Resistance and Climate Adaption in Dune Systems

„Widerstand und Klimaanpassung von Dünensystemen“

Kurzbeschreibung

Im Projekt ResCAD werden Bemessungswerkzeuge für Küstenschutzdünen an der deutschen Ostseeküste entwickelt: Ein stochastischer Sturmflutgenerator basierend auf multivariater Statistik um lokale hydraulische Belastungen eines Küstenabschnitts zu ermitteln sowie ein statistisches Dünenerosionsmodell für die schnelle und praxisnahe Anwendung im Küstenmanagement mit Hilfe von prozessbasierten, numerischen Modellen (XBeach, MIKE 21 HD).

Küstensysteme sind global durch eine Vielzahl von Einwirkungen geprägt, dazu gehört auch der Anstieg des Meeresspiegels. Dieser beschleunigt sich infolge der globalen Klimaerhitzung, z. B. durch das Abtauen von Eisschilden und Wärmeausdehnung der Ozeane. Davon betroffen ist auch die Ostseeküste mit einem Anstieg von ca. 80 – 100 cm bis 2100 und darüber hinaus (je nach Klimaszenario). Die Gefährdung wichtiger Natur-, Lebens- und Wirtschaftsräume und steigende Kosten für den Küstenschutz sind die Folge. Höhere Wasserstände gehen einher mit höherer Wellenbelastung und damit gesteigerten hydro-morphodynamischen Prozessen, wie der Erosion von Stränden, Steilufern und Küstenschutzdünen. Letztere erstrecken sich über 100 km der Außenküste von Mecklenburg-Vorpommern und spielen eine wichtige Rolle bei der Klimaanpassung.

Die Küstenschutzdünen sind touristisch und ökologisch wertvolle Elemente des „weichen“, nachhaltigen Küstenschutzes, lassen natürlichen Sedimenttransport zu und fügen sich in das Landschaftsbild ein. Dabei dämpfen sie die Wellenenergie und schützen das Hinterland vor Sturmfluten. Das bisherige Bemessungskonzept bildet die Grundlage für Erhaltungsmaßnahmen, wie das regelmäßige Aufspülen von erodierten Küstenabschnitten (siehe Abb. 1). Es basiert allerdings auf vereinfachten Annahmen und berücksichtigt z. B. keinen Küstenlängstransport von Sediment oder den lokalen Seegang.

Um auch in Zukunft die wachsenden Aufgaben des Küstenschutzes leisten zu können, zielt ResCAD darauf ab, praxisnahe Werkzeuge für Behörden und Planungsstellen bereitzustellen, die der Dünenunterhaltung beauftragt sind. Sie sollen eine verlässliche Bewertung, einen umfassenden Schutz und eine effiziente Unterhaltung von Landesschutzdünen ermöglichen. Dazu soll zum einen ein „Sturmflutgenerator“, zum anderen ein „Dünenerosionsmodell“ entwickelt werden. Der Sturmflutgenerator dient der Beschreibung von kombinierten Eintrittswahrscheinlichkeiten hydrodynamischer Belastungen an ausgewählten Standorten der südwestlichen Ostsee und der Simulation von Extremereignissen unter aktuellen und prognostizierten Klimaszenarien. Das Dünenerosionsmodell ermöglicht die Beschreibung des Erosionsvolumens in den vorher ermittelten Belastungssituationen und soll die aufwändige, jedoch prozessbasierte numerische Modellierung in einem einfach bedienbaren Ersatzmodell abbilden.

Die Forschung findet im Rahmen des durch das KFKI (Kuratorium für Forschung im Küsteningenieurwesen) koordinierten Förderprogramms des BMBF „Entwicklung von nachhaltigen Lösungen im Küsten- und Hochwasserschutz sowie der Unterhaltung von Wasserstraßen und Häfen“ statt.

Die Technische Universität Dresden analysiert im Teilvorhaben ResCAD A Sedimentbewegungen auf Basis der durch den Projektpartner der Hochschule RheinMain über ResCAD B bereitgestellten, hydraulischen Belastungsgrößen. Die Erosion von Strand und Düne wird durch hydro-morphodynamische Zeitreihen aus unterschiedlichen Geländemodellen analysiert und durch eigene Messungen validiert. Bereits stattgefundene Extremereignisse (z. B. die Ostseesturmflut vom 20.-21. Oktober 2023) dienen zur Kalibrierung des numerischen Dünenerosionsmodells mit der Software Xbeach zur phasen-aufgelösten Simulation von Seegang, Wasserstandsganglinie und Morphodynamik. Mit dem kalibrierten Modell können verschiedene physikalisch-konsistente hydrodynamische Szenarien aus dem Sturmflutgenerator untersucht werden. Dies beinhaltet die Analyse von Auswirkungen auf sensitive Parameter in den Dünenstrukturen durch sich verändernde Rahmenbedingungen, wie ein steigender Meeresspiegel und sich daran anpassende Gleichgewichtsprofile.

Medien

Projektdaten

Projektleitung

© Andrè Terpe

Professor

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Mr Prof. Dr.-Ing. Jürgen Stamm

Chair Hydraulic Engineering, Dean Faculty Civil Engineering

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Projektbearbeitung

© André Terpe

Research Associate

Name

Mr Dipl.-Ing. Dirk Fleischer

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Projektpartner:innen

Publikationen

• https://fis.tu-dresden.de/portal/en/publications/rescad--neue-planungswerkzeuge-fur-dunensysteme-an-der-deutschen-ostseekuste(1a8236e7-8ca2-4dbf-912f-e8cbfa9fbf58).html

Weitere Informationen

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Förderung

Das Projekt wird im Rahmen der Förderbekanntmachung des BMBF vom 07.06.2021 „Entwicklung von nachhaltigen Lösungen im Küsten- und Hochwasserschutz sowie der Unterhaltung von Wasserstraßen und Häfen“ gefördert.