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ResCAD - Neue Planungswerkzeuge für Dünensysteme an der deutschen Ostseeküste

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Academic year: 2023

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Conference Paper, Published Version

Fleischer, Dirk

ResCAD - Neue Planungswerkzeuge für Dünensysteme an der deutschen Ostseeküste

Dresdner Wasserbauliche Mitteilungen

Zur Verfügung gestellt in Kooperation mit/Provided in Cooperation with:

Technische Universität Dresden, Institut für Wasserbau und technische Hydromechanik

Verfügbar unter/Available at: https://hdl.handle.net/20.500.11970/110934 Vorgeschlagene Zitierweise/Suggested citation:

Fleischer, Dirk (2023): ResCAD - Neue Planungswerkzeuge für Dünensysteme an der deutschen Ostseeküste. In: Technische Universität Dresden, Institut für Wasserbau und technische Hydromechanik (Hg.): Wasserbau und Wasserwirtschaft im 'Stresstest'. Dresdner Wasserbauliche Mitteilungen 69. Dresden: Technische Universität Dresden, Institut für Wasserbau und technische Hydromechanik. S. 113-117.

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46. Dresdner Wasserbaukolloquium 2023

„Wasserbau und Wasserwirtschaft im `Stresstest`“

B3-03

ResCAD - Neue Planungswerkzeuge für Dünensysteme an der deutschen

Ostseeküste

Dirk Fleischer

Stichworte: Küstenschutz, Sedimenttransport, Monitoring, Sturmflut, XBeach, Klimaanpassung

1 Einleitung und Ziele

Die Landesschutzdünen an sandigen, flachen Stränden der deutschen Ost- seeküste bilden bereits seit Jahrhunderten eine wichtige Barriere gegen Sturmfluten (Abbildung 1). Als dynamische und empfindliche Ökosysteme stehen sie unter besonderem Schutz, sind aber auch beliebte Erholungsorte und touristisch stark frequentiert. Sie dämpfen die Wellenenergie und schüt- zen bei leichten bis mittelschweren Ereignissen vor Überflutung und Versal- zung des flachen Hinterlandes mit Agrarflächen und Kulturdenkmälern.

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ResCAD - Neue Planungswerkzeuge für Dünensysteme an der deutschen Ostseeküste

Charaktistischer Aufbau eines mit Dünen und Buhnen geschützten Strandabschnittes (Drohnenbefliegung bei Warnemünde)

Der erodierende Verschleißteil der Düne wird nach Bedarf durch künstliche Sandaufspülung erneuert, bis der Regelquerschnitt für ein Bemessungswas- serstand wieder hergestellt ist. Dieser wird über numerisch-empirische Mo- delle (z. B. NewDune) definiert, welche aber den Sedimenttransport längs zur Küste oder die Fülle einer Sturmflut noch nicht berücksichtigen (Newe 2019).

Die optimale Platzierung des Spülguts im Küstenquerschnitt orientiert sich dabei an Erfahrungswerten, ist aber von weiteren, noch zu untersuchenden Variablen abhängig. So wird auch der Anstieg des Mittleren Meeresspiegels (MSP) im Zuge des Klimawandels bis 2100 die hydraulische Belastung und damit auch die Sedimentbilanz der Küstenlinie signifikant verändern. Bereits heute wird auf ca. 245 km der südlichen Ostseeküste ein Rückgang durch Erosion von durchschnittlich 35 m/ 100 Jahre registriert (StALU MM 2013).

Aus zwei Hauptgründen sind extreme Wasserstände an der deutschen Ost- seeküste deutlich seltener als an der Nordsee: Erstens beträgt der Tidenhub nur ca. 20 cm und zweitens liegt die südwestliche Ostsee an der windabge- wandten Seite des Binnenmeeres in Bezug zur Hauptwindrichtung Westen.

Windstau und sich in Windrichtung aufbauender, schwerer Seegang treten also eher bei seltenen Nord-Ostwinden auf, können dann aber in Kombina-

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Das hier vorgestellte Verbundprojekt ResCAD „Resistance and Climate Adap- tion in Dunesystems“ (11/2022 – 10/2025) zielt darauf ab, den Bedarf an Pla- nungswerkzeugen für komplexere und variable Rahmenbedingungen mit ei- nem stochastischen Sturmflutgenerator und einem Dünenerosionsmodell zu bedienen. Letzteres basiert auf statistischer (multivariater) Analyse von Beobachtungsdaten und wird anhand prozess-orientierter numerischer Mo- delle (XBeach) verifiziert und für zukünftige Klimaszenarien weiterentwickelt.

Arbeitsaufteilung und Modellkette im Verbundprojekt ResCAD

2 Methodik

Das Projekt besteht aus zwei Teilprojekten (ResCAD A & B), wobei in A der Fokus auf der Hydrodynamik (Uni Rostock) und in B auf der Morphodynamik (TU Dresden) liegt. Der Zusammenhang aus Arbeitsaufteilung und zu entwi- ckelnder Modelle ist schematisch in Abbildung 2 dargestellt.

