Moderne computerkraft kan hjælpe med at afbøde fremtidige oversvømmelseskatastrofer

I februar 2017 Californiens Oroville Dam fik national opmærksomhed som en snævert afværget oversvømmelseskatastrofe. Et årti tidligere – i juni 2008 – var det Wisconsins tur:I nærheden af ​​den populære turistby Wisconsin Dells, overdreven nedbør eroderede motorvejen, der udgjorde en del af Lake Delton Dam, resulterede i en voldsom udvaskning i Wisconsin-floden 40 fod under. Det fejede tre hjem væk, ødelagde to andre, og efterlod søen drænet i flere måneder.

På University of Wisconsin-Madison, disse og mange andre eksempler motiverer civil- og miljøteknisk adjunkt Daniel Wright til at hjælpe med at forbedre landets oversvømmelsesrisikoberedskab.

"Mange af de 80, 000 dæmninger i vores land, især de 90 procent, der er klassificeret som mindre, har lignende strukturelle problemer som Oroville-dæmningen, " siger Wright. "Vi ved, at det kun er et spørgsmål om tid, før en stor nedbør vil overvælde den næste - men desværre, dette problem har endnu ikke fået tilstrækkelig opmærksomhed."

Wright håber at ændre det med den passende navngivne RainyDay-software:et planlægningsværktøj, han og hans kolleger udviklede og udgav, i april 2017, i tidsskriftet Environmental Modeling &Software.

Udstyret med omkring to årtiers tidligere nedbørs- og landdækningsinformation fra moderne satellitter og vejrradarsystemer, softwaren bruger computersimulering til at forudsige sandsynligheden for, at et område af interesse vil blive ramt af en større oversvømmelse i de næste par årtier. Disse langsigtede forudsigelser - gjort mulige af kraftfulde processorer i UW-Madison Center for High Throughput Computing - er mere nøjagtige end traditionelle beregninger af oversvømmelsessandsynligheder, der er afhængige af forenklede antagelser, såsom et konstant klima og manglende arealanvendelse ændrer sig over tid.

"RainyDay-softwaren gør et bedre stykke arbejde med at tage højde for den kaotiske og komplekse karakter af nedbør i oversvømmelsesforudsigelsesmodeller, " Wright forklarer. "Dette er især vigtigt for byområder, der vil opleve den største ændring i oversvømmelsesfrekvenser, mest fordi fortsat byudvikling vil øge uigennemtrængelige overflader, hvilket fører til meget større afstrømning af regnvand under en stor storm. "

Mens den matematiske teknik implementeret i softwaren blev foreslået i 1960'erne, Wright siger, at dets fulde potentiale ikke kunne låses op, før nok satellit- og vejrradardata var blevet indsamlet, en proces, der for alvor begyndte i slutningen af ​​1990'erne hos NASA, NOAA, og andre offentlige myndigheder rundt om i verden. Nu, rigdommen af ​​disse data erstatter antagelsen om, at nedbør er ensartet fordelt over et helt vandskel, eller i en by, hvis byggede omgivelser, pumpestationer og afløbsinfrastruktur ændrer sig over tid.

Da satellitdata er globalt tilgængelige, RainyDay kan også bruges i udviklingslande, der ofte mangler omfattende jordbaserede vejrradarer og andre observationssystemer.

Wright har allerede nået ud til flere partnere, for hvem RainyDay kan være et nyttigt langsigtet planlægningsværktøj. På føderalt plan, de omfatter Army Corps of Engineers og U.S. Bureau of Reclamation, anklaget for at reducere skader fra naturkatastrofer ved at styre store dæmninger og anden oversvømmelseskontrolinfrastruktur; på lokalt plan, han undersøger mulige samarbejder med Milwaukee Metropolitan Sewerage District, som ejer flere hundrede miles af stormkloakker og bygger en stor lager- og transporttunnel for at afbøde oversvømmelser i Wisconsins største by.

Wright bemærker, at forbedrede vejrudsigtsmetoder og moderne kommunikationsformer - smartphones, internet, og sociale medier – har gjort det meget mindre sandsynligt, at en katastrofe så ødelæggende som den store Mississippi-flod i 1927 finder sted i dag. Påvirker et område 45 gange størrelsen af ​​Houston og mere end 630, 000 mennesker i Arkansas, Mississippi og Louisiana, det var den mest ødelæggende flodoversvømmelse i amerikansk historie.

Men det betyder ikke, at vi skal sidde ledige, især da risikostyring af oversvømmelser er en af ​​de mest omkostningseffektive strategier til at forberede byer på fremtiden, siger Wright.

Reducerer en bys risiko for jordskælvsskader, for eksempel, kræver ofte en eller anden form for indgreb for næsten alle bygninger i byen. Eksisterende strukturer skal eftermonteres, og fremtidige bygninger skal følge højere byggestandarder.

"Men vi kan bygge en oversvømmelsesmur eller pumpestation for at beskytte et helt kvarter mod regn-drevne farer, med stordriftsfordele, der reducerer prisen pr. bygning, " Wright forklarer. "Ved at udnytte nutidens computerkraft til bedre at forudsige disse farer for et område af interesse, værktøjer som RainyDay kan hjælpe med at træffe de mest omkostningseffektive beslutninger om ny eller eksisterende oversvømmelseskontrolinfrastruktur."