Planer för begränsning av översvämningar längs stadsfloder gynnar ofta vissa stadsdelar mer än andra. Forskare och medarbetare i en tätbefolkad översvämningsslätt i Kalifornien utvecklade ett sätt att hjälpa planerare att se hur infrastrukturdesign, höjning av havsnivån och svåra stormar som drivs av klimatförändringar kommer att påverka översvämningsrisken på lokal nivå.
Stigande hav och extrema stormar som drivs av klimatförändringar skapar tillsammans mer frekventa och allvarliga översvämningar i städer längs floder och kuster, och åldrande infrastruktur är dåligt utrustad för den nya verkligheten. Men när regeringar och planerare försöker förbereda samhällen för förvärrade översvämningsrisker genom att förbättra infrastrukturen, fördelas fördelarna ofta orättvist.
En ny modelleringsmetod från forskare från Stanford University och University of Florida erbjuder en lösning:ett enkelt sätt för planerare att simulera framtida översvämningsrisker på grannskapsnivå under förhållanden som förväntas bli vanliga med klimatförändringar, såsom extrema regnstormar som sammanfaller med högvatten av stigande havsnivåer.
Metoden, publicerad 28 maj i Environmental Research Letters , avslöjar platser där förhöjd risk är osynlig med konventionella modelleringsmetoder utformade för att bedöma framtida risker baserat på data från en enda tidigare översvämningshändelse.
"Att be dessa modeller att kvantifiera riskfördelningen längs en flod för olika klimatscenarier är ungefär som att be en mikrovågsugn laga en sofistikerad sufflé. Det kommer bara inte att gå bra", säger senior studieförfattare Jenny Suckale, docent i geofysik vid Stanford Doerr School of Sustainability. "Vi vet inte hur risken är fördelad och vi tittar inte på vem som gynnas, i vilken grad."
Den nya studien kom till genom samarbete med regionala planerare och invånare i städer vid bukten, inklusive East Palo Alto, som står inför ökande översvämningsrisker från San Francisco-bukten och från en urban flod som slingrar sig längs dess sydöstra gränsen.
Floden, känd som San Francisquito Creek, slingrar sig från foten ovanför Stanfords campus ner genom konstruerade kanaler till bukten – dess historiska översvämningsslätter utvecklades för länge sedan till tätbefolkade städer. "Vi bor runt den, vi kör runt den, vi kör över den på broarna", säger huvudförfattaren Katy Serafin, en före detta postdoktor i Suckales forskargrupp.
Floden har en historia av destruktiva översvämningar. Den största, 1998, översvämmade 1 700 fastigheter, orsakade mer än 40 miljoner dollar i skador och ledde till skapandet av en regional byrå med uppgift att mildra framtida översvämningsrisker.
Nästan 20 år efter den historiska översvämningen började Suckale fundera på hur vetenskapen skulle kunna informera framtida översvämningsbekämpningsinsatser runt urbana floder som San Francisquito när hon undervisade i en kurs i East Palo Alto fokuserad på rättvisa, motståndskraft och hållbarhet i stadsområden. Kursen är utsedd som en kardinalkurs för sin starka public service-komponent och erbjöds senast under titeln Shaping the Future of the Bay Area.
Ungefär när Suckale började undervisa i kursen, hade den regionala byrån – känd som San Francisquito Creek Joint Powers Authority – utvecklat planer för att göra om en bro för att tillåta mer vatten att flöda under den och förhindra översvämningar i städer vid bäcken. Men stadens tjänstemän i East Palo Alto sa till Suckale och hennes elever att de var oroliga att planen skulle kunna förvärra översvämningsriskerna i vissa stadsdelar nedströms bron.
Suckale insåg att om eleverna och forskarna kunde avgöra hur den föreslagna designen skulle påverka fördelningen av översvämningsrisker längs bäcken, samtidigt som de samarbetade med byrån för att förstå dess begränsningar, så skulle deras resultat kunna vägleda beslut om hur man skyddar alla stadsdelar. "Det är handlingskraftig vetenskap, inte bara vetenskap för vetenskapens skull", sa hon.
