Modellstudie zeigt, dass Sumpfgebiete einen kostengünstigen Küstenschutz bieten

Bilder von Küstenhäusern, die aufgrund von Küstenerosion und starken Sturmfluten ins Meer gespült werden, werden immer häufiger, da der Klimawandel zu einem Anstieg des Meeresspiegels führt, der mit stärkeren Stürmen einhergeht. Allein in den Vereinigten Staaten verursachten Küstenstürme im Jahr 2022 Schäden in Höhe von 165 Milliarden US-Dollar.

Nun zeigt eine MIT-Studie, dass der Schutz und die Verbesserung von Salzwiesen vor Ufermauern erheblich zum Schutz einiger Küsten beitragen können, und zwar zu einem Preis, der die Umsetzung dieses Ansatzes sinnvoll macht.

Über die Ergebnisse wird im Journal berichtet Erd- und Umweltkommunikationin einem Artikel des MIT-Absolventen Ernie IH Lee und Heidi Nepf, Professorin für Bau- und Umweltingenieurwesen.

Laut Nepf zeigt diese Studie, dass die Renaturierung von Küstenmooren „nicht nur etwas wäre, was schön wäre, sondern sogar wirtschaftlich vertretbar ist“. Forscher haben unter anderem herausgefunden, dass die Wellendämpfungswirkung von Salzwiesen dazu führt, dass der Damm dahinter viel niedriger gebaut werden kann, was die Baukosten senkt und gleichzeitig einen ebenso hohen Schutz vor Wellen bietet.

„Eines der anderen aufregenden Dinge, die die Studie wirklich hervorhebt“, sagt Nepf, „ist, dass man keinen riesigen Sumpf haben muss, um eine gute Wirkung zu erzielen. Es könnte ein relativ kurzer Sumpf sein, nur ein paar Dutzend.“ Meter breit, das kann Ihnen Vorteile bringen.

Das gibt ihm Hoffnung, sagt Nepf, dass diese Informationen an Orten angewendet werden könnten, an denen die Planer vielleicht gedacht hätten, dass sich die Rettung eines kleinen Sumpfgebiets nicht lohne. „Wir zeigen, dass es einen ausreichenden Unterschied machen kann, um finanziell rentabel zu sein“, sagt sie.

Während andere Studien bereits die Vorteile natürlicher Sümpfe bei der Abmilderung verheerender Stürme gezeigt haben, konzentrieren sich solche Studien laut Lee „in erster Linie auf Landschaften mit einem großen Sumpfgebiet in der Größenordnung von mehreren hundert Metern.“ Aber wir wollen zeigen, dass dies auch für städtische Räume gilt.“ in Umgebungen, in denen nicht so viel Marschland zur Verfügung steht, insbesondere da an diesen Standorten meist bereits vorhandene graue Infrastruktur (Uferdämme) vorhanden ist.

Die Studie basierte auf der Computermodellierung von Wellen, die sich über verschiedene Küstenprofile ausbreiten, wobei die Morphologie verschiedener Salzwiesenpflanzen (Höhe und Steifheit der Pflanzen sowie ihre räumliche Dichte) anstelle eines empirischen Widerstandskoeffizienten verwendet wurde.

„Dies ist ein physikalisches Modell der Wechselwirkung zwischen Pflanzen und Wellen, das es uns ermöglichte, den Einfluss von Pflanzenarten und Veränderungen in der Morphologie im Laufe der Jahreszeiten zu untersuchen“, ohne den Widerstandskoeffizienten der Vegetation mit Feldmessungen für jede unterschiedliche Bedingung kalibrieren zu müssen. sagte Nepf.

Die Forscher stützten ihre Nutzen-Kosten-Analyse auf eine einfache Metrik: Um einen bestimmten Küstenabschnitt zu schützen, um wie viel könnte die Höhe einer bestimmten Ufermauer reduziert werden, wenn sie von einer bestimmten Menge Marschland begleitet würde? Andere Arten der Wertermittlung, etwa die Einbeziehung des Werts von Immobilien, die durch eine bestimmte Überschwemmung beschädigt werden könnten, „variieren stark, je nachdem, wie man Vermögenswerte bei einer Überschwemmung bewertet“, sagt Lee.

