Coastal Response to Sea Level Rise in Ystad Municipality

Abstract

The globally accelerating sea-level rise poses a problem in coastal areas through, e.g., the erosion of sandy beaches. Due to this, buildings, infrastructure, and other values can be lost, making the future shoreline position important to project in coastal management. One location with historical erosion problems is Ystad municipality in southern Sweden, where the erosive problems are probable to worsen with accelerated SLR. To quantify these problems, calculation methods for projecting the future shoreline change are of high importance, and a commonly used method is the Bruun Rule. The Bruun Rule estimates the shoreline recession due to changes in forcing conditions during sea-level rise. However, the method is coupled with restrictive assumptions and has been widely criticised. Due to this, several modifications of the Bruun Rule exist in the literature, but no other has seen global application in coastal management. In this thesis, Bruun Rule-based methods are identified, developed, and then qualitatively compared to the Bruun Rule to evaluate the effects of alternative calculation methods in Ystad municipality.

First, to detect coastal processes affecting the studied coastline and calculation methods corresponding well to the conditions in Ystad municipality, a literature study was performed. To compare the methods, four beach profiles in areas with different states of historical erosion were chosen for application, and data was compiled. Finally, the future shoreline changes for the beach profiles in 2150 were estimated by each method, and the results qualitatively compared. In addition, a simplified Monte Carlo analysis was performed to visualise the data uncertainties.

What could be concluded from the comparison was that including the effect of the background erosion/accretion, assumed to be constant over the studied period, in some profiles overshadowed the effect from the SLR-induced erosion by the Bruun Rule. Modifying the Bruun Rule to include the dune system, assumed not to migrate inland, gave lower recession with the given dune dimensions, but still in the same order of magnitude as the Bruun Rule. Furthermore, the low availability of sand along the coastline of Ystad municipality resulted in the conclusion that the Bruun Rule is not applicable on the majority of the coastline. The results from the Monte Carlo simulation showed that the large uncertainties in data resulted in probability intervals of up to 90 m for the projected shoreline change using the Bruun Rule.

Thus, when calculating shoreline change in Ystad municipality, methods applicable on non-sandy beaches are needed, in addition to the Bruun Rule, better access to detailed data is essential, and the underlying erosion is an important factor to consider for coastal management purposes.

Popular Abstract (Swedish)

Den ökade erosionen till följd av havsnivåhöjningen, orsakad av klimatförändringarna, som läggs på den redan förekommande erosionen kommer få stora konsekvenser. Mark kommer att försvinna där det i dagsläget finns bostäder, vägar, järnvägar, hem för djur- och växtliv, osv. Dessutom leder erosionen till att mark som idag finns tillgänglig för nybyggen i kustnära områden inte längre kommer att existera i framtiden. För att kunna skydda kusten och kartlägga områden där bebyggelse bör undvikas behöver man uppskatta storleken av erosionen. I de fall erosionen ens tas hänsyn till i dagens uppskattningar används en metod, Bruuns lag. Men problematiken fortsätter: när Bruuns lag väl används ser man ofta förbi de begränsningar som finns med metoden. Framför allt är användandet på kuststräckor utan tillräckligt med sand ett problem eftersom andra material inte reagerar på samma sätt på havets krafter som sand gör. Dessutom tar Bruuns lag endast hänsyn till den höjda havsnivån som förväntas erodera stranden, men inte den redan befintliga erosionen eller ackumulationen, vilket i många fall leder till en grov feluppskattning. Det finns dock utvecklingar av Bruuns lag, men ingen övergripande rekommendation om vilken modell som bör användas.

Med syftet att bidra till kunskapsutvecklingen inom kustförvaltning har denna studie gått ett steg på vägen mot en mer tillförlitlig modellering av strandlinjens förflyttning. Först, innan man ens kan gå vidare till vilken Bruun-baserad modell som är bäst, har denna studie visat att Bruuns lag inte går att använda på majoriteten av Ystad kommuns kuststräcka. De grovkorniga materialen och leran som dominerar stora delar av kusten reagerar helt enkelt inte på havets krafter på samma sätt som sand gör. Därför behövs andra typer av modeller inom dessa områden.

Där sandtillgången är tillräcklig har studien visat att användningen av enbart Bruuns lag kan få stora feluppskattningar i resultat, främst pga. att den missar flera betydande processer som påverkar stranden. Genom att beräkna strandlinjeförflyttningen med ett antal modeller kunde därefter en jämförelse av resultaten tillsammans med en kvalitativ bedömning av modellerna visa att framför allt den befintliga erosionen, som främst beror på sandtransport längs med kusten, gav stora utslag på resultaten. Hur stora utslagen var visade sig dessutom vara väldigt platsspecifikt. Hur sandtransporten kommer se ut i framtiden låg utanför ramarna för studien, och därför antogs sandtransporten fortsätta i samma takt som har observerats historiskt.

Att inkludera sand i dyner bakom stranden gav en något lägre erosion än Bruuns lag eftersom det då fanns större sandvolymer att bygga upp stranden med. Ju större dyner desto kortare erosion av strandlinjen. Det blir dock mindre skillnad jämfört med den underliggande erosionen/ackumulationen i de områden där denna var betydande. Hur dynsystemen kan komma att förändras i framtiden kan se olika ut för olika dyner. T.ex. kan branta dyner med mycket vegetation antas vara relativt oförändrade i form, medan dyner som är mer mjuka i formen med glesare vegetation tänkas förflyttas inåt land eller förändras på andra sätt.

Till slut ges en kommentar gällande osäkerheterna i beräkningarna. Data, ovisshet kring processers förändring över tid, det förenklade uttrycket, systemets dynamiska natur, mm. leder till att man inte med säkerhet kan uppskatta strandlinjens läge i framtiden. I studien genomfördes en analys av osäkerheterna i data, vilket enbart detta, för en modell och ett klimatscenario, gav sannolika intervall som varierade ca 90 m. Det rekommenderas därför att datakvalitén förbättras, processers förändring över tid undersöks och att resultatet presenteras som ett sannolikhetsintervall baserat på osäkerheter i data, samt att övriga osäkerheter diskuteras.

• author: Olsson, Elin and Engström, Sara
• supervisor: Caroline Hallin; Anna Adell; Sebastian Bokhari Irminger
• organization: Division of Water Resources Engineering
• alternative title: Kustlinjeförändringar till följd av stigande havsnivåer i Ystad kommun
• course: VVRM05 20211
• year: 2021
• type: H2 - Master's Degree (Two Years)
• subject: Technology and Engineering
• keywords: coastal erosion, Bruun Rule, sea level rise, coastal management, beach morphology, coastal processes
• publication/series: TVVR21/5016
• report number: 21/5016
• ISSN: 1101-9824
• language: English
• additional info: Examinator: Magnus Larson
• id: 9060526
• date added to LUP: 2021-07-03 19:37:28
• date last changed: 2021-07-03 19:37:28