Beach nourishment

Beach nourishment ist eine Anpassungstechnologie, die hauptsächlich als Reaktion auf Küstenerosion eingesetzt wird, obwohl auch Vorteile bei der Reduzierung von Hochwasser auftreten können. Es ist ein Soft-Engineering-Ansatz für den Küstenschutz, der die künstliche Zugabe von Sedimenten geeigneter Qualität zu einem Strandbereich mit einem Sedimentdefizit beinhaltet. Ernährung kann auch als Beach Recharge, beach fill, Replenishment, Re-Nourishment und Beach Feeding bezeichnet werden. Die Beschreibung dieser Technologie stammt von Linham und Nicholls (2010).

Beschreibung

Die Zugabe von Strandmaterial baut den Strand wieder auf und hält ihn in einer Breite, die zum Sturmschutz beiträgt. Dieser Ansatz wird hauptsächlich an Sandstränden verwendet, aber der Begriff kann sich auch auf die Ernährung mit Kies oder sogar Kopfsteinpflaster beziehen. Ziel sollte es jedoch sein, sicherzustellen, dass das Nahrungsmaterial mit dem vorhandenen natürlichen (oder nativen) Strandmaterial kompatibel ist (Reeve et al., 2004). Nahrung wird oft in Verbindung mit künstlicher Dünenbildung verwendet.

Der Nutzen der Strandnahrung kommt von der Wellenenergiedissipation; Wenn Wellen einen Strand hinauflaufen und brechen, verlieren sie Energie. Unterschiedliche Strandprofilformen und -verläufe interagieren in unterschiedlichem Maße mit Wellen. Die Querschnittsform eines Strandes beeinflusst daher seine Fähigkeit, Wellenenergie zu dämpfen. Ein ‚dissipativer‘ Strand – einer, der beträchtliche Wellenenergie ableitet – ist breit und flach, während ein ‚reflektierender‘ Strand – einer, der eingehende Wellenenergie meerwärts reflektiert – steil und schmal ist und eine geringe Wellenenergiedämpfung erreicht. Die Logik hinter der Strandernährung besteht darin, einen erodierenden, reflektierenden Strand in einen breiteren, dissipativen Strand zu verwandeln, der die Dämpfung der Wellenenergie erhöht (Französisch, 2001).

Strandnahrung trägt nicht nur dazu bei, die einfallende Wellenenergie abzuleiten, sondern behebt auch ein Sedimentdefizit: die zugrunde liegende Ursache der Erosion. Dies wird erreicht, indem große Mengen an Strandmaterial aus einer externen Sedimentquelle, die auch als Ausleihstelle bezeichnet wird, in den Küstensedimenthaushalt eingebracht werden. Der Begriff Sedimentbudget wird verwendet, um das sorgfältige Gleichgewicht zwischen ein- und ausgehendem Sediment zu beschreiben. Ähnlich wie bei einem Bankkonto, wenn mehr Material hinzugefügt als entfernt wird, tritt ein Aufbau auf und das Ufer baut seewärts; Umgekehrt, wenn mehr Material entfernt als abgelagert wird, tritt Erosion auf (Morton, 2004). Durch die Ernährung wird ein Sedimentdefizit – die Ursache der Erosion – behoben, indem große Mengen Strandmaterial in das küstennahe System eingebracht werden. Dies kann wiederum dazu führen, dass sich das Ufer seewärts baut.

Es ist wichtig zu beachten, dass die Ernährung am Strand die Erosion nicht stoppt, sondern lediglich Sedimente aus einer externen Quelle liefert, auf die weiterhin Erosionskräfte einwirken. In diesem Sinne bietet die Ernährung am Strand eher ein Opfer als eine feste Barriere gegen die Küstenerosion.

Anhaltende Erosionskräfte werden den Strand wahrscheinlich wieder in einen Zustand versetzen, in dem eine erneute Ernährung erforderlich ist. Abbildung 1 zeigt das Strandvolumen an einem genährten Strand in Großbritannien im Laufe der Zeit. Es ist zu sehen, dass das Volumen des Strandes im Laufe der Zeit infolge natürlicher Erosion abnimmt. Wenn sich der Strand auf ein kritisches Volumen reduziert, sollte eine erneute Ernährung durchgeführt werden, um Schäden an der Küsteninfrastruktur zu vermeiden.

