Amerikaanse en Chinese geologen die de Chinese Gele Rivier bestuderen, hebben een nieuw hulpmiddel ontwikkeld dat Chinese functionarissen kan helpen de al te frequente overstromingen van de rivier beter te voorspellen en te voorkomen. die maar liefst 80 miljoen mensen bedreigen. Het nieuwe gereedschap, een op fysica gebaseerde formulering om sedimenttransport te berekenen, kan ook worden toegepast om de duurzaamheid van eroderende kustlijnen wereldwijd te bestuderen.

In het Chinees bekend als de Huanghe, de Gele Rivier heeft een centrale maar dichotome plaats in de geschiedenis. Als bakermat van de Chinese beschaving, het wordt vaak de 'moeder van China' genoemd. Maar zijn overstromingen, waaronder een aantal van de dodelijkste natuurrampen in de geschiedenis, hebben het ook de naam "China's verdriet" opgeleverd. Elke identiteit - de vruchtbare verzorger en de moedwillige moordenaar - komt voort uit hetzelfde kenmerk:de Gele Rivier spoelt elk jaar ongeveer een miljard ton sediment van het Löss-plateau naar de Bohai-zee, en daarbij, het heeft de neiging zo verstopt te raken dat het niet alleen overstroomt maar letterlijk van koers verandert, springen naar een nieuw kanaal mijlenver weg.

"De Huanghe is waarschijnlijk de meest bestudeerde fijnkorrelige rivier ter wereld, " zei sedimentoloog Jeffrey Nittrouer van Rice University, een hoofdauteur van de nieuwe studie over de Gele Rivier die deze week online verschijnt in wetenschappelijke vooruitgang . "Ondanks dat, de typische formules en relaties die worden gebruikt om de sedimentstroom in de meeste andere rivieren te beschrijven, werken gewoon niet voor de Huanghe. Ze voorspellen consequent de sedimentbelasting van de rivier met een factor 20."

In de studie, Nittrouer en hoofdauteur Hongbo Ma, een postdoctoraal onderzoeker uit China die in 2014 bij Rice kwam werken, gebruikte de nieuwste technieken in sedimentbemonstering en 3D-kartering van rivierbodems om een ​​"universele sedimenttransportformulering" te creëren. De formulering is het eerste op fysica gebaseerde sedimenttransportmodel dat nauwkeurig kan beschrijven hoe de Huanghe sediment transporteert.

"In termen van sedimenttransport, de Haunghe is bijna de perfecte rivier, ' zei Ma. 'De onderkant is bijna vlak en zonder kenmerken, wat betekent dat het bijna al zijn energie kan gebruiken voor het verplaatsen van sediment."

Nittrouer, een assistent-professor aardwetenschappen die tientallen rivieren op drie continenten heeft bestudeerd, zei dat hij nog nooit zoiets als de Huanghe heeft gezien. "In typische laagland rivieren met zandbodems - zoals de Amazone, de Mississippi, noem maar op - slechts ongeveer 40 tot 60 procent van de energie wordt gebruikt om sediment stroomafwaarts te transporteren. In de Gele Rivier, ruim 95 procent van de energie is beschikbaar om sediment te verplaatsen."

Nittrouer en Ma bezochten de Huanghe voor het eerst in de zomer van 2015 als onderdeel van een vierjarige Onderzoek van $ 2 miljoen gefinancierd door de National Science Foundation (NSF). Hun bedoeling was om de geologische, sociaal-economische en technische lessen uit China's decennialange inspanningen om de Huanghe te beheersen en de groei van zijn delta in de Bohai-zee te sturen.

"De Haunghe verplaatst zoveel sediment dat het buitengewoon efficiënt is om elk jaar nieuw land te genereren en daarom de beste plaats voor ons is om te leren hoe sediment uit rivieren kan worden gebruikt om de duurzaamheid van de delta te verbeteren, " zei Nittrouer. "Het voorbeeld dat het dichtst bij huis ligt, is de rivier de Mississippi, waar er aanzienlijke inspanningen worden geleverd om de kust van Louisiana aan te vullen. Maar een nog dringender reden om de Gele Rivier te bestuderen, is dat 80 miljoen mensen in de uiterwaarden wonen en worden bedreigd door de overstromingen. Het potentieel voor menselijk lijden is enorm. Het doel van ons werk is om de overstromingen in Huanghe te verminderen, terwijl we door middel van onderzoek technieken ontwikkelen die overdraagbaar zijn om riviersystemen wereldwijd te evalueren."

