Ученые добавили человеческий фактор в долгосрочные прогнозы наводнений
Ученые Национальной лаборатории Ок-Ридж Министерства энергетики США разработали трехмерную модель для точного прогнозирования долгосрочного риска наводнений. Новая структура моделирования учитывает сложную динамику водных потоков по ландшафту и призвана определить наиболее уязвимые сообщества в условиях изменения климата. Она была создана для оценки климатических рисков и путей смягчения их последствий в городской зоне на побережье юго-восточного Техаса.
Эта модель предоставляет мощный инструмент для городского планирования, давая надежные оценки как частых, так и редких паводковых событий. Она описывает физические процессы превращения осадков в сток, учитывая тип земного покрова, свойства почвы и рельеф местности. Эти элементы, объединенные с данными о плотности населения, дают уникальную картину риска затопления на обширных территориях, например, в речных бассейнах. Исследование подробно описано в Journal of Hydrology.
Модель была разработана для Полевой лаборатории городских исследований юго-восточного Техаса (IFL) — проекта Министерства энергетики, изучающего пути повышения климатической устойчивости региона Бомонт-Порт-Артур. Этот район, где расположены крупнейший в мире нефтеперерабатывающий завод и другие промышленные объекты, уязвим для наводнений и просадки грунта из-за близости к побережью Мексиканского залива. Плотность населения и загрязнение окружающей среды создают дополнительные проблемы для местных властей.
«Эта новая современная модель не только оценивает объем стока при редких событиях, таких как 100-летнее наводнение, но и рассчитывает соответствующую глубину затопления, что позволяет напрямую оценить воздействие на население», — сказал Габриэль Перес, соавтор работы. «Это уникальная структура, которая поможет нам лучше понять, как риск наводнений меняется из-за изменения климата и урбанизации».
В основе модели лежит программное обеспечение Amanzi-ATS — комплексная гидрологическая модель поверхностных и подземных вод, разработанная несколькими национальными лабораториями. Она учитывает подповерхностные потоки, сложную геологию, уникальный рельеф, водную инфраструктуру и изменения в землепользовании. Для бассейна реки Виллидж-Крик площадью 2227 км² ученые смоделировали тысячи паводковых событий с периодом повторяемости до 500 лет, используя данные о населении, почве, часовых данных радарных осадков и измерений стока.
«Моделирование наводнений в масштабах целого речного бассейна с таким уровнем детализации требует огромных вычислительных мощностей», — отметил Перес. Расчеты выполнялись на суперкомпьютере Перлмуттер в Национальном центре суперкомпьютерных приложений для энергетических исследований (NERSC).
В дальнейшем ученые планируют применить новый инструмент к более крупной части региона Бомонт-Порт-Артур. Среди задач — моделирование наводнений в соответствии с различными климатическими прогнозами и сценариями изменения землепользования, а также моделирование сложных наводнений, когда взаимодействуют несколько факторов, таких как штормовые нагоны и речные паводки. Конечная цель — предоставить городским планировщикам инструмент для оценки эффективности различных мер, например, восстановления водно-болотных угодий.