Exploring vegetation as coastal protection during extreme storm conditions Case study: Kivik waste water treatment plant

Abstract

Scania has always been susceptible to damages caused by storms along its coasts which also holds true for the east coast in Scania where there is a great need of coastal protection for households and infrastructure alike. One example is the Kivik waste water treatment plant (WWTP) which is a newly built establishment with glass windows situated 30 meters from the east coast and provides its services to 7500 people. However there are new challenges for coastal protection with climate change causing the sea to creep closer and extreme storms occurring more frequently . This was made painfully clear on the 20:th of October when the storm Babet that hit Kivik with waves that reached height of 3.6 meters and water levels reaching 116 cm above the mean sea level.

Damages were abundant along the coast and even though Kivik WWTP came out unscathed there were rocks and pebbles along the glass facade that warned of the possibility of failure. The protecting rock revetment had also been undermined during the storm which leads to the need of new protection.

The possibility to use vegetation as coastal protection is fairly unexplored but can be a viable solution in many parts of the world. A model in the modeling software XBeach was created to simulated the dampening effect three different types of vegetation had. The plants that were decided to be simulated were willow trees, low reeds in form of a salt marsh and bushes. The model showed that the reduction in wave height could reach around 50\% through the 13 meter long vegetation field, a number that was similar regardless of which plant that was simulated. It was therefore concluded that vegetation is a viable option as coastal protection. It was not clear however which type of plant that would be best suited for the local conditions at Kivik WWTP. To determine this, it is recommended to do throughout experimentation with the vegetation that is planed to be used for every case that wants to utilize vegetation as coastal protection.

Popular Abstract (Swedish)

Kiviks reningsverk som ligger på Skånes östkust drabbades av en storm 20:e oktober
2023 som nästan skadade reningsverket. Stormen visade på behovet att förstärka det
befintliga kustskyddet för framtida stormar. I denna studie undersöks ifall vegetation
kan användas för att skydda reningsverket.

Växter som planteras vid kustlinjen kommer att dämpa våghöjden genom den friktionskraft
som uppstår mellan vattnet och växterna. Vågdämpningsförmågan beror på många faktorer
såsom våghöjd och vilken typ av växt man använder. Därför undersöktes flera typer av växter
för att få en bättre förståelse av vad som passar bäst. Eftersom det finns så många faktorer
som påverkar dämpningen så har modelleringspogram används som simulerar det scenario
man vill designa för.
Växter väljs baserat på hur stabila dem kommer vara under stormförhållanden, hur väl de
fungerar i det lokala ekosystemet samt dess vågdämpande förmåga. Man kan identifiera vilka
typer av växter som trivs i närområdet genom att se hur vanligt det är att dem växer där.
Tillslut valdes tre typer av växter som skulle undersökas, vass, buskar och pilträd. Det finns
andra fallstudier som har undersökt egenskaperna hos de växterna som ska användas vid
Kiviks reningsverk vilket kan användas för att jämföra resultat.
Genom att studera topografi och vågförhållanden kan optimal placering av vegetationen
uppskattas. Området som valdes ut för att simulera växterna låg precis vid stranden strax
innan reningsverket och hade en längd på 13 meter. Förhållandena för de olika växterna var
de samma för varje undersökt scenario så att en rättvis jämförelse skulle kunna göras.
Det valda scenariot hade inkommande vågor på cirka en meters höjd som sänktes när vågen
färdades genom den planterade vegetationen. Den vågdämpande förmågan varierade något
mellan växterna. Vågor kunde dämpas med 50% vilket innebär att vågorna är 0,5 meter höga
istället för en meter efter de färdats igenom den planterade vegetationen, detta gällde för
samtliga typer av växter.
När växterna jämfördes var det viktigt att se till att ta hänsyn till de andra två aspekterna
också utöver den vågdämpande förmågan. Tidigare studier och platsbesök antydde på att
pilträd hade relativt goda chanser för att klara förhållandena utanför Kivik, det fanns även
möjlighet för vass men för buskar såg det sämre ut.
Slutsatsen blev att det finns möjlighet att använda växter utanför Kiviks reningsverk men att
det kräver god förståelse av ekosystem och vågklimat samt ett regelbundet underhåll av
växterna. Vilken typ av växt som var bäst lämpad är inte helt tydligt men om något skulle
rekommenderas hade det varit att fortsätta experimentera med pilträd.

• author: Lutas, Jonathan
• supervisor: Björn Almström
• organization: Division of Water Resources Engineering
• course: VVRM05 20241
• year: 2024
• type: H2 - Master's Degree (Two Years)
• subject: Technology and Engineering
• keywords: Coastal protection, Nature based solution, vegetation, extreme storm events, runup, XBeach
• publication/series: TVVR 5000
• report number: TVVR24/5001
• ISSN: 1101-9824
• language: English
• additional info: Examiner: Magnus Larson
• id: 9172218
• date added to LUP: 2024-09-03 16:30:00
• date last changed: 2024-09-03 16:30:00