DOI: https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2026.134921
تاريخ النشر: 2026-01-10
المؤلف: Jan‐Markus Homberger وآخرون
الموضوع الرئيسي: العمليات الهوائية وتأثيراتها
نظرة عامة
تشير الأبحاث إلى أن الفترات الرطبة تعزز بشكل كبير نمو الغطاء النباتي، مما يؤدي إلى زيادة حجم الكثبان الرملية في كل من الأنظمة الطبيعية والمزروعة. وعلى العكس، تساهم ظروف الجفاف في زيادة التباين في تطوير الكثبان الرملية من خلال تعزيز نقل الرواسب إلى الداخل. تشير التوقعات إلى أن سيناريوهات المناخ المستقبلية قد تؤدي إلى زيادة معتدلة في حجم الكثبان الرملية الطبيعية بنسبة تقارب 3% وأقل من 1% للكثبان المزروعة. ومع ذلك، من المتوقع أن تواجه الكثبان المزروعة انخفاضات أكبر في الحجم والارتفاع تحت ظروف الجفاف الشديدة.
تؤكد الدراسة على أهمية الكثبان الساحلية لخدمات النظام البيئي، بما في ذلك إمدادات مياه الشرب والحماية الساحلية. في هولندا، تظهر الاتجاهات الأخيرة زيادة في عمق هطول الأمطار اليومية وانخفاض في تكرار هطول الأمطار، مما يؤثر إيجابياً على تطوير الكثبان الرملية الجنينية والحماية الساحلية. على الرغم من أن ممارسات الإدارة، مثل زراعة عشب المارام، كانت فعالة، إلا أن الجفاف الشديد يمكن أن يعيق نجاحها. تشير النتائج إلى أنه بينما قد تفيد زيادة هطول الأمطار نمو الكثبان الرملية، إلا أنها قد تعيق أيضاً نقل الرواسب إلى الكثبان الأمامية، مما يعقد استراتيجيات الإدارة الساحلية التي تهدف إلى تعزيز التنوع البيولوجي ومرونة النظام البيئي. بشكل عام، تسلط الأبحاث الضوء على التفاعل المعقد بين متغيرات المناخ وديناميات الكثبان الرملية، مع تداعيات على ممارسات الإدارة الساحلية المستقبلية.
مقدمة
في هذا القسم، يصف المؤلفون إعداد النموذج والمعايرة لمحاكاة تطوير الكثبان الساحلية على طول ملف أحادي البعد مع تباعد شبكة قدره 1 × 1 م في كلا الاتجاهين x و y. تم دمج طبقة غير قابلة للتآكل بسمك 1 م تحت المناطق العارية لتثبيت الملف، كما تم الإشارة إليه من قبل فان ويستين وآخرون (2024a). تم إنشاء الملفات الأولية بناءً على بيانات تغطية نباتية محددة وبيانات ارتفاع من موقعين دراسيين: أوستيروفر وماييدينل.
بالنسبة لأوستيروفر، تم تحديد كثافة الزراعة الأولية لعشب المارام عند $\rho_{\text{veg,init}} = 0.3$، باستخدام بيانات الارتفاع من 12 فبراير 2021، والتي تتوافق مع أول مسح جوي بعد الزراعة (ستريبستين وآخرون، 2024a). في المقابل، تم اشتقاق الملف الأولي لماييدينل من ملف JARKUS الذي تم قياسه في 1 يوليو 2015، مع تطبيق الاستيفاء الخطي لتحقيق الدقة المطلوبة. تم الحصول على بيانات استعمار الغطاء النباتي عند الكثبان الرملية الجنينية ومتوسط تغطية الغطاء النباتي على طول الكثبان الأمامية من صور أورثوغرافية مرجعية جغرافياً تم التقاطها في 22 سبتمبر 2020. تم تحديد التغطية الجانبية الأولية عند الكثبان الجنينية في ماييدينل عند $\rho_{\text{veg,init}} = 0.01$، بينما عكس منحدر الكثبان الأمامية متوسط تغطية الغطاء النباتي الملحوظ في 2020، متغيراً من 0.14 عند قاعدة الكثيب إلى 0.6 عند القمة.
الطرق
يستعرض قسم “الطرق” في ورقة البحث المواد والإجراءات المستخدمة في الدراسة. يتفصل في التصميم التجريبي، بما في ذلك اختيار الموضوعات، والمواد المحددة المستخدمة، والبروتوكولات المتبعة لضمان إمكانية إعادة الإنتاج. تعتبر المنهجيات المستخدمة حاسمة للتحقق من النتائج وتشمل كل من الأساليب النوعية والكمية.
بالإضافة إلى ذلك، قد يصف القسم أي تحليلات إحصائية تم إجراؤها لتفسير البيانات، مع تحديد البرامج والتقنيات المستخدمة لتقييم أهمية النتائج. بشكل عام، يعمل هذا القسم كدليل شامل لتكرار الدراسة وفهم العمليات الأساسية التي أدت إلى الاستنتاجات المستخلصة في البحث.
