Forskeres innovative oversvømmelseskortlægning hjælper embedsmænd i vand- og beredskabshåndtering

Da Jude Kastens udviklede en ny model for kortlægning af flodsletter for mere end ti år siden som en del af sin doktorafhandling ved University of Kansas, han havde til formål at løse et kritisk informationsgab, der ofte hindrede embedsmænd under større oversvømmelser:manglen på realtid, bredområde forudsigelser for oversvømmelsesvandets udbredelse og dybde.

Pålidelig, detaljerede skøn over oversvømmelser er afgørende for, at beredskabsledere kan have tilstrækkelig situationsbevidsthed til hurtigt at få de rigtige ressourcer og informationer til oversvømmelsesramte samfund. I 2007 alvorlige oversvømmelser i det sydøstlige Kansas satte fokus på manglen på rettidig, pålidelige fremskrivninger for spredning af oversvømmelser.

Med kraftig regn i foråret (maj 2019 var den vådeste måned nogensinde registreret i Kansas), embedsmænd ved Kansas Water Office og Kansas Division of Emergency Management arbejdede med Kastens, nu KU-lektor ved Kansas Applied Remote Sensing Program ved Kansas Biological Survey, for at få en mere præcis læsning om, hvor oversvømmelser kan stige til, baseret på hans tilgang til at integrere data fra højdekort, vandløbsmålere og prognoser fra National Weather Service-flodstadie.

"Jeg arbejdede med Kansas Water Office i maj, sagde Kastens. Jorden var mættet, og reservoirerne blev fulde, og med meget mere regn i vejrudsigten, store oversvømmelser i det centrale og østlige Kansas så ud til at være nært forestående. For nogle år siden havde vi udviklet dette oversvømmelsesbibliotek stort set i samarbejde med Water Office og Kansas GIS Policy Board, men vi havde aldrig haft mulighed for at gennemgå det i realtid. Det var baseret på den tilgang, jeg udviklede til min afhandling, og vi havde oversvømmelsesbiblioteker i den større østlige halvdel af Kansas, baseret på det målte strømnetværk. For eksempel, hvis du kører syd for Lawrence på Highway 59, du vil se en USGS-strømmålerboks ved broen over Wakarusa-floden. Der er omkring 200 målere i Kansas, der indsamler information om streaming i realtid, og i tider med oversvømmelser, National Weather Service giver etapeprognoser flere dage ude for mange af disse. Vi kan tage disse data og kortlægge estimerede nuværende eller fremtidige oversvømmelser, mellem målere eller omkring en."

Kastens' model (kaldet FLDPLN, eller "Floodplain") kortlægger potentiel oversvømmelse som en funktion af scenehøjden ved hjælp af grundlæggende hydrologiske principper og gitterhøjdedata. Fordi tilgangen kræver så få input og lidt supervision, det har betydelige fordele til kortlægning i realtid i forhold til eksisterende metoder såsom de mere præcise, men mere komplicerede hydrodynamiske modeller, som FEMA bruger til at kortlægge 100-årige flodsletter.

At arbejde med Kansas embedsmænd, da historiske nedbørsmængder i 2019 truede flere områder af Kansas med oversvømmelser, kortlægningsindsatsen var fokuseret på tre kritiske steder.

"Vi modellerede Neosho-floden syd for John Redmond Reservoir i Coffey County ned til Oklahoma, hvilket er omkring en strækning på 100 miles, " sagde Kastens. "Vi modellerede også Neosho- og Cottonwood-floderne over John Redmond, centreret omkring Emporia tæt på hvor de to floder mødes i Lyon County. Det tredje område var omkring Salina, hvor oversvømmelser langs Saline River og Mulberry Creek nærmede sig historiske niveauer."

Da John Redmond Reservoir lige over Burlington ved Neosho-floden var næsten opbrugt, og Army Corps of Engineers planlagde frigivelsen af ​​store mængder vand, Kastens' indsats hjalp med at informere lokale ledere om det potentielle oversvømmelsesomfang - og de delte hans oversvømmelseskort med offentligheden.

"Ved brug af forventet udskrivning og sceneinformation fra korpset, vi modellerede Neosho River oversvømmelser ved Burlington og ned gennem resten af ​​Coffey County, " sagde Kastens. "John Redmond blev bygget af korpset i begyndelsen af ​​1960'erne for at sørge for oversvømmelseskontrol langs Neosho, men oversvømmelsesbassinet i reservoiret havde nået sin kapacitet og skulle have frigivet et vist tryk for at undgå at kompromittere dæmningen. Med Neosho'en allerede høj, Byens ledere og kommissærer var meget bekymrede over, hvor slemt det ville blive, fordi hærkorpset skulle begynde at slippe en meget stor mængde vand ud af reservoiret. Jeg lavede nogle kort ved hjælp af Corps-projektioner leveret af Kansas Water Office og også af Coffey County GIS-koordinator, Cara Mays. Det hjalp meget, at Cara for nylig afsluttede sin kandidatafhandling på KU ved hjælp af FLDPLN-modellen til at simulere den historiske oversvømmelse i 1951 i Burlington, så hun var godt klar over dets muligheder."

Fremadrettet, Kastens - der gjorde meget af dette arbejde i sin fritid om aftenen og weekenden som en offentlig tjeneste - håber at kunne automatisere opgaven med at generere oversvømmelseskort for at mindske arbejdsbyrden, når vandløb og floder truer med at vælte over deres bredder.

"Med mine øvrige forpligtelser i KBS, der var brug for en stor indsats uden for uret for at se dette igennem, " sagde han. "Tid er af afgørende betydning under store oversvømmelser. Vi er nødt til at udvikle softwareværktøjer til at hjælpe med at automatisere kortlægningsprocessen og videregive den til disse andre bureauer, så de har friheden til at kortlægge, hvilke scenarier de ønsker. Jeg synes, vores arbejde i maj viste værdien af ​​vores kortlægningstilgang, og forhåbentlig kan vi samle et projekt for at hjælpe os videre med automatiseringen. Så, når den næste oversvømmelse rammer, beredskabspersonale kan bare køre modellerne, som de finder passende. Det er sådan, vi altid har forestillet os denne ting - vi konstruerer oversvømmelsesbibliotekerne, så andre kan bruge dem under oversvømmelser eller simuleringer."

Kastens' nye tilgang til kortlægning af oversvømmelser har vist sig at være sådan en forbedring, for nylig har han arbejdet med et privat firma for at kommercialisere teknologien og levere tjenester uden for Kansas til embedsmænd og enheder med ejendom i oversvømmelsestruede områder.

"I 2015 vi indgik en aftale med Riverside Technology Inc. baseret i Fort Collins, Colorado, arbejder gennem KU Center for Teknologi Kommercialisering for at forsøge at kommercialisere det her, " sagde Kastens. "De lavede deres hjemmearbejde og markedsundersøgelser og så en reel mulighed for at udvikle oversvømmelseskortlægningsløsninger bygget omkring vores oversvømmelsesbiblioteker. Vores kontrakt med Riverside udløber næste år, så vi må bare se hvad der sker efter det. Vi sørgede for at udskille Kansas fra aftalen, som giver os friheden til at yde direkte assistance under oversvømmelser, som vi gjorde i maj."

Kastens sammenligner de projicerede oversvømmelseskort med forudsagte stormspor eller tornadoovervågnings- eller advarselskort.

"De er aldrig helt nøjagtige, men det er heller ikke mere sofistikerede modeller. Ikke to oversvømmelser er ens, and a lot of resources are being expended in the public and private sectors to do what we are already capable of doing cheaply and efficiently right now here in Kansas."