Verschiedene Methoden der Ernährung können verwendet werden, einschließlich der Platzierung durch Bagger, Lastwagen oder Förderbänder. Sand kann platziert werden, um eine Erweiterung der Strandbreite zu schaffen, oder als Unterwasserablagerung, die unter der normalen Wirkung von Wellen allmählich an Land bewegt wird – dies folgt der aktuellen Praxis in den Niederlanden (VanKoningsveld et al., 2008). Die Platzierung als Unterwasserlagerstätte dient auch dazu, die Dissipation von Wellenenergie zu fördern und somit deren Auswirkungen an der Küste zu reduzieren (Dean, 2002).

Die Versorgung mit Nahrungsmaterial durch Offshore-Baggerarbeiten wird häufig bevorzugt, da große Mengen an Material aus einem Gebiet gewonnen werden können, in dem die Entfernung und der Transport an Land für Küstengemeinden einigermaßen störungsfrei sind (Dean, 2002). Beim Ausbaggern werden Sedimente zusammen mit erheblichen Wassermengen vom Meeresboden entfernt. Das Gemisch wird als ‚Slurry‘ bezeichnet und kann aufgrund seiner flüssigen Eigenschaften durch schwimmende oder untergetauchte Rohrleitungen oder durch die ‚Rainbow-Methode‘ an Land gebracht werden (siehe Abbildung 2).

Eine Alternative zum Offshore-Baggern ist die Entfernung von Sedimenten in Strandqualität aus landgestützten Quellen. Das Sediment wird dann per LKW zum Zielort transportiert. Nur ein kleiner Prozentsatz der Ernährung wird auf diese Weise durchgeführt, und der Ansatz eignet sich aufgrund der arbeitsintensiveren Art des Transports besser für kleinere Operationen (Dean, 2002).

Sobald Sediment zum Zielstrand transportiert wurde, muss es entsprechend abgelagert werden. Bei der Nutzung von Offshore-Baggerstandorten kann Sediment als Unterwasserlagerstätte abgeladen werden. Nahrung bringt jedoch häufiger Sedimente an Land. Einmal an Land, Sediment kann überarbeitet werden, um einen flachen Strand zu bilden. Falls gewünscht, können künstliche Dünen auch auf dem landseitigen Teil des Strandes durch den Einsatz von Bulldozern oder anderen Mitteln geschaffen werden.

Vorteile der Technologie

Bei guter Leistung sind die Vorteile der Ernährung vielfältig. Am wichtigsten ist, dass die Ernährung am Strand die schädlichen Auswirkungen der Küstenerosion verringert, indem zusätzliches Sediment bereitgestellt wird, das die Erosionskräfte befriedigt. Küstenerosion wird weiterhin auftreten, aber der verbreiterte und vertiefte Strand wird einen Puffer bieten, um die Küsteninfrastruktur und andere Vermögenswerte vor den Auswirkungen von Küstenerosion und Sturmschäden zu schützen.

Beach nourishment ist eine flexible Küstenmanagementlösung, die reversibel ist. Dies ist sehr vorteilhaft, da damit die unterschiedlichsten Optionen für das Küstenmanagement an die nächste Generation weitergegeben werden können.

Entlang der Küste erfolgt die Umverteilung des hinzugefügten Materials durch einen als Longshore-Drift bekannten Prozess unter Einwirkung von Wellen, Gezeiten und Wind. Longshore Drift wird durch Wellen verursacht, die sich schräg dem Ufer nähern und Strandsedimente mit sich führen. Wenn Wellen jedoch zum Meer zurückkehren, ist die Bewegung immer senkrecht zum Ufer. Dies leitet eine allmähliche Bewegung des Sediments entlang der Küste ein, wie in Abbildung 3 gezeigt. Infolge der Sedimentumverteilung durch Longshore-Drift, Die Ernährung am Strand wirkt sich wahrscheinlich positiv auf angrenzende Gebiete aus, die nicht direkt ernährt wurden. Dies kann weitere Vorteile bieten, einschließlich einer geringeren Strand- und Klippenerosion für die gesamte Küstenzelle (eine Küstenzelle ist ein Küstenabschnitt, in dem die Sedimentbewegung in sich abgeschlossen ist. Sediment innerhalb einer Küstenzelle wird nicht transportiert oder mit benachbarten Zellen geteilt).

