Когда более десяти лет назад Джуд Кастенс разрабатывал новую модель картирования поймы в рамках своей докторской диссертации в Канзасском университете, он стремился восполнить критический пробел в информации, который часто мешал чиновникам во время крупных наводнений: отсутствие широкомасштабных прогнозов распространения и глубины паводковых вод в режиме реального времени.
Надежные подробные оценки затопления жизненно важны для менеджеров по чрезвычайным ситуациям, чтобы иметь достаточную ситуационную осведомленность, чтобы быстро доставлять нужные ресурсы и информацию пострадавшим от наводнения сообществам. В 2007 году сильное наводнение на юго-востоке Канзаса высветило отсутствие своевременных и надежных прогнозов распространения паводковых вод.
Из-за проливных дождей этой весной (май 2019 года был самым дождливым месяцем, когда-либо зарегистрированным в Канзасе), сотрудники Канзасского управления водоснабжения и Канзасского отдела по чрезвычайным ситуациям работали с Кастенсом, который сейчас является адъюнкт-профессором KU в Kansas Applied Remote. Sensing Program в Канзасской биологической службе, чтобы получить более точное представление о том, куда могут подняться паводковые воды, на основе его подхода к интеграции данных с карт высот, водомеров и прогнозов уровней рек Национальной метеорологической службы.
"В мае я работал с Управлением водоснабжения Канзаса", - сказал Кастенс. «Почва была пропитана водой, водохранилища наполнялись, а прогнозировалось гораздо больше дождей, и крупные наводнения в центральном и восточном Канзасе выглядели неизбежными. Несколько лет назад мы разработали эту библиотеку наводнений в основном в сотрудничестве с Water Office и Совет по политике ГИС штата Канзас, но у него никогда не было возможности протестировать его в режиме реального времени. Он был основан на подходе, который я разработал для своей диссертации, и у нас были библиотеки данных о наводнениях для большей восточной части Канзаса, основанные на сети измеренных водотоков. Например, если вы едете к югу от Лоуренса по шоссе 59, вы увидите водомерный блок Геологической службы США у моста через реку Вакаруса. В Канзасе имеется около 200 датчиков, которые в режиме реального времени собирают информацию об этапах течения, а во время наводнений Национальная метеорологическая служба предоставляет прогнозы уровней для многих из них за несколько дней. Мы можем взять эти данные и нанести на карту предполагаемые текущие или будущие наводнения, между датчиками или около одного."
Модель Кастенса (называемая FLDPLN, или «Пойма») отображает потенциальное затопление как функцию высоты уровня, используя основные гидрологические принципы и данные о высоте с привязкой к координатной сетке. Поскольку этот подход требует так мало входных данных и небольшого контроля, он имеет значительные преимущества для картирования в реальном времени по сравнению с существующими методами, такими как более точные, но более сложные гидродинамические модели, которые FEMA использует для картирования 100-летних пойм.
Работая с официальными лицами Канзаса, поскольку исторические дожди 2019 года угрожали наводнением нескольким районам Канзаса, усилия по картированию были сосредоточены на трех критических местах.
«Мы смоделировали реку Неошо к югу от водохранилища Джона Редмонда в округе Коффи вплоть до Оклахомы, протяженностью около 100 миль», - сказал Кастенс. «Мы также смоделировали реки Неошо и Коттонвуд над Джоном Редмондом, сосредоточенные вокруг Эмпории, недалеко от места слияния этих двух рек в округе Лион. Третья область находилась вокруг Салины, где наводнения вдоль рек Салин и Малберри-Крик приближались к историческим уровням."
Когда водохранилище Джона Редмонда чуть выше Берлингтона на реке Неошо было почти заполнено, а Инженерный корпус армии планировал сброс больших объемов воды, усилия Кастенса помогли проинформировать местных лидеров о потенциальном масштабе наводнения - и они поделились с публикой его картами наводнений.
