Wetenschap
Het onderzoeksteam ontwikkelt een impactgebaseerd voorspellingssysteem voor verbeterde vroegtijdige waarschuwing voor overstromingen
Klimaatverandering verhoogt de frequentie van extreme gebeurtenissen zoals overstromingen. Dit versterkt de noodzaak om methoden te ontwikkelen voor nauwkeurigere en snellere overstromingsvoorspellingen om de bevolking in de toekomst beter te beschermen.
Een onderzoeksteam van het Helmholtz Centrum voor Milieuonderzoek (UFZ) en het Duitse Onderzoekscentrum voor Geowetenschappen (GFZ) heeft een overstromingsvoorspellingssysteem gepresenteerd in Natuurcommunicatie dat niet alleen actuele waterstanden oplevert, maar ook dynamische overstromingskaarten met hoge resolutie. De onderzoekers zijn erin geslaagd verschillende voorspellingsmodellen zo te combineren dat ze de gevolgen van overstromingen voor individuele gebouwen nauwkeurig kunnen voorspellen.
De afgelopen jaren is er grote vooruitgang geboekt bij het voorspellen van overstromingen in de ruimte en tijd. Het is nu dus mogelijk om maximale overstromingshoogten op locaties van rivierpeilen te voorspellen. Tot nu toe waren de schattingen van de gevolgen van overstromingen voor steden en gemeenten echter slechts ruw of zelfs volkomen onnauwkeurig, vooral voor mensen aan de benedenloop van de rivier, ver weg van meetlocaties. Deze informatie is echter van cruciaal belang, omdat de getroffen bevolking zo snel mogelijk van tevoren op de hoogte moet worden gesteld om eventuele noodzakelijke evacuatiemaatregelen te kunnen nemen.
"Wat nodig is, is een geavanceerd waarschuwingssysteem voor vroegtijdige overstromingen dat tijdig overstromingsvoorspellingen met hoge resolutie levert en de gevolgen van de overstroming op individuele gebouwen aangeeft", zegt senior auteur en UFZ-modelleur prof. Luis Samaniego . Dit zou een belangrijke verbetering zijn voor het crisisbeheer.
In een eerste stap in de ontwikkeling van het nieuwe overstromingsvoorspellingssysteem combineerden de onderzoekers van de twee Helmholtz-centra de neerslagvoorspellingen van de Duitse Weerdienst (NWP-voorspellingssysteem met beperkt gebied) met het mesoschaal hydrologische model (mHM) ontwikkeld bij de UFZ. Dit model biedt niet alleen informatie over de waterafvoer, maar ook informatie over het bodemvocht in de tijd – een van de kritische factoren voor de ontwikkeling van overstromingen.
Op basis van de beschikbare gegevens van de catastrofale overstroming in het Ahrdal in juli 2021 en een ensemblevoorspellingssysteem met 20 leden, waren ze in staat om de piekstromen per uur op meter Altenahr in een hindcast-modus te voorspellen. Bij deze aanpak schatten ze de waarschijnlijkheid in van overschrijding van de 50- of 100-jarige overstromingsniveaus.
Uit simulaties bleek dat 15% van de ensembleleden een overschrijding van een 100-jarige overstroming zou hebben voorspeld met een aanlooptijd van 47 uur en dus bijna twee dagen vóór de overstromingspiek in het Ahrdal. Hoe dichterbij de gebeurtenis kwam, hoe groter de kans dat het destijds gedefinieerde 100-jarige niveau daadwerkelijk zou worden overschreden:75% van alle ensembleleden voorspelde de 100-jarige overstroming 17 uur vóór de overstromingspiek, en uiteindelijk deed 100% dat 7 uur van tevoren.
"Als 75% van de voorspellingen in een ensemble een overstroming van 100 jaar voorspellen, is de kans groot dat deze zich zal voordoen", zegt hoofdauteur en UFZ-modelleur Dr. Husain Najafi.
In de tweede stap combineerden de Helmholtz-onderzoekers de stroomstroming gegenereerd door het mHM-hydrologische model met het RIM2D hydrodynamische overstromingsmodel ontwikkeld door de GFZ Potsdam. RIM2D simuleert zeer snel de overstromingsdynamiek en de evolutie van overstromingsdieptes. Dit model, met een ruimtelijke resolutie van 10 meter x 10 meter, maakt eerst uurlijkse voorspellingen van overstromingsgebieden en -diepten mogelijk en maakt zo zichtbaar welke locaties en in welke mate specifieke gebouwen, straten, spoorsegmenten, ziekenhuizen of andere kritieke infrastructuurelementen zullen worden getroffen door een overstroming.
“De verantwoordelijke autoriteiten en de bevolking beschikken daarom niet alleen over informatie over een mogelijke waterstand 30 kilometer stroomopwaarts, maar ook over een overstromingskaart met hoge resolutie die de gevolgen van de overstroming laat zien. Ze kunnen bijvoorbeeld weten waar mensen in gevaar kunnen zijn of die geëvacueerd moeten worden”, zegt GFZ-hydroloog Dr. Sergiy Vorogushyn.
Het gecombineerde voorspellingsmodel van de UFZ en GFZ heeft de eerste test bij het reconstrueren van de extreme overstromingen in het Ahrdal doorstaan. In een verdere testfase die deze zomer begint, zal de geautomatiseerde modelketen in realtime worden getest als onderdeel van de tweede fase van het Helmholtz Climate Initiative in twee extra stroomgebieden van de rivieren Fils en Murr in Baden-Württemberg.
Als het modelsysteem deze fase ook doorstaat, kan het worden toegepast in gebieden met een hoog overstromingsrisico, vooral als gevolg van plotselinge overstromingen. Dit zou de bestaande systemen voor vroegtijdige waarschuwing over overstromingen op beslissende wijze kunnen versterken en de horizon van de voorspellingen kunnen uitbreiden om ook de gevolgen van overstromingen te omvatten. Dit zou de getroffen bevolkingsgroepen en de schade aan eigendommen in de toekomst aanzienlijk kunnen verminderen.