Sustainable protection of rapidly subsiding coastlines with mangroves

Vulnerable coastlines 

Unfortunately, precisely in these rural densely populated Asian regions, mangroves have in the past been cleared to free up land for other uses such as aquaculture. This has made these coasts vulnerable to rapid erosion. Restoring mangroves seems a logical solution to reverse this process and protect these densely populated coastlines. However, this requires understanding if mangroves can cope with extreme rates of relative sea level rises, as experienced in these subsiding areas.

Since 2015 NIOZ researcher Celine van Bijsterveldt visited Indonesia regularly during her studies and her Phd. “I saw how much the people suffered from coastal erosion and frequent inundation,” Van Bijsterveldt says. “To be able to answer if mangroves can help, I started with obtaining reliable measurements of the subsidence rate. This is extremely complicated if you work so remote.”

Local land subsidence causes high relative sea level rise 

“Typically, measuring subsidence requires expensive complicated equipment,“ says Van Bijsterveldt. “As such instruments are lacking in these remote areas, we developed two novel and low-cost methods to approximate relative sea-level rise. In the mangroves we measured the sea level rise by simple pressure gages, that are normally used to measure tides. And in the village we analyzed how often people increased the height of the floor and the roof of their houses. Doing so we demonstrate how 20 km of rural coastline and its vegetated foreshore, neighboring a rapidly subsiding city, were experiencing alarming rate of sea level rise.” Surprisingly, villages experienced much higher rates of sea level rise than mangrove forests, with dramatic consequences for local communities.

Two ways local communities ‘cope’ with high relative sea level rise

“By interviews, we learned that local communities may respond in two ways to the experienced sea level rise: fight (keep the water out by raising the house) or flight (move further land inward or elsewhere)” says Van Bijsterveldt. Flood-prone coastal communities may not always be able to move to higher grounds. Financial and/or social limitations, such as landownership and income source (for instance fisheries) may bind families to the coast.

Nature-based solutions make mangrove restoration possible

Mangroves offer coastal protection by preventing coastal erosion and attenuating waves moving to the coast. Such protection will however only work if there is enough mangrove forest to do the job. Van Bijsterveldt's research discovered that mature mangroves showcased an extreme high level of tolerance to subsidence and the resulting ‘experienced’ rapid sea level rise.

But an adequate supply of sediment needs to be available along the shore. “Unfortunately, the latter is not the case near Semarang” says professor Helmi from Diponegoro University.  “But this finding is very promising for many less fast subsiding rural areas along muddy coast, as we can find in Indonesia and many other places around the world”. 

Outlook for strongly subsiding areas

Overall, present study highlights the urgency of addressing land subsidence as a critical factor influencing coastal vulnerability. In areas where the experienced relative sea level rise caused by subsidence is not compensated by sufficient sediment supply, the mangroves' ability to stabilize the coastline will deteriorate. This will result in the gradual inland migration of the mangrove forest. Rural communities are left with little choice but to also retreat landward. In this respect, the present study offers a future perspective on the fate of global coastal communities under accelerated global sea level rise. 

“This study provides a glimpse into the future for poor rural areas on the coast struggling with experienced accelerated sea level rise due to subsidence” says professor Helmi from Diponegoro University. “By showing the intricate dynamics between mangroves and their environment, Van Bijsterveldt’s findings contribute to develop effective strategies for mitigating the impacts of these pressing issues.” 

International and interdisciplinary collaboration

“This glimpse in the future has only been possible because of the unique international and interdisciplinary collaboration” says professor Tjeerd Bouma from NIOZ and Utrecht University. “Only by bringing together ecologists, coastal physicists and sociologists from Indonesia and the Netherlands, it was possible to get an integrated perspective on the whole coast. We are also grateful for the active support of NGO’s and companies willing to invest in development of critical knowledge for climate proofing our coasts.”

This research project is part of a collaboration of the Royal Netherlands Institute for Sea Research (NIOZ), Utrecht University, Wageningen University, Deltares, TU Delft, Wetlands International and the Indonesian Diponegoro University. The research was financed by NWO-domain Applied and Engineering Sciences (project# 14753), and co-financed by Boskalis Dredging and Marine experts, Van Oord Dredging and Marine Contractors bv, Deltares, Witteveen & Bos and Wetlands International.

Duurzaam beschermen van snel verzakkende kustlijnen met mangroven

Langs de Aziatische kusten zijn er veel gebieden waar plattelandsgemeenschappen te maken hebben met een alarmerende stijging van de zeespiegel door bodemdaling tot wel 10 cm per jaar. Dit zorgt voor enorme uitdagingen ten aanzien van de leefomstandigheden en de bescherming van deze kusten. Een Nederlands-Indonesisch team van wetenschappers onderzocht samen de mogelijkheden en beperkingen van mangroveherstel als kosteneffectieve en duurzame oplossing voor kustbescherming in snel verzakkende gebieden. Ze hebben hun bevindingen gepubliceerd in Nature Sustainability.

Kwetsbare kustlijnen

Helaas zijn mangroves in het verleden juist in deze dichtbevolkte Aziatische plattelandsgebieden gekapt om land vrij te maken voor andere doeleinden, zoals aquacultuur. Dit heeft deze kusten kwetsbaar gemaakt voor snelle erosie. Herstel van mangroven lijkt een logische oplossing om dit proces om te keren en deze dichtbevolkte kusten te beschermen. Hiervoor is echter inzicht nodig in de vraag of mangroven extreme stijgingen van de relatieve zeespiegel aankunnen, zoals in deze verzakkende gebieden.

