Kortvariga översvämningar från extrema stormhändelser utgör en allvarlig transportutmaning i amerikanska städer. Detta problem – som förväntas växa under nästa århundrade med vår globala klimatkris – är ofta svårast för utsatta befolkningar, inklusive låginkomst- och minoritetskvarter. Den senaste rapporten från National Institute for Transportation and Communities (NITC), ledd av Courtney Crosson från University of Arizona (UA), främjar nationella forskningsmetoder för att bedöma sårbarhet för översvämningar och prioritera investeringar i transportförbättringar för att säkerställa att inget samhälle blir strandsatt när nästa översvämning inträffar.

Crosson och andra forskare Daoqin Tong (Arizona State University) och Yinan Zhang (UA) genomförde en sårbarhetsbedömning av staden Tucson, Arizonas multimodala transportsystem i låginkomst- och minoritetskvarter. De identifierade prioriterade platser för Tucson att investera i förbättringar för att mildra översvämningar av stadstransportsystem, och arbetar nu med stads- och regionala myndigheter för att implementera dessa resultat. Detta projekt fungerar också som ett proof of concept för att främja nationella forskningsmetoder som syftar till att minska rörlighetseffekterna av kroniska översvämningar.

Effektiv användning av grön infrastruktur i låginkomstkvarter

Grön infrastruktur är en växande urban trend där dagvatten hanteras genom att utvidga genomsläppliga områden med naturlig vegetation i hela en stad. Denna metod för vattenförvaltning är avsedd att skydda, Återställ, eller efterlikna det naturliga vattnets kretslopp. Crossons forskargrupp fann att att bygga omfattande grön infrastruktur i grannskapsskala på rätt sätt är effektivt för att öka multimodal tillgång under måttliga översvämningsförhållanden.

Denna gröna infrastrukturlösning åtgärdade inte mobilitetsproblemen som är ett resultat av extrema översvämningar. Istället för att kommuner väljer områden som har de största översvämningsvolymerna eller den största mängden invånarklagomål, medel för grön infrastruktur bör investeras i låginkomstkvarter som är utsatta för måttliga översvämningar för att uppnå största möjliga förbättring av multimodal tillgång.

Av de studerade områdena, 93% var en del av folkräkningstrakterna med medianhushållsinkomster under Tucson-genomsnittet. Forskare fokuserade avsiktligt på låginkomstkvarter, eftersom människor som bor i dessa områden alltför ofta drabbas hårdast av effekterna av naturkatastrofer. Tidigare forskning inom detta område har fokuserat mycket på sårbarheten i transportinfrastrukturen enbart, i stort sett ignorerar människorna i samhällena. Ett NITC-projekt som finansieras 2020 kommer att utveckla en ny metodik som införlivar samhällets socioekonomiska sårbarhet i utvärderingen av transportinfrastrukturens sårbarheter för städer och regioner som står inför faror.

Forskningsmetod för att bedöma sårbarhet för översvämningar i transportinfrastruktur

1. Steg ett – uppskatta översvämningsförhållandena i låginkomstkvarter:Forskare uppskattade översvämningsförhållandena för ett 5-år, 1 timmes stormhändelse (vilket betyder en översvämning från en regnstorm som varar i en timme, av en storlek som inträffar ungefär vart femte år) med FLO-2-D översvämningsmodelleringsprogram och en digital höjdmodell konstruerad med hjälp av LiDAR-data. Denna hydrologiska analys utfördes både i stadsskala och med en 20-fots rutnätsupplösning.
2. Steg två – Identifiera multimodala transportprioriteringar:Teamet analyserade sedan närområdets transportsårbarhet. Med hjälp av resultaten från deras översvämningsmodell, de tittade på övergripande prestanda för transportsystemet i tre lägen (körning, cykling och transit). Data från de senaste 10 åren av fordonsräkningar, cykel räknas, och busshållplatser användes för att identifiera de tio främsta prioriterade platserna för begränsning av översvämningar, baserat på var användningen var högst för vart och ett av de tre lägena.
3. Steg tre – Utför scenarier för grön infrastruktur:Slutligen, de tog de tio bästa platserna för vart och ett av de tre transportsätten och utförde trettio scenarier för grön infrastruktur. De ville se förändringen i transportnätverkets tillgänglighet efter samma översvämningsförhållanden, men med omfattande grön infrastruktur i grannskapsskala på plats. Att göra detta, de använde ArcGIS Hydrology Analysis för att hitta "hällpunkterna, " eller platser där vatten rinner ut ur området. Sedan ändrade de sin modell för att inkludera vägkantsbassänger (enligt designstandarder från NACTO och Pima County) för att kontrollera detta flöde.