Strandnahrung kann harte Schutzmaßnahmen wie Ufermauern ergänzen, die weiterhin als letzte Verteidigungslinie dienen können. Die Existenz eines breiten Sandstrandes vor solchen Strukturen reduziert die Wellenenergie, die sie erreicht, erheblich und bietet so zusätzlichen Schutz.

Die Zugabe von Sedimenten, die dem einheimischen Strandmaterial sehr ähnlich sind, wird dazu beitragen, die natürliche Landschaft des Strandes zu erhalten und gleichzeitig die Fähigkeit zur Bewältigung von Küstenerosion und Überschwemmungen zu erhöhen. Das natürliche Aussehen von Ernährungsprojekten bedeutet auch, dass diese Schemata ästhetisch ansprechend sind.

Der Küstentourismus hängt stark von Sonne, Meer und Sand ab. Infolgedessen hat die Ernährung am Strand das Potenzial, Erholung und Tourismus durch Strandverbreiterung zu fördern (Nicholls et al., 2007b). Dies kann dazu dienen, den bereits bestehenden Tourismus zu verbessern oder Touristen in die Region zu locken und so die Entwicklung zu fördern.

Es ist auch möglich, ökologische Vorteile durch Strandernährung zu bieten. Es wurde gezeigt, dass Systeme verbesserte Nistplätze für Meeresschildkröten bieten, wenn sie unter Berücksichtigung der Anforderungen dieser Kreaturen entworfen wurden (Dean, 2002). Dies wiederum kann zur Förderung des Ökotourismus mit daraus resultierenden Entwicklungsvorteilen dienen.

Heute ist Ernährung in Industrieländern sehr beliebt, hat aber auch in Entwicklungsländern wie Brasilien Anwendung gefunden (Vera-Cruz, 1972; Elfrink et al., 2008), Nigeria (Sonntag & John, 2006), Korea (Kim et al., 2008), Ghana (Nairn et al., 1998) und Malaysia (Brøgger & Jakobsen, 2008). Die beteiligten Technologien und Methoden sind gut etabliert und viele Vertragspartner, die Erfahrung in der Strandernährung haben, stehen weltweit zur Verfügung, um solche Projekte durchzuführen.

Nachteile der Technologie

Wie bereits erwähnt, ist die Ernährung keine dauerhafte Lösung für die Erosion der Küstenlinie. Regelmäßige Nachernährungen oder Aufladungen sind erforderlich, um die Wirksamkeit eines Systems aufrechtzuerhalten. Dies erfordert regelmäßige Reinvestitionen, kann jedoch als Wartungskosten angesehen werden, wie sie mit hart konstruierten Strukturen verbunden sind.

Wie bei jeder Art von Uferschutzarbeiten führt die Verringerung des Risikos von Überschwemmungen und Erosion an der Küste zu einem erhöhten Sicherheitsgefühl. In gewissem Maße ist dies wünschenswert. Die Küstenzone bleibt jedoch auch ohne Schutzmaßnahmen anfällig für extreme Überschwemmungen und Erosionsereignisse an der Küste und bleibt Naturkatastrophen mit langen Rückkehrperioden ausgesetzt. Wenn sie nicht sorgfältig reguliert werden, können Schutzmaßnahmen aufgrund des erhöhten Sicherheitsgefühls eine unkluge Entwicklung in diesen Risikogebieten fördern.

Die Ablagerung von Sedimenten an Stränden kann eine Reihe negativer Auswirkungen auf die Umwelt haben, darunter die direkte Bestattung von Tieren und Organismen am Strand, tödliche oder schädliche Dosen von Wassertrübung – Trübung durch Bewegung von Sedimenten – und veränderte Sedimentzusammensetzungen, die sich auf die Tierarten auswirken können, die das Gebiet bewohnen (Dean, 2002). Daher müssen Projekte mit dem Verständnis und der Sorge um die möglichen nachteiligen Folgen für die Umwelt konzipiert werden. Die Auswirkungen auf wichtige oder seltene Arten, die in der Küstenzone leben, sollten besonders berücksichtigt werden.