Ma en Nittrouer zeiden dat ze hun eerste poging om een ​​3D-kaart van de Huanghe-bodem te maken nooit zullen vergeten. Ze waren van plan om een ​​gedetailleerd beeld van de rivierbedding te maken met behulp van een sonarsysteem dat Nittrouer eerder had gebruikt om verschillende andere riviersystemen in kaart te brengen. In alle eerdere onderzoeken hij had ontdekt dat het kanaal bodemkenmerken bevatte die vergelijkbaar waren met zandduinen van woestijnen.

"Ik wierp één blik op de uitlezing op de boot en dacht dat het instrument kapot was, "Zei Nittrouer. "De bodem leek zo plat als glas."

ma zei, "Pas toen we de gegevens terug naar het lab brachten, zagen we dat er functies waren, maar de beeldverhouding was zodanig dat we ze niet op de boot konden zien."

Bijvoorbeeld, toen Nittrouer de bodem van de Mississippi in beeld bracht, hij zag meestal bodemvormen tot 10 meter hoog en op een onderlinge afstand van ongeveer 200 tot 300 meter. In tegenstelling tot, de gegevens van de Gele Rivier lieten om de 500 tot 2 meter hoge duinen zien, 000 meter.

Met behulp van die gegevens en andere metingen van de lagere Huanghe, inclusief uit de uitgestrekte delta, Ma creëerde een op fysica gebaseerde formulering die in staat is om de flux - het volume sediment dat gedurende een bepaalde periode wordt getransporteerd - in de Huanghe nauwkeurig te voorspellen.

"Het doel is om te kijken naar de verbondenheid, in termen van sedimentbeweging en waterstroom, tussen de rivier, de delta en het kustgebied, " zei mama, die ervoor koos om sedimentoloog te worden na de verwoestende aardbeving in Sichuan in China in 2008.

Hoewel nog steeds een student aan de Tsinghua University, Ma sloot zich aan bij een laboratorium dat de mogelijke overstromingen bestudeerde die het gevolg konden zijn van damdoorbraken veroorzaakt door aardverschuivingen tijdens de aardbeving van 2008. Het potentiële verlies aan mensenlevens door de overstromingen was groter dan de 90, 000 mensen gedood of gewond door de aardbeving zelf, en Ma raakte gefascineerd door het creëren van technologieën die zulke grote overstromingen kunnen helpen voorkomen.

"Ik ben geboren en opgegroeid ver van de Haunghe in de noordoostelijke provincie Heilongjiang, maar ik, zoals veel Chinezen, voel diep het verdriet van de Huanghe, die de afgelopen 2 miljoenen heeft gedood, 000 jaar, en ik houd het verdriet van alle overstromingsgevaren in gedachten bij het uitvoeren van mijn onderzoek, " hij zei.

Ma zei dat hij hoopt dat de nieuwe formule nuttig kan zijn voor Chinese ingenieurs die de stroming van water en sediment van dammen langs de Huanghe beheren. Bijvoorbeeld, ingenieurs hebben decennialang geprobeerd het risico op overstromingen in Huanghe te verminderen door periodiek de rivierbodem af te spoelen met massale lozingen van sedimentverarmd meerwater.

Ma zei dat een bevinding van het nieuwe model is dat dergelijk schuren onbedoeld het risico op overstromingen in bepaalde delen van de rivier kan vergroten, omdat hoewel het slib opruimt, het creëert ook een rivierbedding met een ruwe textuur die de hoeveelheid energie vermindert die de rivier kan gebruiken om sediment te verplaatsen.

"Onze formule geeft aan dat dit de efficiëntie van het sedimenttransport met een orde van grootte zal verlagen, "zei hij. "Bovendien, de extra weerstand die door duinen wordt veroorzaakt, zou de waterstand kunnen vergroten en het systeem vatbaar maken voor dijkoverslag tijdens overstromingen. Deze dreiging kan uniek zijn voor het geval van de Haunghe."

Judy Skog, programmadirecteur in het directoraat Geowetenschappen van de NSF, die het onderzoek financierde via haar Coastal Science, Engineering en onderwijs voor duurzaamheidsprogramma, zei, "Het begrijpen van de stroming van sediment in rivieren is belangrijk voor het grote aantal mensen over de hele wereld dat in de buurt van rivieren woont. Deze studie kan leiden tot voorspellingen van wanneer en waar rivieren sediment transporteren, en om te begrijpen hoe die sedimentstroom wordt beïnvloed door inspanningen op het gebied van instandhouding en beheer, zoals het verwijderen van dammen."