Stormbestendig: Onderzoekers modelleren nieuwe kustverdediging met horizontale dijken

Onderzoek naar de San Francisco Bay-regio

Met de stijgende zeespiegel staan kustgemeenschappen voor een steeds groter risico op ernstige overstromingen. De bestaande infrastructuur die veel van deze gemeenschappen beschermt, is niet gebouwd om de gecombineerde dreiging van stijgende zeeën en zware stormen in deze eeuw te weerstaan.

Het versterken van bestaande overstromingsbarrières is een kostbare uitdaging voor kwetsbare gemeenschappen, maar biedt ook de kans om innovatieve oplossingen in te voeren die zowel overstromingspreventie als milieuvriendelijke voordelen kunnen opleveren. Een groep onderzoekers van UC Santa Cruz en de U.S. Geological Survey heeft een dergelijke oplossing voor overstromingsmitigatie geëvalueerd, die dijken kan versterken terwijl er milieuvriendelijke kusthabitats worden gecreëerd. In een studie gepubliceerd op 9 mei in Scientific Reports, evalueerde het team de effectiviteit van “horizontale dijken” – traditionele dijken die zijn aangepast met een hellende, moerasachtige rand – als middel om kusten te versterken tegen de dreiging van stijgende zeespiegels.

“Ecosystemen spelen een zeer sterke rol in het verminderen van klimaatrisico’s,” zei Rae Taylor-Burns, postdoctoraal onderzoeker aan het UC Santa Cruz Center for Coastal Climate Resilience (CCCR) en de hoofdauteur van de studie. “Dus het behoud van intacte ecosystemen en het herstel van gedegradeerde ecosystemen kan de veiligheid van de gemeenschap en de veerkracht tegen klimaatverandering ondersteunen.”

De komende stormen

De stijgende zeespiegel zal ervoor zorgen dat zwaar weer, dat stormvloeden en intense golven met zich meebrengt, in de nabije toekomst impactvoller wordt. Tegen 2050 zou de kustoverstroming van extreme stormen die we momenteel als eenmalige gebeurtenissen beschouwen, elke twee jaar kunnen optreden door de stijging van de zeespiegel. Bovendien zou de overstroming die we vandaag de dag verwachten van een eenmalige gebeurtenis dagelijks kunnen optreden tegen het einde van de eeuw.

Ongeveer $250 miljard aan eigendommen en infrastructuur in Californië is in de 21ste eeuw bedreigd door kustoverstromingen. De dichtbevolkte kusten van de San Francisco Bay zijn verantwoordelijk voor tweederde van dit verwachte risico door stormen en stijgende zeespiegels. De gemeenschappen rond de baai zijn echter vrijwel volledig afhankelijk van een verouderd systeem van dijken voor hun bescherming; dijken die niet zijn gebouwd om de extreme omstandigheden die door klimaatverandering worden veroorzaakt, te weerstaan.

Waterhabitats – zoals koraalriffen, mangroven en moerassen – hebben aangetoond effectief het risico op overstromingen te verminderen. Echter, de moerassen die ooit de San Francisco Bay omringden, zijn vrijwel verdwenen door de grondige ontwikkeling van de kustlijn.

“We hebben steden en gemeenschappen gebouwd onder de veronderstelling dat deze habitats ons zouden blijven beschermen,” zei Taylor-Burns. “En toch degraderen we ze.”

Een natuurlijke upgrade

Het verhogen van de hoogte van de dijken die de San Francisco Bay-kustlijn momenteel beschermen, zou een zeer kostbare onderneming zijn. Taylor-Burns en collega’s, met steun van de California Ocean Protection Council, onderzochten of het herintroduceren van moerassen aan de kustlijn van de baai, door de constructie van horizontale dijken, een goedkopere en effectieve alternatieve oplossing kon bieden.

Een horizontale dijk is een geleidelijke helling van sediment die zich uitstrekt vanaf een traditionele dijk, waardoor een kunstmatige kustlijn ontstaat, waarvan het oppervlak een moerasecosysteem kan worden. De planten op de dijk verminderen de energie van de aankomende golven en bieden de milieuvoordelen van een natuurlijk habitat.

“Het kan ook koolstof opslaan, de visserij ondersteunen en recreatieve voordelen bieden,” zei Taylor-Burns.

Om de ontwerpen van de dijken te vergelijken, begon het onderzoeksteam met een zorgvuldig ontworpen en getest numeriek model van de San Francisco Bay, ontwikkeld door onderzoekers van de United States Geological Survey (USGS). Patrick Barnard, onderzoeksdirecteur voor de CCCR en co-auteur van de studie, hielp bij het aanpassen van deze modellen voor de studie van horizontale dijken in zijn vorige rol als wetenschapper bij de USGS.

“Dit was een mooie synergie tussen fundamenteler modelonderzoek en de toegepaste, oplossingsgerichte werkzaamheden die het Centrum heeft opgebouwd,” zei Barnard.

Het team kalibreerde het model met gegevens van China Camp Marsh. De onderzoekers voerden vervolgens een reeks computersimulaties uit, waarbij ze verschillende zeespiegel- en stormomstandigheden op horizontale en traditionele dijkontwerpen toepasten om hun voordelen voor ris vermindering te vergelijken.

De horizontale dijken presteerden goed in de simulaties, waardoor de overstromingsbescherming van de traditionele dijken met maar liefst 30% verbeterde. De simulaties van het team toonden aan dat bredere, geleidelijk hellende dijken het beste presteerden in termen van overstromingspreventie.

Het onderzoek geeft aan dat horizontale dijken een kosteneffectieve oplossing kunnen bieden voor kustoverstromingen. “Horizontale dijken zouden een goedkopere manier kunnen zijn om het risico op dijkfalen door klimaatverandering te verminderen, in plaats van de hoogte van de dijken zelf te verhogen,” zei Taylor-Burns.

Deze studie bouwt voort op een decennium van onderzoek naar de milieurisico’s voor kustgebieden en mogelijke adaptatieoplossingen vanuit het laboratorium van UC Santa Cruz professor Michael Beck, die ook co-auteur was van de studie.

“We hebben voortgebouwd op eerder werk over risico’s van kustgevaar en de engineering van natuurgebaseerde infrastructuur,” zei Borja Reguero, professor in het UC Santa Cruz Coastal Science and Policy Program, het laboratorium voor kustgevaren en engineering aan UC Santa Cruz, en de hoofdonderzoeker van de studie. “Vervolgens hebben we geavanceerde, specifieke methoden voor moerassen en dijken in het Bay Area toegepast.”