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Die Hochwasserdefinition des National Weather Service besagt, dass "Hochwasser ein Überlaufen von Wasser auf Land ist, das normalerweise trocken ist". Überschwemmungen treten auf, wenn der Regen schneller fällt, als der Boden aufnehmen kann, oder wenn natürliche Kanäle Wasser ableiten können.
Arten von Hochwasserereignissen
Sturzfluten
Die Hauptursache für wetterbedingte Todesfälle in den USA sind Sturzfluten innerhalb von sechs Stunden nach dem Regenereignis. Die meisten Sturzfluten treten aufgrund starker Regenfälle von langsamen Gewittern, wiederholten Gewittern oder starken Regenfällen von Wirbelstürmen oder tropischen Stürmen auf.
Flussfluten
Saisonale Regenfälle, Schneeschmelze oder festgefahrene Stürme können zu Flussüberschwemmungen führen. Flussüberschwemmungen treten als Teil des natürlichen saisonalen Zyklus auf und können eine Woche oder länger andauern.
Küstenfluten
Überschwemmungen entlang der Küste treten auf, wenn Stürme oder Winde den Ozean weiter treiben als die normalen Gezeitenlinien. Extreme Niederdrucksysteme und intensive Winde an Land, insbesondere von Hurrikanen und tropischen Stürmen, verursachen Überschwemmungen an der Küste. Seismische Meereswellen, besser bekannt als Tsunamis oder Flutwellen, die durch Unterwassererdbeben oder Vulkanausbrüche ausgelöst werden, verursachen auch Überschwemmungen an der Küste.
Hochwasser in der Stadt
Mit dem Anwachsen der städtischen Gebiete 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 Baumstämme
Manchmal blockieren Eis oder andere natürliche Materialien wie Bäume und Sträucher vorübergehend den Abfluss. Wenn diese Stoffe 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 Dämme oder Dämme brechen oder wenn Wasser aus Aufstauungen abgelassen werden muss, um den Druck zu entlasten. Das Schmelzen des Schnees durch die Magmabewegung kann auch plötzliche Hochwasserereignisse verursachen, wie beim Ausbruch des Berges 1980. St. Helens.
Ideen für Hochwasserprojekte
Zwei Schlüsselfaktoren bei Überschwemmungen sind die Niederschlagsmenge und die Niederschlagsintensität mit Einflüssen von Topographie, Bodenbeschaffenheit und Bodenbedeckung. Jeder dieser Faktoren deutet auf mögliche Projekte hin. Im Allgemeinen werden in einem Projekt zu Hochwasserursachen oder -folgen Modelle verwendet.
Die Topographie beeinflusst die Fließgeschwindigkeit des Wassers. Vergleichen Sie die Strömungsgeschwindigkeit anhand des Neigungswinkels. Baue oder erstelle eine Rutsche für das Wasser. Berechnen Sie die Geschwindigkeit des Wasserflusses, indem Sie Geschwindigkeit gleich Entfernung dividiert durch Zeit verwenden. Stellen Sie den Schacht wieder auf einen steileren Winkel ein und berechnen Sie die Geschwindigkeit erneut. Vergleichen Sie die Geschwindigkeiten. Mögliche Frage: Verdoppelt die Verdoppelung des Neigungswinkels auch die Geschwindigkeit des Wassers?
Überlegen Sie, wie sich die Breite eines Stromkanals auf die Geschwindigkeit des Wassers auswirkt. Verwenden Sie zwei verschiedene Schachtbreiten. 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 und eine breite Rutsche. Die fließende Wassermenge muss für beide 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 Wassergeschwindigkeit im breiten Bereich mit der Geschwindigkeit im schmalen Bereich vergleichen.
Fast die Hälfte der durch Sturzfluten verursachten Todesfälle ereignen sich in Kraftfahrzeugen. Berechnen Sie die Kraft, die erforderlich ist, um ein durchschnittliches Automobil zu bewegen. Wie tief muss das Wasser sein, um ein Auto zu bewegen?