Baserat på dessa modellresultat, forskare identifierade fem viktiga prioriteringar för utformning av grön infrastruktur.

Fem viktiga designprioriteringar för grön infrastruktur för att maximera multimodal tillgänglighet

Dessa fem principer kan användas av transportplanerare och ingenjörer, hydrologer, översvämningshanterare, och stadsdesigner när de närmar sig och utvärderar projektplatser och investeringar för att maximera effekten på ökad multimodal tillgänglighet.

1. Prioritera uppströmsreducering – över de trettio scenarierna, de prioriterade segmenten med störst förbättrad transporttillgång fanns i områden som hade betydande begränsningar uppströms. Detta tyder på att grön infrastruktur inte bara bör implementeras i direkt anslutning till prioriterade transitplatser, men också (och ibland ännu viktigare) implementeras uppströms om det prioriterade segmentet.
2. Prioritera måttlig översvämning – över de trettio scenarierna, de största effekterna på förbättrad transporttillgång var i områden som fick måttliga översvämningar, i jämförelse med områden med extrema översvämningar. Ofta är kommuner och transportbyråer motiverade att placera gröna infrastrukturinstallationer i vägrätter i anslutning till områden där det finns de största översvämningsproblemen och den största mängden klagomål från boende. Men för att hjälpa till med extrema översvämningar, större implementeringar (såsom underjordiska dagvattenledningar eller stora bassänger) skulle behöva genomföras i samverkan med mindre investeringar. När budgeten är begränsad till investeringar i grannskap, för att synligt visa en inverkan på att minska översvämningar och öka tillgängligheten till det multimodala nätet, måttligt översvämmade webbplatser är de bästa kandidaterna.
3. Prioritera nätverksvinster—När du väljer projektwebbplatser, det är viktigt att överväga de nätverksvinster som kan uppnås genom att koncentrera den gröna infrastrukturen inom ett område. Genom att ta itu med översvämningsproblemet på en gata eller trottoarsegment, andra nedströms översvämningsproblem kan också hjälpas.
4. Prioritera stora vändbara områden – över de trettio platserna och segmenten, de största effekterna inträffade ofta när det fanns en betydande mängd väjningsrätt tillgängligt för implementering av grön infrastruktur. Med hänsyn till övriga designprinciper, arean (och motsvarande volym) av den tillgängliga förbiträdesrätten kan göra en stor skillnad i den totala framgången för att minska översvämningarna.
5. Prioritera platser för fotgängare – Den gröna infrastrukturens största inverkan på tillgängligheten var fotgängarnas tillgång till busshållplatser. Bredden på dessa utpekade områden att mildra var mindre i fotgängarfallen jämfört med cykel- och fordonsfall. Fungerar som en buffert mellan väg- och gångområden, den gröna infrastrukturen stödde mest framgångsrikt ökad tillgång.

Konsekvenser för framtida forskning och praktik

Forskningen förväntar sig direkta resultat på framtida planeringsbeslut som fattas av City of Tucson Department of Transportation, Tucson vatten, Planerings- och utvecklingstjänster, och Pima County Regional Flood Control District (RFCD). NITC-forskarna i detta projekt har träffat chefen för Tucson Department of Transportation och RFCD, och ledningen för båda byråerna har uttryckt stort intresse för forskningsresultaten för kommande beslutsfattande kring tilldelningen av gröna infrastrukturmedel för att lindra översvämningar på vägar.

Denna forskning kan fungera som ett bevis på koncept för en större, långsiktigt projekt för att främja nationella forskningsmetoder för att minska effekterna av kroniska översvämningar på det multimodala transportnätet. Framtida forskning bör bedöma effekten över tidsperioder (snarare än enkla beräkningar av topphändelser) och arbeta för att optimera implementering av grön infrastruktur med flera fördelar för flera transportsätt (snarare än enskilda transportsätt).

Genom att systematiskt prioritera dessa projekt på rätt sätt, städer kan gå mot ökad tillgänglighet till transportnät och utökat eget kapital.