«Используя информацию о прогнозируемом стоке и уровне воды, полученную от Корпуса, мы смоделировали наводнение реки Неошо в Берлингтоне и в остальной части округа Коффи», - сказал Кастенс.«Джон Редмонд был построен Корпусом в начале 1960-х годов, чтобы обеспечить контроль над наводнениями вдоль реки Неошо, но паводковый бассейн водохранилища достиг предела, и ему нужно было сбросить некоторое давление, чтобы не разрушить плотину. Поскольку Неошо уже разлился, городские менеджеры и комиссары были очень обеспокоены тем, насколько все будет плохо, потому что армейский корпус должен был начать выпуск очень большого количества воды из водохранилища Я сделал несколько карт, используя прогнозы Корпуса, предоставленные Управлением водоснабжения Канзаса, и также координатором ГИС округа Коффи, Кара Мэйс. Очень помогло то, что Кара недавно завершила свою магистерскую диссертацию в KU, используя модель FLDPLN для моделирования исторического наводнения 1951 года в Берлингтоне, поэтому она была хорошо осведомлена о ее возможностях».
Двигаясь вперед, Кастенс, который выполнял большую часть этой работы в свободное время по вечерам и в выходные дни в качестве государственной службы, надеется автоматизировать задачу создания карт паводков, чтобы уменьшить рабочую нагрузку, когда ручьи и реки угрожают переполнить свои банки.
«С учетом других моих обязательств в KBS мне потребовалось много усилий, чтобы довести это до конца», - сказал он. «Время имеет решающее значение во время крупных наводнений. Нам необходимо разработать программные инструменты, которые помогут автоматизировать процесс картирования и передать его этим другим агентствам, чтобы они могли свободно отображать любые сценарии, которые они хотят. Я думаю, что наша работа в мае продемонстрировала ценность нашего картографического подхода, и, надеюсь, мы сможем собрать проект, который поможет нам двигаться вперед с автоматизацией. Таким образом, когда произойдет следующее наводнение, персонал аварийного реагирования может просто запускать модели по своему усмотрению. Это то, как мы всегда представляли себе эта вещь - мы создаем библиотеки затопления, чтобы другие могли использовать их во время чрезвычайных ситуаций или моделирования наводнений."
Новый подход Кастенса к картографированию наводнений оказался таким улучшением, недавно он работал с частной фирмой над коммерциализацией технологии и предоставлением услуг за пределами Канзаса должностным лицам по чрезвычайным ситуациям и организациям, имеющим собственность в районах, подверженных наводнениям..
«В 2015 году мы заключили соглашение с Riverside Technology Inc., базирующейся в Форт-Коллинзе, штат Колорадо, и работаем через Центр коммерциализации технологий KU, чтобы попытаться коммерциализировать этот материал», - сказал Кастенс. «Они сделали свою домашнюю работу и провели исследование рынка и увидели реальную возможность разработать решения для картирования наводнений, основанные на наших библиотеках наводнений. Срок действия нашего контракта с Riverside истекает в следующем году, поэтому нам просто нужно посмотреть, что произойдет после этого. Канзас из соглашения, которое позволяет нам оказывать прямую помощь во время наводнений, как мы это делали в мае».
Кастенс сравнивает прогнозируемые карты затопления с прогнозируемыми следами штормов, наблюдениями за торнадо или картами предупреждений.
"Они никогда не бывают абсолютно точными, но опять же, нет и более сложных моделей. Нет двух одинаковых наводнений, и много ресурсов тратится в государственном и частном секторах, чтобы сделать то, на что мы уже способны. делать дешево и эффективно прямо сейчас здесь, в Канзасе."
Биологическая служба Канзаса, назначенный KU исследовательский центр, была основана в KU в 1911 году. В ней размещается разнообразная группа экологических исследований и программ дистанционного зондирования/ГИС. Съемка также управляет полевой станцией KU площадью 3700 акров, созданной в 1947 году; он предлагает сайты для преподавателей и студентов в области естественных наук, искусства, гуманитарных наук и профессиональных школ.