Die Platzierung von Füllmaterial am Strand kann Strand- und Meereslebensräume wie das Nisten von Vögeln und Meeresschildkröten stören, wenn die Systeme nicht entsprechend ausgelegt sind. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die Sandkorngröße / -zusammensetzung nicht mit den einheimischen Strandmaterialien übereinstimmt (IOC, 2009).

Es wird erwartet, dass die Anwendung von Strandnahrung in Zukunft zunehmen wird, was zu einer höheren Nachfrage nach qualitativ hochwertigem Sediment führen kann. Die begrenzte Verfügbarkeit großer Auftragnehmer in Verbindung mit einer steigenden Nachfrage nach Ernährungsprojekten hat bereits zu Kostensteigerungen bei Ernährungsprojekten in den Niederlanden geführt, wo sie weit verbreitet sind (Hillen et al., 2010). Dieser Aufwärtstrend dürfte in Zukunft an anderer Stelle zu beobachten sein.

Finanzbedarf und Kosten

Linham et al. (2010) untersuchte ausführlich die Stückkosten der Strandnahrung. Es wurde gezeigt, dass die Kosten typischerweise zwischen 3 und 15 US-Dollar / m3 (auf dem Preisniveau von 2009) variieren, wenn Baggerstandorte vor Ort verfügbar sind (Linham et al., 2010). Die wichtigste Determinante für die Ernährungskosten scheint die Transportdistanz für das Strandmaterial zu sein.

Die meisten dieser Daten wurden in Industrieländern gesammelt, da hier heute der größte Teil der Ernährung stattfindet. In Entwicklungsländern würden die Kosten aufgrund ihrer weniger entwickelten Küstenindustrie im Allgemeinen ähnlich oder möglicherweise höher sein.

Die Kosten sind zwischen und innerhalb der Länder sehr unterschiedlich. Dies ist ein Ergebnis der zahlreichen unten aufgeführten Faktoren (CIRIA, 1996; Linham et al., 2010):

• Projektgröße und daraus resultierende Skaleneffekte
• Entfernung zwischen Bagger– und Zielstandorten
• Anzahl der erforderlichen Fahrten zwischen Baggerstandort und Nahrungsgebiet
• Meeresbodenform am Zielort – Determinante der Baggergröße, die verwendet werden kann und daher die Anzahl der erforderlichen Fahrten beeinflusst
• Wiederaufladematerial – gröberes Material verursacht grösseren Geräteverschleiss, der wahrscheinlich von Auftragnehmern an Kunden weitergegeben wird
• Geschätzte Materialverluste
• Verfügbarkeit (und Größe) von bagger
• Grad der Standortbelichtung – bestimmt die Art des zu verwendenden Baggers und kann auch die Arbeitszeit verkürzen, wenn ein Standort energetischen Winden und Wellen ausgesetzt ist
• Gezeitenbereich – Große Gezeitenbereiche bieten zeitliche Einschränkungen, wenn sich Bagger nahe genug am Ufer nähern können, um Material abzulagern. Dies kann sich auf die für die Fertigstellung eines Projekts erforderliche Zeit auswirken
• Anforderungen Dritter

Die Zahlung an Auftragnehmer basiert normalerweise auf dem gelieferten Sedimentvolumen. Dies erfordert normalerweise Vermessungen der sichtbaren und Unterwasserabschnitte des Strandes, die sowohl vor als auch nach der Ernährung durchgeführt werden müssen.

Die laufenden Kosten der Überwachung sollten bei der Betrachtung der Gesamtkosten der Ernährung berücksichtigt werden. Die Überwachungskosten dürften mit den lokalen Arbeitskosten variieren und könnten daher von Land zu Land erheblich variieren (Mason, pers. komm.).

Institutionelle und organisatorische Anforderungen

Großflächige Strandnahrung erfordert in der Regel umfangreiche technische Studien sowie Fachwissen und Ausrüstung. Dies kann Bagger und Pipelines umfassen, die von einem spezialisierten Auftragnehmer gemietet werden müssen. Es ist jedoch auch möglich, die Ernährung in kleinerem Maßstab durchzuführen. Sedimente in Strandqualität können per LKW von landgestützten Quellen oder von Ablagerungen in Erosionsgebiete transportiert werden. Aufgrund der kleineren Natur dieses Ansatzes und weil leicht verfügbare Ausrüstung verwendet werden könnte, kann die Ernährung per LKW-Transport auf lokaler Ebene praktikabler sein.

