كيف يمكن للسدود والتنبؤ الذكي أن يحد من الفيضانات عندما تصبح العواصف الشديدة أكثر شيوعًا في عالم يزداد حرارة

مع ارتفاع درجات الحرارة العالمية جعل العواصف الشديدة أكثر شيوعًا, السدود والخزانات في البلاد - وهي ضرورية للحفاظ على جفاف المجتمعات - يتم اختبارها.

العواصف في الولايات المتحدةشمال شرق البلاد وقد مددت أنظمة السيطرة على الفيضانات في المنطقة إلى نقطة الانهيار تقريبًا في يوليو 2023. كاليفورنيا والدول على طول نهر المسيسيبي واجهت تحديات مماثلة للسيطرة على الفيضانات في عام 2023.

إدارة أنظمة التحكم في الفيضانات هذه هي عمل موازنة دقيق.هل يقوم المديرون بتحرير المياه لإفساح المجال لجريان مياه الإعصار، مما يزيد من خطر الفيضانات في اتجاه مجرى النهر، أو يحتفظون بأكبر قدر ممكن من المياه لحماية المزارع والمجتمعات في اتجاه مجرى النهر، مما قد يزيد من احتمال حدوث فيضانات أكبر في حالة حدوث عاصفة أخرى؟

كلما أمكن اتخاذ القرارات في وقت مبكر، كلما كانت فرصة تجنب الضرر في اتجاه مجرى النهر أفضل.لكن التوقعات ليست موثوقة دائمًا، وانتظار سقوط المطر قد يعني التصرف بعد فوات الأوان.

لقد قمت بإدارة خزانات التحكم في الفيضانات في ولاية أيوا والأقفال والسدود على طول نهري المسيسيبي وإلينوي لمدة عشر سنوات، وأجري الآن أبحاثًا حول تشغيل أنظمة كبيرة من الخزانات للتحكم في الفيضانات في جامعة أيوا. مركز آيوا للفيضانات.إليك ما يفكر فيه مديرو الخزانات أثناء العواصف، وكيف أن الجهود المبذولة لتحسين التنبؤ قد تكون قادرة قريبًا على تقليل أضرار الفيضانات:

الأدوار المتعددة للسدود

الولايات المتحدة هي موطن ل أكثر من 50.000 خزان قابل للتشغيل التي تشرف عليها العشرات من الوكالات الحكومية والفدرالية.وبشكل تراكمي، تخزن هذه السدود كميات من المياه أكثر مما تخزنه بحيرتي إيري وتاهو مجتمعتين.قد تتدفق آلاف الأميال المربعة من الأمطار خارج المناظر الطبيعية إلى الأنهار والجداول ثم تصب في النهاية في خزان واحد.

وباستخدام منفذ مسور، تعمل الخزانات على تسهيل تدفق المجاري على مدار العام عن طريق تخزين المياه أثناء هطول الأمطار الغزيرة وإطلاقها لتعويض آثار الجفاف.ويساعد ذلك على ضمان إمدادات مياه موثوقة للزراعة وتوليد الطاقة والاستخدام السكني.

والأهم من ذلك أن الخزانات توفر أيضًا الحماية من الفيضانات لمجتمعات المصب.

العواصف الشديدة يمكن أن تعني مقايضات صعبة

يمكن أن تكون إدارة الخزانات معقدة بشكل كبير عندما يهطل المطر على شكل رشقات نارية مركزة.

مشغلو الخزانات جاهزون على مدار الساعة للاستجابة للأمطار الغزيرة.ومن خلال ضبط البوابات داخل مخرج الخزان، يمكن تخزين المياه خلف السد، تمامًا مثل حوض الاستحمام مع انسداد الصرف جزئيًا.ويسمح ذلك للمشغلين بإطلاق المياه ببطء، وبطريقة خاضعة للرقابة، لتجنب إغراق المجتمعات الواقعة في اتجاه مجرى النهر.

يمكن للمشغلين أيضًا مساعدة مجتمعات المصب المعرضة لخطر الفيضانات المفاجئة عن طريق الحد من كمية المياه التي يطلقونها من الخزان.هذا القرار يجب أن يتم بسرعة, ومع ذلك، فإن الماء يستغرق وقتًا للتحرك في اتجاه مجرى النهر.إذا تم قطع التدفق بعد فوات الأوان، فقد يهدر المدير فرصة المساعدة.

عندما تتعرض المنطقة بأكملها لأمطار غزيرة - سواء عند المنبع أو أسفل الخزان - يواجه مشغلو الخزان أكبر قدر من الضغط.

عندما يكون هطول الأمطار غزيرا أو عندما تحدث عواصف متعددة في فترة قصيرة، غالبا لا يكون هناك ما يكفي من الوقت لإطلاق المياه المتراكمة من حدث واحد لإفساح المجال للعاصفة التالية.إذا كان الخزان ممتلئًا، فمن المحتمل أن يتم تنشيط قناة تصريف المياه الفائضة، مما يؤدي إلى توجيه مياه إضافية حول السد لتجنب إتلاف السد نفسه.وعلى الرغم من أن هذا يحافظ على السلامة الهيكلية للسد، إلا أنه يمكن أن يؤدي إلى تفاقم الفيضانات في اتجاه مجرى النهر بشكل كبير.