النتائج
تشير نتائج النموذج الإيكوهيدرولوجي المعاير إلى وجود تباينات كبيرة في هطول الأمطار ورطوبة التربة عبر المناطق المدروسة، أوستيروفر وماييدينل، من 2015 إلى 2023. في أوستيروفر، أدت أنماط هطول الأمطار غير المنتظمة في 2021 و2022 إلى مستويات رطوبة التربة التي تقترب بشكل متكرر من نقطة الذبول، مما أثر سلباً على نمو الغطاء النباتي. وعلى العكس، من 2023 فصاعداً، أدى زيادة هطول الأمطار إلى ظروف رطوبة التربة المواتية، مما عزز نمو النباتات. في ماييدينل، كانت هطول الأمطار ورطوبة التربة أكثر اتساقاً، على الرغم من حدوث انخفاضات ملحوظة في كثافة الغطاء النباتي خلال فترات رطوبة التربة المحدودة وزيادة الترسيب، تحديداً بين 2019-2020 ومنتصف 2022.
كشفت تحليل الحساسية أن النموذج الإيكوهيدرولوجي هو الأكثر استجابة لمعدل التبخر والنتح الأقصى ($E_{max}$)، يليه نقطة الذبول الدائمة ($s_w$) ونقطة التبخر الأقصى ($s^*$). بشكل عام، يؤدي زيادة رطوبة التربة إلى تقليل إجهاد المياه للنباتات وتعزيز النمو العمودي ($V_{ver}$). ومع ذلك، تم ملاحظة بعض الاستثناءات: يمكن أن تؤدي الزيادات في عمق الجذور ($Z_r$) أو المسامية ($n$) بشكل متناقض إلى تقليل رطوبة التربة بينما تخفف من إجهاد المياه للنباتات، مما يعزز النمو. بالإضافة إلى ذلك، كان تطوير الغطاء النباتي حساساً بشكل خاص لـ $V_{ver,max}$، الذي يحكم النمو الأقصى في ظل الظروف المثلى، وكان معامل نقل الرواسب ($\alpha_B$) حاسماً لتطوير حجم الكثبان الرملية. بشكل عام، كانت أنماط الحساسية في أوستيروفر تعكس تلك التي لوحظت في ماييدينل، مما يبرز قوة نتائج النموذج عبر سياقات بيئية مختلفة.
المناقشة
في هذا القسم، يناقش المؤلفون التحقق من صحة نموذج تطوير الكثبان AeoLiS من خلال حالتين دراسيتين متميزتين: أوستيروفر في بلجيكا وماييدينل في هولندا. تم مراقبة أوستيروفر، التي تتميز بحل هجين قائم على الطبيعة مع نظام كثبان اصطناعية، بشكل مكثف بعد زراعة عشب المارام في 2021. كان الهدف من هذا الموقع هو التقاط الديناميات الزمنية لتطوير الكثبان الرملية، بما في ذلك تراكم الرواسب والتآكل. في المقابل، تمثل ماييدينل نظام كثبان طبيعية حيث حدث تطوير كثبان عفوي منذ 2015، من المحتمل أن يتأثر بأنشطة تغذية الشاطئ. تم تقييم قدرة النموذج على التنبؤ بتطور الكثبان الرملية مقابل البيانات الملاحظة من كلا الموقعين، باستخدام تقنيات قياس متنوعة بما في ذلك RTK-GNSS وLIDAR الجوي.
يحتوي نموذج AeoLiS، الذي يحاكي نقل الرواسب الهوائية وشكل الكثبان الرملية، على معلمات رئيسية مثل سرعة الرياح وديناميات الغطاء النباتي. تم معايرة توقعات النموذج باستخدام بيانات تاريخية وتم التحقق منها مقابل قياسات حجم الكثبان الرملية ورطوبة التربة الملاحظة. استخدم المؤلفون تحليل الحساسية لتقييم استجابة النموذج للتغيرات في المعلمات الهيدرولوجية ومعلمات نقل الرواسب، بهدف تحديد العوامل المؤثرة على مخرجات النموذج. يبرز هذا النهج الشامل أهمية دمج الديناميات البيئية والظروف البيئية في نمذجة عمليات تطوير الكثبان الرملية.
DOI: https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2026.134921
Publication Date: 2026-01-10
Author(s): Jan‐Markus Homberger et al.
Primary Topic: Aeolian processes and effects
Overview
The research indicates that wet periods significantly enhance vegetation growth, leading to increased dune size in both natural and planted systems. Conversely, drought conditions contribute to heightened variability in dune development by promoting inland sediment transport. Projections suggest that future climate scenarios may result in a modest increase in natural dune volume by approximately 3% and less than 1% for planted dunes. However, planted dunes are expected to experience greater reductions in size and height under extreme drought conditions.