Joint Powers Authority hade utvecklat planen med hjälp av en översvämningsriskmodell som vanligtvis används av hydrologer runt om i världen. Byrån hade övervägt farhågorna från East Palo Alto stads personal om nedströms översvämningsrisker, men fann att standardmodellen inte kunde styrka dem.
"Vi ville modellera ett bredare spektrum av faktorer som kommer att bidra till översvämningsrisk under de närmaste decennierna i takt med att våra klimatförändringar", säger Serafin, som fungerade som mentor för studenter i Cardinal Course och nu är biträdande professor vid University of Florida.
Serafin skapade en algoritm för att simulera miljontals kombinationer av översvämningsfaktorer, inklusive höjning av havsnivån och mer frekventa episoder av extrema regn – en konsekvens av den globala uppvärmningen som redan märks i östra Palo Alto och över Kalifornien.
Serafin och Suckale inkorporerade sin nya algoritm i den mycket använda modellen för att beräkna den statistiska sannolikheten för att San Francisquito Creek skulle översvämmas på olika platser längs floden. De överlagrade sedan dessa resultat med aggregerade hushållsinkomster och demografiska data och ett federalt index över social sårbarhet.
De fann att omkonstruktionen av uppströmsbron skulle ge tillräckligt skydd mot en upprepning av 1998 års översvämning, som en gång ansågs vara en 75-årig översvämningshändelse. Men modelleringen avslöjade att den planerade designen skulle lämna hundratals låginkomsthushåll i östra Palo Alto utsatta för ökad översvämningsrisk eftersom klimatförändringar gör en gång sällsynta svåra väder- och översvämningshändelser vanligare.
När forskarna delade med sig av sina resultat med staden East Palo Alto, Joint Powers Authority och andra samhällssamarbetspartners i samtal under flera år, betonade de att den konventionella modellen inte var fel – den var helt enkelt inte utformad för att svara på frågor om eget kapital.
Resultaten gav vetenskapliga bevis för att vägleda Joint Powers Authoritys infrastrukturplaner, som utökades till att omfatta byggandet av en permanent översvämningsvägg bredvid bäcken i östra Palo Alto. Byrån antog också en plan för att bygga upp bäckens strand i ett särskilt lågt område för att bättre skydda närliggande hus och gator.
Ruben Abrica, East Palo Altos valda representant i Joint Powers Authoritys styrelse, sa att forskare, planerare, stadspersonal och beslutsfattare har ett ansvar att arbeta tillsammans för att "genomföra projekt som inte utsätter vissa människor för mer fara än andra."
Resultaten av Stanford-forskningen visade hur till synes neutrala modeller som ignorerar eget kapital kan leda till ojämn fördelning av risker och fördelar. "Forskare måste bli mer medvetna om forskningens inverkan, eftersom de som läser forskningen eller de som sedan gör planeringen förlitar sig på dem", sa han.
Serafin och Suckale sa att deras arbete med San Francisquito Creek visar vikten av ömsesidig respekt och förtroende bland forskare och samhällen som inte är positionerade som studieämnen, utan som aktiva bidragsgivare till att skapa kunskap.
"Våra samarbetspartners såg till att vi, som forskare, förstod verkligheten i dessa olika samhällen," sa Suckale. "Vi utbildar dem inte att vara hydrologiska modellerare. Vi arbetar med dem för att se till att de beslut de fattar är transparenta och rättvisa för de olika inblandade samhällena."
Det nya tillvägagångssättet för att modellera översvämningsrisk kan hjälpa stadsplanerare och regionala planerare att skapa bättre översvämningsriskbedömningar och undvika att skapa nya orättvisor, sa Suckale. Algoritmen är allmänt tillgänglig för andra forskare att anpassa sig till sin plats.
