كيف يمكن للسدود المدارة جيدًا والتنبؤ الذكي أن يحد من الفيضانات حيث تصبح العواصف الشديدة أكثر شيوعًا في عالم يزداد احترارًا

تجري المهمة الشاقة للتنظيف من الفيضانات الكارثية عبر الشمال الشرقي بعد أن امتدت العواصف لأنظمة التحكم في الفيضانات بالمنطقة إلى نقطة الانهيار تقريبًا.

نظرًا لأن ارتفاع درجات الحرارة العالمية يجعل العواصف الشديدة أكثر شيوعًا ، يتم اختبار السدود والخزانات في البلاد – وهي ضرورية للحفاظ على جفاف المجتمعات. واجهت كاليفورنيا والولايات الواقعة على طول نهر المسيسيبي تحديات مماثلة للسيطرة على الفيضانات في عام 2023.

تعد إدارة أنظمة التحكم في الفيضانات عملية موازنة دقيقة. هل يقوم المديرون بإفراز المياه لإفساح المجال لجريان العاصفة ، أو زيادة مخاطر الفيضانات في اتجاه مجرى النهر ، أو الاحتفاظ بأكبر قدر ممكن لحماية المزارع والمجتمعات الواقعة في اتجاه مجرى النهر ، مما قد يزيد من فرصة حدوث فيضانات أكبر في حالة حدوث عاصفة أخرى؟

يمكن اتخاذ قرارات مبكرة ، كلما كانت فرصة تجنب الضرر المصب أفضل. لكن التنبؤات لا يمكن الاعتماد عليها دائمًا ، وقد يعني انتظار هطول المطر أن نتصرف بعد فوات الأوان.

لقد تمكنت من إدارة خزانات التحكم في الفيضانات في ولاية أيوا والأقفال والسدود على طول نهري المسيسيبي وإلينوي لمدة عقد من الزمان ، وأقوم الآن بالبحث في تشغيل أنظمة الخزانات الكبيرة للتحكم في الفيضانات في مركز أيوا للفيضانات التابع لجامعة أيوا. إليك ما يفكر فيه مديرو الخزانات أثناء العواصف ، وكيف أن الجهود المبذولة لتحسين التنبؤ قد تتمكن قريبًا من تقليل أضرار الفيضانات:

الأدوار العديدة للسدود

الولايات المتحدة هي موطن لأكثر من 50000 خزان قابل للتشغيل تشرف عليها العشرات من الوكالات الحكومية والفيدرالية. بشكل تراكمي ، تخزن هذه السدود كمية من المياه أكثر من بحيرتي إيري وتاهو مجتمعتين. قد تتدفق آلاف الأميال المربعة من الأمطار من المناظر الطبيعية إلى الأنهار والجداول وتصب في النهاية في خزان واحد.

باستخدام منفذ مسور ، تسهل الخزانات تدفق مجرى المياه على مدار العام عن طريق تخزين المياه أثناء هطول الأمطار الغزيرة وإطلاقها لتعويض آثار الجفاف. وهذا يساعد على ضمان إمدادات مياه موثوقة للزراعة وتوليد الطاقة والاستخدام السكني.

الأهم من ذلك ، توفر الخزانات أيضًا الحماية من الفيضانات لمجتمعات المصب.

يمكن أن تعني العواصف الشديدة مقايضات صعبة

يمكن أن تكون إدارة الخزان معقدة بشكل كبير عندما يحدث هطول الأمطار في رشقات نارية مركزة.

مشغلي الخزانات جاهزون على مدار الساعة للاستجابة للأمطار الغزيرة. من خلال تعديل البوابات داخل مخرج الخزان ، يمكن تخزين المياه خلف السد ، تمامًا مثل حوض الاستحمام الذي يكون فيه الصرف مسدودًا جزئيًا. يسمح ذلك للمشغلين بإطلاق المياه ببطء وبطريقة خاضعة للرقابة لتجنب إغراق مجتمعات المصب.

يمكن للمشغلين أيضًا مساعدة مجتمعات المصب المعرضة لخطر الفيضانات المفاجئة عن طريق الحد من كمية المياه التي يطلقونها من الخزان. يجب اتخاذ هذا القرار بسرعة ، على الرغم من أن المياه تستغرق وقتًا للتحرك في اتجاه مجرى النهر. إذا تم قطع التدفق بعد فوات الأوان ، فقد يهدر المدير فرصة المساعدة.

عندما تتعرض المنطقة بأكملها لأمطار غزيرة – سواء في المنبع أو في اتجاه مجرى النهر – يواجه مشغلو الخزان أكبر ضغط.

عندما يكون هطول الأمطار غزيرًا أو تحدث عواصف متعددة في فترة قصيرة ، غالبًا ما لا يكون هناك وقت كافٍ لإطلاق المياه المتراكمة من حدث واحد لإفساح المجال للعاصفة التالية. إذا كان الخزان ممتلئًا ، فمن المحتمل أن يتم تنشيط مجرى التدفق الفائض ، مما يؤدي إلى توجيه المياه الإضافية حول السد لتجنب إتلاف السد نفسه. على الرغم من أن هذا يحافظ على السلامة الهيكلية للسد ، إلا أنه يمكن أن يؤدي إلى تفاقم الفيضانات بشكل كبير.