Einige Überschwemmungen sind auf das Brechen von Eismauern, Dämmen oder Dämmen zurückzuführen. Tatsächlich war einer der schlimmsten Dammbrüche in der US-Geschichte die Johnstown-Flut am 31. Mai 1889. 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 neu gestalten, um es zu verbessern. Alternativ können Sie eine Brücke entwerfen, um Staus zu minimieren. Bewerten Sie den Druck auf einer Brücke aufgrund von Ablagerungen oder Eisstaus.
Wie sehen Sedimentablagerungen aus einem Hochwasser aus? Bauen oder erstellen Sie zwei Rutschen. Stellen Sie eine Rutsche in einem flachen Winkel und die andere in einem steileren Winkel auf (im Allgemeinen liegen die steilsten natürlichen Hänge zwischen 45 und 60 Grad). Füllen Sie beide Rutschen zu gleichen Teilen mit Schlick, Sand und Steinen, die so ähnlich wie möglich angeordnet sind. Stellen Sie eine durchsichtige Plastikbox auf den Boden jeder Rutsche. Lassen Sie Wasser durch jede Rutsche fließen, um den Schlamm, Sand und Steine in die Plastikboxen zu befördern. Vergleichen Sie die endgültige Anordnung der Sedimente. Alternativ lassen Sie das Wasser und die Sedimente abfließen. Messen und vergleichen Sie, wie weit das Wasser die Sedimente trägt.
Der Bodentyp beeinflusst die Rate der Regeninfiltration. Füllen Sie mit flachen Plastikboxen eine mit Schlamm, eine mit Sand und eine mit Kieselsteinen bis zum oberen Rand der Plastikbox. Sie können die Idee erweitern, indem Sie für jeden Bodentyp zwei verschiedene Kisten verwenden, wobei die Sedimente in einer Kiste lose bleiben und die Sedimente in der anderen dicht verpacken. Legen Sie jede Plastikbox in eine größere Box, um das Ablaufen zu verhindern. Verwenden Sie eine Sprinkleranlage, um auf die Boxen zu "regnen". Messen und vergleichen Sie die Wassermenge, die in die Sedimente einsinkt, und messen Sie die Menge des abfließenden Wassers. Möglicherweise möchten Sie auch die Boxen zurücksetzen und die Niederschlagsrate erhöhen.
Die Pflanzendecke beeinflusst den Regenabfluss. Verwenden Sie zwei durchsichtige Plastikbehälter. Füllen Sie beide mit Erde. Pflanzen Sie Grassamen in einem Behälter. Wenn sich Gras gebildet hat, regnen Sie mit einer Sprinkleranlage auf beide Behälter. Erfassen und messen Sie die Abflussmenge. Verwenden Sie alternativ Zahnstocher, um Pflanzen in einem Behälter zu simulieren. Messen Sie die Menge an Wasser, die infiltriert und abfließt.
Aufklärung der Öffentlichkeit mit einem Hochwassernotfallprojekt. Erforschen Sie die Überschwemmungsgebiete in der Region. Erstellen Sie eine Kampagne zur Sensibilisierung der Öffentlichkeit. Teilen Sie die Checklisten für die Notfallvorsorge. Schreiben Sie einen Artikel für die Lokalzeitung oder Nachrichtensendung. Arbeiten Sie mit den lokalen Behörden zusammen, um Fluchtwegschilder für Flutgebiete zu erstellen und anzubringen.
Citizen Science-Projekte
Mit Online-Citizen-Science-Projekten können Einzelpersonen Daten sammeln und wissenschaftlichen Studien hinzufügen. Bei SciStarter und Citizen Science Alliance (siehe Ressourcen) handelt es sich um zwei Online-Sites, die öffentlich zugänglich gemacht werden sollen.