Sobald die Ernährung durchgeführt wurde, ist eine kontinuierliche Strandüberwachung erforderlich, um den Ernährungserfolg zu bewerten und festzustellen, wann eine erneute Ernährung erforderlich ist. Bei entsprechender Ausbildung und Technologie sollte eine Überwachung auf lokaler/gemeinschaftlicher Ebene möglich sein. Ernährungsprogramme sollten jedoch als Ganzes bewertet werden, was die Beteiligung mehrerer Gemeinschaften erfordern kann, wenn die Ernährung in großem Maßstab durchgeführt wird.

Hindernisse für die Umsetzung

Für die Strandnahrung muss eine geeignete Sedimentquelle in ausreichender Nähe zum Nährort identifiziert werden. Dadurch wird sichergestellt, dass die Kosten auf einem vernünftigen Niveau gehalten werden. Die Verfügbarkeit von Sedimenten ist weltweit sehr unterschiedlich und geeignete Quellen sind möglicherweise nicht leicht zu finden. Die weltweit zunehmende Beliebtheit von Strandnahrung kann daher bei steigender Nachfrage zu Problemen bei der Verfügbarkeit von Sedimenten führen. Dieses Problem tritt bereits auf kleinen Inseln auf, wo Sand häufig über große Entfernungen für Ernährungsprojekte transportiert wird.

Strandnahrung erfordert hochspezialisierte Ausrüstung und Wissen, einschließlich Bagger und Pipelines, die von einem spezialisierten Auftragnehmer gemietet werden müssen. Hillen et al. (2010) haben die begrenzte Anzahl verfügbarer Großunternehmer festgestellt und auch den damit verbundenen Kostenanstieg aufgrund der hohen Nachfrage hervorgehoben. Lokale Standortmerkmale beeinflussen auch die Art und Größe des Baggers, der verwendet werden kann – dies kann die Verfügbarkeit von Baggern weiter einschränken.

Das öffentliche Bewusstsein für die Funktionsweise von Strandernährungssystemen kann ebenfalls ein Hindernis darstellen. Dies ist insbesondere der Fall bei der Verwendung von Shoreface-Nahrung oder Unterwasser-Sedimentablagerung. Bei Verwendung dieser Techniken sind die Vorteile der Ernährung möglicherweise nicht sofort spürbar, und wenn die Öffentlichkeit nicht über die Funktionsweise des Systems aufgeklärt wird, kann sie an den Vorteilen der Ernährung zweifeln und sich solchen Projekten widersetzen. Die Öffentlichkeit sollte auch darauf aufmerksam gemacht werden, dass Ernährung keine dauerhafte Lösung ist und dass Wiederernährungen erforderlich sind. Wenn dies nicht kommuniziert wird, kann die Öffentlichkeit erneut glauben, dass das Programm gescheitert ist, und weitere Ausgaben für die Wiederernährung ablehnen. Dies wird insbesondere dann der Fall sein, wenn öffentliche Mittel zur Deckung der Ernährungskosten verwendet werden.

Umsetzungsmöglichkeiten

Strandnahrung kann als kostengünstige Entsorgungsoption für das Ausbaggern von Häfen und Kanälen dienen. Die Verwendung von Baggermaterial bekämpft auch den potenziellen Mangel an geeigneten Sedimenten vor der Küste. Bei der Verwendung von Baggermaterial ist jedoch Vorsicht geboten, da Hafenbagger hohe Schadstoffgehalte enthalten können, die sorgfältig überwacht werden müssen.

Strandnahrung kann auch in Verbindung mit anderen Anpassungstechnologien eingesetzt werden und kann dazu beitragen, die Nachteile dieser harten Technologien zu beseitigen, zu denen das Absenken des Strandes und das Verhungern von Abdriftsedimenten gehören.

Wenn Nahrung ökologische Vorteile bietet, kann sie auch dazu dienen, den Ökotourismus zu fördern und der lokalen Wirtschaft einen Einkommensstrom zu bieten.

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Autor Zugehörigkeiten

• Matthew M. Linham, Fakultät für Bauingenieurwesen und Umwelt, Universität Southampton, UK
• Robert J. Nicholls, Fakultät für Bauingenieurwesen und Umwelt und Tyndall Centre for Climate Change Research, Universität Southampton, UK