Da der Klimawandel zu einem Anstieg des Meeresspiegels und stärkeren Stürmen führt, greifen Küstengemeinden zunehmend auf Sensornetzwerke zurück, um den Wasserstand zu verfolgen. Die Sensoren – die immer billiger und leistungsfähiger werden – können Beamten helfen, Hochwasserrisiken vorherzusehen und in Notfällen zu reagieren.
Ein von Georgia Tech-Forschern entwickeltes Tool kann dabei helfen, das Beste aus diesen Netzwerken zu machen und die idealen Standorte für Wasserstandssensoren zu lokalisieren, um die Echtzeitdaten zu maximieren, die Notfallmanagern zur Verfügung stehen.
In einem Testfall in Chatham County, Georgia, reduzierte der von der Bauingenieurin Iris Tien entwickelte Ansatz 29.000 potenzielle Sensorstandorte auf nur 381. Die Idee ist also, dass Beamte ihre lokale Expertise und ihr historisches Wissen nutzen können, um auszuwählen, wo Sensoren installiert werden sollen diese Flecken.
„Wir wollten sicherstellen, dass dieses lokale Fachwissen integriert wird“, sagte Tien, Williams Family Associate Professor an der School of Civil and Environmental Engineering. „Was meiner Meinung nach in der Forschung oft fehlt, ist, dass es spezifisches lokales Wissen gibt, das einen Mehrwert für das Projekt und die Lösungen schaffen kann. Das war Teil unseres kooperativen Prozesses: Das sind Menschen, die Überschwemmungen in der Gemeinde gesehen haben und wissen wo Sensoren von Vorteil sein könnten.“
Tien hat gerade Details des Tools in der Zeitschrift veröffentlicht Kommunikation Erde & Umwelt mit Ph.D. Student Jorge-Mario Lozano und Praktikant Akhil Chavan. Tien betonte, dass der Ansatz in jeder Küstengemeinde funktionieren würde. Der Code und die Anweisungen sind im Rahmen ihrer Studie frei verfügbar.
Das Chatham County Emergency Management, die Stadt Savannah und Georgia Tech arbeiten seit Jahren an einem kostengünstigen Meeresspiegelsensorprojekt zusammen, um Echtzeitinformationen für die Notfallplanung und -reaktion bereitzustellen. Als das Sensornetzwerk erweitert wurde, wählte das Team Standorte aus, um Datenlücken zu schließen und zu versuchen, die durch die begrenzte Reichweite des Netzwerks verursachte Unsicherheit zu verringern. Aber sie fragten sich, ob es einen effektiveren Weg gäbe.
„Wir haben diese Sensoren ad hoc platziert, basierend darauf, wo wir denken, dass sie gut sein könnten“, sagte Tien. „In unseren Diskussionen begannen wir zu denken, dass es vielleicht eine Möglichkeit gibt, dies etwas quantitativer und strenger zu gestalten und bestimmte Faktoren in diese Entscheidungen einzubeziehen.“
Als das Team sich mit der Forschung zur Platzierung von Sensornetzwerken befasste, stellte es fest, dass Bewertungen normalerweise nur die gleichen Lückenfüllungs- und Unsicherheitsprobleme berücksichtigten, die das Team für Meeresspiegelsensoren bereits in Betracht gezogen hatte.
Tiens Tool fügt dem Kalkül weitere kritische Komponenten hinzu: die Wahrscheinlichkeit von Überschwemmungen in verschiedenen Gebieten auf der Grundlage von Hochwasserdaten des Bundes; die potenzielle Gefährdung kritischer Infrastrukturen wie Krankenhäuser, Schulen, Kraftwerke und mehr; und Metriken zur sozialen Verwundbarkeit, die darauf abzielen, Bevölkerungsgruppen zu berücksichtigen, die am meisten zu kämpfen haben, wenn sie von Überschwemmungen betroffen sind.
„Das übergeordnete Ziel dieses Projekts besteht eigentlich aus drei Worten: Erhöhung der Widerstandsfähigkeit der Gemeinschaft. Das führt uns zu der Frage, was uns helfen könnte, die Widerstandsfähigkeit der Gemeinschaft zu erhöhen“, sagte Tien. „Viele dieser Ereignisse wirken sich überproportional auf gefährdetere Bevölkerungsgruppen aus. Daher ist es wichtig, dass wir dies in die Analyse einbeziehen, um historische Unterinvestitionen oder historisch marginalisierte Gemeinschaften anzugehen, die nicht die Aufmerksamkeit erhalten haben, die sie benötigen, um gegenüber dieser Art von Ereignissen widerstandsfähiger zu sein.“
In Chatham County haben Notfallplaner einen Schadensbewertungs-Prioritätsindex erstellt, der sozioökonomische und soziale Anfälligkeitsindikatoren kombiniert, um bei der Priorisierung von Reaktionsbemühungen zu helfen. Es untersucht Haushalte unterhalb der Armutsgrenze, arbeitslose Bevölkerungsgruppen, die Anzahl der von Mietern bewohnten Wohnungen in einer Nachbarschaft, Mehrfamilienhäuser und Mobilheime und mehr.
Tiens Team verwendete diesen Index bei seiner Bewertung neben den Arten von kritischen Einrichtungen, die von Chatham-Beamten identifiziert wurden. In anderen Gemeinden könnten die Variablen etwas anders sein, sagte Tien – vielleicht andere kritische Infrastrukturen oder andere vorrangige Bevölkerungsgruppen – aber das Tool lässt sich leicht an lokale Bedürfnisse anpassen. Und es erfordert keine enorme Rechenleistung; es kann auf einem Desktop-Computer ausgeführt werden.
„Wir leben in einer Welt mit begrenzten Ressourcen. Es gibt keine unbegrenzten Mittel, um Sensoren zu kaufen, sie zu installieren und zu warten. Wir wollen Methoden bereitstellen, um klügere und effektivere Entscheidungen zu treffen“, sagte Tien. „Dieser Ansatz ermöglicht es Planern, Ressourcen effektiver zu nutzen, um die Dinge zu überwachen, die ihnen wirklich wichtig sind, und dazu beizutragen, die Widerstandsfähigkeit für diese bestimmten Standorte oder Bevölkerungsgruppen aufzubauen.“
Mehr Informationen:
Iris Tien et al, Ortung von Echtzeit-Wasserstandssensoren in Küstengemeinden zur Bewertung des Hochwasserrisikos durch Optimierung über mehrere Ziele hinweg, Kommunikation Erde & Umwelt (2023). DOI: 10.1038/s43247-023-00761-1