Stijgende zeeën en extreme stormen, aangewakkerd door klimaatverandering, zorgen samen voor frequentere en ernstigere overstromingen in steden langs rivieren en kusten, en de verouderende infrastructuur is slecht toegerust voor de nieuwe realiteit. Maar wanneer regeringen en planners gemeenschappen proberen voor te bereiden op toenemende overstromingsrisico's door de infrastructuur te verbeteren, worden de voordelen vaak oneerlijk verdeeld.

Een nieuwe modelleringsaanpak van onderzoekers van Stanford University en University of Florida biedt een oplossing:een gemakkelijke manier voor planners om toekomstige overstromingsrisico’s op wijkniveau te simuleren onder omstandigheden die naar verwachting gemeengoed zullen worden bij klimaatverandering, zoals extreme regenbuien die samenvallen met verhoogde waterstanden. door de stijgende zeespiegel.

De aanpak, gepubliceerd op 28 mei in Environmental Research Letters , onthult plaatsen waar verhoogde risico's onzichtbaar zijn met conventionele modelleringsmethoden die zijn ontworpen om toekomstige risico's te beoordelen op basis van gegevens van een enkele overstroming uit het verleden.

"Deze modellen vragen om de risicoverdeling langs een rivier te kwantificeren voor verschillende klimaatscenario's is zoiets als aan een magnetron vragen om een ​​verfijnde soufflé te koken. Dat gaat gewoon niet goed gaan", zegt senior studieauteur Jenny Suckale, universitair hoofddocent geofysica aan de Stanford Doerr School of Sustainability. "We weten niet hoe het risico wordt verdeeld en we kijken niet naar wie er in welke mate van profiteert."

Een geschiedenis van verwoestende overstromingen

Het nieuwe onderzoek kwam tot stand door samenwerking met regionale planners en inwoners van steden aan de baai, waaronder East Palo Alto, dat te maken heeft met toenemende overstromingsrisico's vanuit de Baai van San Francisco en vanuit een stedelijke rivier die langs de zuidoostelijke grens slingert.

De rivier, bekend als de San Francisquito Creek, kronkelt vanaf de uitlopers boven de campus van Stanford via kunstmatige kanalen naar de baai - de historische uiterwaarden hebben zich lang geleden ontwikkeld tot dichtbevolkte steden. "We wonen eromheen, we rijden eromheen, we rijden eroverheen op de bruggen", zegt hoofdonderzoeksauteur Katy Serafin, een voormalig postdoctoraal onderzoeker in de onderzoeksgroep van Suckale.

De rivier heeft een geschiedenis van verwoestende overstromingen. De grootste, in 1998, zette 1.700 eigendommen onder water, veroorzaakte meer dan 40 miljoen dollar aan schade en leidde tot de oprichting van een regionale instantie die belast was met het beperken van toekomstige overstromingsrisico's.

Bijna twintig jaar na die historische overstroming begon Suckale na te denken over hoe de wetenschap toekomstige inspanningen ter bestrijding van overstromingen rond stedelijke rivieren zoals de San Francisquito zou kunnen informeren, toen ze een cursus gaf in East Palo Alto, gericht op gelijkheid, veerkracht en duurzaamheid in stedelijke gebieden. De cursus is aangewezen als een kardinale cursus vanwege zijn sterke component van publieke dienstverlening en werd onlangs aangeboden onder de titel Shaping the Future of the Bay Area.

Rond de tijd dat Suckale de cursus begon te geven, had de regionale instantie – bekend als de San Francisquito Creek Joint Powers Authority – plannen ontwikkeld om een ​​brug opnieuw te ontwerpen, zodat er meer water onderdoor kon stromen en overstromingen in steden langs de kreken konden worden voorkomen. Maar stadsbestuurders van East Palo Alto vertelden Suckale en haar studenten dat ze bang waren dat het plan de overstromingsrisico's in sommige wijken stroomafwaarts van de brug zou kunnen verergeren.

Suckale realiseerde zich dat als de studenten en wetenschappers konden bepalen hoe het voorgestelde ontwerp de verdeling van overstromingsrisico's langs de kreek zou beïnvloeden, en tegelijkertijd met het agentschap zouden samenwerken om de beperkingen ervan te begrijpen, hun bevindingen als leidraad zouden kunnen dienen voor beslissingen over hoe alle buurten moeten worden beschermd. "Het is bruikbare wetenschap, niet alleen maar wetenschap omwille van de wetenschap", zei ze.

