Einfluss von räumlichen Vegetationsstrukturen auf strömungs- und welleninduzierte Erosionsprozesse an Dünen (VesweED)

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Nils Goseberg; Professor Dr.-Ing. Holger Schüttrumpf
• Fachliche Zuordnung: Geotechnik, Wasserbau
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 541400249

Aufgrund der zunehmenden Intensität und Häufigkeit von hydrodynamischen Extremereignissen wird die Belastung sandiger Küsten im Zuge des Klimawandels zunehmen. Im Kontext eines nachhaltigen Küstenschutzes stehen natur-basierte Maßnahmen wie der Einsatz von Dünen im Fokus. Hier wurde in den letzten Jahren eine zunehmende Verbreitung von Vegetation beobachtet, welche häufig in Form von Vegetationsbereichen (patches) neben unbewachsenen Flächen das Dünenbild prägen. Vor dem Hintergrund einer Intensivierung der hydrodynamischen Belastung ist ein detailliertes Verständnis darüber erforderlich, wie die hydro- und morphodynamischen Prozesse an Dünen durch vorhandene Vegetationsstrukturen beeinflusst werden. In den vergangenen Jahren wurden hierzu bislang vereinzelt physikalische Modellversuche durchgeführt, wobei ein erhöhter Erosionswiderstand der Düne aufgrund vorhandener ober- und unterirdischer Vegetationsstrukturen festgestellt wurde. Eine systematische Untersuchung des Einflusses einzelner Pflanzenparameter sowie im Besonderen von Vegetationspatches auf die Erosionsprozesse an Dünen und die Dünenstandzeit unter hydrodynamischer Belastung wurde bislang jedoch noch nicht durchgeführt. Das hier beantragte Projekt verfolgt daher das Ziel, das Verständnis der Interaktion zwischen Vegetation und Düne unter hydrodynamischer Belastung (Welle und Strömung) zu verbessern. Dabei sollen im Speziellen allgemeingültige Zusammenhänge hinsichtlich des Einflusses einzelnen Vegetationsparameter (Wurzeltiefe, patchiness) auf den Erosionswiderstand und die Dünenstandzeit bei stationärer Strömungs- und instationärer Wellenbelastung abgeleitet werden. Hierfür wird zunächst ein geometrisch und dynamisch korrekt skaliertes Ersatzmodell der Vegetation entwickelt, welches eine genaue Prozessabbildung in den experimentellen Arbeiten ermöglicht und gleichzeitig Herausforderungen durch die Verwendung von Lebendvegetation ausschließt. Die experimentellen Arbeiten umfassen komplementäre Versuche zur Überströmungsbelastung (am IWW) und zur Wellenbelastung (am LWI) bei systematischer Variation von Vegetationsparametern. Die Verwendung der gleichen Messtechnik und ein einheitlicher Modellaufbau gewährleisten hier die Vergleichbarkeit der Ergebnisse. Dabei wird auch auf die Erfassung und Nachbildung der Düneneigenschaften hinsichtlich Geometrie, Kornverteilung und Lagerungsdichte mittels geotechnischer Sondiertechnik eingegangen. Diese dienen wiederum als Basis für den Aufbau numerischer Modelle, mit welchen im Rahmen einer ergänzenden numerischen Parameterstudie eine Vielzahl weiterer Parametervariationen untersucht werden können. Final erfolgt eine Synthese der experimentellen und numerischen Ergebnisse hin zu einem Korrelationsmodell zur Beschreibung der Dünenstandzeit und der Erosionsprozesse in Abhängigkeit der Vegetationseigenschaften sowie ein grundlegendes Prozessverständnis des Erosionsverhaltens bewachsener und unbewachsener Dünen und der Wirkung von Dünenvegetation.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen