Der Klimawandel verändert den Umweltzustand von Flüssen; Daher ist es nicht mehr möglich, moderne Flüsse mit Methoden zu bewirtschaften, die unter den früheren Umweltbedingungen praktiziert wurden.
Ein gemeinsames Forschungsteam, dem Wissenschaftler des Korea Institute of Civil Engineering and Building Technology (KICT) und Deltares aus den Niederlanden angehören, hat Untersuchungen zur Vorhersage zukünftiger Veränderungen in Flusslandschaften unter Verwendung eines ökomorphodynamischen Modells durchgeführt, das auf einen tatsächlichen Fluss angewendet wird. Dem Studienergebnis zufolge wird die Vegetationsdecke bis 2031 kontinuierlich zunehmen und die Weidenfläche bis zu 20 % der Flussfläche einnehmen. Mithilfe dieser Modellierung kann Effizienz in der Flussbewirtschaftung erreicht werden, indem Bewirtschaftungspraktiken im Voraus geplant werden.
Das von Deltares entwickelte ökomorphodynamische Modell kombiniert ein Vegetationsmodell mit der Delft3D-Software, die im Bereich der Flusshydraulik weit verbreitet ist. Das Delft3D berechnet Fließgeschwindigkeit, Wassertiefe und Höhe eines Flussbettes. Anschließend simuliert das Vegetationsmodell auf Basis der Delft3D-Berechnung Keimung, Besiedlung, Wachstum und Absterben der Vegetation. Gleichzeitig werden Vegetationseigenschaften in Strömungswiderstände umgewandelt und in Delft3D zurückgeführt.
KICT und Deltares wandten das öko-morphodynamische Modell auf den Naeseongcheon-Strom in Korea an, der zu einer gemäßigten Monsun-Klimaregion mit großen saisonalen hydrologischen Schwankungen gehört. Der größte Teil des Naeseongcheon-Stroms hat ähnliche Eigenschaften wie ein natürlicher Fluss. Da sein Flussbett hauptsächlich aus Sand besteht, ist seine Bewegung aufgrund von hydrologischen Schwankungen und Vegetationsdynamik aktiv.
KICT führt seit 2012 eine Langzeitüberwachung durch, darunter LiDAR- und hydrologische Untersuchungen und die Erstellung von Vegetationskarten, bevor sich im Naeseongcheon-Strom eine bedeutende Vegetation etablierte. Diese Überwachungsdaten wurden verwendet, um die öko-morphodynamische Modellierung aufzubauen und zu verifizieren.
Das Modellierungsgebiet ist ungefähr 5 km lang und hat eine gekrümmte Reichweite und befindet sich im mittleren unteren Abschnitt des Naeseongcheon-Stroms. Die Breite beträgt etwa 300 m, und das Raster des Modells wurde unter Berücksichtigung der tatsächlichen Vegetationsverteilung konstruiert, die eng entlang der Küstenlinie aufgetreten war.
Nach der Modellierung mit vergangenen Daten (Zeitraum 2012-2019) wurden die Ergebnisse mit den beobachteten Daten verglichen. Verglichen mit dem Deckungsgrad der Baumarten in der Landbedeckungskarte aus Luftbildern weisen die Weiden des Gebiets im neuen Modell einen ähnlichen Deckungsgrad auf (2014 tatsächlich: 2,02 %, Modell: 2,21 %). Im Jahr 2016 hatte das Modell die tatsächliche Situation angemessen wiedergegeben, indem es das Überleben und Wachstum der Vegetation im Frühjahr und das Absterben der Vegetation nach dem Hochwasser simulierte.
Unter Berücksichtigung von Klimawandelszenarien führte das gemeinsame Forschungsteam eine langfristige Modellierung des Zeitraums 2012 bis 2031 durch. Die Ergebnisse zeigten, dass die Vegetationsbedeckung bis 2031 weiter zunehmen und die Baumfläche 2031 20 % erreichen würde.
Dieses öko-morphodynamische Modell, das gemeinsam von KICT und Deltares durchgeführt wird, ist ein vollständig gekoppeltes Modell, das Hydrologie, Vegetation und Morphologie verknüpft; und kann das tatsächliche Phänomen besser reproduzieren als andere Modelle. Es hat den Vorteil, die Modellzuverlässigkeit durch Anwendung und Verifizierung im tatsächlichen Fluss mit reichlich beobachteten Daten zu erhöhen. Mit diesem Modell können wir zukünftige Veränderungen in Flusslandschaften sowie die Vielfalt von Ökosystemen und potenzielle Hochwasserrisiken aufgrund der Vegetationsentwicklung vorhersagen.
„Dieses öko-morphodynamische Modell ist in der Lage, die Entscheidungsfindung für die Umsetzung eines angemessenen Fluss- und Vegetationsmanagements zu unterstützen, indem es die Landschaft zukünftiger Flüsse entsprechend dem Klimawandel simuliert, obwohl es kontinuierlich verbessert werden muss, um die Komplexität realer Flüsse widerzuspiegeln“, sagte Dr. Lee, die an der Untersuchung teilgenommen haben.
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