Beskytter flodmundingsbyer mod stigende havniveau

Da klimaforandringerne øger havniveauet, flodmundingsbyer står over for den dobbelte trussel om oversvømmelser og betydelig erosion. Forskning fra et fælles team fra EPFL og UNSW Sydney kaster nyt lys over de hydrodynamiske kræfter, der spiller, og baner vejen for forebyggende strategier.

Næsten 60% af den globale befolkning bor i nærheden af ​​en flodmunding, og listen over flodmundingsbyer indeholder 21 af verdens 30 største bycentre, herunder New York og Tokyo. Blandingen af ​​fersk og saltvand gør flodmundinger - nogle, der strækker sig over hundredvis af miles i længden - forskellige og komplekse økosystemer. De tjener også vigtige sociale og økonomiske funktioner, fra godstransport til rekreation og fiskeri. Flodmundinger kan inddeles i to grundtyper, afhængigt af om indgangen er begrænset (smal) eller ubegrænset (bred). Variationer i sedimentophobning og vandudledning kan også få indgangskanaler til at ændre sig over tid.

Ved slutningen af ​​århundredet, det globale havniveau forventes at være højere end i dag. Den forudsagte stigning - hvor som helst mellem et par dusin centimeter og 2,5 meter eller mere - afhænger af, hvordan tempoet i de globale drivhusgasemissioner bremser, og om hvor hurtigt de indlandsis i Antarktis og Grønland smelter. Men i alle scenarier, stigende havniveau vil markant ændre tidevandshydrodynamik i flodmundinger. Virkningerne af disse ændringer kunne mærkes inde i landet - herunder i de byer, der sidder ved deres kyster. Værst forudsigelser peger på oversvømmelser og øget kyst erosion.

I 2019, EPFL -studerende Steve Hottinger udforskede dette fænomen som en del af hans kandidatprojekt inden for miljøvidenskab og teknik. Siden eksamen, han har taget sit arbejde til det næste niveau, i samarbejde med kolleger fra UNSW Sydney, Australien, at offentliggøre sine resultater i det prestigefyldte Q1 -tidsskrift Estuarine, Kyst- og hyldevidenskab. Hottinger er navngivet som en af ​​papirets hovedforfattere.

Kritiske forhold

Forskerne studerede forskellige fænomener - tidevandsforstærkning, deformation, refleksion og resonans - for at beregne de kritiske forhold mellem kanalstørrelse og risiko for oversvømmelse og kyst erosion. De observerede en bemærkelsesværdig 20-60% reduktion i tidevandsinterval, hvis indgange er begrænset med 80% sammenlignet med ubegrænsede kanaler, og fandt ud af, at selvom maksimal tidevandshastighed er højere i den begrænsede del af kanalen, den er lavere i flodmundingsdelen.

Teamet modellerede 200 prismatiske flodmundinger for at vurdere deres hydrodynamiske reaktion på havstigninger på mellem 0 og 2 meter, efter justering for tidevandsforcer. De indførte en række parametre i modellen, herunder oversvømmelseshastighed, bredde-til-længde-forhold, indgangsbegrænsning, tidevandsamplitude og strømhastighed, og vanddybde. For hver flodmunding blev modellen kørt i 60 dage, hvor forskerne foretager tusindvis af målinger hvert 15. minut for at producere et rigt datasæt.

Afværge katastrofe

Teamets resultater tyder på, at for nogle byer, begrænsning af flodmundingsindgange vil være nødvendig for at afværge katastrofe inden 2100. Deres model kan give indsigt i, hvor og hvilken handling der er nødvendig. "Vi kan helt sikkert se virkelige anvendelser af vores model uden for laboratoriet, "siger Giovanni De Cesare, den operationelle direktør for EPFL's platform for hydrauliske konstruktioner, der havde tilsyn med Hottinger's Master-projekt og er en af ​​papirets medforfattere.

De Cesare forestiller sig også andre praktiske anvendelser af modellen. "Vi kunne undersøge, om der skulle installeres et tidevandskraftværk i en flodmunding for at generere vedvarende elektricitet, "foreslår han." Men vi bliver nødt til at undersøge hver enkelt sag på grund og se på de større sociale og miljømæssige konsekvenser. "Teamet planlægger at køre modellen igen, denne gang medregner virkningen af ​​flodstrømningshastighed.