Jak zapobiec powodziom? Naukowcy dają odpowiedź

Przetaczająca się przez Polskę powódź doprowadziła do gigantycznych szkód. Wiele domów i innych budynków zostało doszczętnie zniszczonych. Naukowcy opracowali model, który ułatwi zapobieganie negatywnym skutkom powodzi.

Tworzenie się nowego koryta rzeki (awulsja) jest naturalnym procesem geomofrogolicznym. Katastrofalne zmiany biegu rzek mogą zagrozić milionom ludzi na całym świecie. Nowe badania pozwalają na lepsze przewidywanie tych zjawisk i podjęcie odpowiednich działań — informuje pismo "Nature".

Dzięki pionierskim badaniom, naukowcy z Indiana University odkryli sposób przewidywania, kiedy i gdzie rzeki mogą drastycznie zmienić swój bieg. Wyniki tych badań rzucają światło na proces, który miał ogromny wpływ na historię ludzkości. Przyczynia się bowiem do powstawania niszczycielskich powodzi i cały czas stanowi zagrożenie dla milionów ludzi na całym świecie.

Dalsza część artykułu pod materiałem wideo

Woda płynie w dół, podążając drogą o najmniejszym oporze, często tworząc zakola i meandry, szczególnie na równinach, co wcale nie jest jednoznaczne z płynięciem prosto. W obszarach górskich rzeki mogą znaleźć nowe, bardziej spadziste koryta. Proces ten powoduje erozję jednego brzegu rzeki oraz akumulację osadów na drugim. Przepływ wody zależy od zmiennych klimatycznych, takich jak opady i temperatura powietrza. Na kształtowanie koryta wpływają także lokalna topografia, sposób użytkowania gruntów i inne zmienne.

Meandry zazwyczaj występują na terenach nizinnych, w dolnych i środkowych odcinkach rzek. Z czasem mogą przesuwać się ku ujściu, zwiększając swoją krzywiznę. Gdy poziom wody wzrośnie, mogą zostać odcięte od głównego biegu rzeki. W ten sposób powstają starorzecza.

Zespół badawczy pod kierownictwem Jamesa "Jake’a" Gearona, doktoranta w Katedrze Nauk o Ziemi i Atmosferze (EAS) na Indiana University Bloomington, po raz pierwszy opracował warunki, które prowadzą do zmian biegu rzek. Do zespołu należą także Harrison Martin, Clarke DeLisle, Eric Barefoot i profesor Douglas Edmonds. W badaniach wykorzystano zaawansowane technologie satelitarne do obrazowania terenu. Naukowcy podkreślili, ze pomiar topografii wokół rzeki jest trudny przez roślinność. Do tego celu wykorzystano satelitę, wykorzystującego lasery do pomiarów.

Zmiany biegu rzek, które mogły inspirować starożytne mity o powodziach, w przeszłości spowodowały największe powodzie i nadal zagrażają wielu ludziom. Edmonds podkreśla, że "Zmiany klimatu modyfikują globalne cykle wodne, a ekspansja człowieka na obszary narażone na powodzie wzrasta, więc zrozumienie i przewidywanie procesów awulsji nigdy nie było ważniejsze".

Do zmian biegu rzeki dochodzi, gdy poziom wody przewyższa otaczający krajobraz, najczęściej z powodu nagromadzenia się osadów. Skutkiem tego może być niekontrolowane wylanie wody z brzegów i utworzenie nowego koryta. To prowadzi do powodzi, ponieważ nowe koryto pojawia się często w miejscach nieprzygotowanych na taką ilość wody.

Naukowcy dawniej uważali, że nagłe zmiany biegu rzek wynikają z dwóch głównych czynników: podniesienie koryta rzeki powyżej równiny zalewowej lub bardziej stroma ścieżka po bokach rzeki. Edmonds stwierdził, że "Teraz możemy faktycznie przetestować te 80-letnie koncepcje za pomocą danych topograficznych, które zebraliśmy z kosmosu". Dane pokazały, że oba czynniki współdziałają i zależą od położenia rzeki.

Analiza danych z 174 awulsji rzek na całym świecie, wykorzystując zdjęcia satelitarne, ujawnia, że zmiany biegu są bardziej powszechne w pobliżu pasm górskich i obszarów przybrzeżnych, gdzie szybko gromadzą się osady. W tych rejonach występowało 74 proc. awulsji.

Wykorzystując dane topograficzne, zespół badawczy opracował model mapowania "korytarzy awulsji rzeki" – potencjalnych ścieżek, którymi rzeki mogą podążać, jeśli zmienią swoje biegi. Model ten może pomóc rządom i planistom zidentyfikować obszary o wysokim ryzyku nagłych powodzi, zwłaszcza w regionach o ograniczonych zasobach.

- Tradycyjne modele powodzi koncentrują się na wzroście poziomu wody w wyniku ulewnych deszczów, ale awulsje mogą wystąpić bez ostrzeżenia, nawet w obszarach, w których opady deszczu nie stanowią poważnego problemu. To sprawia, że są szczególnie niebezpieczne i trudne do przewidzenia, podobnie jak trzęsienia ziemi – powiedział Gearon.

Wyniki badań mogą być cenne dla Globalnego Południa, gdzie nagłe zmiany biegu rzek są częstsze i mogą mieć bardziej katastrofalne skutki. Powódź związana z awulsją rzeki Indus w Pakistanie w 2010 r. dotknęła ponad 20 milionów ludzi.