New Orleans
Interactieve ‘Hurricane Surge Atlas’

Door: Ries Kluskens, en Mathijs van Ledden

Orkaan Gustav ligt op de Golf van Mexico en is nog vijf dagen verwijderd van New Orleans. Iedereen is in de hoogste staat van paraatheid. Waar, wanneer en met welke kracht zal de orkaan aan land komen en hoe hoog zal de stormvloed zijn? Zo’n voorspelling is eigenlijk pas 24 uur voor ‘landfall’ redelijk nauwkeurig. Te laat om nog twee miljoen mensen te evacueren. Royal Haskoning heeft een Hurricane Surge Atlas ontwikkeld om dergelijke beslissingen te ondersteunen.

Sinds Katrina in 2005 werkt Royal Haskoning namens het US Army Corps of Engineers (USACE) mee aan het herontwerpen van de dijken rondom New Orleans. Het zeshonderd kilometer lange dijkensysteem, inclusief drie grote stormvloedkeringen, moet in 2011 klaar zijn om de stad te beschermen tegen een orkaan die gemiddeld eens in de honderd jaar kan voorkomen. Tijdens het orkaanseizoen (1 juni tot 30 november) ondersteunt Royal Haskoning ook bij het voorspellen van maximale waterstanden en golfhoogtes. Bij een orkaan moet het USACE namelijk verschillende stormvloedkeringen bedienen. Het sluiten en openzetten van de keringen is sterk afhankelijk van het verloop van de waterstanden en golfhoogtes.

In de Verenigde Staten houdt het National Hurricane Center (NHC) tijdens het orkaanseizoen alle storm ontwikkelingen op de Atlantische Oceaan in de gaten. Zodra er een tropische storm ontstaat wordt er elke zes uur een advies (‘Advisory’) uitgebracht over de te verwachte luchtdruk, omvang (diameter), voorwaartse snelheid, windsnelheden en het pad van de storm. De National Weather Service (NWS) gebruikt deze parameters in het SLOSH (Sea, Lake and Overland Surges from Hurricanes-) rekenmodel om maximale waterstanden te voorspellen. Dit gebeurt zo’n 24 tot 36 uur voor ‘landfall’. Het USACE gebruikt naast SLOSH ook de resultaten uit een aangepaste versie van het rekenmodel ADCIRC SL15. Dit is een numeriek model met een relatief grof rekenrooster dat water­standen berekent op basis van de voorspelde windsnelheden, luchtdruk, bathymetrie en ruwheden van het gebied. Het USACE gebruikt deze informatie in het besluitvormingsproces rondom het bedienen van keringen.

Tijdens het orkaanseizoen (1 juni tot 30 november) ondersteunt Royal Haskoning het USACE bij het voorspellen
van maximale waterstanden en golfhoogtes.

Hurricane Surge Atlas
Royal Haskoning heeft vorig jaar het gebruik van een stormatlas ontworpen en geïntroduceerd. Deze atlas is gemaakt op basis van meer dan driehonderd verschillende ‘hypothetische’ orkanen die in de staat Louisiana aan land kunnen komen. De waterstanden zijn afkomstig van modelberekeningen die vooraf zijn gegenereerd door ADCIRC SL15. Ook het effect van de brekende golven op de waterstand zit verdisconteerd in de waterstanden. De golfkarakteristieken (golfhoogte, golfperiode) zijn berekend met een ander model (STWAVE). Het grote voordeel van deze stormatlas is dat met relatief weinig inspanning heel snel een redelijke inschatting gemaakt kan worden van niet alleen de maximale water­standen en golfhoogtes maar ook het verloop van de waterstanden in de tijd (hydrograaf).

Snel en eenvoudig
Twee ArcGIS-tools helpen de medewerkers in het crisiscentrum om snel en eenvoudig kaarten te maken met daarop de maximale waterstanden en golfhoogtes. Op basis van de laatste ‘Advisory’ van het NHC wordt er een orkaan uit de atlas geselecteerd die het meeste lijkt op de voorspelde storm. Selectie criteria zijn: locatie van ‘landfall’, minimale luchtdruk, omvang (diameter) en windsnelheden. De medewerkers kunnen met een paar muisklikken de juiste storm selecteren en visualiseren in ArcMap.
Een tweede tool is ontwikkeld om een hydrograaf on-the-fly te genereren. Dit is belangrijk om een beslissing te maken of en zo ja, wanneer het USACE keringen moet sluiten. Tijdens de storm kan op punten dicht- bij real-time meetstations de hypothetische hydrograaf worden vergeleken met de real-time hydrograaf.

Evaluatie
Tijdens de orkanen Gustav en Ike in 2008 is een eerste versie van deze atlas al ingezet. Uit een evaluatie bleek dat de atlas erg waardevol is. Sterker nog, de atlas bleek in de praktijk zelfs vaker een betere inschatting te geven van de waterstanden dan de SLOSH- en ADCIRC-computermodellen die tijdens de orkaan live berekeningen uitvoerde (zie onderstaande tabel). Redenen hiervoor zijn dat de computermodellen berekeningen maken op een relatief grof rekenrooster om de rekentijden te beperken. De informatie in de Hurricane Surge Atlas is gebaseerd op berekeningen op een heel gedetailleerd rekenrooster. Omdat de kustlijn van Louisiana heel complex is, is een hoog detailniveau nodig om de juiste voorspelling te krijgen.

Vooruitblik
Zeker als de orkaan nog een paar dagen van de kust verwijderd is, kunnen de voorspellingen van het NHC nogal wisselvallig zijn. Gustav werd twee dagen voor ‘landfall’ nog voorspeld als een categorie vijf orkaan, maar kwam uiteindelijk als een categorie twee aan land. Om in te spelen op deze onzekerheden wordt er een methode ontwikkeld om meerdere stormen tegelijk te selecteren. Op basis van de maximale waterstanden in de selectie kan dan bijvoorbeeld een standaard deviatie bepaald worden. Op deze manier kunnen best/worst-case scenario’s sneller worden gevisualiseerd en beter worden bestudeerd.
Daarnaast is het plan om voor het orkaanseizoen van 2009 gebieden in kaart te brengen waar tijdens een orkaan mogelijk schade onstaat aan dijken. Door de maximale waterstanden, golfhoogtes uit de stormatlas ruimtelijk te combineren met de huidige hoogtes van dijken en keermuren, kan snel beoordeeld worden waar er binnen het systeem kans bestaat op golfoverslag en eventueel overloop. De resultaten van deze quick scan kunnen bijvoorbeeld gebruikt worden bij planning van een schade inventarisatie na de storm.

Ries Kluskens en Mathijs van Ledden zijn werkzaam bij Royal Haskoning in New Orleans.
www.haskoninginc.com