ماذا تقول الأدلة

لمساعدة المديرين على اتخاذ هذه القرارات الصعبة، تحتوي معظم خزانات التحكم في الفيضانات على دليل تنظيمي يوضح عملية تشغيل البوابات أثناء الفيضانات.

يعتبر كل خزان للتحكم في الفيضانات فريدًا من نوعه، وتمثل هذه المستندات الأولويات المحددة المرتبطة بكل موقع.قد ينص دليل التحكم في الفيضانات على الحد الأقصى للتدفقات الخارجية المسموح بها مع ارتفاع مستويات الخزان.وقد يؤدي أيضًا إلى تقييد التدفقات المستندة إلى مقاييس مجرى النهر للحد من آثار الفيضانات.

ومع ذلك، لا يزال يتعين على المديرين اتخاذ الخيارات.في حين أن الدليل قد يعطي أهدافًا محددة للتخزين أو التدفق في اتجاه مجرى النهر، إلا أنه لا يوجد فيضانان متماثلان.والأمر متروك لمشغلي الخزانات لتحديد كيفية تحقيق هذه الأهداف.إن إطلاق كمية قليلة جدًا من المياه يمكن أن يزيد من خطر حدوث فيضانات أكبر في المستقبل إذا كان هناك المزيد من العواصف في الطريق.

تُعرف هذه المقايضة بين مخاطر الفيضانات الحالية والمستقبلية باسم "التحوط.”

سنوات من البحث باستخدام نماذج حاسوبية معقدة ومحاكاة ساعد في تحسين عملية صنع القرار هذه.ولسوء الحظ، فإن ما يبدو جيدًا على الورق ليس من السهل دائمًا وضعه موضع التنفيذ، خاصة عندما تتطلب العديد من السدود القديمة في البلاد فتح البوابات أو إغلاقها يدويًا.علاوة على ذلك، غالبًا ما يتم اتخاذ هذه القرارات أثناء هطول الأمطار الغزيرة، عندما تتغير الظروف بسرعة، ولا يتمتع المشغلون بموهبة الإدراك المتأخر.

التوقعات الدقيقة ضرورية

لاتخاذ أفضل القرارات الممكنة بشأن إطلاقات المياه، تعد التنبؤات الدقيقة ضرورية.وهذا مجال جاهز للتحسين.

يمكن اعتبار قيمة التنبؤ بهطول الأمطار لتشغيل الخزان بمثابة مقعد ثلاثي الأرجل مبني على مكان سقوط المطر ومتى وكميته.إن توقعات هطول الأمطار التي لا تصحح سوى اثنين من هذه المتغيرات الثلاثة قد تضر أكثر مما تنفع.على سبيل المثال، يمكن للمدير إطلاق المياه بشكل استباقي لعاصفة متوقعة أعلى الخزان - فقط لرؤية العاصفة تضرب مجرى النهر بدلاً من ذلك، مما قد يتسبب في أضرار الفيضانات عند دمجها مع تلك الإطلاقات الوقائية.

وللتخفيف من هذه المخاطر، يتم تشغيل العديد من خزانات التحكم في الفيضانات باستخدام نهج "المياه على الأرض".وبدلاً من استخدام التوقعات، ينتظر هذا النهج ليرى مكان سقوط المطر ثم يتفاعل.وعلى الرغم من أن هذا يؤدي في كثير من الأحيان إلى تأخر استجابة الخزان، إلا أنه يقلل أيضًا من مخاطر الأخطاء التشغيلية.

المشاريع الحديثة باستخدام "تشغيل الخزان المستنيرة بالتنبؤات"لقد أظهرت كيف أن التقدم في التنبؤ الهيدرولوجي قد يؤدي إلى إدارة أفضل للخزانات.ورغم أن العديد من هذه المشاريع لا تزال في مراحلها الأولية، تظهر الدراسات أنه قد تكون هناك إمكانية لاستخدام عملية تشغيل الخزان المستنيرة للمساعدة في إدارة الفيضانات، مع زيادة إمدادات المياه إلى الحد الأقصى داخل المناطق المعرضة للجفاف.تاريخياً، كان التعامل مع هذه المقايضة صعباً بشكل خاص.

كما تغير المناخ يجعل هطول الأمطار الغزيرة أكثر شيوعا, وسيعمل على اختبار قدرات البلاد على مكافحة الفيضانات والتخزين المحدود لشبكات الخزانات.

إن توسيع عدد وحجم الخزانات يمكن أن يساعد، ولكن الآثار الاجتماعية والبيئية جعل بناء الخزان عملية بيع سياسية صعبة.التحسين التخزين الموجود هي الإستراتيجية التالية الأفضل.وبغض النظر عن ذلك، فإن مديري الخزانات والمتنبئين يتمركزون في الخط الأمامي للمعركة التي ستصبح أكثر صعوبة في مستقبل دافئ.