Modellen simulerer risikoen for oversvømmelser i byer med et øje for retfærdighed

Planer for afbødning af oversvømmelser langs byfloder gavner ofte nogle kvarterer mere end andre. Forskere og samarbejdspartnere i en tætbefolket oversvømmelsesslette i Californien udviklede en måde at hjælpe planlæggere med at se, hvordan infrastrukturdesign, havniveaustigning og alvorlige storme, der er drevet af klimaændringer, vil påvirke oversvømmelsesrisikoen på lokalt plan.

Stigende have og ekstreme storme, der er drevet af klimaændringer, skaber tilsammen hyppigere og mere alvorlige oversvømmelser i byer langs floder og kyster, og aldrende infrastruktur er dårligt rustet til den nye virkelighed. Men når regeringer og planlæggere forsøger at forberede lokalsamfund på forværrede oversvømmelsesrisici ved at forbedre infrastrukturen, fordeles fordelene ofte uretfærdigt.

En ny modelleringstilgang fra forskere fra Stanford University og University of Florida tilbyder en løsning:en nem måde for planlæggere at simulere fremtidige oversvømmelsesrisici på kvarterniveau under forhold, der forventes at blive almindelige med klimaændringer, såsom ekstreme regnbyger, der falder sammen med højvande ved stigende havniveauer.

Tilgangen, offentliggjort 28. maj i Environmental Research Letters , afslører steder, hvor forhøjet risiko er usynlig med konventionelle modelleringsmetoder designet til at vurdere fremtidige risici baseret på data fra en enkelt tidligere oversvømmelseshændelse.

"At bede disse modeller om at kvantificere fordelingen af ​​risiko langs en flod for forskellige klimascenarier er lidt som at bede en mikrobølgeovn om at tilberede en sofistikeret soufflé. Det kommer bare ikke til at gå godt," siger seniorstudieforfatter Jenny Suckale, en lektor i geofysik på Stanford Doerr School of Sustainability. "Vi ved ikke, hvordan risikoen er fordelt, og vi ser ikke på, hvem der drager fordel af, i hvilken grad."

En historie med ødelæggende oversvømmelser

Den nye undersøgelse blev til gennem samarbejde med regionale planlæggere og beboere i byer ved bugten, herunder East Palo Alto, som står over for stigende oversvømmelsesrisiko fra San Francisco-bugten og fra en byflod, der snor sig langs dens sydøstlige grænse.

Floden, kendt som San Francisquito Creek, bugter sig fra foden over Stanfords campus ned gennem konstruerede kanaler til bugten - dens historiske flodsletter for længe siden udviklede sig til tætbefolkede byer. "Vi bor omkring det, vi kører rundt om det, vi kører over det på broerne," sagde hovedforfatter Katy Serafin, en tidligere postdoktor i Suckales forskningsgruppe.

Floden har en historie med ødelæggende oversvømmelser. Den største, i 1998, oversvømmede 1.700 ejendomme, forårsagede mere end 40 millioner dollars i skader og førte til oprettelsen af ​​et regionalt agentur, der havde til opgave at afbøde fremtidig oversvømmelsesrisiko.

Næsten 20 år efter den historiske oversvømmelse begyndte Suckale at tænke på, hvordan videnskaben kunne informere fremtidige oversvømmelser omkring byfloder som San Francisquito, da hun underviste i et kursus i East Palo Alto med fokus på lighed, robusthed og bæredygtighed i byområder. Udpeget som et kardinalkursus for sin stærke public service-komponent, blev kurset senest udbudt under titlen Shaping the Future of the Bay Area.

Omkring det tidspunkt, hvor Suckale begyndte at undervise i kurset, havde det regionale agentur - kendt som San Francisquito Creek Joint Powers Authority - udviklet planer om at omdesigne en bro for at tillade mere vand at strømme ned under den og forhindre oversvømmelser i byer ved åen. Men East Palo Alto-byens embedsmænd fortalte Suckale og hendes elever, at de var bekymrede over, at planen kunne forværre risikoen for oversvømmelser i nogle kvarterer nedstrøms for broen.

Suckale indså, at hvis de studerende og forskerne kunne bestemme, hvordan det foreslåede design ville påvirke fordelingen af ​​oversvømmelsesrisici langs åen, mens de samarbejdede med agenturet for at forstå dets begrænsninger, så kunne deres resultater vejlede beslutninger om, hvordan man beskytter alle kvarterer. "Det er brugbar videnskab, ikke kun videnskab for videnskabens skyld," sagde hun.

