随着极端风暴在变暖的世界中变得更加普遍，水坝和智能预报如何限制洪水

随着全球气温上升 使极端风暴更加常见, ，国家的水坝和水库——对于保持社区干燥至关重要—— 正在测试中.

美国的风暴东北 2023 年 7 月，该地区的防洪系统几乎接近崩溃点。 加利福尼亚州 和国家 沿着密西西比河 2023年面临类似的防洪挑战。

管理这些防洪系统是 谨慎的平衡行为. 。管理人员是否会放水为风暴径流腾出空间，从而增加下游洪水的风险，还是尽可能蓄水以保护下游农场和社区，如果另一场风暴来袭，这可能会增加发生更大规模洪水的可能性？

越早做出决定，避免下游损害的机会就越大。但预报并不总是可靠，等待降雨可能意味着行动为时已晚。

我管理爱荷华州的防洪水库以及密西西比河和伊利诺伊州河流沿岸的水闸和水坝已有十年之久，现在我在爱荷华大学研究大型防洪水库系统的运行 爱荷华州洪水中心. 。以下是水库管理者在暴风雨期间的想法，以及改进预报的努力如何能够很快减少洪水损失：

大坝的多种作用

美国是 超过 50,000 个可运行的水库 由数十个州和联邦机构监督。这些水坝的蓄水量累计超过了伊利湖和太浩湖的总和。数千平方英里的降雨可能会从地面流入河流和溪流，最终流入一个水库。

水库利用门控出水口，通过在大雨期间储存水并释放水来抵消干旱的影响，从而全年平滑水流。这有助于确保农业、发电和住宅用水的可靠供应。

重要的是，水库还为下游社区提供防洪保护。

极端风暴可能意味着艰难的权衡

当降雨集中爆发时，水库管理会变得非常复杂。

水库运营商全天候做好应对大雨的准备。通过调节水库出口内的闸门，水可以储存在大坝后面，就像排水管部分堵塞的浴缸一样。这使得运营商能够以受控的方式缓慢放水，以避免洪水淹没下游社区。

运营商还可以通过限制水库释放的水量来帮助面临山洪爆发风险的下游社区。那个决定 必须尽快完成, 不过，水流向下游需要时间。如果切断流量太晚，经理可能会浪费提供帮助的机会。

当整个地区（包括水库上游和下游）遭遇大雨时，水库运营商面临的压力最大。

当降雨量很大或短时间内发生多次暴风雨时，通常没有足够的时间释放一次事件中积聚的水，为下一次暴风雨腾出空间。如果水库满了，溢流溢洪道可能会被启动，在大坝周围输送额外的水，以避免损坏大坝本身。虽然这保持了大坝结构的完整性，但它可能会大大加剧下游的洪水。

手册说了什么

为了帮助管理人员做出这些艰难的决定，大多数防洪水库都有一本监管手册，概述了洪水期间闸门的操作流程。

每个防洪水库都是独一无二的，这些文件说明了与每个位置相关的特定优先事项。防洪手册可能规定水库水位上升时允许的最大流量。它还可以根据下游河道水位限制流量，以减少洪水影响。

不过，管理者仍然必须做出选择。虽然手册可能给出了具体的蓄水或下游流量目标，但没有两次洪水是相同的。如何实现这些目标由水库运营商决定。如果更多的风暴即将到来，释放的水太少可能会增加未来发生更大规模洪水的风险。

当前和未来洪水风险之间的这种权衡被称为“对冲.”

多年对复杂计算机模型和模拟的研究已经 帮助优化这个决策过程. 。不幸的是，纸面上看起来不错的东西并不总是容易付诸实践，特别是当该国许多老化的水坝需要手动打开或关闭闸门时。此外，这些决定通常是在大雨期间做出的，当时情况变化很快，而且操作人员没有事后诸葛亮的能力。

准确的预测至关重要

为了就水排放做出最佳决策，准确的预测至关重要。这是一个需要改进的领域。

水库运行的降雨预报的价值可以被认为是一个建立在降雨地点、时间和降雨量的三足凳上。如果降雨预报只正确这三个变量中的两个，则可能弊大于利。例如，管理者可以针对预计在水库上游发生的暴风雨进行先发制人的泄水，结果却发现风暴袭击了下游，与这些先发制人的泄水相结合，可能会造成洪水损害。

为了减轻这种风险，许多防洪水库采用“地面水”方法进行运行。这种方法不是使用预报，而是等待雨落在哪里，然后做出反应。虽然这通常会导致水库响应延迟，但它也降低了操作错误的风险。

最近的项目使用“水库运行预报”表明了水文预报的进步如何可以带来更好的水库管理。尽管其中许多项目仍处于早期阶段， 研究表明 可能有潜力利用基于预测的水库运行来帮助管理洪水，同时最大限度地提高易发生干旱地区的供水。从历史上看，这种权衡特别难以驾驭。

随着气候变化 极端降雨更加常见, 它将进一步考验国家的抗洪能力和水库网络的有限蓄水能力。

扩大水库的数量和规模可能会有所帮助，但 社会和生态影响 让水库建设成为一项艰难的政治推销。优化 现有存储 是次佳策略。无论如何，水库管理者和预报员处于这场战斗的前线，在气候变暖的未来，这场战斗将变得更具挑战性。