Dynamics of inundation events in the rivers-estuaries-ocean continuum in Bengal delta : synergy between hydrodynamic modelling and spaceborne remote sensing
Dynamique des inondations dans le continuum rivière-estuaire-océan littoral du delta du Bengale : synergie de la modélisation hydrodynamique et de la télédétection spatiale
Résumé
The Bengal delta is the largest in the world. It is formed by the confluence of three transboundary rivers - Ganges, Brahmaputra, and Meghna. Flooding induced by large seasonal continental discharge, strong tide, and frequent deadly storm surges, regularly strikes this densely populated (density > 1000 person/km2), low-lying coastal region (<5 m above mean sea level). In the last five decades, coastal flooding took more than half a million lives. Ongoing global sea level rise (SLR) will only further aggravate the vulnerability of this impoverished region. Along the shoreline, intertidal zones are the first landmass that gets flooded, periodically between each high- and low-tide. Their topography plays an important role in the coastal hydrodynamics and associated flooding during extremes. A synergy between remote sensing from Sentinel-2 constellation and tidal numerical modelling allowed us to map an intertidal area of 1134 km2 and its topography at 10 m resolution. Tides, that prominently drive the variability of coastal sea level, are shown to be sensitive to SLR. In future SLR scenarios in line with the 21st century forecasts, we found that the tidal amplitude will significantly increase with SLR over both the south-western and south-eastern parts of the delta. In contrast, the central part of the delta will potentially experience massive free-flooding of river banks, hereby inducing a decay of the tidal amplitude. Tide plays a vital role in the evolution of storm surges also. Hindcast simulation of a recent super cyclone with our coupled tide-surge-wave model reveals the necessity of the coupling between tide, surge and wave modelling, and confirmed the crucial role played by the coastal topography for effective inundation modelling and forecast. With an ensemble forecast of thousands of physically and statistically consistent synthetic cyclones, we could conclude that about 10% of the coastal population of the Bengal delta, amounting to 3 million people, currently lives exposed to the 50-year return period flooding. The understanding and quantification of the inundation mechanisms extended in this study is expected to help with coastal infrastructure engineering, risk zoning, resource allocation and future adaptation to coastal flood across the Bengal delta.
Le delta du Bengale est le plus vaste au monde. Il est formé par la confluence des trois rivières transfrontalières que sont le Gange, le Brahmapoutre et la Meghna. Des inondations massives frappent régulièrement cette région côtière très densément peuplée, située à seulement quelques mètres au-dessus du niveau moyen de la mer. Elles résultent du puissant cycle saisonnier des débits fluviaux, de la marée océanique très ample, et des cyclones tropicaux fréquents. Au cours des cinquante dernières années, les inondations de la partie littorale du delta ont fait plus de 500'000 victimes. La montée du niveau moyen de la mer ne va faire qu'aggraver la vulnérabilité de cette région où le taux de pauvreté est très élevé. Le long du littoral, les estrans sont les zones alternativement inondées à marée haute et découvertes à marée basse. Leur topographie joue un rôle important dans l'hydrodynamique littorale et dans les submersions qui surviennent lors des évènements extrêmes. En mettant en œuvre une synergie entre l'imagerie par télédétection spatiale de la constellation Sentinel-2 et la modélisation numérique de la marée, nous avons cartographié la topographie de l'estran du delta du Bengale sur une superficie de 1134 km2, avec une résolution de 10 m. Les marées, qui sont le facteur dominant de la variabilité du niveau de la mer côtier, sont apparues comme sensibles à la montée du niveau de la mer. Dans une hiérarchie de scénarios de montée du niveau de la mer représentatifs de l'évolution attendue au 21ème siècle, nous avons conclu que l'amplitude de marée devrait augmenter significativement avec la montée du niveau de la mer, à la fois dans le Sud-Ouest et dans le Sud-Est du delta. Au contraire, l'extension graduelle et massive de la superficie des estrans dans la partie centrale du delta devrait induire une nette atténuation de la marée, dans ces scénarios futurs. La marée joue par ailleurs un rôle central dans l'évolution des surcotes cyloniques. Un exercice de prévision du dernier super-cyclone ayant frappé le delta du Bengale avec notre plate-forme de modélisation hydrodynamique couplée marée-surcote-vagues a révélé la nécessité du couplage dynamique entre ces trois composantes de la submersion, et nous avons pu confirmer le rôle-clé de la topographie côtière dans le succès des prévisions numériques. Grâce à une approche ensembliste basée sur la simulation numérique hydrodynamique de plusieurs milliers de cyclones synthétiques, cohérents tant du point de vue de la physique que de la statistique, nous avons pu conclure qu'il y a à l'heure actuelle de l'ordre de 10% de la population côtière du delta, soit trois millions de personnes, résidant dans la zone exposée à la submersion cinquentennale. La compréhension et la quantification des mécanismes de l'inondation exposés dans cette thèse constituent une information pertinente pour contribuer à l'ingénierie des infrastructures côtières, à la gestion du risque, ainsi qu'à l'élaboration de l'agenda de la recherche en hydrodynamique côtière sur le delta du Bengale.
Origine : Version validée par le jury (STAR)