Morphodynamic modelling for coastal hazard mitigation

Abstract

(English) Mediterranean sandy beaches are facing increasing hazard, a situation that will be exacerbated due to climate change. This thesis focuses on the analysis of flooding and erosion along Catalan beaches under present and future conditions. The analysis is performed using the hydromorphodynamic model XBeach. A user-friendly and high-resolution operational service is developed to forecast these impacts, enabling authorities to take preemptive measures to minimise their effects. A nature-based mitigation approach is tested in a thoroughly validated area to assess their efficacy in reducing coastal hazards. Finally, the modelling strategy is used to simulate different coastal archetypes for both present and future conditions, including sea level rise scenarios due to climate change. Through the study of these three fields, a complete review of the capacities of the hydromorphodynamic modelling is presented. Thus, the analysis sheds light on the knowledge of beach responses across different time scales and demonstrates the necessity of implementing nature-based solutions (NbS) and Early Warning Systems (EWS) to mitigate coastal hazards during storm events.

(Català) Les platges sorrenques mediterrànies estan sotmeses a impactes creixents, una situació que es veurà agreujada a causa del canvi climàtic. Aquesta tesi es focalitza en l'anàlisi de la inundació i l'erosió sota condicions presents i futures. L'anàlisi es realitza utilitzant el model hidro-morfodinàmic XBeach. Es desenvolupa un sistema operacional accessible, intuitiu i d'alta resolució que permet predir aquests impactes i ajuda a que les autoritats responsables siguin capaces de prendre mesures preventives per minimitzar els efectes. També es prova una estratègia de mitigació basada en la natura en una zona correctament validada per provar la seva eficàcia en reduïr el perill costaner. Finalment, s'utilitza l'estratègia de modelat per simular diferents arquetips costaners per condicions presents i futures, juntament amb la incorporació d'escenaris d'augment del nivell del mar degut al canvi climàtic. A través de l'estudi d'aquests tres camps, es presenta una revisió complerta de les capacitats del modelat hidromorfodinàmic. Per tant, l'anàlisi fa llum sobre el coneixement de la resposta de les platges a través de diferents escales temporals i demostra la necesitat d'incorporar solucions basades en la natura (NbS) i sistemes d'alerta primerenca (EWS) per mitigar els impactes costaners sota esdeveniments de tempesta.

(Español) Las playas arenosas mediterráneas están sometidas a impactos crecientes, una situación que se verá agravada a causa del cambio climático. Esta tesis se focaliza en el análisis de la inundación y la erosión bajo condiciones presentes y futuras. El análisis se realiza utilizando el modelo hidro-morfodinámico XBeach. Se desarrolla un sistema operacional accesible, intuitivo y de alta resolución que permite predecir estos impactos y ayuda a que las autoridades responsables sean capaces de tomar medidas preventivas para minimizar los efectos. También se prueba una estrategia de mitigación basada en la naturaleza en una zona correctamente validada para probar su eficacia en reducir el peligro costero. Finalmente, se utiliza la estrategia de modelado para simular diferentes arquetipos costeros para condiciones presentes y futuras, juntamente con la incorporación de escenarios de aumento del nivel del mar debido al cambio climático. A través del estudio de estos tres campos, se presenta una revisión completa de las capacidades del modelado hidromorfodinámico. Por lo tanto, el análisis pone luz sobre el conocimiento de la respuesta de las playas a través de diferentes escalas temporales y demuestra la necesidad de incorporar soluciones basadas en la naturaleza (NbS) y sistemas de alerta temprana (EWS) para mitigar los impactos costeros en eventos de tormenta.