Sommaren 2021 evakuerades resenärer i Colorados Glenwood Canyon säkert innan massiva högar av lera och stenar begravde motorvägar och förstörde broar, tack vare ett skräpflödesvarningssystem som delvis utvecklats av U.S. Geological Survey. Systemet uppmärksammade Colorado Department of Transportation-tjänstemän på intensiva regnhändelser, vilket gav avgörande ledtid för evakueringar.
Varningssystemet sattes på plats efter att Grizzly Creek-branden 2020 härjade kanjonen och förbrukade mer än 32 000 hektar skog, och lämnade efter sig ett landskap förberedt för destruktiva skräpflöden. När regn faller på dessa eldhärdade områden kan nederbörden snabbt förvandlas till snabbrörliga slam av lera, stenar och skräp, vilket utgör ett allvarligt hot mot människor, egendom och den viktiga Interstate 70-korridoren som tränger igenom kanjonens hjärta.
Inför detta hotande hot påbörjade ett team av USGS-forskare ett uppdrag för att förutsäga skräpflöden efter brand. Genom att kombinera banbrytande teknik, innovativ forskning och samarbetspartnerskap förvandlar dessa experter ödeläggelsens aska till ett system med tidig varning och skydd.
Övervaka brännområdet
Efter branden installerade forskare ett nätverk av regnmätare och jordfuktighetssensorer i hela det robusta brännområdet. Dessa instrument ger realtidsdata om nederbördsintensitet och varaktighet, vilket är avgörande faktorer för att bestämma sannolikheten för ett skräpflöde.
"Ju mer vi förstår om faktorerna som bidrar till skräpflöden, desto bättre rustade är vi för att förutsäga deras effekter", säger Francis Rengers, USGS-geolog och huvudförfattare till studien. "Vårt mål är att ge krischefer och lokala myndigheter de verktyg de behöver för att skydda allmänheten."
Forskare använder modeller för att uppskatta de nederbördsmängder som kan utlösa skräpflöden baserat på platsspecifik information som intensiteten och varaktigheten av nederbörden, brännskador och markegenskaper. Efter stormar hjälper nederbördsövervakning forskarna att förfina nederbördströsklarna och testa noggrannheten hos deras förutsägelsemodeller för framtida händelser. Denna kontinuerliga övervaknings- och testprocess säkerställer att system för tidiga varningar är så exakta och tillförlitliga som möjligt, vilket ger räddningspersonal och allmänheten den bästa chansen att vara säker under potentiella skräpflödeshändelser.
Samarbete för förbättrad tidig varning
National Weather Service justerade dessa nederbördströsklar med hjälp av deras lokala kunskap om stormar och jämförde dem med förutspådd nederbörd för att utveckla tidiga varningar. Med hjälp av sin expertis inom väderprognoser och modellering arbetade NWS-meteorologer nära med USGS-forskare för att utveckla ett toppmodernt skräpflödesvarningssystem. Genom att kombinera nederbördsdata från USGS-mätarna med sofistikerade vädermodeller kan systemet utfärda varningar till samhällen och motorvägsmyndigheter i vägen för potentiella skräpflöden.
"Samarbetet mellan USGS, CDOT och National Weather Service har varit avgörande för att förbättra vår förmåga att förutsäga och ge varning för dessa farliga risker efter skogsbränder", säger Erin Walter, NWS servicehydrolog. "Genom att slå samman våra resurser och expertis kan vi tillhandahålla en nivå av situationsmedvetenhet och tidig varning som skulle vara omöjligt för en byrå att uppnå på egen hand."
En annan viktig aspekt av teamets forskning involverar användningen av högupplöst laserkartläggningsteknik, känd som lidar, för att skapa detaljerade 3D-kartor över kanjonens terräng. Genom att jämföra topografiska kartor från lidar från före och efter branden kan forskare peka ut var skräpflödena startade och beräkna den totala volymen material som plockades upp och deponerades av flödena.
Dessa vetenskapliga verktyg tillåter forskare att testa sin nuvarande modell för att uppskatta skräpflödesvolymer, vilket är avgörande för planering. Även om modellen överskattade observerade volymer, samlade teamet in tillräckligt med data för att omkalibrera modellen för bättre precision i framtiden.
Skräpflödesvarningssystemet togs i bruk när forskare slog sig ihop med Colorado Department of Transportation. CDOT har till uppgift att genomföra åtgärder för att skydda kritisk infrastruktur i Glenwood Canyon.
"Vår högsta prioritet är att säkerställa säkerheten för den resande allmänheten och de omgivande samhällena", säger Keith Stefanik, CDOT:s chefsingenjör. "Ett sätt vi kan göra det är genom att se till att vår infrastruktur är motståndskraftig. Genom att arbeta hand i hand med USGS och NWS har vi kunnat ta ett proaktivt tillvägagångssätt för att mildra effekterna av skräpflöden. Redan tidigt varningssystem för fysiska barriärer, vi är engagerade i våra ansträngningar att skydda kanjonen och de samhällen som är beroende av den."
Sommaren 2021, ungefär sex månader efter att Grizzly Creek-branden hade stoppats, slog en serie intensiva monsunstormar det brännskadade landskapet. Regn utlöste massiva skräpflöden som begravde motorvägar, förstörde broar och kvävde den mäktiga Coloradofloden med massor av sediment. De ekonomiska konsekvenserna var häpnadsväckande, med bara transportstörningar som kostade uppskattningsvis 1 miljon USD per timme.
Skräpflödesvarningssystemet uppmärksammade framgångsrikt CDOT-tjänstemän på flera intensiva regnhändelser, vilket gjorde det möjligt för resenärer att evakuera och undvika skada. Även om skräpflöden förekom, bidrog tillvägagångssätten för vägavstängning som användes av CDOT till att minimera faran för resenärer.
Under de kommande åren kommer lärdomarna från Glenwood Canyon att sprida sig över västvärlden, informera och inspirera till nya partnerskap, nya innovationer och nya strategier för att leva med hotet från skräpflöden efter skogsbränder. Genom att arbeta tillsammans skyddar USGS, NWS och CDOT inte bara liv och försörjning på kort sikt utan bygger också en grund för en mer motståndskraftig framtid inför ett förändrat klimat.
Tillhandahålls av United States Geological Survey
