I geologi statunitensi e cinesi che studiano il Fiume Giallo cinese hanno creato un nuovo strumento che potrebbe aiutare i funzionari cinesi a prevedere e prevenire meglio le inondazioni troppo frequenti del fiume, che minacciano fino a 80 milioni di persone. Il nuovo strumento, una formulazione basata sulla fisica per calcolare il trasporto dei sedimenti, può essere applicato anche per studiare la sostenibilità dell'erosione delle coste in tutto il mondo.

Conosciuto in cinese come Huanghe, il Fiume Giallo occupa un posto centrale ma dicotomico nella storia. Come la culla della civiltà cinese, è spesso chiamata la "madre della Cina". Ma le sue inondazioni, compresi alcuni dei disastri naturali più mortali della storia documentata, gli sono anche valsi il nome di "dolore della Cina". Ogni identità - il nutritore fertile e l'assassino sfrenato - deriva dalla stessa caratteristica:il fiume Giallo lava circa un miliardo di tonnellate di sedimenti ogni anno dall'altopiano del Loess al mare di Bohai, e così facendo, ha la tendenza a intasarsi così tanto che non solo si allaga ma cambia letteralmente rotta, saltando su un nuovo canale a miglia di distanza.

"Lo Huanghe è probabilmente il fiume a grana fine più studiato al mondo, ", ha affermato Jeffrey Nittrouer, sedimentologo della Rice University, uno dei principali autori del nuovo studio sul Fiume Giallo che appare online questa settimana in Progressi scientifici . "Nonostante che, le formule e le relazioni tipiche utilizzate per descrivere il flusso di sedimenti nella maggior parte degli altri fiumi semplicemente non funzionano per lo Huanghe. Sottostimano costantemente il carico di sedimenti del fiume di un fattore 20".

Nello studio, Nittrouer e l'autore principale Hongbo Ma, un ricercatore post-dottorato dalla Cina che si è unito a Rice nel 2014, ha utilizzato le più recenti tecniche di campionamento dei sedimenti e mappatura 3D del fondo del fiume per creare una "formulazione universale del trasporto di sedimenti". La formulazione è il primo modello di trasporto dei sedimenti basato sulla fisica in grado di descrivere accuratamente come lo Huanghe trasporta i sedimenti.

"In termini di trasporto di sedimenti, l'Haunghe è quasi il fiume perfetto, "Ma ha detto. "Il suo fondo è quasi piatto e senza caratteristiche, il che significa che può usare quasi tutta la sua energia per spostare i sedimenti".

Nittrouer, un assistente professore di Scienze della Terra che ha studiato dozzine di fiumi in tre continenti, ha detto di non aver visto niente di simile agli Huanghe. "Nei tipici fiumi sabbiosi di pianura - come l'Amazzonia, il Mississippi, lo chiami - solo circa il 40-60 percento dell'energia viene utilizzato per trasportare i sedimenti a valle. Nel Fiume Giallo, ben oltre il 95% dell'energia è disponibile per spostare i sedimenti".

Nittrouer e Ma hanno visitato per la prima volta le Huanghe nell'estate 2015 come parte di un Studio da 2 milioni di dollari finanziato dalla National Science Foundation (NSF). Il loro intento era quello di esaminare il geologico, lezioni socio-economiche e ingegneristiche dallo sforzo decennale della Cina per controllare lo Huanghe e dirigere la crescita del suo delta nel Mare di Bohai.

"L'Haunghe sposta così tanti sedimenti che è estremamente efficiente nel generare nuova terra ogni anno ed è quindi il posto migliore per noi per imparare come utilizzare i sedimenti dei fiumi per migliorare la sostenibilità del delta, " Disse Nittrouer. "L'esempio più vicino a casa è il fiume Mississippi, dove ci sono sforzi significativi per ricostituire la Louisiana costiera. Ma una ragione ancora più pressante per studiare il Fiume Giallo è che 80 milioni di persone vivono nella sua pianura alluvionale e sono minacciate dalle sue inondazioni. Il potenziale per la sofferenza umana è enorme. Lo scopo del nostro lavoro è mitigare le inondazioni di Huanghe, sviluppando tecniche attraverso la ricerca che sono trasferibili in modo da valutare i sistemi fluviali in tutto il mondo".