Wetenschap die tot actie leidt

De Joint Powers Authority had het plan ontwikkeld op basis van een overstromingsrisicomodel dat algemeen wordt gebruikt door hydrologen over de hele wereld. Het agentschap had de zorgen van het stadspersoneel van East Palo Alto over de stroomafwaartse overstromingsrisico's in overweging genomen, maar kwam tot de conclusie dat het standaardmodel deze niet kon onderbouwen.

"We wilden een breder scala aan factoren modelleren die de komende decennia zullen bijdragen aan het overstromingsrisico als ons klimaat verandert", zegt Serafin, die als mentor diende voor studenten in de Cardinal Course en nu assistent-professor is aan de Universiteit van New York. Florida.

Serafin heeft een algoritme ontwikkeld om miljoenen combinaties van overstromingsfactoren te simuleren, waaronder de stijging van de zeespiegel en frequentere perioden van extreme regenval – een gevolg van de opwarming van de aarde die al voelbaar is in East Palo Alto en in heel Californië.

Serafin en Suckale integreerden hun nieuwe algoritme in het veelgebruikte model om de statistische waarschijnlijkheid te berekenen dat de San Francisquito Creek op verschillende locaties langs de rivier zou overstromen. Vervolgens hebben ze deze resultaten gecombineerd met geaggregeerde gezinsinkomens- en demografische gegevens en een federale index van sociale kwetsbaarheid.

Ze ontdekten dat het herontwerp van de stroomopwaartse brug voldoende bescherming zou bieden tegen een herhaling van de overstroming van 1998, die ooit werd beschouwd als een overstroming van 75 jaar. Maar uit de modellering bleek dat het geplande ontwerp honderden huishoudens met een laag inkomen in Oost-Palo Alto zou blootstellen aan een verhoogd overstromingsrisico, omdat door de klimaatverandering ooit zeldzame zware weersomstandigheden en overstromingen steeds vaker voorkomen.

Een nuttige samenwerking

Toen de wetenschappers hun bevindingen deelden met de stad East Palo Alto, de Joint Powers Authority en andere gemeenschapsmedewerkers in gesprekken gedurende meerdere jaren, benadrukten ze dat het conventionele model niet verkeerd was – het was gewoon niet ontworpen om vragen te beantwoorden over eigen vermogen.

De resultaten leverden wetenschappelijk bewijs op als leidraad voor de infrastructuurplannen van de Joint Powers Authority, die zich uitbreidden met de bouw van een permanente overstromingsmuur naast de kreek in East Palo Alto. Het agentschap heeft ook een plan aangenomen om de oever van de kreek in een bijzonder laag gebied aan te leggen, om aangrenzende huizen en straten beter te beschermen.

Ruben Abrica, de gekozen vertegenwoordiger van East Palo Alto in het bestuur van de Joint Powers Authority, zei dat onderzoekers, planners, stadspersoneel en beleidsmakers de verantwoordelijkheid hebben om samen te werken om “projecten uit te voeren die sommige mensen niet in meer gevaar brengen dan anderen.”

De resultaten van het Stanford-onderzoek lieten zien hoe ogenschijnlijk neutrale modellen die gelijkheid negeren, kunnen leiden tot een ongelijke verdeling van risico's en voordelen. "Wetenschappers moeten zich meer bewust worden van de impact van het onderzoek, omdat de mensen die het onderzoek lezen of de mensen die vervolgens de planning maken op hen vertrouwen", zei hij.

Serafin en Suckale zeiden dat hun werk met San Francisquito Creek het belang aantoont van wederzijds respect en vertrouwen tussen onderzoekers en gemeenschappen die niet als onderwerp van studie zijn gepositioneerd, maar als actieve bijdragers aan de creatie van kennis.

"Onze gemeenschapsmedewerkers zorgden ervoor dat wij, als wetenschappers, de realiteit van deze verschillende gemeenschappen begrepen", zei Suckale. "We leiden ze niet op tot hydrologische modelbouwers. We werken met ze samen om ervoor te zorgen dat de beslissingen die ze nemen transparant en eerlijk zijn voor de verschillende betrokken gemeenschappen."

De nieuwe aanpak voor het modelleren van overstromingsrisico's kan stedelijke en regionale planners helpen betere overstromingsrisicobeoordelingen te maken en te voorkomen dat er nieuwe ongelijkheden ontstaan, aldus Suckale. Het algoritme is openbaar beschikbaar zodat andere onderzoekers zich kunnen aanpassen aan hun locatie.