The study emphasizes the importance of coastal dunes for ecosystem services, including drinking water supply and coastal protection. In the Netherlands, recent trends show increased daily rainfall depths and decreased rainfall frequency, positively impacting embryo dune development and coastal protection. Although management practices, such as planting marram grass, have been effective, extreme droughts can hinder their success. The findings suggest that while increased precipitation may benefit dune growth, it could also impede sediment transfer to foredunes, complicating coastal management strategies aimed at enhancing biodiversity and ecosystem resilience. Overall, the research highlights the complex interplay between climate variables and dune dynamics, with implications for future coastal management practices.
Introduction
In this section, the authors describe the model setup and calibration for simulating coastal dune development along a one-dimensional profile with a grid spacing of 1 × 1 m in both the x and y directions. A non-erodible layer of 1 m was incorporated beneath bare areas to stabilize the profile, as referenced from van Westen et al. (2024a). The initial profiles were established based on specific vegetation cover and elevation data from two study sites: Oosteroever and Meijendel.
For Oosteroever, the initial planting density of marram grass was set at $\rho_{\text{veg,init}} = 0.3$, using elevation data from February 12, 2021, which corresponds to the first drone survey post-plantation (Strypsteen et al., 2024a). In contrast, the initial profile for Meijendel was derived from the JARKUS profile measured on July 1, 2015, with linear interpolation applied to achieve the required resolution. The vegetation colonization data at the embryo dune and average vegetation cover along the foredune were obtained from georeferenced orthoimages captured on September 22, 2020. The initial lateral cover at the embryonic dunes in Meijendel was set at $\rho_{\text{veg,init}} = 0.01$, while the foredune slope reflected observed average vegetation cover in 2020, varying from 0.14 at the dune foot to 0.6 at the top.
Methods
The “Methods” section of the research paper outlines the materials and procedures utilized in the study. It details the experimental design, including the selection of subjects, the specific materials used, and the protocols followed to ensure reproducibility. The methodologies employed are critical for validating the findings and include both qualitative and quantitative approaches.
Additionally, the section may describe any statistical analyses performed to interpret the data, specifying the software and techniques used to assess the significance of the results. Overall, this section serves as a comprehensive guide for replicating the study and understanding the underlying processes that led to the conclusions drawn in the research.
Results
The results of the calibrated ecohydrological model indicate significant variations in precipitation and soil moisture across the studied regions, Oosteroever and Meijendel, from 2015 to 2023. In Oosteroever, irregular precipitation patterns in 2021 and 2022 resulted in soil moisture levels frequently nearing the wilting point, adversely affecting vegetation growth. Conversely, from 2023 onwards, increased precipitation led to favorable soil moisture conditions, enhancing plant growth. In Meijendel, precipitation and soil moisture were more consistent, although notable declines in vegetation density occurred during periods of limited soil moisture and increased sedimentation, specifically between 2019-2020 and mid-2022.
The sensitivity analysis revealed that the ecohydrological model is most responsive to the maximum evapotranspiration rate ($E_{max}$), followed by the permanent wilting point ($s_w$) and the point of maximum transpiration ($s^*$). An increase in soil moisture generally reduces plant water stress and promotes vertical growth ($V_{ver}$). However, certain exceptions were noted: increases in rooting depth ($Z_r$) or porosity ($n$) can paradoxically reduce soil moisture while alleviating plant water stress, thereby enhancing growth. Additionally, vegetation development was particularly sensitive to $V_{ver,max}$, which governs maximum growth under optimal conditions, and the sediment transport parameter ($\alpha_B$) was critical for dune volume development. Overall, the sensitivity patterns in Oosteroever mirrored those observed in Meijendel, underscoring the robustness of the model’s findings across different ecological contexts.
Discussion
In this section, the authors discuss the validation of the AeoLiS dune development model through two distinct study cases: Oosteroever in Belgium and Meijendel in the Netherlands. Oosteroever, characterized by a hybrid nature-based solution with an artificial dune system, was monitored intensively following the planting of marram grass in 2021. This site aimed to capture the temporal dynamics of dune development, including sediment accumulation and erosion. In contrast, Meijendel represents a natural dune system where spontaneous dune development has occurred since 2015, likely influenced by beach nourishment activities. The model’s ability to predict dune evolution was assessed against observed data from both sites, utilizing various measurement techniques including RTK-GNSS and airborne LIDAR.
The AeoLiS model, which simulates aeolian sediment transport and dune morphology, incorporates key parameters such as wind speed and vegetation dynamics. The model’s predictions were calibrated using historical data and validated against observed dune volumes and soil moisture measurements. The authors employed a sensitivity analysis to evaluate the model’s response to variations in hydrological and sediment transport parameters, aiming to identify influential factors affecting model outputs. This comprehensive approach underscores the importance of integrating ecological dynamics and environmental conditions in modeling dune development processes.