Overstromingen van rivieren zijn een van de meest voorkomende en verwoestende natuurrampen op aarde. In het afgelopen decennium, stortvloeden van rivieren hebben elk jaar duizenden mensen over de hele wereld gedood en veroorzaakten jaarlijks verliezen in de orde van grootte van tientallen miljarden Amerikaanse dollars. Klimaatverandering, die naar verwachting de neerslag in bepaalde delen van de planeet zal doen toenemen, rivieroverstromingen op deze plaatsen in de komende decennia frequenter en ernstiger kunnen maken.

Nutsvoorzieningen, een nieuwe studie geleid door onderzoekers van het Jet Propulsion Laboratory van NASA in Pasadena, Californië, analyseert wat er nodig is om rivierobservatiesatellieten in bijna realtime een nog nuttiger instrument te laten worden om de schade door overstromingen te beperken en het beheer van reservoirs wereldwijd te verbeteren.

"Vroege waarschuwingssystemen voor overstromingen zijn traditioneel afhankelijk van meetnetwerken die overstromingen verder de rivier opsporen, maar ijkgegevens worden steeds schaarser, " zei George Allen, hoofdauteur van het nieuwe onderzoek en een hydroloog bij JPL. "Onze studie toont aan dat er ruimte is voor satellieten om de leemte op te vullen. Maar voor satellieten om realtime overstromingsbeperking te informeren, ze moeten binnen een voldoende korte aanlooptijd data aanleveren aan waterbeheerders."

Rivieroverstromingen treden op wanneer een kanaal zich vult met water buiten de capaciteit van zijn oevers, normaal gesproken door hevige regenval. De vloed beweegt zich als een golf langs de loop van de rivier, stroomafwaarts sneller dan het water zelf. Verschillende satellietmissies hebben overstromingen kunnen detecteren als plotselinge veranderingen in de hoogte of breedte van rivierwater. Zodra een overstroming wordt waargenomen, het is relatief eenvoudig om nauwkeurig te voorspellen hoe het de rivier af zal gaan. Deze informatie is uiterst nuttig in systemen voor vroegtijdige waarschuwing voor overstromingen en andere realtime toepassingen voor rivierbeheer.

Om de snelheid te bestuderen waarmee overstromingen zich door de rivieren van de planeet voortplanten, Allen en zijn collega's hebben een eenvoudig numeriek model van stromingsgolven gebruikt dat informatie zoals de breedte, helling, diepte en ruwheid - de hoeveelheid wrijving die water ervaart tijdens het reizen langs een rivier - van rivieren over de hele wereld. Na analyse van golfsnelheden door 11 miljoen mijl (17,7 miljoen kilometer) rivieren rond de planeet, de onderzoekers ontdekten dat vloedgolven die met hun maximale snelheid reizen, gemiddeld drie dagen nodig hebben om de volgende stroomafwaartse dam te bereiken, vier dagen om in de volgende stroomafwaartse stad aan te komen en zes dagen om het riviersysteem volledig te verlaten.

Het team vergeleek de resultaten van hun model met ontslaggegevens van meer dan 20, 000 U.S. Geological Survey meetstations langs ongeveer 40, 000 mijl (64, 400 kilometer) gevarieerde riviersystemen in de Verenigde Staten. Ze ontdekten dat het model hogere golfsnelheden schatte dan de meetgegevens lieten zien.

"Dat was te verwachten, gebaseerd op het feit dat we golven modelleren die met maximale snelheid bewegen, overwegende dat de meetgegevens kijken naar alle soorten golfsnelheden:lage snelheden, hoge snelheden, alles ertussen, "Zei Allen. "Op deze manier, onze studie schat een worstcasescenario van hoe snel overstromingen langs rivieren kunnen stromen."

De wetenschappers gebruikten vervolgens hun bevindingen over de golfsnelheid om de gegevenslatentie te berekenen:hoe snel satellietgegevens moeten worden gedownload, verwerkt en beschikbaar gemaakt voor het publiek om nuttig te zijn voor vroegtijdige waarschuwingssystemen voor overstromingen en andere realtime strategieën voor het beperken van overstromingen, evenals het beheer van het reservoir. Vooral, ze concentreerden zich op toekomstige gegevens van NASA's aanstaande Surface Water and Ocean Topography (SWOT) -missie. SWOT, gepland voor lancering in 2021, is speciaal ontworpen om rivieren te observeren. Dat komt omdat het een herhalingsbaan van 21 dagen heeft en vloedgolven kan detecteren. vooral in grotere rivieren op hogere breedtegraden. De onderzoekers ontdekten dat het beschikbaar stellen van SWOT-gegevens binnen enkele dagen nadat ze door het ruimtevaartuig zijn verkregen, nuttig kan zijn voor realtime overstromingsbeperking. In vergelijking met vroegere of huidige satellieten die informatie over rivieren en overstromingen verstrekken, SWOT biedt nooit eerder vertoonde kaarten van rivierhoogte, allowing for more reliable prediction of flood timing and magnitude.

If the data were to be processed in two days or less, Allen's team calculated, it would be ready for emergency managers before at least two-thirds of observed waves reached the next downstream city. For dams, the quick turnaround of satellite measurements would give advance notice to downstream reservoirs in at least half of the cases when SWOT detects a flood wave.

"There is a trade-off between data latency and data quality, " said Cédric David of JPL, who directed the new study and is a member of SWOT's science team. "Dus, do we want to wait to get the best data possible, or do we want to get a rough version of what's going on now, so we can provide actionable information? As we prepare for new satellite missions like SWOT, that's when we start asking these types of questions."

Satellite data that could inform flood early warning systems would be particularly useful for developing nations, where either there are insufficient river gauges or countries do not share gauge data with their downstream neighbors, Allen said.

Resultaten van de studie zijn gepubliceerd in het tijdschrift Geofysische onderzoeksbrieven .