Biến đổi khí hậu đe dọa các cây cầu và đường
Mới đây, các nhà khoa học tại Đại học Virginia đã tiến hành nghiên cứu để đánh giá những tác động của biến đổi khí hậu đến sự gia tăng lượng mưa và mức độ ảnh hưởng đến đường sá, cầu cống và hệ thống quản lý nước.
Nghiên cứu này, sử dụng các phương pháp mô hình hóa máy tính thủy động lực học tiên tiến, hứa hẹn sẽ cung cấp các công cụ mới quan trọng để giúp các kỹ sư điều chỉnh cơ sở hạ tầng cho những điều kiện thay đổi của môi trường.
Nghiên cứu mới cũng đề cập đến một khu vực chưa được nghiên cứu nhiều trước đây bằng cách xem xét cụ thể tác động từ sự gia tăng lượng mưa và dòng chảy do biến đổi khí hậu trên các lưu vực có quy mô khác nhau. Chẳng hạn, khu vực chảy vào sông Rivanna của Virginia (khoảng 750 dặm vuông) sẽ khác biệt như thế nào so với một trong những nhánh sông của nó – suối Moore – với lưu vực chỉ 35 dặm vuông?
“Bằng cách phát triển các mô hình kết nối biến đổi khí hậu với tình trạng dễ bị tổn thương của cơ sở hạ tầng, chúng tôi hy vọng sẽ đưa ra các giải pháp thiết thực tạo nên cơ sở hạ tầng có khả năng chống chịu”, Jonathan Goodall – Giáo sư Khoa Kỹ thuật Xây dựng và Môi trường – cho biết.
Nhóm nghiên cứu đã công bố những phát hiện của họ trên tạp chí Journal of Hydrologic Engineering.
Các lưu vực nhỏ dễ bị tổn thương hơn
Trên khắp nước Mỹ, các cơ sở hạ tầng được xây dựng để xử lý lưu lượng nước mưa đỉnh từ các con suối và sông đã được thiết kế dựa trên giả định rằng lượng mưa trung bình sẽ không thay đổi theo thời gian. Song, khi các sự kiện thời tiết khắc nghiệt xuất hiện thường xuyên hơn, các hệ thống này có thể không còn duy trì được sự ổn định nữa.
Các nhà khoa học đã nghiên cứu trường hợp thử nghiệm tại Đồng bằng ven biển Virginia. Nghiên cứu phát hiện ra rằng các lưu vực nhỏ hơn đặc biệt dễ bị ảnh hưởng bởi biến đổi khí hậu, dẫn đến sự gia tăng đột biến về lưu lượng dòng chảy đỉnh. Do những khu vực này có ít đất hơn để hấp thụ mưa, nước sẽ chảy vào các dòng suối nhanh hơn, gây ra sự gia tăng lưu lượng dòng chảy.
Ngược lại, các lưu vực lớn hơn có “hiệu ứng làm giảm”: tỷ lệ tăng lưu lượng dòng chảy giảm khi kích thước lưu vực tăng. Tuy nhiên, nguy cơ lũ lụt nói chung vẫn sẽ tăng, đặc biệt là với kịch bản khí hậu xấu nhất mà các nhà nghiên cứu sử dụng trong các mô hình máy tính. Trong trường hợp này, lượng khí thải nhà kính tăng đáng kể, dẫn đến tình trạng nóng lên toàn cầu nghiêm trọng và thời tiết khắc nghiệt hơn.
“Các lưu vực nhỏ hơn chịu tác động đáng kể và điều này cho thấy nhu cầu phải xem xét lại các thiết kế cơ sở hạ tầng”, Goodall cho biết. “Chúng tôi phát hiện ra, biến đổi khí hậu có thể khiến cường độ mưa tăng 10-40% vào năm 2085, tùy thuộc vào từng kịch bản. Vậy nên, các kỹ sư sẽ cần tính đến các thay đổi này trong các tính toán liên quan đến cầu, cống và các công trình thủy lực khác”.
Cụ thể, nghiên cứu đã phân tích các dự đoán về lượng mưa trong tương lai trên 29 trạm thời tiết trong tiểu bang. Sau đó, họ sử dụng mô hình thủy động lực học Dòng chảy không ổn định hai chiều (được gọi là TUFLOW – mô phỏng dòng nước chảy qua các cảnh quan) để đánh giá các điều kiện trong tương lai ở Đồng bằng ven biển Virginia. Các mô phỏng máy tính này – thường được sử dụng trong quản lý lũ lụt – cho thấy nước sẽ di chuyển như thế nào trong các sự kiện thời tiết khắc nghiệt.
Kết quả cho thấy, trong các kịch bản khí hậu từ trung bình đến khắc nghiệt, cường độ mưa tăng từ 10-30% vào năm 2045 và 10-40% vào năm 2085. Điều này có thể dẫn đến lưu lượng dòng chảy cực đại tăng gần 50% ở các lưu vực nhỏ hơn – những nơi ít có khả năng ứng phó với các trận lũ lụt đột ngột.
Một điểm đáng chú ý khác trong nghiên cứu là việc phát triển các phương trình hồi quy mới, các công thức toán học ước tính lưu lượng dòng chảy cực đại dựa trên quy mô lưu vực, các dự báo lượng mưa trong tương lai và các kịch bản khí hậu.
“Điều này sẽ giúp những người ra quyết định ưu tiên nâng cấp cơ sở hạ tầng và đảm bảo rằng các dự án mới có khả năng chống chịu với sự thay đổi của khí hậu”, Goodall cho biết. “Việc thích ứng với biến đổi khí hậu đã trở thành điều bắt buộc”.
Kim Dung lược dịch từ trường ĐH Virginia
Nguồn: https://engineering.virginia.edu/news-events/news/climate-change-threatens-bridges-and-roads
