流体动力学建模研究，使得防护岸能随时消减波浪能，促进珊瑚或牡蛎的生长。底层结构由模块化或单片组件构成，采用可消减大面积波浪能的几何设计，以确保防护岸在沿海环境中不退化不移位。底层材料包括水泥、环保材料、天然涂料等。

二是珊瑚或牡蛎礁生态系统工程。利用化学、声学、结构学和光学等系列技术，建立珊瑚或牡蛎礁生态系统，促进保护性藻类生物快速聚集，使珊瑚或牡蛎礁生长速度快于自然生长速度。在底层结构预留适当空隙，吸引和维持珊瑚礁种群，保持健康的生态系统。确保生态系统相关要素和生物种群可现场部署，所有生物无毒、无病原体。

三是珊瑚或牡蛎的适应性生物学。研究珊瑚或牡蛎的适应性生物学，利用非基因改造的适应性育种方法，提高珊瑚或牡蛎的耐温性和抗病性，适应不断变化的环境，提高其生长速度。①利用细菌、古细菌、真菌等微生物增强珊瑚及其共生藻类的健康和恢复力。②利用珊瑚嵌合体，融合两种有性繁殖的幼年珊瑚，培育出环境耐受的珊瑚礁，增强遗传多样性和生存能力。③利用表观遗传学分子技术，开发更强壮、更适应环境和生长更快的珊瑚礁，提高珊瑚的耐温性和快速生长的自适应性。

计划进程。项目将持续5年，通过三个阶段的工作，不断提高海岸防护结构的波浪能消减能力以及珊瑚或牡蛎的补充率、生长速度、耐温性和抗病能力。第一阶段持续18个月，建立50米的珊瑚或牡蛎礁海岸防护结构，针对不同的海浪高度与频率，设计底层结构的高度、宽度、坡度、粗糙度和深度，并通过建模和造波水池测试防护结构。第二阶段持续18个月，将第一阶段的底层结构加长至100米，研究珊瑚和牡蛎底层材料的抗病、抗侵蚀、波浪能消减、耐温等能力。第三阶段持续24个月，将第二阶段的底层结构加长至150米，并最终实现以下目标：可消减90%波浪能，珊瑚生长速度提高30%，耐受高于环境3℃的温度，牡蛎生长速度提高15%，抗病能力提高20%。

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