Как плотины и интеллектуальное прогнозирование могут ограничить наводнения, поскольку экстремальные штормы становятся все более распространенными в мире с потеплением 

По мере повышения глобальной температуры сделать экстремальные штормы более частыми, национальные плотины и водохранилища, имеющие решающее значение для сохранения сухости населенных пунктов, проходят испытания.

Штормы в СШАСеверо-восток в июле 2023 года системы борьбы с наводнениями в регионе были растянуты почти до предела. Калифорния и государства вдоль реки Миссисипи столкнулись с аналогичными проблемами борьбы с наводнениями в 2023 году.

Управление этими системами борьбы с наводнениями осторожный баланс.Спускают ли управляющие воду, чтобы освободить место для ливневых стоков, увеличивая риск наводнений ниже по течению, или удерживают как можно больше воды, чтобы защитить фермы и общины, расположенные ниже по течению, что может увеличить вероятность более крупных наводнений в случае нового шторма?

Чем раньше будут приняты решения, тем больше шансов избежать последующего ущерба.Но прогнозы не всегда надежны, и ожидание дождя может означать, что действовать слишком поздно.

В течение десяти лет я управлял водохранилищами для борьбы с наводнениями в Айове, шлюзами и плотинами вдоль рек Миссисипи и Иллинойс, а сейчас исследую работу крупных систем водохранилищ для борьбы с наводнениями в Университете Айовы. Центр наводнений Айовы.Вот о чем думают управляющие водохранилищами во время ураганов и как усилия по улучшению прогнозирования вскоре смогут уменьшить ущерб от наводнений:

Многочисленные роли плотин

Соединенные Штаты являются домом для более 50 000 действующих водоемов которые контролируются десятками государственных и федеральных агентств.В совокупности эти плотины хранят больше воды, чем озера Эри и Тахо вместе взятые.Тысячи квадратных миль осадков могут стекать с ландшафта в реки и ручьи и в конечном итоге стекать в один водоем.

Используя закрытый выпуск, водохранилища сглаживают течение ручья в течение всего года, сохраняя воду во время сильных дождей и выпуская ее, чтобы компенсировать последствия засухи.Это помогает обеспечить надежное водоснабжение для сельского хозяйства, производства электроэнергии и жилых помещений.

Важно отметить, что водохранилища также обеспечивают защиту от наводнений для населения, расположенного ниже по течению.

Сильные штормы могут означать трудные компромиссы

Управление водохранилищем может быть существенно затруднено, когда осадки выпадают концентрированными всплесками.

Операторы водохранилища готовы круглосуточно реагировать на сильный дождь.Отрегулировав затворы на выпускном отверстии резервуара, воду можно хранить за плотиной, как в ванне с частично перекрытым сливом.Это позволяет операторам спускать воду медленно и контролируемо, чтобы избежать затопления населенных пунктов, расположенных ниже по течению.

Операторы также могут помочь общинам, расположенным ниже по течению, подвергающимся риску внезапного наводнения, ограничивая количество воды, которую они сбрасывают из водохранилища.Это решение нужно сделать быстро, Однако – воде нужно время, чтобы двигаться вниз по течению.Если поток прерывается слишком поздно, менеджер может упустить возможность помочь.

Когда во всем регионе идут проливные дожди – как вверх, так и вниз по течению от водохранилища – операторы водохранилища сталкиваются с наибольшим стрессом.

Когда выпадают сильные дожди или за короткий период происходит несколько ураганов, часто не хватает времени для того, чтобы выпустить накопившуюся в результате одного события воду, чтобы освободить место для следующего шторма.Если водохранилище заполнено, скорее всего, будет активирован переливной водосброс, направляющий дополнительную воду вокруг плотины, чтобы не повредить саму плотину.Хотя это сохраняет структурную целостность плотины, это может резко усугубить наводнение ниже по течению.

Что говорят руководства

Чтобы помочь менеджерам принимать эти трудные решения, большинство резервуаров для борьбы с наводнениями имеют руководство по регулированию, в котором описывается процесс управления воротами во время наводнений.

Каждый резервуар для борьбы с наводнениями уникален, и в этих документах учитываются конкретные приоритеты, связанные с каждым местом.В руководстве по борьбе с наводнениями могут быть предусмотрены максимально допустимые расходы при повышении уровня водохранилища.Это также может ограничить потоки воды на основании данных уровнемеров ниже по течению, чтобы уменьшить воздействие наводнений.

Однако менеджерам все равно придется делать выбор.Хотя в руководстве могут быть указаны конкретные цели по хранению или нисходящему потоку, не бывает двух одинаковых наводнений.Операторам месторождений предстоит определить, как достичь этих целей.Сброс слишком малого количества воды может увеличить риск еще более крупных наводнений в будущем, если на подходе новые штормы.

Этот компромисс между текущим и будущим риском наводнения известен как «хеджирование.”

Годы исследований со сложными компьютерными моделями и моделированием помог оптимизировать этот процесс принятия решений.К сожалению, то, что хорошо выглядит на бумаге, не всегда легко реализовать на практике, особенно когда многие стареющие плотины страны требуют ручного открытия или закрытия шлюзов.Кроме того, эти решения часто принимаются во время сильных дождей, когда условия быстро меняются, и у операторов нет дара предусмотрительности.

Точные прогнозы необходимы

Для принятия наилучших решений относительно попусков воды необходимы точные прогнозы.Эта область созрела для улучшения.

Значение прогноза осадков для эксплуатации водохранилища можно рассматривать как табуретку на трех ножках, построенную на том, где, когда и сколько осадков выпадает.Прогноз осадков, в котором верны только две из этих трех переменных, может принести больше вреда, чем пользы.Например, менеджер может упреждающе спустить воду во время шторма, который ожидается вверх по течению от водохранилища, – только для того, чтобы вместо этого увидеть, как ураган обрушится вниз по течению, что потенциально может вызвать ущерб от наводнения в сочетании с этими упреждающими сбросами.

Чтобы снизить этот риск, многие водохранилища для борьбы с наводнениями эксплуатируются по принципу «вода на земле».Вместо использования прогноза этот подход ждет, чтобы увидеть, где выпадет дождь, а затем реагирует.Хотя это часто приводит к задержке реакции резервуара, это также снижает риск эксплуатационных ошибок.

Последние проекты с использованием «прогнозная эксплуатация резервуарапоказали, как достижения в области гидрологического прогнозирования могут привести к улучшению управления водохранилищами.Хотя многие из этих проектов находятся на ранних стадиях, исследования показывают что может существовать потенциал использования работы водохранилищ с учетом прогнозов для борьбы с наводнениями, а также для максимального увеличения водоснабжения в регионах, склонных к засухам.Исторически этот компромисс был особенно трудным.

Поскольку изменение климата делает экстремальные дожди более распространенными, это еще больше проверит возможности страны по борьбе с наводнениями и ограниченные хранилища сетей водохранилищ.

Увеличение количества и размеров водохранилищ могло бы помочь, но социальные и экологические последствия сделать строительство водохранилища жесткой политической продажей.Оптимизация существующее хранилище это следующая лучшая стратегия.Тем не менее, менеджеры по разработке месторождений и прогнозисты находятся на передовой линии битвы, которая станет еще более сложной в будущем с потеплением.