Die Überschwemmungsdefinition des National Weather Service besagt, dass "Überschwemmung ein Überfließen von Wasser auf Land ist, das normalerweise trocken." Überschwemmungen treten auf, wenn Regen schneller fällt, als der Boden aufnehmen kann oder natürliche Kanäle Wasser transportieren können Weg.
Arten von Hochwasserereignissen
Sturzfluten
Sturzfluten sind die Hauptursache für wetterbedingte Todesfälle in den Vereinigten Staaten und ereignen sich innerhalb von sechs Stunden nach dem Regenereignis. Die meisten Sturzfluten entstehen durch starke Regenfälle von langsamen Gewittern, wiederholten Gewittern oder den starken Regenfällen von Hurrikans oder Tropenstürmen.
Flussüberschwemmungen
Saisonale Regenfälle, Schneeschmelze oder Stürme können zu Flussüberschwemmungen führen. Flussüberschwemmungen treten als Teil des natürlichen jahreszeitlichen Zyklus auf und können eine Woche oder länger dauern.
Küstenhochwasser
Überschwemmungen entlang von Küstenlinien treten auf, wenn Stürme oder Winde den Ozean weiter als die normalen Gezeitenlinien drücken. Extreme Tiefdrucksysteme und starke Onshore-Winde, insbesondere von Hurrikanen und tropischen Stürmen, verursachen Küstenüberschwemmungen. Auch seismische Meereswellen, besser bekannt als Tsunamis oder Flutwellen, die durch Unterwasserbeben oder Vulkanausbrüche ausgelöst werden, verursachen Küstenüberschwemmungen.
Städtische Überschwemmungen
Mit dem Wachstum der Städte wächst auch die Gefahr von Überschwemmungen. Gehwege und Gebäude verhindern das Eindringen und erhöhen den Abfluss. Straßen können zu fließenden Flüssen werden und niedrige Bereiche wie Unterführungen und Keller können sich mit Wasser füllen.
Eisdämme und Blockaden
Manchmal blockieren Eis oder andere natürliche Materialien wie Bäume und Sträucher vorübergehend den Abfluss. Wenn diese Materialien den Abfluss zurückhalten, baut das Wasser Druck auf und verhält sich wie eine Sturzflut, wenn der temporäre Damm plötzlich bricht.
Andere Hochwasserereignisse
Schwere Überschwemmungen können auftreten, wenn Deiche oder Dämme brechen oder wenn Wasser aus Aufstauungen abgelassen werden muss, um den Druck zu entlasten. Schneeschmelze durch Magmabewegung kann auch plötzliche Überschwemmungen verursachen, wie bei der Eruption des Berges 1980. St. Helens.
Designideen für Hochwasserprojekte
Zwei Schlüsselfaktoren bei Überschwemmungen sind Niederschlagsmenge und Niederschlagsintensität, mit Einflüssen von Topographie, Bodenbeschaffenheit und Bodenbedeckung. Jeder dieser Faktoren deutet auf mögliche Projekte hin. Im Allgemeinen verwendet ein Projekt zu Hochwasserursachen oder -ergebnissen Modelle.
Die Topographie beeinflusst die Fließgeschwindigkeit des Wassers. Vergleichen Sie die Fließgeschwindigkeit basierend auf dem Neigungswinkel. Baue oder erstelle eine Rutsche für das Wasser. Berechnen Sie die Geschwindigkeit des Wasserflusses, indem Sie Geschwindigkeit gleich Strecke geteilt durch Zeit verwenden. Stellen Sie die Schurre auf einen steileren Winkel zurück und berechnen Sie die Geschwindigkeit erneut. Vergleichen Sie die Geschwindigkeiten. Mögliche Frage: Verdoppelt die Verdopplung des Neigungswinkels auch die Geschwindigkeit des Wassers?
Überlegen Sie, wie sich die Breite eines Bachlaufs auf die Geschwindigkeit des Wassers auswirkt. Verwenden Sie zwei unterschiedliche Breiten der Rutsche. Messen Sie die Geschwindigkeiten und vergleichen Sie.
Bewerten Sie, wie sich die Wassertiefe ändert, wenn sich der Kanal verengt. Sturzfluten können zu einer 30 Fuß hohen Wasserwand in einer engen Schlucht führen. Erstellen oder bauen Sie eine schmale Rutsche und eine breite Rutsche. Die Wassermenge muss bei beiden Rutschen gleich sein. Messen Sie jeweils die Höhe der Wasserlinie. Erstellen Sie alternativ eine Rutsche, die sich allmählich von breit und flach zu schmal und tief ändert. Markieren Sie die Wasserlinie. Erweitern Sie das Projekt, indem Sie die Geschwindigkeit des Wassers im breiten Abschnitt mit der Geschwindigkeit im schmalen Abschnitt vergleichen.
