温暖化が進む世界では極端な嵐がより一般的になる中、ダムとスマートな予測が洪水をどのように制限できるか

地球の気温が上昇するにつれて 極端な嵐がより一般的になる, 、国のダムと貯水池 – 地域社会を乾いた状態に保つために不可欠 – テストされています.

米国の嵐北東 この地域の治水システムは 2023 年 7 月の限界点近くまで拡張されました。 カリフォルニア そして州 ミシシッピ川沿い 2023 年にも同様の洪水制御の課題に直面しました。

これらの洪水制御システムを管理するのは、 慎重なバランスをとる行為. 。管理者は嵐による流出の余地を空けて下流の洪水のリスクを高めるために水を放流するのか、それとも下流の農場やコミュニティを保護するために可能な限り水を留めておくのか（別の嵐が来た場合にさらに大きな洪水が発生する可能性が高まる）。

より早く決定を下すことができれば、下流での損害を回避できる可能性が高くなります。しかし、予報は常に信頼できるとは限りません。雨が降るのを待っていると、行動が遅すぎる可能性があります。

私は 10 年間、アイオワ州の治水池、ミシシッピ川とイリノイ川沿いの水門とダムを管理し、現在はアイオワ大学で治水のための大規模な貯水池システムの運用を研究しています。 アイオワ洪水センター. 。貯水池の管理者は嵐の際に何を考えているのか、そして予測を改善する取り組みによってすぐに洪水被害を軽減できる可能性があることは次のとおりです。

ダムのさまざまな役割

米国は本拠地です 50,000 以上の操作可能な貯水池 それは数十の州および連邦機関によって監督されています。これらのダムは累積すると、エリー湖とタホ湖を合わせたよりも多くの水を貯めています。数千平方マイルの降雨が地形から川や小川に流れ込み、最終的には単一の貯水池に流れ込む可能性があります。

ゲート付きの放水口を使用することで、貯水池は大雨の際に水を貯め、干ばつの影響を相殺するために水を放出することで、年間を通じて川の流れをスムーズにします。これにより、農業、発電、住宅用の水の信頼できる供給が確保されます。

重要なことは、貯水池は下流地域の洪水防御にもなるということです。

極端な嵐は困難なトレードオフを意味する可能性がある

集中的に降雨が発生すると、貯水池の管理が大幅に複雑になる可能性があります。

貯水池管理者は大雨に対応するために 24 時間体制で待機しています。貯水池の出口内のゲートを調整することで、排水が部分的に詰まった浴槽と同じように、ダムの後ろに水を貯めることができます。これにより、事業者は、下流地域の洪水を避けるために、制御された方法でゆっくりと水を放出することができます。

事業者は、貯水池から放出する水の量を制限することで、鉄砲水の危険にさらされている下流地域を支援することもできます。その決断は 急いで作らなければならない, ただし、水が下流に移動するには時間がかかります。流れを切るのが遅すぎると、マネージャーは助ける機会を無駄にする可能性があります。

貯水池の管理者が最大のストレスに直面するのは、貯水池の上流と下流の両方で地域全体に大雨が降るときです。

降雨量が多かったり、短期間に複数の嵐が発生したりすると、ある出来事で溜まった水を放出して次の嵐に備えてスペースを確保する時間が十分にないことがよくあります。貯水池が満杯の場合、オーバーフロー放水路が作動し、ダム自体の損傷を避けるためにダムの周囲に追加の水を流す可能性があります。これによりダムの構造的完全性は維持されますが、下流の洪水が大幅に悪化する可能性があります。

マニュアルに書かれていること

管理者がこうした難しい決断を下せるよう、ほとんどの治水池には洪水時のゲートの操作手順を概説した規制マニュアルが設けられています。

すべての治水池はユニークであり、これらの文書は各場所に関連付けられた特定の優先順位を説明しています。洪水制御マニュアルでは、貯水池レベルの上昇に応じて最大許容流出量を規定する場合があります。また、洪水の影響を軽減するために、下流の河川ゲージに基づいて流量を制限することもあります。

しかし、マネージャーは依然として選択を迫られています。マニュアルには特定の貯留目標や下流流量の目標が示されている場合がありますが、同じ洪水は 2 つとしてありません。これらの目標をどのように達成するかを決定するのは貯水池管理者の責任です。放水量が少なすぎると、将来さらに嵐が近づいた場合にさらに大規模な洪水が発生するリスクが高まる可能性があります。

現在と将来の洪水リスクの間のこのトレードオフは、「」として知られています。ヘッジ.”

複雑なコンピューターモデルとシミュレーションを用いた長年の研究により、 この意思決定プロセスの最適化に貢献しました. 。残念ながら、紙の上では良さそうに見えても、特に国内の老朽化したダムの多くが手動でゲートを開閉する必要がある場合には、必ずしも実践するのが簡単とは限りません。さらに、こうした決定は大雨の際に行われることが多く、状況が急速に変化するため、オペレーターには後知恵の才能がありません。

正確な予測が不可欠です

水の放出に関して最善の決定を下すには、正確な予測が不可欠です。これは改善の余地がある分野です。

貯水池運用における降雨量予測の価値は、どこで、いつ、どのくらいの量の雨が降るかに基づいて構築される 3 本足のスツールと考えることができます。これら 3 つの変数のうち 2 つだけが正しい降雨量予測は、良いことよりも害を及ぼす可能性があります。たとえば、管理者は、貯水池の上流で予想される嵐に備えて先制的に水を放流することができますが、その結果、嵐が下流に直撃し、先制的な放水と組み合わせると洪水被害を引き起こす可能性があります。

このリスクを軽減するために、多くの治水池は「地上の水」アプローチを使用して運用されています。このアプローチでは、予報を使用するのではなく、どこに雨が降るかを待ってから反応します。これにより、リザーバーの反応が遅れることがよくありますが、操作ミスのリスクも軽減されます。

「」を使用した最近のプロジェクト予測に基づいた貯水池の運用」は、水文予測の進歩がどのように貯水池管理の改善につながるかを示しました。これらのプロジェクトの多くは初期段階にありますが、 研究によると 予報に基づいた貯水池の運用を利用して洪水を管理すると同時に、干ばつが発生しやすい地域内での水の供給を最大化できる可能性があると考えられています。このトレードオフは、歴史的には特に対処が困難でした。

気候変動として 極端な雨がより一般的になる, 国の洪水対策能力と貯水池ネットワークの有限な貯水量がさらに試されることになる。

貯水池の数とサイズを拡大することは役立つかもしれませんが、 社会的および生態学的影響 貯水池建設を政治的に売り込むのは難しい。最適化 既存のストレージ は次善の戦略です。いずれにせよ、貯水池の管理者や予報担当者は、温暖化が進む将来にはさらに困難になるであろう戦いの最前線に位置している。