Resilience of Stormwater Systems against Climate-Induced Extreme Rainfalls in Kuwait

تواجه العديد من المدن هطول أمطار غزيرة ناتجة عن تغير المناخ و تتميز بتساقط كبيرة خلال فترات قصيرة تتجاوز قدرة نظام تصريف مياه الأمطار. مصحوبةً بتقادم البنية التحتية وزيادة التحضر ، يمكن أن تؤدي الفيضانات الغزيرة إلى خسائر كبيرة في الأرواح وأضرار اقتصادية وآثار بيئية. يواصل المسؤولون والعلماء في جميع أنحاء العالم بذل جهود متعددة للالتفاف على الآثار الضارة لهذه المخاطر. ومع ذلك ، لا يزال هناك نقص في الأطر الشاملة التي تقدر وتخطط بدقة لسقوط الأمطار الغزيرة. يهدف هذا المشروع إلى سد هذه الفجوة من خلال تطوير نموذج إدارة شامل قائم على تقوية المرونة ضد الفيضانات الحضرية بسبب تغير المناخ. يشتمل النموذج على وحدة للتنبؤ بهطول الأمطار الغزيرة ، ووحدة محاكاة هيدروديناميكية هجينة ثنائية وثنائية الأبعاد ، ووحدة تخطيط التخفيف والاستعادة. تنتج وحدة التنبؤ بهطول الأمطار منحنيات بيانية محدثة دولة الكويت باستخدام أدوات مختلفة لقياس تأثير االتغير المناخي على هطول الأمطار. فقد تم تطوير نموذج متطور باستخدام العديد من تقنيات التصغير والمتغيرات المشتركة لاستيعاب عدم اليقين المصاحب للتنبؤات المستقبلية. تهدف الوحدة الهيدروديناميكية لمحاكاة جريان هطول الأمطار ، وتصريف شبكة الأنابيب تحت الأرض ، وعمليات الغمر السطحي. تم تطوير إطار عمل ديناميكي لحساب مرونة الشبكة بناءً على هذه المحاكاة لتطوير أداء نظام تصريف مياه الأمطار في المناطق الحضرية في ظل سيناريوهات مختلفة لهطول الأمطار الشديد. تُنشئ وحدة التخفيف والاستعادة خططًا نموذجية لاستعادة خدمة التصريف على المدى القصير وخطط طويلة المدى لتعزيز المرونة من باستخدام العديد من مشاريع التنمية منخفضة التأثير ، وتدخلات التعزيز الهيكلي ، وتدابير الطوارئ لتحديد المقايضة المثلى بين الأهداف المتنافسة المتمثلة في المرونة والاستدامة والوقت وتكلفة إجراءات التعزيز. ناتج هذا المشروع هو نظام جديد لدعم القرار يمكن للسلطات استغلاله لمعالجة مخاطر الفيضانات الحضرية بشكل فعال ضد العواصف المطيرة التي يسببها المناخ. كما يقدم هذا البحث تحذيرًا مبكرًا للمخاطر المتوقعة ويسهل اتخاذ استراتيجيات استعداد شاملة

Many cities face climate-induced extreme rainfalls featured by substantial precipitations over short periods exceeding the stormwater system’s capacity. Coupled with aging infrastructure and increased urbanization, pluvial flooding can lead to significant loss of life, economic damages, and environmental implications. Officials and scholars around the globe continue to pursue multiple endeavors to circumvent the detrimental impacts of these risks. Nonetheless, there is still a lack of comprehensive frameworks that precisely predict and thoroughly plan for extreme rainfalls. This project aims to bridge this gap by developing a holistic resilience-based management model against urban flooding due to climate change. The model encompasses an extreme rainfall prediction module, a hybrid 1D and 2D hydrodynamic simulation module, and a mitigation and restoration planning module. The rainfall prediction module produces nonstationary intensity-duration-frequency IDF curves for the State of Kuwait utilizing both climate-based and covariate-based approaches. An ensemble model utilizing several downscaling techniques and covariates is developed to accommodate the inherited uncertainness in future predictions. The hydrodynamic module integrates rainfall, land use, and geographical data to simulate rainfall-runoff, underground pipe network drainage, and surface inundation processes. A new dynamic grid-based resilience framework is developed based on these simulations to model the urban water system’s performance under different extreme rainfall scenarios. The mitigation and restoration module generates prioritized short-term restoration and long-term resilience enhancement plans. Multiple low-impact-development projects, structural strengthening interventions, and emergency measures are investigated to determine an optimal trade