Širom Amerike, infrastruktura izgrađena za rukovanje vršnim tokovima oborinskih voda iz potoka i reka je projektovana pod pretpostavkom da proseci padavina ostaju konstantni tokom vremena. Kako ekstremni vremenski događaji postaju sve češći, ovi sistemi bi mogli biti u nevolji.
Ali ne moraju da budu, kažu istraživači sa Univerziteta Virdžinije, čija nedavna studija ispituje kako će klimatske promene intenzivirati padavine i šta to znači za puteve, mostove i sisteme upravljanja vodama. Istraživanje, koje je koristilo napredne metode hidrodinamičkog kompjuterskog modeliranja, pruža vitalne nove alate koji pomažu inženjerima da prilagode infrastrukturu ovim promenljivim uslovima.
Takođe se bavi nedovoljno istraženom oblasti posmatrajući posebno kako se uticaji povećanja padavina i protoka potoka uzrokovanih klimatskim promenama razlikuju u slivovima različitih veličina. Na primer, kako bi područje koje se uliva u reku Rivana u Virdžiniji—oko 750 kvadratnih milja—prošlo u poređenju sa jednim od njenih izvora, Moore’s Creek, sa slivovima od samo 35 kvadratnih milja?
„Razvijanjem modela koji povezuju klimatske promene sa ranjivošću infrastrukture, nadamo se da ćemo ponuditi praktična rešenja za otpornu infrastrukturu“, rekao je Džonatan Gudal, profesor na Odseku za građevinarstvo i inženjerstvo zaštite životne sredine.
Tim, predvođen Gudalovim bivšim dr. savetnik Mohamed M. Morsi, sada vanredni profesor na Univerzitetu u Kairu u Egiptu, objavio je svoje nalaze u Journal of Hidrologic Engineering, u radu pod naslovom „Kvantifikovanje uticaja klimatskih promena na vršni protok vode za slivove različitih veličina u obalskoj ravnici iz Virdžinije“.
Istraživači su se fokusirali na obalnu ravnicu Virdžinije kao testni slučaj. Studija je otkrila da su manje slivove posebno osjetljive na klimatske promjene, doživljavajući oštrije povećanje vršnog toka. Sa manje zemlje koja apsorbuje kišu, voda brže teče u potoke, izazivajući porast toka.
Veće slivove, nasuprot tome, imaju „efekat prigušenja“, pri čemu se procenat porasta toka potoka smanjuje kako se veličina sliva povećava. Međutim, ukupan rizik od poplava će se i dalje povećavati, posebno u slučaju najgoreg klimatskog scenarija koji su istraživači koristili u svojim kompjuterskim modelima. U ovom najgorem slučaju, emisije gasova staklene bašte značajno rastu, što dovodi do ozbiljnog globalnog zagrevanja i ekstremnijih vremenskih uslova.
„Uticaj na manje slivove je značajan i naglašava potrebu da se preispita naš infrastrukturni dizajn“, rekao je Gudal. „Ono što smo otkrili je da klimatske promene mogu da izazovu povećanje intenziteta padavina za 10–40% do 2085. godine, u zavisnosti od scenarija. Inženjeri će morati da ugrade ove promene u svoje proračune za mostove, propuste i druge hidraulične strukture.“
Studija je analizirala buduća predviđanja padavina na 29 meteoroloških stanica u državi. Zatim su koristili hidrodinamički model dvodimenzionalnog nestabilnog toka, poznat kao TUFLOV, koji simulira protok vode preko pejzaža, da bi procenili buduće uslove u obalnoj ravnici Virdžinije. Ove kompjuterske simulacije, koje se obično koriste u upravljanju poplavama, pokazuju kako će se voda kretati tokom ekstremnih vremenskih prilika.
U umerenim do teškim klimatskim scenarijima, povećanje intenziteta padavina kretalo se od 10–30% do 2045. i 10–40% do 2085. Ovo bi moglo dovesti do skoro 50% povećanja vršnog toka u manjim slivovima, koji su manje sposobni da upravljaju iznenadni udari poplava.
Jedan ključni napredak ovog istraživanja je razvoj novih regresionih jednačina, matematičkih formula koje procenjuju vršni protok na osnovu veličine sliva, budućih projekcija padavina i klimatskih scenarija.
„Ovo će pomoći donosiocima odluka da daju prioritet nadogradnji infrastrukture i osiguraju da su novi projekti otporni na promenljivu klimu“, rekao je Gudol.
Rad je takođe naglasio važnost planiranja unapred.
„Studija pokazuje da prilagođavanje klimatskim promenama više nije opciono“, rekao je Gudal. „Ovi uvidi će biti posebno važni za inženjere i kreatore politike odgovorne za kritičnu infrastrukturu u obalnim područjima, gde su rizici od poplava visoki.“