Sinds 2015 bezocht NIOZ-onderzoeker Celine van Bijsterveldt tijdens haar studie en promotie Indonesië regelmatig. "Ik zag hoezeer de mensen leden onder kusterosie en frequente overstromingen," zegt Van Bijsterveldt. "Om antwoord te kunnen geven op de vraag of mangroven kunnen helpen, begon ik met het verkrijgen van betrouwbare metingen van de bodemdalingssnelheid. Dat is ontzettend ingewikkeld als je zo afgelegen werkt."

Lokale bodemdaling veroorzaakt hoge relatieve zeespiegelstijging

"Voor het meten van bodemdaling is meestal dure, ingewikkelde apparatuur nodig," zegt Van Bijsterveldt. "Omdat dergelijke instrumenten in deze afgelegen gebieden ontbreken, hebben we twee nieuwe en goedkope methoden ontwikkeld om de relatieve zeespiegelstijging te kunnen bepalen. In de mangroven hebben we de zeespiegelstijging gemeten met eenvoudige drukmeters, die normaal worden gebruikt om getijden te meten. En in het dorp analyseerden we hoe vaak mensen de hoogte van de vloer en het dak van hun huizen verhoogden. Zo toonden we aan hoe 20 km landelijke kustlijn en de begroeide vooroever, in de buurt van een snel verzakkende stad, een alarmerende snelheid van zeespiegelstijging doormaakten." Verrassend genoeg ondervonden dorpjes een veel grotere stijging van de zeespiegel dan mangrovebossen, met dramatische gevolgen voor lokale gemeenschappen.

Twee manieren waarop lokale gemeenschappen 'omgaan' met een hoge relatieve zeespiegelstijging

"Door interviews leerden we dat lokale gemeenschappen op twee manieren kunnen reageren op de ervaren zeespiegelstijging: vechten (het water buiten houden door het huis te verhogen) of vluchten (verder landinwaarts of naar elders verplaatsen)" zegt Van Bijsterveldt. Overstromingsgevoelige kustgemeenschappen kunnen niet altijd naar hoger gelegen gronden verhuizen. Er zijn financiële en/of sociale beperkingen, zoals grondbezit en inkomstenbronnen (bijvoorbeeld visserij) die families aan de kust kunnen binden.

Op de natuur gebaseerde oplossingen maken mangroveherstel mogelijk

Mangroven bieden bescherming aan de kust door kusterosie te voorkomen en golven die op de kust afkomen te dempen. Deze bescherming werkt echter alleen als er voldoende mangrovebos is om dit werk te doen. Het onderzoek van Van Bijsterveldt toonde aan dat volwassen mangroven een extreem hoge mate van tolerantie vertoonden voor bodemdaling en de daaruit 'ervaren' snelle zeespiegelstijging.

Maar dan moet er wel voldoende sediment langs de kust beschikbaar zijn. "Helaas is dat laatste bij Semarang niet het geval", zegt professor Helmi van de Diponegoro Universiteit.  "Maar deze bevinding is veelbelovend voor veel plattelandsgebieden langs modderige kusten die minder snel dalen, zoals we kunnen vinden in Indonesië en op veel andere plaatsen in de wereld."

Verwachtingen voor sterk verzakkende gebieden

Deze studie benadrukt de urgentie van het aanpakken van bodemdaling als een kritieke factor die de kwetsbaarheid van kustgebieden beïnvloedt. In gebieden waar de ervaren relatieve zeespiegelstijging als gevolg van bodemdaling niet wordt gecompenseerd door voldoende aanvoer van sediment, zullen de mogelijkheden van de mangroven om de kustlijn te stabiliseren afnemen. Het gevolg is een geleidelijke landinwaartse migratie van het mangrovebos. Plattelandsgemeenschappen hebben dan weinig andere keuze dan zich ook landinwaarts terug te trekken. In dit opzicht biedt deze studie een toekomstperspectief voor de wereldwijde kustgemeenschappen bij een versnelde wereldwijde zeespiegelstijging.

"Deze studie biedt een blik in de toekomst voor arme plattelandsgebieden aan de kust die worstelen met de ervaren versnelde zeespiegelstijging als gevolg van bodemdaling", zegt professor Helmi van de Diponegoro Universiteit. "Door de ingewikkelde dynamiek tussen mangroven en hun omgeving te tonen, dragen de bevindingen van Van Bijsterveldt bij aan het ontwikkelen van effectieve strategieën om de gevolgen van deze urgente problemen te verzachten."

Internationale en interdisciplinaire samenwerking

"Deze blik in de toekomst is alleen mogelijk geweest door de unieke internationale en interdisciplinaire samenwerking" zegt professor Tjeerd Bouma van het NIOZ en de Universiteit Utrecht. "Alleen door ecologen, kustfysici en sociologen uit Indonesië en Nederland samen te brengen, was het mogelijk om een geïntegreerd perspectief op de hele kust te krijgen. We zijn ook dankbaar voor de actieve steun van NGO's en bedrijven die bereid zijn om te investeren in de ontwikkeling van cruciale kennis voor het klimaatbestendig maken van onze kusten."

Dit onderzoeksproject is onderdeel van een samenwerking van het Koninklijk Nederlands Instituut voor Onderzoek der Zee (NIOZ), Universiteit Utrecht, Wageningen Universiteit, Deltares, TU Delft, Wetlands International en de Indonesische Diponegoro Universiteit. Het onderzoek is gefinancierd door NWO-domein Applied and Engineering Sciences (project# 14753), en medegefinancierd door Boskalis Dredging and Marine experts, Van Oord Dredging and Marine Contractors bv, Deltares, Witteveen & Bos en Wetlands International.