ماذا تقول الكتيبات

لمساعدة المديرين على اتخاذ هذه القرارات الصعبة ، فإن معظم خزانات التحكم في الفيضانات لديها دليل تنظيمي يحدد عملية تشغيل البوابات أثناء الفيضانات.

كل خزان للتحكم في الفيضانات فريد من نوعه ، وهذه الوثائق تمثل الأولويات المحددة المرتبطة بكل موقع. قد ينص دليل التحكم في الفيضان على الحد الأقصى المسموح به للتدفقات الخارجة مع ارتفاع مستويات الخزان. قد يقيد أيضًا التدفقات بناءً على مقاييس الأنهار في اتجاه مجرى النهر لتقليل تأثيرات الفيضانات.

ومع ذلك ، لا يزال يتعين على المديرين اتخاذ قرارات. في حين أن الدليل قد يعطي أهدافًا محددة للتخزين أو التدفق في اتجاه مجرى النهر ، إلا أنه لا يوجد فيضان متماثلان. الأمر متروك لمشغلي الخزانات لتحديد كيفية تحقيق هذه الأهداف. يمكن أن يؤدي إطلاق القليل من المياه إلى زيادة خطر حدوث فيضانات أكبر في المستقبل إذا كان هناك المزيد من العواصف في الطريق.

تُعرف هذه المفاضلة بين مخاطر الفيضانات الحالية والمستقبلية باسم “التحوط”.

ساعدت سنوات من البحث باستخدام نماذج الكمبيوتر المعقدة والمحاكاة في تحسين عملية اتخاذ القرار هذه. لسوء الحظ ، ليس من السهل دائمًا تطبيق ما يبدو جيدًا على الورق ، خاصة عندما تتطلب العديد من السدود القديمة في البلاد فتح أو إغلاق البوابات يدويًا. علاوة على ذلك ، غالبًا ما يتم اتخاذ هذه القرارات أثناء هطول الأمطار الغزيرة ، عندما تتغير الظروف بسرعة ، ولا يملك المشغلون هدية الإدراك المتأخر.

التنبؤات الدقيقة ضرورية

لاتخاذ أفضل القرارات الممكنة بشأن إطلاقات المياه ، من الضروري إجراء تنبؤات دقيقة. هذا مجال جاهز للتحسين.

يمكن اعتبار قيمة التنبؤ بهطول الأمطار لتشغيل الخزان على أنها كرسي ثلاثي الأرجل مبني على مكان وزمان ومقدار هطول الأمطار. إن توقع هطول الأمطار الذي يحصل على اثنين فقط من هذه المتغيرات الثلاثة صحيح قد يضر أكثر مما ينفع. على سبيل المثال ، يمكن للمدير إطلاق المياه بشكل استباقي لعاصفة متوقعة في أعلى الخزان – فقط لرؤية العاصفة تضرب المصب بدلاً من ذلك ، مما قد يتسبب في أضرار الفيضانات عند دمجها مع تلك الإطلاقات الوقائية.

للتخفيف من هذه المخاطر ، يتم تشغيل العديد من خزانات التحكم في الفيضانات باستخدام نهج “المياه على الأرض”. بدلاً من استخدام التنبؤ ، ينتظر هذا النهج لمعرفة مكان سقوط المطر ثم يتفاعل. على الرغم من أن هذا يؤدي غالبًا إلى تأخر استجابة الخزان ، إلا أنه يقلل أيضًا من مخاطر الأخطاء التشغيلية.

أظهرت المشاريع الأخيرة التي تستخدم “تشغيل الخزانات المستنيرة بالتنبؤات” كيف أن التقدم في التنبؤ الهيدرولوجي قد يؤدي إلى إدارة أفضل للمكمن. على الرغم من أن العديد من هذه المشاريع في مراحل مبكرة ، إلا أن الدراسات تظهر أنه قد تكون هناك إمكانية لاستخدام تشغيل الخزان المستنير بالتنبؤات للمساعدة في إدارة الفيضانات ، مع زيادة إمدادات المياه إلى أقصى حد داخل المناطق المعرضة للجفاف. كانت هذه المقايضة تاريخياً صعبة بشكل خاص.

نظرًا لأن تغير المناخ يجعل هطول الأمطار الغزيرة أكثر شيوعًا ، فإنه سيختبر بشكل أكبر قدرات البلاد على مكافحة الفيضانات والتخزين المحدود لشبكات الخزانات.

يمكن أن تساعد زيادة عدد وحجم الخزانات ، لكن التأثيرات الاجتماعية والبيئية تجعل بناء الخزانات عملية بيع سياسية صعبة. يعد تحسين التخزين الحالي هو الاستراتيجية التالية الأفضل. بغض النظر ، يتم وضع مديري الخزانات والمتنبئين في الخطوط الأمامية للمعركة التي ستصبح أكثر صعوبة في المستقبل الدافئ.