Original paper

Monitoring annual changes of the coastal sedimentary budget in western budget Greece by terrestrial laser scanning terrestrial scanning

Hoffmeister, Dirk; Tilly, Nora; Curdt, Constanze; Ntageretzis, Konstantin; Bareth, Georg; Vött, Andreas

Abstract

In this paper, we present annual changes of the sedimentary budget of seven selected sites on the Ionian Islands and the western Peloponnese (Greece), which were determined by annual terrestrial laser scanning (TLS) during the years 2009 to 2011. A Riegl LMS-Z420 i laser scanner was used in combination with a DGPS. In each study area, the base station of the DGPS was set up at the same marked position every year. The main objective of the study was to detect changes in the sedimentary budget of selected coastal sites that may occur from winter storms. At two study sites, high-energy dislocated boulders were additionally mapped and measured using the TLS method. Volume and mass data obtained for each dislocated boulder were used in tsunami wave transport equations in order to estimate minimum wave heights and wave velocities required for dislocation. These results were compared with maximum storm wave heights, measured by neighbouring buoys. Generally, the method worked well, but difficulties occurred in areas with a high surface roughness resulting in occlusion phenomena in the point clouds. In addition, small deviations in the position and set-up of the laser scanner led to slight differences. However, all TLS data were visually controlled by means of the pictures of a digital camera mounted on top of the TLS system and by a direct point cloud comparison. At two sites extensive changes in the littoral system were detected. These changes were due to the rearrangement of available sediment by littoral drift or smaller storm events. For all other sites, only minor, punctual changes were found. High-energy dislocated boulders showed no movement during the monitoring period. Thus, it is assumed that they were been transported inland by extreme events, which were stronger than the average coastal dynamics between 2009 and 2011. Both the orientation and the spatial distribution pattern of the dislocated boulders match with observations of boulders dislocated by tsunami impact. One smaller boulder encountered at the seaward edge of a boulder area seems to have been dislocated shortly before the monitoring campaign, presumably by strong winter storms during the 2008/2009 winter season.

Kurzfassung

In diesem Beitrag werden jährliche Veränderungen der Sedimentbilanz an sieben ausgewählten Standorten auf den Ionischen Inseln und der Peloponnes (Griechenland) gezeigt, die durch terrestrisches Laserscanning zwischen 2009 und 2011 gemessen wurden. Hierfür wurde der Riegl LMS-Z420 i Laserscanner in Kombination mit einem DGPS verwendet. An jedem Standort wurde die DGPS-Basis über einem gleichen, markierten Punkt aufgebaut. Ziel ist es, die Änderungen, die durch Winterstürme zustande kommen können zu bestimmen. An zwei dieser Standorte finden sich zusätzlich Großklasten, die landwärtig verlagert wurden. Diese wurden kartiert, rekonstruiert, und es wurden Parameter bestimmt um mittels Gleichungen die notwendige Tsunami-Mindestwellenhöhe und -geschwindigkeit zur Verlagerung zu bestimmen. Zum Vergleich wurden maximale Sturmwellenhöhen naheliegender Bojen hinzugezogen. Die Methodik, besonders die Kombination mit dem DGPS, hat sich bewährt, jedoch bestehen Schwierigkeiten in Bereichen mit starker Zerklüftung und durch leichte Veränderungen der Position des Laserscanners, was in einer ungleichen Punktwolkendichte resultiert. Diese Bereiche zeigen nicht vorhandene Veränderungen. Alle Daten wurden mittels der Fotos einer montierten Kamera und einem direkten Punktwolkenvergleich überprüft. Generell sind nur wenige, punktuelle Veränderungen detektierbar, abgesehen von stärkeren, flächigen Veränderungen an zwei Stränden. Diese Änderungen sind die Folge von Sedimentumlagerungen durch normale littorale Prozesse und kleinerer Winterstürme. Die beobachteten Blöcke zeigen keine Veränderungen. Daraus lässt sich schließen, dass ein größeres Ereignis diese bewegt haben muss. Ihre Lage und Ausrichtung passt zu Beobachtungen von tsunamigen verlagerten Blöcken. Allerdings bildet ein Block eine Ausnahme, der in den starken Winterstürmen 2008/2009 vor Beginn der Untersuchungen verlagert worden zu sein scheint.

Keywords

coastal geomorphologycoastal monitoringhigh-energy dislocated boulderssedimentary budgetterrestrial laser scanningtsunami wave transport equations