science >> Wetenschap >  >> Natuur

Estuariene steden beschermen tegen stijgende zeespiegel

De monding van de Gironde, een van de grootste riviermondingen ter wereld. © Chell Hill / Wikimedia Commons

Als klimaatverandering de zeespiegel doet stijgen, estuariene steden worden geconfronteerd met de dubbele dreiging van overstromingen en aanzienlijke erosie. Onderzoek door een gezamenlijk team van EPFL en de UNSW Sydney werpt nieuw licht op de hydrodynamische krachten die in het spel zijn en maakt de weg vrij voor preventieve strategieën.

Bijna 60% van de wereldbevolking woont in de buurt van een estuarium, en de lijst van estuariene steden bevat 21 van de 30 grootste stedelijke centra ter wereld, waaronder New York en Tokio. De mix van zoet en zout water maakt estuaria - sommige strekken zich honderden kilometers lang uit - tot diverse en complexe ecosystemen. Ze vervullen ook belangrijke sociale en economische functies, van goederenvervoer tot recreatie en visserij. Estuaria kunnen worden ingedeeld in twee basistypen, afhankelijk van of de ingang beperkt (smal) of onbeperkt (breed) is. Variaties in sedimentaanwas en waterafvoer kunnen er ook voor zorgen dat toegangskanalen in de loop van de tijd veranderen.

Tegen het einde van de eeuw, de wereldwijde zeespiegel zal naar verwachting hoger zijn dan nu het geval is. De voorspelde stijging – ergens tussen enkele tientallen centimeters en 2,5 meter of meer – hangt af van hoe het tempo van de wereldwijde uitstoot van broeikasgassen vertraagt, en hoe snel de Antarctische en Groenlandse ijskappen smelten. Maar in alle scenario's stijgende zeespiegel zal de getijdenhydrodynamica in estuaria aanzienlijk veranderen. De effecten van deze veranderingen waren landinwaarts voelbaar, ook in de steden aan hun kusten. Worst-case voorspellingen wijzen op overstromingen en toegenomen kusterosie.

in 2019, EPFL-student Steve Hottinger onderzocht dit fenomeen als onderdeel van zijn masterproject in milieuwetenschappen en techniek. Sinds het afstuderen, hij heeft zijn werk naar een hoger niveau getild, samenwerken met collega's van de UNSW Sydney, Australië, om zijn bevindingen te publiceren in het prestigieuze Q1-tijdschrift Estuarine, Kust- en schappenwetenschap. Hottinger wordt genoemd als een van de hoofdauteurs van de krant.

Kritieke verhoudingen

De onderzoekers bestudeerden verschillende fenomenen:getijdenversterking, vervorming, reflectie en resonantie - om de kritische verhoudingen tussen kanaalgrootte en overstromings- en kusterosierisico te berekenen. Ze observeerden een opmerkelijke vermindering van het getijverschil met 20-60% als de ingangen met 80% worden beperkt in vergelijking met onbeperkte kanalen, en vond dat, hoewel de maximale getijstroomsnelheid hoger is in het beperkte deel van het kanaal, het is lager in het estuarium.

Het team heeft 200 prismatische estuaria gemodelleerd om hun hydrodynamische reactie op zeespiegelstijgingen tussen 0 en 2 meter te beoordelen. na correctie voor getijforcering. Ze voerden een aantal parameters in het model in, inclusief overstromingssnelheid, breedte-tot-lengte verhouding, toegangsbeperking, getijamplitude en stroomsnelheid, en waterdiepte. Voor elk estuarium is het model 60 dagen gedraaid, waarbij de onderzoekers elke 15 minuten duizenden metingen deden om een ​​rijke dataset te produceren.

Een ramp voorkomen

De bevindingen van het team suggereren dat, voor sommige steden, het beperken van toegangen tot estuaria zal nodig zijn om een ​​ramp in 2100 te voorkomen. Hun model zou inzicht kunnen geven in waar en welke actie nodig is. "We kunnen zeker gebruik in de echte wereld zien voor ons model buiten het laboratorium, " zegt Giovanni De Cesare, de operationeel directeur van EPFL's Hydraulic Constructions Platform, die het masterproject van Hottinger begeleidde en een van de co-auteurs van de paper is.

De Cesare ziet ook andere praktische toepassingen van het model. "We zouden kunnen kijken naar de installatie van een getijdencentrale in een estuarium om duurzame elektriciteit op te wekken, " suggereert hij. "Maar we moeten elk geval op zijn merites onderzoeken en de bredere sociale en ecologische implicaties overwegen." Het team is van plan het model opnieuw te gebruiken, deze keer rekening houdend met de impact van de stroomsnelheid van de rivier.