Comment les barrages et les prévisions intelligentes peuvent limiter les inondations alors que les tempêtes extrêmes deviennent plus fréquentes dans un monde en réchauffement

Alors que les températures mondiales augmentent rendre les tempêtes extrêmes plus fréquentes, les barrages et réservoirs du pays – essentiels pour maintenir les communautés au sec – sont en cours de test.

Tempêtes aux États-UnisNord-est a poussé les systèmes de contrôle des inondations de la région presque jusqu’au point de rupture en juillet 2023. Californie et les états le long du fleuve Mississippi a été confronté à des défis similaires en matière de contrôle des inondations en 2023.

La gestion de ces systèmes de contrôle des crues est un exercice d'équilibre prudent.Les gestionnaires libèrent-ils de l’eau pour laisser de la place au ruissellement de la tempête, augmentant ainsi le risque d’inondation en aval, ou en retiennent-ils autant que possible pour protéger les fermes et les communautés en aval, ce qui pourrait augmenter le risque d’inondations plus importantes si une autre tempête survenait ?

Plus les décisions peuvent être prises tôt, meilleures sont les chances d’éviter des dommages en aval.Mais les prévisions ne sont pas toujours fiables et attendre que la pluie tombe peut signifier agir trop tard.

J'ai géré des réservoirs de contrôle des crues dans l'Iowa ainsi que des écluses et des barrages le long des rivières Mississippi et Illinois pendant une décennie, et je recherche maintenant le fonctionnement de grands systèmes de réservoirs pour le contrôle des crues à l'Université de l'Iowa. Centre d'inondation de l'Iowa.Voici ce à quoi pensent les gestionnaires de réservoirs pendant les tempêtes et comment les efforts visant à améliorer les prévisions pourraient bientôt permettre de réduire les dégâts causés par les inondations :

Les nombreux rôles des barrages

Les États-Unis abritent plus de 50 000 réservoirs exploitables qui sont supervisés par des dizaines d’agences étatiques et fédérales.Cumulativement, ces barrages stockent plus d’eau que les lacs Érié et Tahoe réunis.Des milliers de kilomètres carrés de précipitations peuvent s'écouler du paysage vers les rivières et les ruisseaux et finalement se déverser dans un seul réservoir.

Grâce à un exutoire fermé, les réservoirs lissent le débit tout au long de l'année en stockant l'eau lors de fortes pluies et en la libérant pour compenser les effets de la sécheresse.Cela contribue à garantir un approvisionnement en eau fiable pour l’agriculture, la production d’électricité et l’usage résidentiel.

Il est important de noter que les réservoirs offrent également une protection contre les inondations aux communautés en aval.

Les tempêtes extrêmes peuvent entraîner des compromis difficiles

La gestion des réservoirs peut être considérablement compliquée lorsque les précipitations se produisent en rafales concentrées.

Les exploitants de réservoirs sont prêts 24 heures sur 24 à réagir en cas de fortes pluies.En ajustant les vannes à la sortie d’un réservoir, l’eau peut être stockée derrière le barrage, tout comme une baignoire dont le drain est partiellement bouché.Cela permet aux opérateurs de libérer l’eau lentement, de manière contrôlée, pour éviter d’inonder les communautés en aval.

Les opérateurs peuvent également aider les communautés en aval exposées au risque de crue soudaine en limitant la quantité d’eau qu’ils rejettent du réservoir.Cette décision il faut faire vite, cependant – l’eau met du temps à se déplacer vers l’aval.Si le flux est interrompu trop tard, le gestionnaire risque de gaspiller l’opportunité d’aider.

C’est lorsque toute la région reçoit de fortes pluies – tant en amont qu’en aval du réservoir – que les exploitants du réservoir sont confrontés au plus grand stress.

Lorsque les précipitations sont abondantes ou que plusieurs tempêtes surviennent sur une courte période, il n’y a souvent pas assez de temps pour évacuer l’eau accumulée lors d’un événement afin de faire place à la tempête suivante.Si un réservoir est plein, un déversoir de trop-plein sera probablement activé, acheminant de l'eau supplémentaire autour du barrage pour éviter d'endommager le barrage lui-même.Bien que cela préserve l’intégrité structurelle du barrage, cela peut considérablement aggraver les inondations en aval.