Ma e Nittrouer hanno detto che non dimenticheranno mai il loro primo tentativo di creare una mappa 3D del fondale di Huanghe. Stavano progettando di realizzare un'immagine dettagliata del letto del fiume utilizzando un sistema sonar che Nittrouer aveva precedentemente utilizzato per mappare diversi altri sistemi fluviali. In tutti gli studi precedenti, aveva scoperto che il canale conteneva caratteristiche della forma del letto simili alle dune di sabbia dei deserti.

"Ho dato un'occhiata alla lettura sulla barca e ho pensato che lo strumento fosse rotto, "Nittrouer ha detto. "Il fondo sembrava piatto come il vetro."

mamma ha detto, "Solo quando abbiamo riportato i dati in laboratorio abbiamo visto che c'erano delle caratteristiche, ma le proporzioni erano tali che non potevamo vederli sulla barca."

Per esempio, quando Nittrouer immaginò il fondo del fiume Mississippi, in genere vedeva forme del letto alte fino a 10 metri e distanziate di circa 200-300 metri l'una dall'altra. In contrasto, i dati del Fiume Giallo mostravano dune alte 1 metro ogni 500-2, 000 metri.

Usando quei dati e altre misurazioni dal basso Huanghe, compreso dal suo delta tentacolare, Ma ha creato una formulazione basata sulla fisica in grado di prevedere con precisione il flusso, il volume di sedimento trasportato per un determinato periodo di tempo, nelle Huanghe.

"Lo scopo è guardare alla connessione, in termini di movimento dei sedimenti e flusso d'acqua, tra il fiume, il delta e la regione marina costiera, " disse mamma, che ha scelto di diventare un sedimentologo in seguito al devastante terremoto del Sichuan del 2008 in Cina.

Mentre era ancora studente universitario alla Tsinghua University, Ma si è unito a un laboratorio che stava studiando le potenziali inondazioni che potrebbero derivare dalle brecce nelle dighe causate dalle frane nel terremoto del 2008. La potenziale perdita di vite umane dalle alluvioni è stata maggiore del 90, 000 persone uccise o ferite dal terremoto stesso, e Ma rimase affascinato dalla creazione di tecnologie che potessero aiutare a prevenire inondazioni così grandi.

"Sono nato e cresciuto lontano dagli Haunghe, nella provincia nordorientale di Heilongjiang, ma io, come molti cinesi, senti profondamente il dolore degli Huanghe, che ha ucciso milioni negli ultimi 2, 000 anni, e tengo a mente il dolore di tutti i rischi di inondazione nel condurre la mia ricerca, " Egli ha detto.

Ma ha detto che spera che la nuova formula possa rivelarsi utile agli ingegneri cinesi che gestiscono il flusso di acqua e sedimenti dalle dighe lungo le Huanghe. Per esempio, gli ingegneri hanno cercato per decenni di ridurre il rischio di inondazioni Huanghe perlustrando periodicamente il fondo del fiume con massicci rilasci di acqua del lago impoverita dai sedimenti.

Ma ha detto che una scoperta del nuovo modello è che tale lavaggio può inavvertitamente aumentare il rischio di inondazioni in alcune parti del fiume perché, sebbene rimuova il limo, crea anche un alveo ruvido che riduce la quantità di energia che il fiume può utilizzare per spostare i sedimenti.

"La nostra formula indica che questo ridurrà l'efficienza del trasporto dei sedimenti di un ordine di grandezza, " ha detto. "Inoltre, la resistenza aggiuntiva prodotta dalle dune potrebbe aumentare lo stadio dell'acqua e lasciare il sistema incline al superamento degli argini durante gli eventi di piena. Questa minaccia potrebbe essere unica per il caso degli Haunghe".

Judy Skog, direttore del programma presso la Direzione per le geoscienze della NSF, che ha finanziato la ricerca attraverso la sua Coastal Science, Programma di ingegneria e formazione per la sostenibilità, disse, "Comprendere il flusso dei sedimenti nei fiumi è importante per il gran numero di persone in tutto il mondo che vivono vicino ai fiumi. Questo studio può portare a previsioni su quando e dove i fiumi trasportano i sedimenti, e alla comprensione di come quel flusso di sedimenti è influenzato dagli sforzi di conservazione e gestione, come la rimozione delle dighe".