Fast die Hälfte der durch Sturzfluten verursachten Todesfälle ereignet sich in Autos. Berechnen Sie die Kraft, die erforderlich ist, um ein durchschnittliches Auto zu bewegen. Wie tief muss das Wasser sein, um ein Auto zu bewegen?
Einige Überschwemmungen resultieren aus dem Brechen von Eisdämmen, Deichen oder Dämmen. Tatsächlich war die Flut von Johnstown am 31. Mai 1889 einer der schlimmsten Dammbrüche in der Geschichte der USA. Erforsche und entwerfe einen Damm. Bauen Sie ein Modell des Damms über eine Rutsche. Bestimmen Sie die Kraft, die erforderlich ist, um den Damm zu brechen. Bewerten und umgestalten, um sich zu verbessern. Alternativ können Sie eine Brücke konstruieren, um Schmutzstaus zu minimieren. Bewerten Sie den Druck auf eine Brücke aufgrund von Schutt oder Eisstau.
Wie sehen Sedimentablagerungen bei einem Hochwasser aus? Baue oder erstelle zwei Rutschen. Platzieren Sie eine Rutsche in einem flachen Winkel und die andere in einem steileren Winkel (im Allgemeinen liegen die steilsten natürlichen Hänge zwischen 45 und 60 Grad). Füllen Sie beide Rutschen mit gleichen Mengen Schlamm, Sand und Steinen, die so ähnlich wie möglich angeordnet sind. Legen Sie eine durchsichtige Plastikbox auf den Boden jeder Rutsche. Lassen Sie das Wasser durch jede Rutsche nach unten fließen, um Schlamm, Sand und Steine in die Plastikboxen zu transportieren. Vergleichen Sie die endgültigen Anordnungen der Sedimente. Alternativ lassen Sie das Wasser und die Sedimente abfließen. Messen und vergleichen Sie, wie weit das Wasser die Sedimente trägt.
Die Bodenart beeinflusst die Niederschlagsinfiltrationsrate. Füllen Sie eine flache Plastikbox mit Schlamm, eine mit Sand und eine mit Kieselsteinen und füllen Sie sie bis zur Oberseite der Plastikbox. Sie können die Idee erweitern, indem Sie für jeden Bodentyp zwei verschiedene Boxen verwenden, die Sedimente in einer Box locker lassen und die Sedimente in der anderen fest verpacken. Legen Sie jede Plastikbox in eine größere Box, um das Ablaufen aufzufangen. Verwenden Sie eine Sprinkleranlage, um auf die Boxen zu "regnen". Messen und vergleichen Sie die Wassermenge, die in die Sedimente sinkt und messen Sie die Wassermenge, die abläuft. Vielleicht möchten Sie auch die Kästchen zurücksetzen und die Niederschlagsrate erhöhen.
Die Pflanzenbedeckung beeinflusst den Niederschlagsabfluss. Verwenden Sie zwei durchsichtige Plastikbehälter. Füllen Sie beides mit Erde. Grassamen in einen Behälter pflanzen. Sobald sich Gras gebildet hat, beregnen Sie beide Behälter mit einem Sprinkler. Erfassen und messen Sie die Menge des Abflusses. Verwenden Sie alternativ Zahnstocher, um Pflanzen in einem Behälter zu simulieren. Messen Sie die Wassermengen, die infiltriert und abfließen.
Informieren Sie die Öffentlichkeit mit einem Hochwasser-Notfallprojekt. Erforschen Sie die Überschwemmungszonen in der Umgebung. Erstellen Sie eine öffentliche Sensibilisierungskampagne. Teilen Sie Checklisten für die Notfallvorsorge. Schreiben Sie einen Artikel für die Lokalzeitung oder Nachrichtensendung. Arbeiten Sie mit den lokalen Behörden zusammen, um Rettungswegzeichen aus Überschwemmungsgebieten zu erstellen und anzubringen.
Citizen Science-Projekte
Online-Citizen-Science-Projekte ermöglichen es Einzelpersonen, Daten zu wissenschaftlichen Studien zu sammeln und hinzuzufügen. SciStarter und Citizen Science Alliance (siehe Ressourcen) sind zwei Online-Sites, die öffentliche Beiträge suchen.