El cambio climático a menudo se reduce a cómo afecta el agua, ya sea para beber, generar electricidad o cómo las inundaciones afectan a las personas y la infraestructura.
por Stephanie Seay, Laboratorio Nacional de Oak Ridge
Para comprender mejor estos impactos, el ingeniero de recursos hídricos del Laboratorio Nacional de Oak Ridge, Sudershan Gangrade, está integrando conocimientos que van desde proyecciones climáticas a gran escala hasta meteorología e hidrología locales y utilizando computación de alto rendimiento para crear una visión holística del futuro.
En uno de sus proyectos recientes, Gangrade realizó modelos hidrológicos a escala nacional para estudiar los efectos del cambio climático en los recursos hidroeléctricos federales. El proyecto analizó 132 instalaciones federales que representan alrededor del 40% de la capacidad de generación de energía hidroeléctrica del país.
Para predecir mejor cómo esas instalaciones se verán afectadas por los extremos climáticos, Gangrade y sus colegas investigadores de la División de Ciencias Ambientales de ORNL tradujeron las predicciones del cambio climático global a los impactos en la hidrología local. La evaluación utilizó varios modelos para analizar el caudal futuro, las operaciones hidroeléctricas y la evaporación del embalse. El enfoque de modelo múltiple proporciona información para ayudar a las instalaciones hidroeléctricas federales a prepararse para las incertidumbres en un clima cambiante, y pronto se ampliará a las partes interesadas no federales.
«El ciclo hidrológico se está intensificando y podemos esperar más extremos en el futuro», dijo Gangrade. «Este estudio proporciona datos útiles para los operadores de energía hidroeléctrica para que puedan gestionar mejor sus embalses».
Soluciones para un sistema avanzado de alerta de inundaciones
En otro proyecto, Gangrade está ayudando a crear una capacidad global de pronóstico de inundaciones utilizando un modelo llamado TRITON , o Two-dimensional Runoff and Inundation Toolkit for Operational Needs, para la Fuerza Aérea de EE. UU. La herramienta, creada por ORNL y la Universidad Tecnológica de Tennessee, incorpora la precipitación y el enrutamiento del flujo de la corriente para simular inundaciones. La capacidad se escalará a una resolución de 10 metros, aproximadamente la escala de una cancha de tenis, para proporcionar detalles finos a los investigadores. Gangrade y sus colegas han simulado varios eventos de inundación, como el huracán Harvey, utilizando TRITON, así como otros eventos de inundación global.
Gangrade también está integrando métodos de aprendizaje automático para desarrollar modelos de operación de yacimientos híbridos. Está utilizando el aprendizaje automático para detectar patrones históricos de operación de embalses y crear mejores simulaciones de gestión del agua a largo plazo.
Pronto asumirá el papel de investigador principal de un nuevo proyecto que combina su experiencia en evaluaciones hidroclimáticas y modelos de inundación para evaluar la vulnerabilidad a inundaciones de las instalaciones del Departamento de Defensa. El modelado de inundaciones basado en conjuntos se llevará a cabo utilizando proyecciones climáticas reducidas para ayudar a identificar infraestructuras vulnerables en escenarios climáticos actuales y futuros.
A largo plazo, a Gangrade le gustaría ver sus esfuerzos integrados en una herramienta de alerta temprana y pronóstico de inundaciones en tiempo real para la población en general.
«El cambio climático ya está provocando eventos más extremos. Es probable que veamos un aumento en la frecuencia y la gravedad de las inundaciones», dijo Gangrade. «Lo que estamos desarrollando ahora en ORNL nos da una mejor comprensión de la dinámica del agua en el futuro».
El siguiente paso es idear un mejor sistema de alerta para la sociedad para que las personas tengan más tiempo para evacuar, para una mejor planificación y respuesta ante emergencias, y para soluciones que se puedan implementar ahora para hacer que las comunidades sean más resilientes, dijo. «Ahí es donde nuestra capacidad de inundación puede entrar en juego. Es una herramienta muy eficiente y precisa».
La sequía local pone en marcha una carrera
Fue una experiencia de pregrado estudiando una sequía de varios años en la India central que involucró a su ciudad natal de Ujjain lo que despertó el interés de Gangrade en hidrología y lo llevó a obtener títulos de posgrado en los Estados Unidos.
Mientras estudiaba ingeniería ambiental en el Instituto Indio de Tecnología (anteriormente la Escuela India de Minas) en Dhanbad, trabajó como pasante en un proyecto dirigido por la Universidad de Clemson en la India durante dos veranos en el marco de un programa de la Sociedad de Geofísicos de Exploración llamado Geocientíficos sin fronteras.
«Ese proyecto me introdujo a la hidrología y la geofísica de cuencas ya las aplicaciones para mejorar la sustentabilidad de los recursos hídricos», dijo Gangrade. «Me motivó a realizar estudios de posgrado en Clemson», donde obtuvo una maestría en ingeniería y ciencias ambientales.
Luego trabajó en una firma privada de consultoría ambiental y geofísica durante un par de años antes de llegar a ORNL como investigador asociado de postmaster en 2014.
Mientras estuvo en ORNL, Gangrade obtuvo su doctorado en ciencias ambientales y climáticas en la Universidad de Tennessee, donde fue miembro del Centro Bredesen para la Investigación Interdisciplinaria y la Educación de Posgrado en el Instituto de Innovación UT-Oak Ridge.
Lejos del laboratorio, a Gangrade le gusta tocar el teclado y pasar tiempo con su hijo pequeño.
Grandes equipos científicos equipados con grandes herramientas científicas
En ORNL, Gangrade dijo que disfruta del entorno interdisciplinario que le permite colaborar con otros investigadores en clima y ciencia de datos. «Y luego está la supercomputación aquí en ORNL», dijo. «No hay ningún otro lugar que ofrezca el tipo de capacidades que tenemos».
¿Su consejo para los científicos que recién comienzan? «Todos los problemas científicos con los que nos enfrentamos son de naturaleza muy interdisciplinaria», dijo. «Así que les aconsejaría que fueran conscientes de las diferentes disciplinas y que obtuvieran experiencias de pasantías en varias áreas científicas. Las pasantías fueron de gran ayuda para mí, ya que mi experiencia con Clemson en India y luego mi trabajo con la firma consultora jugaron un papel importante en mi carrera.»
Gangrade está motivado por lo que su trabajo puede significar para la sociedad en general. «Las inundaciones nos afectan a todos», dijo. Puede convertir áreas de escasez de agua en zonas de inundación como en California. «Me gusta que mi investigación pueda generar soluciones sostenibles para ayudar a todos».