Ce que disent les manuels

Pour aider les gestionnaires à prendre ces décisions difficiles, la plupart des réservoirs de contrôle des crues disposent d'un manuel de régulation qui décrit le processus de fonctionnement des vannes en cas de crue.

Chaque réservoir de contrôle des crues est unique et ces documents tiennent compte des priorités spécifiques associées à chaque emplacement.Un manuel de contrôle des crues peut stipuler les débits sortants maximaux autorisés à mesure que les niveaux du réservoir augmentent.Cela peut également limiter les débits en fonction des jauges des rivières en aval afin de réduire les impacts des inondations.

Mais les managers doivent encore faire des choix.Bien que le manuel puisse donner des objectifs spécifiques de stockage ou de débit en aval, il n’y a pas deux crues identiques.Il appartient aux exploitants de réservoirs de déterminer comment atteindre ces objectifs.Un déversement d’eau trop faible peut augmenter le risque d’inondations encore plus importantes à l’avenir si d’autres tempêtes se préparent.

Ce compromis entre les risques d’inondation actuels et futurs est connu sous le nom de «couverture.”

Des années de recherche avec des modèles informatiques et des simulations complexes ont contribué à optimiser ce processus de prise de décision.Malheureusement, ce qui semble bon sur le papier n’est pas toujours facile à mettre en pratique, en particulier lorsque de nombreux barrages vieillissants du pays nécessitent l’ouverture ou la fermeture manuelle des vannes.De plus, ces décisions sont souvent prises lors de fortes pluies, lorsque les conditions changent rapidement et que les opérateurs n’ont pas le recul nécessaire.

Des prévisions précises sont essentielles

Pour prendre les meilleures décisions possibles concernant les rejets d’eau, des prévisions précises sont essentielles.Il s’agit d’un domaine susceptible d’être amélioré.

La valeur d’une prévision des précipitations pour l’exploitation du réservoir peut être considérée comme un tabouret à trois pieds basé sur l’endroit, le moment et la quantité de pluie.Une prévision des précipitations qui ne corrige que deux de ces trois variables peut faire plus de mal que de bien.Par exemple, un gestionnaire pourrait libérer de manière préventive de l’eau pour une tempête attendue en amont d’un réservoir – pour ensuite voir la tempête frapper en aval, provoquant potentiellement des dommages dus aux inondations lorsqu’elle est combinée à ces rejets préventifs.

Pour atténuer ce risque, de nombreux réservoirs de contrôle des crues sont exploités selon une approche « eau sur le terrain ».Plutôt que d’utiliser une prévision, cette approche attend de voir où tombe la pluie et réagit ensuite.Même si cela entraîne souvent une réponse retardée du réservoir, cela réduit également le risque d’erreurs opérationnelles.

Projets récents utilisant «exploitation du réservoir basée sur les prévisions» ont montré comment les progrès de la prévision hydrologique peuvent conduire à une meilleure gestion des réservoirs.Même si bon nombre de ces projets en sont à leurs premiers stades, des études montrent qu'il pourrait être possible d'utiliser l'exploitation des réservoirs en fonction des prévisions pour aider à gérer les inondations, tout en maximisant l'approvisionnement en eau dans les régions sujettes aux sécheresses.Ce compromis a toujours été particulièrement difficile à gérer.

Comme le changement climatique rend les précipitations extrêmes plus fréquentes, il testera davantage les capacités de lutte contre les inondations du pays et le stockage limité des réseaux de réservoirs.

Augmenter le nombre et la taille des réservoirs pourrait aider, mais le impacts sociaux et écologiques faire de la construction de réservoirs une affaire politique difficile à convaincre.Optimisation stockage existant est la deuxième meilleure stratégie.Quoi qu’il en soit, les gestionnaires de réservoirs et les prévisionnistes se trouvent en première ligne d’une bataille qui deviendra encore plus difficile dans un avenir qui se réchauffe.