La vallée centrale de la Californie – l'une des régions agricoles les plus critiques du pays et abritant plus de 1,3 million de personnes – est sujet aux inondations. La cartographie de l'étendue des inondations hivernales a cependant été difficile pour les experts, car les nuages peuvent obscurcir la vision des satellites.
Des efforts récents pour améliorer la cartographie des inondations par satellite ont été intégrés dans une nouvelle étude qui offre un aperçu de l'endroit où les inondations hivernales se produisent et informer comment les eaux de crue peuvent être utilisées pour reconstituer les aquifères appauvris.
La recherche, publiée dans le Journal of Flood Risk Managementa examiné 20 ans d'imagerie satellite pour identifier l'étendue et l'emplacement des inondations hivernales dans la région.
Les mois de l'hiver de décembre à février ont eu la plus grande probabilité d'inondations, en particulier lorsque les rivières atmosphériques ont apporté de fortes pluies lorsque les sols étaient déjà saturés.
L'étude a également identifié des zones où les eaux de crue ne parviennent pas à percoler à travers les sols et propose des suggestions d'utilisation de l'eau pour reconstituer rapidement les aquifères des eaux souterraines.
En examinant les données sur les réclamations d'assurance et les superpositions des eaux de crue et des bâtiments, les chercheurs ont également constaté que l'exposition aux inondations était en fait plus élevée, par valeur, pour les bâtiments en dehors des limites d'inondation officiellement désignées. Les résultats de l'étude peuvent être visualisés dans trois cartes interactives.
« Nous savons que les rivières atmosphériques et les précipitations hivernales sont de grands moteurs des inondations, et nous pouvons voir que dans les dossiers d'écoulement des cours d'eau », a déclaré Christine Albano, écohydrologue chez DRI et auteur principal de l'étude.
« Mais nous n'avions vraiment aucune donnée sur la façon dont cette eau est dispersée à travers le paysage dans le dossier historique, car les hivers nuageux obscurcissent la vue de l'imagerie Landsat, qui n'est capturée qu'une ou deux fois par mois.
« Cela comble une lacune importante dans notre compréhension, car l'hiver est le moment où les risques d'inondation sont les plus importants et lorsque l'excès d'eau est le plus disponible pour la recharge des eaux souterraines – il est donc essentiel que nous sachions où se trouve l'eau à cette période de l'année. »
Les chercheurs voulaient tenir compte de la vaste gestion de l'eau qui se produit dans la région agricole, ainsi que de l'influence des rivières atmosphériques. Pour ce faire, ils ont combiné l'imagerie satellite avec les données de précipitation et d'humidité du sol des régions en amont. Cela leur a permis d'identifier où les inondations se produisent en raison des précipitations, plutôt que les inondations intentionnelles parfois utilisées par les gestionnaires de l'eau à des fins comme les rizières inondables.
La vallée centrale est connue pour couler à un rythme rapide – avec des parties qui coulent plus d'un pied par an – en raison de l'extraction des eaux souterraines. Les cartes offrent un moyen de déterminer où les eaux de crue existent et ne peuvent pas pénétrer la surface du sol.
La plupart de ces zones se trouvent à moins de 5 km des sols avec une meilleure perméabilité, a trouvé l'étude, et les eaux de crue pourraient être redirigées vers ces endroits pour recharger les aquifères ci-dessous. Alternativement, les sols compactés dans les zones d'inondation pourraient être labourés pour mieux permettre à l'eau de pénétrer.
« Nous avons maintenant les méthodes et les informations dont nous avons besoin pour soutenir les efforts continus de gestion de l'eau pour rediriger les eaux de crue dangereuses vers les endroits clés où les bassins des eaux souterraines épuisés peuvent être reconstitués afin que les communautés rurales et les écosystèmes aient accès à l'eau pendant la saison sèche », a déclaré Melissa Rohde, qui a co-écrit l'étude.
« Cela est de plus en plus important car les événements de la rivière atmosphérique s'intensifient sous un climat réchauffant et que les agences locales de durabilité des eaux souterraines travaillent dur pour atteindre la durabilité des eaux souterraines d'ici 2040 en vertu de la loi sur la gestion des eaux souterraines de Californie. »
Le compromis, cependant, est que la résolution plus grossière de l'imagerie MODIS a des limites pour les zones urbaines, car les données ne peuvent pas distinguer de manière fiable entre l'asphalte noir et l'eau noire. Les satellites MODIS offrent également 20 ans de données, plutôt que les plus de 50 ans offerts par Landsat, ce qui signifie que certaines des inondations plus anciennes et plus importantes ne sont pas capturées.
« Nous n'avons pas pu visualiser certaines des plus grandes inondations, comme en 1997 », explique Albano. « Mais les inondations plus petites et plus courantes sont celles qui ont un impact plus fréquemment dans les plaines inondables. Nos cartes offrent une vue de l'endroit où se produisent les inondations de fréquence plus élevée. »
Les méthodes de recherche peuvent être reproduites pour d'autres régions aux États-Unis afin d'identifier le risque d'inondation et le potentiel de réapprovisionnement des eaux souterraines. À l'avenir, Albano aimerait utiliser des satellites encore plus récents comme la constellation de Sentinel, qui assure une résolution plus élevée, mais qui n'offrent pas encore plus de quelques années de données.
« En intégrant l'imagerie Sentinel 1 et Sentinel 2 aux données Landsat et MODIS, nous pouvons créer des piles de cartes très denses d'informations d'inondation », a déclaré Chris Soulard de l'USGS, qui a co-écrit l'étude.
« La technologie radar de Sentinel 1 permet une surveillance toutes temps, tandis que l'imagerie optique de Sentinel 2 fournit des informations à haute résolution sur les conditions de surface. Cette combinaison de collections d'images disponibles librement nous permet de créer un enregistrement complet et opportun des événements d'inondation. »
Les cartes interactives de l'étude fournissent trois façons de visualiser les données:
- Landsat mensuel (1984-2023) et Modis (2003-2023) Les classifications d'eau de surface basées sur l'algorithme de l'étendue de l'eau de surface dynamique de l'USGS (DSWE), qui peut être utilisée pour examiner des événements d'inondation spécifiques.
- Les fréquences mensuelles de l'eau de confiance élevée (DSWEMOD), qui peuvent être utilisées pour comprendre la fréquence à laquelle l'eau de surface se produit à différents moments de l'année.
- Probabilité d'occurrence des eaux de surface basée sur les précipitations, pour différentes quantités de précipitations mensuelles basées sur les résultats de cette analyse.
