25 اکتبر 2024 -توسط دانشگاه ویرجینیا -جزر و مد بالا پس از چند روز بارندگی به نورفولک می رود. اعتبار: آیلین دولین، ویرجینیا سی گرانت، CC BY-ND 2.0.
در سرتاسر آمریکا، زیرساخت‌های ساخته شده برای مدیریت جریان‌های اوج طوفان از نهرها و رودخانه‌ها با این فرض مهندسی شده‌اند که میانگین بارندگی در طول زمان ثابت می‌ماند. همانطور که رویدادهای آب و هوایی شدید بیشتر می شوند، این سیستم ها ممکن است دچار مشکل شوند.
محققان دانشگاه ویرجینیا که مطالعه اخیرشان به بررسی چگونگی تشدید بارندگی و معنی آن برای جاده‌ها، پل‌ها و سیستم‌های مدیریت آب توسط تغییرات آب و هوایی می‌پردازد، می‌گویند که لزومی ندارد. این تحقیق که از روش‌های پیشرفته مدل‌سازی کامپیوتری هیدرودینامیکی استفاده می‌کند، ابزارهای حیاتی جدیدی را برای کمک به مهندسان برای تطبیق زیرساخت‌ها برای این شرایط در حال تغییر فراهم می‌کند.
همچنین با نگاهی خاص به چگونگی تأثیرات ناشی از تغییرات آب و هوایی در افزایش بارندگی و جریان رودخانه در حوضه های آبخیز با اندازه های مختلف، به یک منطقه مورد مطالعه پرداخته می شود. به عنوان مثال، منطقه ای که به رودخانه ریوانا ویرجینیا می ریزد – حدود 750 مایل مربع – در مقایسه با یکی از تغذیه کننده های آن، Moore’s Creek، با حوضه آبریز فقط 35 مایل مربع، چگونه خواهد بود؟
جاناتان گودال، استاد دپارتمان مهندسی عمران و محیط زیست گفت: با توسعه مدل هایی که تغییرات آب و هوایی را به آسیب پذیری زیرساخت ها متصل می کند، امیدواریم راه حل های عملی برای زیرساخت های انعطاف پذیر ارائه دهیم.
این تیم به رهبری دکترای سابق گودال. مشاور محمد ام. مرسی که اکنون دانشیار دانشگاه قاهره در مصر است، یافته‌های خود را در مجله مهندسی هیدرولوژیکی در مقاله‌ای با عنوان «کمی‌سازی تأثیر تغییرات آب‌وهوایی بر دبی اوج جریان برای حوزه‌های آبخیز با اندازه‌های مختلف در دشت ساحلی» منتشر کرد.
محققان بر روی دشت ساحلی ویرجینیا به عنوان یک مورد آزمایشی تمرکز کردند. این مطالعه نشان داد که حوضه های آبخیز کوچکتر به ویژه در برابر تغییرات آب و هوایی آسیب پذیر هستند و افزایش شدیدتری در جریان اوج جریان را تجربه می کنند. با زمین کمتری برای جذب باران، آب با سرعت بیشتری به نهرها سرازیر می شود و باعث افزایش جریان آب می شود.
در مقابل، حوضه‌های آبخیز بزرگ‌تر، «اثر میرایی» دارند و درصد افزایش جریان جریان با افزایش اندازه حوضه کاهش می‌یابد. با این حال، خطر کلی سیل همچنان افزایش خواهد یافت، به ویژه در بدترین سناریوی آب و هوایی که محققان در مدل‌های کامپیوتری خود استفاده کردند. در این بدترین حالت، انتشار گازهای گلخانه ای به میزان قابل توجهی افزایش می یابد که منجر به گرم شدن شدید زمین و آب و هوای شدیدتر می شود.
گودال گفت: «تأثیر بر حوزه‌های آبخیز کوچکتر قابل توجه است و بر نیاز به بازنگری در طرح‌های زیرساختی ما تأکید می‌کند. آنچه که ما دریافتیم این است که تغییرات آب و هوایی ممکن است بسته به سناریو تا سال 2085 باعث افزایش 10 تا 40 درصدی شدت بارندگی شود. مهندسان باید این تغییرات را در محاسبات خود برای پل‌ها، پل‌ها و سایر سازه‌های هیدرولیکی بگنجانند.
“دیگر اختیاری نیست”
این مطالعه پیش بینی های بارندگی آینده را در 29 ایستگاه هواشناسی در این ایالت تجزیه و تحلیل کرد. سپس آنها از مدل هیدرودینامیکی جریان ناپایدار دو بعدی، معروف به TUFLOW، که جریان آب را بر روی مناظر شبیه سازی می کند، برای ارزیابی شرایط آینده در دشت ساحلی ویرجینیا استفاده کردند. این شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای، که معمولاً در مدیریت سیل استفاده می‌شوند، نشان می‌دهند که آب در طول رویدادهای شدید آب و هوایی چگونه حرکت می‌کند.
در سناریوهای آب و هوایی متوسط تا شدید، افزایش شدت بارندگی بین 10 تا 30 درصد تا سال 2045 و 10 تا 40 درصد تا سال 2085 متغیر بود.
یکی از پیشرفت‌های کلیدی این تحقیق، توسعه معادلات رگرسیون جدید، فرمول‌های ریاضی است که اوج جریان را بر اساس اندازه حوضه، پیش‌بینی‌های بارش آینده و سناریوهای اقلیمی تخمین می‌زند.
گودال گفت: “این به تصمیم گیرندگان کمک می کند تا ارتقای زیرساخت ها را در اولویت قرار دهند و اطمینان حاصل کنند که پروژه های جدید در برابر تغییرات آب و هوایی مقاوم هستند.”
این کار همچنین بر اهمیت برنامه ریزی آینده تأکید کرد.
گودال گفت: «این مطالعه نشان می دهد که سازگاری با تغییرات آب و هوایی دیگر اختیاری نیست. “این بینش ها به ویژه برای مهندسان و سیاست گذاران مسئول زیرساخت های حیاتی در مناطق ساحلی، جایی که خطر سیل در آن بالا است، مهم خواهد بود.”
