Исследователи UMD связывают изменение климата с управлением ливневыми стоками в городах и пригородах с конечной целью повышения устойчивости к крупным ураганам. Поскольку модели предсказывают не только увеличение количества дождей, но и увеличение частоты особенно сильных и разрушительных штормов, наводнения являются серьезной проблемой в сообществах, которые становятся более заселенными с большим количеством асфальта. Наводнение не только наносит материальный ущерб, но и влияет на здоровье Чесапикского залива из-за увеличения стока питательных веществ и загрязнения. В новом тематическом исследовании, опубликованном в Журнале планирования и управления водными ресурсами, исследователи изучают два разных водосбора и демонстрируют, что даже небольшие децентрализованные методы управления ливневыми стоками, такие как дождевые сады, могут иметь большое совокупное значение для устойчивости водосбора. оценить, что изменение климата потребует от наших будущих систем управления ливневыми стоками.
«То, что мы разрабатываем сейчас, рассчитано на 20 или 30 лет, поэтому мы должны проектировать его с учетом будущих климатических условий, а не того, как выглядел прошедший дождь», - объясняет Митчелл Павао-Цукерман, доцент. в области экологических наук и технологий. «Эта работа делает акцент на том, что происходит в местных горных районах, что имеет непосредственное значение для людей, живущих в этих водоразделах, для смягчения последствий наводнений в будущем, но связывает это с более широкими вопросами того, как увеличение стока связано со здоровьем Чесапикского залива."
В этом исследовании Павао-Цукерман и аспирантка Эмма Гиз рассматривают на практике, что в настоящее время делают пригородные районы для управления ливневыми стоками, и предоставляют некоторые доказательства того, как и зачем внедрять зеленую инфраструктуру на основе того, как эти системы выдержит в будущем. Павао-Цукерман и Гизе использовали данные Геологической службы США (USGS) по двум водоразделам в Кларксбурге, штат Мэриленд, пригородном городке в округе Монтгомери, который только растет и продолжает развиваться. Каждый из этих двух водосборных бассейнов имеет разную историю развития: в одном есть несколько более крупных прудов-накопителей или бассейнов для сбора ливневых стоков для более традиционного подхода к управлению ливневыми стоками, в то время как в другом имеется большое количество мелкомасштабной зеленой инфраструктуры, такой как дождевые сады, сухие пруды-накопители. и песчаные фильтры. Оба водораздела контролировались до и после разработки, чтобы увидеть влияние зеленой инфраструктуры, и оба находятся рядом со станцией мониторинга погоды с легкодоступными климатическими данными.
"Зеленая инфраструктура состоит из вещей, занимающих гораздо меньшую площадь, чем ливневый бассейн, но их больше в водоразделе, поэтому все сводится к измерению совокупного эффекта множества мелких вещей в одном водосборе, а не чем одно или два крупных объекта на другом водоразделе», - говорит Павао-Цукерман. «Партнерство с Геологической службой США, чтобы иметь хороший источник данных в масштабе водораздела и найти правильную модель для вопроса, было ключевым."
Чтобы смоделировать будущие сценарии изменения климата для этих двух водоразделов, Павао-Цукерман и Гизе обратились за помощью к Аделю Ширмохаммади, профессору и заместителю декана Колледжа сельского хозяйства и природных ресурсов. «Вместе мы смогли использовать данные Геологической службы США для обучения инструмента оценки почвы и воды или модели SWAT, принимая во внимание географию водоразделов, уклон, тип почвы, непроницаемую поверхность, застроенное или открытое пространство и другие параметры для определения сколько осадков на самом деле становится стоком или риском наводнения», - говорит Павао-Цукерман.
Используя эту модель, Павао-Цукерман и Гиз затем смогли использовать данные прогноза изменения климата для увеличения частоты штормов и количества осадков, чтобы запустить различные будущие сценарии и посмотреть, как будут управляться эти разные водоразделы. «Мы уже наблюдали значительное увеличение количества осадков в настоящее время, поэтому мы были удивлены, увидев, что наша базовая оценка в настоящее время уже показывает последствия увеличения количества осадков», - говорит Павао-Цукерман.
В конечном счете, Павао-Цукерман и Гизе обнаружили, что водосборный бассейн с более зеленой инфраструктурой был способен смягчить и поглотить больше увеличившегося количества осадков, чем более традиционно спроектированный водосборный бассейн с более крупными бассейнами для ливневых стоков. Однако при более крупных или интенсивных дождях обе системы не смогли успешно справиться с количеством дождя. «Мы наблюдаем все больше сильных штормов, поэтому к моменту следующего шторма системы либо перегружены, либо все еще перегружены», - говорит Павао-Цукерман. «Таким образом, мы видим, что на самом деле более крупные дождевые явления не работают, и это отчасти беспокоит, потому что мы знаем, что с изменением климата эти более интенсивные явления станут более частыми. Это указывает на необходимость планирования для этих более интенсивные погодные явления в инфраструктуре управления ливневыми стоками."
Чтобы решить эту проблему, Павао-Цукерман и Гизе обнаружили, что увеличение пропускной способности некоторых из существующих систем или увеличение присутствия зеленой инфраструктуры в водоразделах сделало их более устойчивыми к будущим экстремальным дождям. Имея это в виду, Павао-Цукерман и Гизе работали с Амандой Роклер, специалистом по восстановлению водоразделов и старшим агентом UMD Extension и Программы морских грантов Мэриленда, чтобы получить представление о том, что можно реализовать. «Наша работа позволяет нам увидеть, какой может быть дополнительная отдача от инвестиций в эти различные сценарии управления климатом и ливневыми стоками», - говорит Павао-Цукерман. «Это более конкретно, чем просто сказать, что чем больше зеленой инфраструктуры, тем лучше, что нецелесообразно и может привести к компромиссу между затратами и выгодами».