Breaching of Coastal Barriers under Extreme Storm Surges and Implications for Groundwater Contamination

Elsayed Abdelaal, Saber Mohamed

Coastal floods induced by a coastal barrier breaching under extreme storm surges represent a significant humanitarian, socioeconomic and ecological hazard. Moreover, it is a multiscale problem governed by complex interactions between a variety of hydrodynamic and sediment-related processes at different spatiotemporal scales. With global warming and expected climate change, many coastal systems may experience accelerated coastal erosion, coastal barrier breaching, coastal flooding and subsequent seawater intrusion into fresh groundwater. However, the current models of breaching-induced coastal floods and subsequent saltwater intrusion are mainly based on modelling each of these processes separately, which often leads to unreliable simulations because the mutual interactions among these naturally successive processes are ignored. Therefore, to consider such interactions, this study aims at exploring the possibility to simulate breaching, flooding and saltwater intrusion in a single model system in order to reliably draw the implications of coastal floods for groundwater contamination. For this purpose, this study aims first at selecting a suitable breaching model that can properly calculate inland discharges through breaching induced inlets. Second, the study attempts to couple the selected breaching model with suitable inundation and saltwater intrusion models in order to simulate successively the breaching-induced inundation and the subsequent saltwater intrusion.

Überflutungen im Küstenraum, die durch den Bruch von Küstenbarrieren infolge extremer Sturmfluten verursacht werden, stellen aus humanitärer, sozioökonomischer und ökologischer Sicht eine bedeutende Gefährdung dar. Darüber hinaus stellen sie ein Multiskalenproblem dar, das durch komplexe Wechselwirkungen zwischen einer Vielzahl hydrodynamischer und sedimentbezogener Prozesse in verschiedenen räumlich-zeitlichen Skalen charakterisiert wird. Mit den Folgen des Klimawandels werden an vielen Küsten beschleunigte Küstenerosion, Brüche von Küstenbarrieren, Überflutungen und anschließende Salzwasserintrusion in frisches Grundwasser erwartet. Allerdings basiert die bisherige Modellierung von bruchbedingten Küstenfluten und anschließender Salzwasserintrusion hauptsächlich auf der separaten Modellierung jedes dieser Prozesse, was oft zu nicht belastbaren Simulationsergebnissen führt, da dabei die entsprechenden Wechselwirkungen unberücksichtigt bleiben. Um diese gegenseitigen Interaktionen zwischen diesen natürlich aufeinanderfolgenden Prozessen zu berücksichtigen, zielt diese Studie darauf ab, die Machbarkeit der Kopplung dieser drei Prozesse in einem einzigen Modellsystem zu analysieren. Dadurch können die Auswirkungen von Küstenfluten auf die Grundwasser-Kontamination durch Salzwasser verlässlich ermittelt werden. Zu diesen Zwecken zielt diese Studie zunächst darauf ab, ein geeignetes Bruchmodell auszuwählen, das den Durchfluss ins Hinterland (durch die Bruchstelle) zuverlässig berechnen kann. Zweitens wird in dieser Studie versucht, das ausgewählte Bruchmodell mit geeigneten Überflutungs- und Salzwasserintrusionsmodellen zu koppeln, um nacheinander die bruchbedingte Überflutung und die anschließende Salzwasserintrusion zu simulieren.

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Elsayed Abdelaal, Saber Mohamed: Breaching of Coastal Barriers under Extreme Storm Surges and Implications for Groundwater Contamination. 2017.

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