2.1 Analyse und Modellierung hydrodynamischer Belastungen (A) Hochaufgelöste hydrodynamische Parameter (Wasserstandsverläufe und Seegang) bilden die Grundlage für die Entwicklung des stochastischen Sturmflutgenerators. Diese werden in ereignisbasierte Daten (Extreme) und ein langfristiger „Normalzustand“ der Wasserstandsverläufe eingeteilt. Da der lokale MSP teils stark vom globalen Mittel abweicht, werden konsistente regionale Projektionen des MSP benötigt. Neben historischen Daten werden auch relevante Klimaszenarien bis 2100 betrachtet (RCPs ~ representative concentration pathways und SSPs ~ shared social-economic pathways).

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ResCAD - Neue Planungswerkzeuge für Dünensysteme an der deutschen Ostseeküste

Für einen Pilotstandort werden verfügbare Daten gesichtet und ein multiva- riates stochastisches (Copula) Modell angewendet um künstliche Wasser- standsverläufe zu simulieren. Sie korrespondieren zwar mit den observier- ten, lokalen Hydrographen, gehen aber über diese hinaus. Extreme hydro- dynamische Belastungen der Düne können so besser abgebildet werden.

Der Sturmflutgenerator wird außerdem um ein Modul zur Simulation des Seegangs erweitert. Die simulierten Szenarien sind die Variablen, welche die Randbedingungen für die numerische Modellierung der Dünenerosion in ResCAD B bilden. Die numerische Systemantwort in Form der volumetri- schen Dünenentwicklung wird dann mittels multipler Regressionsbeziehun- gen zum Aufbau des Dünenerosionsmodells verwendet. Für die erfolgreiche Kalibrierung und Validierung der Modelle sind vergleichbare Naturdaten mit ausreichend zeitlicher und räumlicher Auflösung zwingend erforderlich.

Dazu wird das Untersuchungsgebiet regelmäßig mittels UAV-Befliegung in Form georeferenzierter 3D-Geländemodelle dokumentiert. Die größten Un- sicherheiten sind bei der küstennahen Bathymetrie zu erwarten.

2.2 Hydromorphologische Modellierung des Dünerosionsverhaltens (B) Das lokale Erosionsverhalten der Küstenschutzdünen wird mit hydromor- phodynamisch-numerischen (HMN-)Modellen anhand der durch den Sturm- flutgenerator bereitgestellten hydrodynamischen Eingangs- und Randbedin- gungen simuliert und ermöglicht so umfassende, parametrisierte Analysen.

Die Kalibrierung erfolgt mit 3D-Geländemodellen aus Kapitel 2.1, die mit den resultierenden Dünenprofilen aus der HMN-Modellierung verglichen wer- den. Mit Hilfe des StALU MM (Staatliches Amt für Landwirtschaft und Umwelt Mittleres Mecklenburg) wurde das Untersuchungsgebiet anhand der Daten- lage auf einen ca. 400 m langen Strandabschnitt nördlich von Ahrenshoop eingegrenzt. Die kürzlich profilierte Düne befindet sich am Übergang zum Nationalpark Vorpommersche Boddenlandschaft, der durch eine natürliche Morpodynamik ohne Strandaufspülungen und Buhnen geprägt ist.

Wind und Wellen sorgen außerdem für eine Durchmischung, bzw. Sortierung der Korngrößenverteilungen, die sich u. a. auf die Sedimenttransgeschwin- digkeit auswirken. Deshalb finden begleitende, regelmäßige bodenmechani- sche Beprobungen am Dünenfuß sowie am Übergang Schorre-Strand statt.

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3 Danksagung

Die Projektförderung (3 Jahre) erfolgt über das BMBF im Rahmen der FONA- Strategie (MARE:N). Dank auch an den Projektpartner „Lehrstuhl für Küsten- schutz und Küstendynamik“ der Uni Rostock und das StALU MM (assoziiert).

4 Literatur

Rosenhagen, G. & Bork, I.: Rekonstruktion der Sturmflutwetterlage vom 13.

November 1872. Die Küste (2009), 75, Sonderheft MUSTOK, S. 51–70.

Newe, J. (2019): Verifizierung des Dünenabbruchmodells NewDune am Beispiel von Sturmfluten der Jahre 2017 und 2019: Abschlussbericht, Wolfenbüttel 2019.

StALU MM - Staatliches Amt für Landwirtscchaft und Umwelt Mittleres Mecklenburg (Hg.) (2013): Schutz von sandigen Rückgangsküsten.

Autor:

Dipl.-Ing. Dirk Fleischer

Institut für Wasserbau und Technischer Hydromechanik Technische Universität Dresden

D-01062 Dresden

Tel.: +49 351 463 32399

E-Mail: dirk.fleischer1@tu-dresden.de

Referenzen

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