Wie Staudämme und intelligente Vorhersagen Überschwemmungen begrenzen können, da in einer sich erwärmenden Welt immer häufiger extreme Stürme auftreten

Als steigende globale Temperaturen extreme Stürme häufiger machen, die Dämme und Stauseen des Landes – entscheidend, um die Gemeinden trocken zu halten – werden getestet.

Stürme in den USANordost hat die Hochwasserschutzsysteme der Region im Juli 2023 fast bis zum Bruch belastet. Kalifornien und Staaten entlang des Mississippi standen im Jahr 2023 vor ähnlichen Herausforderungen beim Hochwasserschutz.

Die Verwaltung dieser Hochwasserschutzsysteme ist ein sorgfältiger Balanceakt.Geben Manager Wasser frei, um Platz für den Abfluss des Sturms zu schaffen, was das Risiko von Überschwemmungen flussabwärts erhöht, oder halten sie so viel wie möglich zurück, um flussabwärts gelegene Bauernhöfe und Gemeinden zu schützen, was die Wahrscheinlichkeit größerer Überschwemmungen erhöhen könnte, wenn ein weiterer Sturm kommt?

Je früher Entscheidungen getroffen werden können, desto größer sind die Chancen, Folgeschäden zu vermeiden.Aber Vorhersagen sind nicht immer zuverlässig und das Warten auf den Regen kann bedeuten, dass man zu spät handelt.

Ich habe ein Jahrzehnt lang Hochwasserschutzreservoirs in Iowa sowie Schleusen und Dämme entlang der Flüsse Mississippi und Illinois verwaltet und forsche jetzt an der University of Iowa über den Betrieb großer Stauseensysteme zum Hochwasserschutz Iowa Flood Center.Hier erfahren Sie, woran Stauseemanager bei Stürmen denken und wie Bemühungen zur Verbesserung der Vorhersagen bald dazu beitragen können, Überschwemmungsschäden zu reduzieren:

Die vielen Rollen von Dämmen

Die Vereinigten Staaten sind die Heimat über 50.000 betriebsfähige Stauseen die von Dutzenden staatlichen und bundesstaatlichen Behörden überwacht werden.Insgesamt speichern diese Dämme mehr Wasser als die Seen Erie und Tahoe zusammen.Tausende Quadratmeilen Niederschlag können aus der Landschaft in Flüsse und Bäche fließen und schließlich in ein einziges Reservoir abfließen.

Mithilfe eines geschlossenen Auslasses glätten Stauseen den Bachlauf das ganze Jahr über, indem sie bei starkem Regen Wasser speichern und es wieder abgeben, um die Auswirkungen von Dürreperioden auszugleichen.Dies trägt dazu bei, eine zuverlässige Wasserversorgung für die Landwirtschaft, die Stromerzeugung und die Wohnnutzung sicherzustellen.

Wichtig ist, dass die Stauseen auch den flussabwärts gelegenen Gemeinden Hochwasserschutz bieten.

Extreme Stürme können schwierige Kompromisse bedeuten

Die Bewirtschaftung von Stauseen kann drastisch erschwert werden, wenn es in konzentrierten Schüben zu Niederschlägen kommt.

Stauseebetreiber sind rund um die Uhr bereit, auf Starkregen zu reagieren.Durch die Anpassung von Toren im Auslass eines Stausees kann Wasser hinter dem Damm gespeichert werden, genau wie bei einer Badewanne, deren Abfluss teilweise verstopft ist.Dies ermöglicht es den Betreibern, das Wasser langsam und kontrolliert abzulassen, um eine Überschwemmung der flussabwärts gelegenen Gemeinden zu vermeiden.

Betreiber können auch flussabwärts gelegenen Gemeinden helfen, die von Sturzfluten bedroht sind, indem sie die Wassermenge, die sie aus dem Stausee ablassen, begrenzen.Diese Entscheidung muss schnell gemacht werden, Allerdings braucht Wasser Zeit, um sich flussabwärts zu bewegen.Wenn der Zufluss zu spät unterbrochen wird, verpasst der Manager möglicherweise die Gelegenheit, zu helfen.

Wenn es in der gesamten Region zu starkem Regen kommt – sowohl oberhalb als auch unterhalb des Stausees – sind die Stauseebetreiber am stärksten belastet.

Bei starken Niederschlägen oder mehreren Stürmen in kurzer Zeit bleibt oft nicht genügend Zeit, um das angesammelte Wasser eines Ereignisses abzulassen und Platz für den nächsten Sturm zu schaffen.Wenn ein Stausee voll ist, wird wahrscheinlich eine Überlaufrinne aktiviert, die zusätzliches Wasser um den Damm herumleitet, um eine Beschädigung des Damms selbst zu vermeiden.Obwohl dadurch die strukturelle Integrität des Damms erhalten bleibt, kann es die Überschwemmung flussabwärts drastisch verschlimmern.

