Under orkanen Katrina och andra svåra stormar som har drabbat New Orleans, strömavbrott, översvämningar och vindskador kombinerade för att stänga av människor från rent dricksvatten, mat, Sjukvård, skydd, recept och andra viktiga tjänster.

I ett årslångt projekt, forskare vid Sandia och Los Alamos nationella laboratorier samarbetade med staden New Orleans för att analysera sätt att öka samhällets motståndskraft och förbättra tillgången på kritiska livlinatjänster under och efter hårt väder.

Teamet använde historiska orkanscenarier för att modellera hur stormar orsakar lokala översvämningar, störa det elektriska systemet och stänga av delar av samhället från livlina. Sandia-forskare utvecklade sedan ett verktyg för att analysera och identifiera befintliga kluster av företag och samhällsresurser i områden som är mindre utsatta för översvämning – som bensinstationer, livsmedelsbutiker och apotek som skulle kunna utrustas med mikronät för att öka motståndskraften.

Ett mikronät är ett område med härdad elektrisk infrastruktur som förbinder flera byggnader genom ett system med lokaliserad kraftgenerering och automatisk kontroll, säkerställa tillgång till el för dessa byggnader även om huvuddelen av en stads elnät går ner. Sandia kallar dessa mikronätsnav för "resiliensnoder" eftersom de förbättrar tillgängligheten av viktiga tjänster för närliggande grannar genom att möjliggöra förbättrad anpassning, reaktion och återhämtning från störningar i elnätet.

"Jag skulle säga att i en stor majoritet av fallen, haveriet i tillhandahållandet av tjänster under och efter hårt väder kan spåras tillbaka till lokala översvämningar och en förlust av elkraft, "Robert Jeffers, en systemforskare från Sandia, sa. "När du kommer på hur du håller strömmen på, du aktiverar också alla andra tjänster som faciliteterna kan tillhandahålla."

Staden New Orleans primära mål för samhällelig motståndskraft, föremål för en stor stormhändelse, är att på ett säkert sätt förse medborgarna med kritiska infrastrukturtjänster så snabbt och tillförlitligt som möjligt. Antalet personer utan tillgång till livlinetjänster blev det resiliensmått som forskargruppen använde för att utvärdera potentiella förbättringar av nätresiliens.

Projektet finansierades av Department of Energy's Grid Modernization Laboratory Consortium. GMLC etablerades som ett strategiskt partnerskap mellan DOE och de nationella laboratorierna för att sammanföra ledande experter, teknologier, och resurser för att samarbeta kring målet att modernisera landets nät. Det är en av huvudkomponenterna i avdelningens Grid Modernization Initiative, en omfattande insats för att hjälpa till att forma framtiden för landets nät.

Staden New Orleans var den primära partnern för att definiera samhällets motståndskraft i detta projekt, och ytterligare stöd och ämnesexpertis kom från 100 Resilient Cities. 100 Resilient Cities skapades av Rockefeller Foundation för fem år sedan under stiftelsens hundraårsjubileum. Detta projekt är ett av många 100 Resilient Cities-projekt runt om i världen med målet att förbättra urban resiliens.

Information erhölls också från Entergy New Orleans, avlopps- och vattenstyrelsen i New Orleans och U.S. Army Corps of Engineers.

Tillämpa historiska stormdata för att modellera framtida effekter

Jeffers sa att laget började med att fråga vad som skulle utgöra ett stormscenario med värsta följder för New Orleans. När forskare ställde denna fråga till tjänstemän i städer och allmännyttiga myndigheter, en specifik vision dök upp:En kategori 2 eller lågnivå kategori 3-orkan – en som inte ansågs stor nog för en obligatorisk evakuering eller en som slutar med att bli större än förutsett – gör land i New Orleans och stannar över staden. I detta hypotetiska scenario, stormen dumpar 20 till 25 tum regn under en 24-timmarsperiod och avvattningspumparna i hela staden fungerar på en bråkdel av sin maximala kapacitet under stormens första dag. I ett sådant scenario, han sa, många invånare skulle fördrivas på grund av översvämningar och långvariga strömavbrott i staden och skulle sakna tillgång till grundläggande tjänster.

Forskare använde två historiska orkanspår som har förhållanden med förödande konsekvenser för analys och modellering:orkanen Katrina och en icke namngiven storm från 1947. Stormen 1947 valdes eftersom den närmade sig New Orleans från sydost och rörde sig uppför Mississippifloden, där kritisk infrastruktur finns.

Forskare simulerade dessa stormar genom att använda deras faktiska banor och modellerade sedan deras inverkan med olika intensiteter, hastigheter och nederbördsmängder. Baserat på dessa simuleringar, de modellerade stormarnas inverkan på prestandan hos kritisk infrastruktur och tillhörande livlinatjänster. Modellerna stod för de senaste förbättringarna av motståndskraften som implementerats av staden New Orleans, Army Corps of Engineers, Entergy och privata företag efter orkanen Katrina.

Baserat på stormmodelleringsdata och utdata från verktyget, Jeffers sa att forskare utvecklade nya algoritmer för att identifiera möjliga platser där en motståndskraftsnod eller alternativa nätmoderniseringsstrategier skulle ha betydande inverkan på förbättrad gemenskapstillgång till livlinatjänster under och efter ett större elnätsavbrott.

Staden och andra intressenter använder analysen för att stödja övervägande av mikronätsteknologi inom ett resiliensdistrikt.