Modellierungsstudien zeigen, dass Sumpfgebiete einen kostengünstigen Küstenschutz bieten

Bilder von Küstenhäusern, die aufgrund erodierender Küstenlinien und heftiger Sturmfluten ins Meer geschwemmt werden, werden immer häufiger, da der Klimawandel einen Anstieg des Meeresspiegels und stärkere Stürme mit sich bringt. Allein in den USA verursachten Küstenstürme im Jahr 2022 Schäden in Höhe von 165 Milliarden US-Dollar.

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

Über die Ergebnisse wird in der Zeitschrift berichtet Kommunikation Erde und Umweltin einem Artikel des MIT-Absolventen Ernie IH Lee und der Professorin für Bau- und Umweltingenieurwesen Heidi Nepf.

Diese Studie, so Nepf, zeige, dass die Wiederherstellung von Küstenmarschen „nicht nur etwas Schönes, sondern auch wirtschaftlich Vertretbares ist“. Die Forscher fanden heraus, dass unter anderem die wellendämpfende Wirkung von Salzwiesen dazu führt, dass der Damm dahinter deutlich niedriger gebaut werden kann, was die Baukosten senkt und dennoch genauso viel Schutz vor Stürmen bietet.

„Eines der anderen aufregenden Dinge, die die Studie wirklich ans Licht bringt“, sagt Nepf, „ist, dass man kein riesiges Sumpfgebiet braucht, um eine gute Wirkung zu erzielen. Es könnte ein relativ kurzes Sumpfgebiet sein, nur mehrere Dutzend Meter breit.“ Das kann Ihnen Vorteile bringen.

Das macht sie zuversichtlich, sagt Nepf, dass diese Informationen an Orten angewendet werden könnten, an denen die Planer möglicherweise der Meinung waren, dass die Rettung eines kleineren Sumpfgebiets die Kosten nicht wert sei. „Wir zeigen, dass es einen ausreichenden Unterschied machen kann, um finanziell rentabel zu sein“, sagt sie.

Während bereits andere Studien die Vorteile natürlicher Sümpfe bei der Abschwächung schädlicher Stürme gezeigt haben, konzentrieren sich solche Studien laut Lee „hauptsächlich auf Landschaften, die ein ausgedehntes Sumpfgebiet in der Größenordnung von Hunderten von Metern aufweisen. Wir wollen jedoch zeigen, dass dies auch in städtischen Gebieten gilt.“ Gebiete, in denen nicht so viel Sumpfland zur Verfügung steht, zumal an diesen Orten meist bereits vorhandene graue Infrastruktur (Uferdämme) vorhanden ist.“

Die Studie basierte auf der Computermodellierung von Wellen, die sich über verschiedene Uferprofile ausbreiten, und nutzte dabei die Morphologie verschiedener Salzwiesenpflanzen – die Höhe und Steifheit der Pflanzen sowie ihre räumliche Dichte – und nicht einen empirischen Widerstandskoeffizienten.

„Es handelt sich um ein physikalisch basiertes Modell der Wechselwirkung zwischen Pflanzen und Wellen, das es uns ermöglicht, den Einfluss von Pflanzenarten und Veränderungen in der Morphologie über die Jahreszeiten hinweg zu untersuchen“, ohne den Vegetationswiderstandskoeffizienten mit Feldmessungen für jede unterschiedliche Bedingung kalibrieren zu müssen. sagt Nepf.

Die Forscher stützten ihre Nutzen-Kosten-Analyse auf eine einfache Metrik: Um eine bestimmte Länge der Küstenlinie zu schützen, um wie viel könnte die Höhe einer bestimmten Ufermauer verringert werden, wenn sie von einer bestimmten Menge Sumpfland begleitet würde? Andere Methoden zur Wertbeurteilung, etwa die Einbeziehung des Werts von Immobilien, die durch eine bestimmte Überschwemmungsmenge beschädigt werden könnten, „variieren stark, je nachdem, wie Sie die Vermögenswerte im Falle einer Überschwemmung bewerten“, sagt Lee.

„Wir verwenden einen konkreteren Wert, um den Nutzen von Salzwiesen zu quantifizieren, nämlich die äquivalente Höhe des Uferdamms, die Sie benötigen würden, um den gleichen Schutzwert zu erzielen.“

Sie verwendeten Modelle verschiedener Pflanzen, die Unterschiede in Höhe und Steifheit in verschiedenen Jahreszeiten widerspiegelten. Sie fanden eine zweifache Variation in der Wirksamkeit der verschiedenen Pflanzen bei der Wellendämpfung, aber alle erbrachten einen nützlichen Nutzen.

Um die Details an einem realen Beispiel zu demonstrieren und zur Validierung der Simulationen beizutragen, untersuchten Nepf und Lee lokale Salzwiesen in Salem, Massachusetts, wo bereits Projekte laufen, um zu versuchen, degradierte Sümpfe wiederherzustellen. Das Einbeziehen des konkreten Beispiels diente als Vorlage für andere, sagt Nepf.

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

Die Zusammenstellung der realen Daten, die zur Modellierung eines Sumpfgebiets erforderlich sind, einschließlich Karten der Salzwiesenarten, der Pflanzenhöhe und der Triebe pro Beetfläche, sei jedoch „sehr arbeitsintensiv“, sagt Nepf. Lee entwickelt derzeit eine Methode, um Drohnenbildgebung und maschinelles Lernen zu nutzen, um diese Kartenerstellung zu erleichtern.

Nepf sagt, dass dies Forschern oder Planern ermöglichen wird, ein bestimmtes Sumpfgebiet zu bewerten und zu sagen: „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 Planung von Bundesprojekten veröffentlicht, erklärt Nepf. „Aber in vielen Fällen mangelt es an spezifischen Methoden zur Quantifizierung des Werts, und diese Studie erfüllt diesen Bedarf“, sagt sie.

Lee stellt fest, dass die Federal Emergency Management Agency auch über ein Toolkit zur Nutzen-Kosten-Analyse (BCA) verfügt. „Sie verfügen über Richtlinien zur Quantifizierung der einzelnen Umweltdienstleistungen, und eine der Neuheiten dieses Papiers ist die Quantifizierung der Kosten und des Schutzwerts von Sümpfen. Dies ist eine der Anwendungen, die politische Entscheidungsträger zur Quantifizierung der Umweltdienstleistungen in Betracht ziehen können.“ Werte von Sümpfen“, sagt er.

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

„Dieses Papier stellt ein praktisches Werkzeug zur Umsetzung der Wellendämpfungsfähigkeiten von Marschen in wirtschaftliche Werte vor, das Entscheidungsträgern bei der Anpassung von Marschen für einen naturbasierten Küstenschutz helfen könnte“, sagt Xioaxia Zhang, Professorin an der Universität Shenzhen in China war an dieser Arbeit nicht beteiligt.

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

Diese Geschichte wurde mit freundlicher Genehmigung von MIT News erneut veröffentlicht (web.mit.edu/newsoffice/), eine beliebte Website mit Neuigkeiten über MIT-Forschung, Innovation und Lehre.