Was in den Handbüchern steht

Um den Managern bei diesen schwierigen Entscheidungen zu helfen, verfügen die meisten Hochwasserschutzbecken über ein Regulierungshandbuch, das den Vorgang für die Betätigung der Tore bei Überschwemmungen beschreibt.

Jedes Hochwasserschutzreservoir ist einzigartig und diese Dokumente berücksichtigen die spezifischen Prioritäten, die mit jedem Standort verbunden sind.In einem Hochwasserschutzhandbuch können maximal zulässige Abflüsse festgelegt werden, wenn der Pegel des Stausees steigt.Es kann auch die Abflüsse auf der Grundlage stromabwärts gelegener Flusspegel einschränken, um die Auswirkungen von Überschwemmungen zu verringern.

Allerdings müssen Manager immer noch Entscheidungen treffen.Auch wenn das Handbuch spezifische Speicher- oder Abflussziele vorgibt, gleicht kein Hochwasser dem anderen.Es liegt an den Reservoirbetreibern, zu bestimmen, wie diese Ziele erreicht werden können.Wenn zu wenig Wasser freigesetzt wird, kann das Risiko noch größerer Überschwemmungen in der Zukunft steigen, wenn weitere Stürme auf dem Weg sind.

Dieser Kompromiss zwischen aktuellem und zukünftigem Hochwasserrisiko wird als „Absicherung.”

Jahrelange Forschung mit komplexen Computermodellen und Simulationen haben hat dazu beigetragen, diesen Entscheidungsprozess zu optimieren.Leider lässt sich das, was auf dem Papier gut aussieht, nicht immer einfach in die Praxis umsetzen, insbesondere wenn viele der alternden Staudämme des Landes ein manuelles Öffnen oder Schließen der Tore erfordern.Darüber hinaus werden diese Entscheidungen häufig bei starken Regenfällen getroffen, wenn sich die Bedingungen schnell ändern und die Bediener nicht über die Fähigkeit verfügen, im Nachhinein zu denken.

Genaue Prognosen sind unerlässlich

Um bestmögliche Entscheidungen über Wasserfreisetzungen treffen zu können, sind genaue Prognosen unerlässlich.Dies ist ein Bereich, der verbesserungswürdig ist.

Der Wert einer Niederschlagsvorhersage für den Betrieb von Stauseen kann als ein dreibeiniger Hocker betrachtet werden, der darauf basiert, wo, wann und wie viel Regen fällt.Eine Niederschlagsvorhersage, bei der nur zwei dieser drei Variablen korrekt sind, kann mehr schaden als nützen.Beispielsweise könnte ein Manager präventiv Wasser für einen Sturm freisetzen, der stromaufwärts eines Stausees erwartet wird – und dann feststellen, dass der Sturm stattdessen flussabwärts zuschlägt und in Kombination mit diesen präventiven Freisetzungen möglicherweise Überschwemmungsschäden verursacht.

Um dieses Risiko zu mindern, werden viele Hochwasserschutzbecken nach dem Prinzip „Wasser vor Ort“ betrieben.Anstatt eine Vorhersage zu verwenden, wartet dieser Ansatz ab, wo der Regen fällt, und reagiert dann.Dies führt zwar oft zu einer verzögerten Reaktion des Reservoirs, verringert aber auch das Risiko von Betriebsfehlern.

Aktuelle Projekte mit „prognosegestützter Speicherbetrieb„haben gezeigt, wie Fortschritte in der hydrologischen Vorhersage zu einem besseren Reservoirmanagement führen können.Obwohl sich viele dieser Projekte in der Anfangsphase befinden, Studien zeigen dass das Potenzial besteht, den vorhersagegestützten Betrieb von Stauseen zur Bewältigung von Überschwemmungen zu nutzen und gleichzeitig die Wasserversorgung in Regionen zu maximieren, die anfällig für Dürren sind.Dieser Kompromiss war in der Vergangenheit besonders schwer zu bewältigen.

Als Klimawandel macht extreme Regenfälle häufiger, es wird die Fähigkeiten des Landes zur Überschwemmungsbekämpfung und die begrenzte Speicherkapazität der Stauseennetze weiter auf die Probe stellen.

Eine Ausweitung der Anzahl und Größe der Stauseen könnte helfen, aber die soziale und ökologische Auswirkungen Machen Sie den Bau eines Stausees politisch schwierig zu verkaufen.Optimieren vorhandenen Speicher ist die nächstbeste Strategie.Ungeachtet dessen stehen Reservoirmanager und Prognostiker an vorderster Front eines Kampfes, der in einer sich erwärmenden Zukunft noch schwieriger werden wird.