„Wir verwenden einen konkreteren Wert, um den Nutzen von Salzwiesen zu quantifizieren, nämlich die äquivalente Höhe der Meeresmauer, die man benötigen würde, um den gleichen Schutzwert zu bieten.“

Sie verwendeten Modelle verschiedener Pflanzen, die Unterschiede in Höhe und Steifheit im Laufe der Jahreszeiten widerspiegelten. Sie stellten fest, dass sich die Wirksamkeit verschiedener Pflanzen bei der Wellendämpfung in zweifacher Hinsicht unterscheidet, aber alle einen nützlichen Nutzen brachten.

Um die Details an einem realen Beispiel zu demonstrieren und zur Validierung der Simulationen beizutragen, untersuchten Nepf und Lee die örtlichen Salzwiesen von Salem, Massachusetts, wo bereits Projekte zur Wiederherstellung degradierter Sümpfe im Gange sind. Die Einbeziehung des konkreten Beispiels sei ein Vorbild für andere gewesen, sagt Nepf.

In Salem zeigte ihr Modell, dass eine gesunde Salzwiese die Notwendigkeit einer zusätzlichen Deichhöhe von 1,7 Metern (ca. 5,5 Fuß) ausgleichen könnte, basierend auf der Einhaltung einer für die Sicherheit von Fußgängern festgelegten Überschreitungsrate von Wellen.

Allerdings seien die realen Daten, die zur Modellierung eines Sumpfgebiets benötigt werden, einschließlich Karten von Salzwiesenarten, Pflanzenhöhen und Trieben pro Beetfläche, „sehr arbeitsintensiv“, sagt Nepf. Lee entwickelt derzeit eine Methode, die Drohnenbilder und maschinelles Lernen nutzt, um diese Kartierung zu erleichtern.

Laut Nepf können Forscher oder Planer so ein bestimmtes Sumpfgebiet bewerten und feststellen: „Wie viel ist dieses Sumpfgebiet im Hinblick auf seine Fähigkeit, Überschwemmungen zu reduzieren, wert?“ »

Das Büro für Information und Regulierungsangelegenheiten des Weißen Hauses hat kürzlich Leitlinien zur Bewertung des Werts von Ökosystemdienstleistungen bei der bundesstaatlichen Projektplanung veröffentlicht, sagt Nepf. „Aber in vielen Szenarien fehlen spezifische Methoden zur Quantifizierung des Werts, und diese Studie geht auf diesen Bedarf ein“, sagt sie.

Die Federal Emergency Management Agency verfügt außerdem über ein Toolkit zur Nutzen-Kosten-Analyse (BCA), bemerkt Lee. „Sie haben Richtlinien zur Quantifizierung jeder einzelnen Umweltleistung, und eines der neuen Dinge in diesem Artikel ist die Quantifizierung der Kosten und des Werts des Schutzes von Sumpfgebieten. Dies ist eine der Anwendungen, die politische Entscheidungsträger zur Quantifizierung der Umwelt in Betracht ziehen können.“ Servicewerte von Sümpfen“, sagt er.

Die Software, die Umweltingenieure auf bestimmte Standorte anwenden können, ist kostenlos online auf GitHub verfügbar. „Das ist ein eindimensionales Modell, auf das ein Standardberatungsunternehmen zugreifen kann“, sagt Nepf.

„Dieses Papier stellt ein praktisches Instrument zur Umsetzung der Wellenschutzfähigkeiten von Marschen in wirtschaftliche Werte vor, das politischen Entscheidungsträgern dabei helfen könnte, Marschen für einen naturbasierten Küstenschutz anzupassen“, sagt Xioaxia Zhang, Professorin an der Shenzen-Universität in China. war an dieser Arbeit nicht beteiligt.

„Die Ergebnisse zeigen, dass Salzwiesen nicht nur ökologisch vorteilhaft, sondern auch profitabel sind.“

Diese Geschichte wurde mit freundlicher Genehmigung von MIT News (web.mit.edu/newsoffice/) erneut veröffentlicht, einer beliebten Website, die über Neuigkeiten in Forschung, Innovation und Bildung des MIT berichtet.