Videnskab, der fører til handling

Joint Powers Authority havde udviklet planen ved hjælp af en oversvømmelsesrisikomodel, der almindeligvis bruges af hydrologer rundt om i verden. Agenturet havde overvejet de bekymringer, som personalet i East Palo Alto havde rejst om nedstrøms oversvømmelsesrisici, men fandt ud af, at standardmodellen ikke kunne underbygge dem.

"Vi ønskede at modellere en bredere vifte af faktorer, der vil bidrage til oversvømmelsesrisikoen i løbet af de næste par årtier i takt med vores klimaændringer," sagde Serafin, der fungerede som mentor for studerende på Cardinal Course og nu er assisterende professor ved University of Florida.

Serafin skabte en algoritme til at simulere millioner af kombinationer af oversvømmelsesfaktorer, herunder havniveaustigning og hyppigere episoder med ekstrem nedbør – en konsekvens af global opvarmning, der allerede mærkes i East Palo Alto og på tværs af Californien.

Serafin og Suckale inkorporerede deres nye algoritme i den meget brugte model til at beregne den statistiske sandsynlighed for, at San Francisquito Creek ville oversvømme forskellige steder langs floden. De overlejrede derefter disse resultater med aggregeret husstandsindkomst og demografiske data og et føderalt indeks over social sårbarhed.

De fandt ud af, at redesignet af opstrømsbroen ville give tilstrækkelig beskyttelse mod en gentagelse af oversvømmelsen i 1998, som engang blev betragtet som en 75-årig oversvømmelse. Men modelleringen afslørede, at det planlagte design ville efterlade hundredvis af lavindkomsthusstande i det østlige Palo Alto udsat for øget risiko for oversvømmelser, da klimaændringer gør engang sjældne alvorlige vejr- og oversvømmelser mere almindelige.

Et gavnligt samarbejde

Da forskerne delte deres resultater med byen East Palo Alto, Joint Powers Authority og andre samfundssamarbejdspartnere i samtaler over flere år, understregede de, at den konventionelle model ikke var forkert - den var bare ikke designet til at besvare spørgsmål om egenkapital.

Resultaterne gav videnskabeligt bevis for at vejlede Joint Powers Authority's infrastrukturplaner, som udvidede til at omfatte opførelse af en permanent oversvømmelsesmur ved siden af ​​åen i East Palo Alto. Agenturet vedtog også en plan om at bygge åens bred op i et særligt lavt område for bedre at beskytte nabohuse og gader.

Ruben Abrica, East Palo Altos valgte repræsentant til Joint Powers Authority bestyrelsen, sagde, at forskere, planlæggere, bypersonale og politikere har et ansvar for at arbejde sammen for at "gennemføre projekter, der ikke bringer nogle mennesker i mere fare end andre."

Resultaterne af Stanford-forskningen viste, hvordan tilsyneladende neutrale modeller, der ignorerer egenkapital, kan føre til ulige fordelinger af risici og fordele. "Forskere er nødt til at blive mere bevidste om virkningen af ​​forskningen, fordi de mennesker, der læser forskningen eller de mennesker, der derefter laver planlægningen, stoler på dem," sagde han.

Serafin og Suckale sagde, at deres arbejde med San Francisquito Creek viser vigtigheden af ​​gensidig respekt og tillid blandt forskere og samfund, der ikke er positioneret som emner, men som aktive bidragydere til skabelsen af ​​viden.

"Vores samarbejdspartnere sørgede for, at vi som videnskabsmænd forstod realiteterne i disse forskellige samfund," sagde Suckale. "Vi træner dem ikke til at være hydrologiske modelbyggere. Vi arbejder sammen med dem for at sikre, at de beslutninger, de træffer, er gennemsigtige og retfærdige for de forskellige involverede samfund."

Den nye tilgang til modellering af oversvømmelsesrisiko kan hjælpe by- og regionale planlæggere med at skabe bedre vurderinger af oversvømmelsesrisiko og undgå at skabe nye uligheder, sagde Suckale. Algoritmen er offentligt tilgængelig, så andre forskere kan tilpasse sig deres placering.