2005年8月下旬,卡特里娜飓风袭击了美国墨西哥湾沿岸,成为该国造成损失最惨重、同时也是最致命的自然灾害之一。飓风及其引发的洪水导致近2000人死亡,其中新奥尔良的死亡人数最多。卡特里娜飓风引发的风暴潮导致新奥尔良地区53处堤坝溃决,约80%的城市被水淹没。
这场灾难性事件发生后不久,跨部门绩效评估工作组(IPET)成立,旨在调查新奥尔良地区飓风防护系统为何失效。
IPET小组由来自政府、学术界和私营企业的150多名科学家和工程师组成,分为多个子小组,其中包括一个“大地垂直和水位基准”团队,该团队由美国陆军工程兵团、美国国家海洋和大气管理局(NOAA)的成员以及承包商组成。
通过对各种飓风防护结构的研究和历史信息的分析,该团队发现飓风防护系统设计和施工过程中使用的高程值存在不一致性和文档不足的问题。该团队还发现,新奥尔良地区在确保统一垂直基准(用于测量高程或深度的参考点)方面缺乏协调,并建议更新美国陆军工程兵团关于高程基准的指导方针。
为响应IPET报告,特别是“大地垂直和水位基准”团队的研究结果,美国陆军工程兵团正在重新评估其在全国范围内的项目,以确保所有常用垂直基准均一致参考当前的国家空间参考系统垂直基准,例如1988年北美垂直基准(NAVD88)。这项工作被称为“项目基准综合评估(CEPD):防洪、海岸防护、飓风防护和航运项目垂直基准综合评估指南”。
美国陆军工程兵团纽约分区已聘请斯塔滕岛的罗杰斯测量公司为CEPD进行潮汐研究。罗杰斯测量公司CEPD项目的项目经理、认证水文学家伯特·怀内斯指出,该公司正在纽约/新泽西地区开展七个陆军工程兵团项目。
怀内斯解释说,1929年建立了一个国家基准网络以确定平均海平面,他所在地区的本地基准位于新泽西州的桑迪胡克。然而,CEPD的目的是在每个陆军工程兵团项目中建立NAVD88基准,然后在每个基准处确定平均低低潮位(MLLW)。与平均海平面不同(其会因特定水体中的位置而变化),NAVD88是不受水位影响的基准。NAVD88是一种更有用且得到广泛认可的基准,它是通过利用1929年的原始基准以及其他附加基准,并重新校准由此产生的高程点网络而建立的。
对于罗杰斯测量公司负责的陆军工程兵团项目,第一步是确定基准位置,最好是在护岸或码头,以便最容易部署HOBO水位数据记录器。
第一个现已完成的项目位于新泽西州的什鲁斯伯里河,在沿河的关键位置,通过将十个水位数据记录器分别悬挂在PVC管内的导线上来进行部署。还在水面上方部署了一个记录器以记录气压。反过来,气压读数将从十个水下数据记录器记录的压力读数中扣除,从而得到仅由水引起的压力数据集。
水位数据记录器以六分钟为间隔进行记录,在30天的潮汐周期内至少校准两次潮汐板(本质上是大型标尺)——一次在部署开始时,另一次在接近结束时、回收记录器之前。数据被下载后,使用Onset的HOBOware Pro绘图与分析软件应用潮汐板读数的校准数值,从中将水位数据(时间和NAVD88水位高程读数)导出到Excel进行进一步分析,并参考最近的NOAA潮汐站(允许参考最近的19年潮汐周期),随后计算MLLW和其他相关基准。
尽管罗杰斯测量公司能够将所有十个水位数据记录器部署在最方便的位置,如护岸或码头,但最近的项目需要使用船只来部署和回收记录器。在少数情况下,潜水员不得不将沙螺钉安装到海底,并附上一个装有数据记录器的小型PVC管。
怀内斯表示,HOBO水位数据记录器对该项目特别有用,因为它们用户友好、用途广泛、体积小巧且易于部署。数据记录器的经济性也是一个吸引人的特点,尤其是在需要多个记录器的情况下。怀内斯还指出,数据检索可通过一种名为“数据传输器”的袖珍设备轻松完成,该设备在现场存储记录器的数据,以便日后下载到计算机中。
所有七个陆军工程兵团场地的实地工作已经完成,包括纽约东河和新泽西桑迪胡克湾的项目。怀内斯表示,现在的问题是整理数据并生成报告以重新定义MLLW。理想情况下,这些针对卡特里娜飓风后吸取的教训而采取的纠正措施,不仅能让所有人在垂直基准方面达成共识——理想情况下,这些新更新的准确信息实际上将有助于减少未来涉及水的巨大力量的灾害造成的破坏。