Изменение климата оказывает давление на тысячи стареющих плотин в США

Следующее эссе перепечатано с разрешения Разговоринтернет-издание, посвященное последним исследованиям.

Сильные дожди на Северо-Востоке 9-11 июня 2023 г., вызвало масштабное наводнение, особенно в долине Гудзона в Нью-Йорке и в Вермонте. Одной из основных проблем было Плотина Райтсвилля, построенный в 1935 году на реке Винуски к северу от столицы Вермонта Монпелье. Резервуар за плотиной поднялся на 1 фут от максимальной вместимости плотины, что вызвало предупреждение о том, что вода может перекрыть плотину и ухудшить и без того опасные условия ниже по течению или повредить плотину.

Хиба Барудадъюнкт-профессор и заведующий кафедрой гражданского и экологического строительства в Университете Вандербильта, объясняет, как наводнения нагружают дамбы в меняющемся климате.

Насколько серьезен риск, когда наводнение выходит за пределы плотины?

Выход за пределы плотины может привести к эрозии, что впоследствии может привести к прорыву или обрушению плотины и внезапному неконтролируемому выбросу задержанной воды.

Риск переполнения плотины возникает в результате комбинированного воздействия опасного события, такого как проливные дожди, и уязвимости плотины. Уязвимая плотина может быть старой, плохо обслуживаемой или недостаточно пропускная способность водосброса для безопасного выпуска воды из плотины.

Конструкция плотины может повлиять на ее способность противостоять переполнению и разрушению. Например, бетонные дамбы обычно могут лучше выдерживать определенные уровни перекрытия по сравнению с плотинами из грунтовых насыпей.

Перелив является основной причиной прорыва плотин в США. 34% всех прорывов плотин. Продолжительность протекания воды через плотину и объем протекающей через нее воды являются важными факторами, определяющими вероятность разрушения плотины.

Последствия переполнения плотины и, возможно, ее разрушения зависят от нескольких факторов, таких как назначение плотины, ее размер и местоположение. Если плотина предназначена для защиты от наводнений и окружена домами, предприятиями или важной инфраструктурой, большой неконтролируемый выброс воды может привести к катастрофе. Небольшие плотины, расположенные в сельской местности, могут причинить меньший ущерб, если они переполнятся или рухнут.

Сколько лет большинству плотин в США?

Есть более 91 000 плотин по США, во всех 50 штатах, с разнообразным дизайном и назначением. Средний возраст плотин составляет 60 лет, и более 8000 плотин старше 90 лет.

Каждые четыре года в Американское общество инженеров-строителей составляет табель успеваемости по национальной инфраструктуре, в котором присваиваются оценки на основе состояния таких сооружений, как дороги, мосты и плотины, а также необходимых инвестиций. По самым последним оценкам, 70% плотин США к 2030 году будет более 50 лет.

В целом, в отчете плотинам США присвоена оценка «D» и, по оценкам, более 2300 плотины повышенной опасности – те, которые могут привести к гибели людей или серьезному материальному ущербу в случае их выхода из строя, в зависимости от уровня развития вокруг них – не имели планов действий в чрезвычайных ситуациях.

Есть ли способы укрепить старые плотины от затопления, не заменяя их полностью?

Вывод из эксплуатации или замена плотин может быть сложной и дорогостоящей задачей. Это также может иметь каскадные последствия для окружающего сообщества и, возможно, для другой инфраструктуры. Регулярное техническое обслуживание и модернизация старых плотин может стать экономически эффективным способом их укрепления и повышения устойчивости к стихийным бедствиям.

Когда плотины больше не служат целям, для которых они были построены, они могут быть частично разрушены или разрушены. полностью удален восстановить естественный сток реки.

По оценкам Ассоциации государственных чиновников по безопасности плотин, это будет стоить 157,7 млрд долларов США на реабилитацию всех нефедеральных плотин в США. Из этой суммы около одной пятой (34,1 миллиарда долларов) приходится на реабилитацию потенциально опасных плотин. 2021 Закон об инвестициях в инфраструктуру и рабочих местах включает примерно 3 миллиарда долларов для проектов безопасности плотин, уделяя особое внимание реабилитации, модернизации и демонтажу.

Увеличивает ли изменение климата нагрузку на старые плотины?

Изменение климата увеличение частоты и интенсивности стихийных бедствий, таких как штормы, которые угрожают плотинам. И эти сдвиги не следуют историческим тенденциям. Условия, которые когда-то считались экстремальными, вероятно, станут более распространенными в будущем.

Например, одно недавнее исследование по прогнозированию затопления прибрежных районов показало, что в Новой Англии 100-летнее наводнение — событие такого масштаба, вероятность возникновения которого в любой конкретный год — 1%. может стать ежегодным явлением к концу 2100-х гг.

Тот факт, что климат меняется, также означает, что экстремальные явления становятся все более экстремальными. В 2015 году в Южной Каролине в течение 1000 лет выпадали дожди. прорывы 47 плотин.

Проектирование новых плотин и модернизация существующей инфраструктуры должны основываться на обновленных процедурах проектирования, учитывающих будущие климатические прогнозы, а не только исторические опасные события. Хотя старые плотины не обязательно небезопасны, они были построены в соответствии с устаревшими стандартами проектирования и процедурами строительства и для различных условий окружающей среды. Это влияет на вероятность и последствия их выхода из строя во время стихийных бедствий.

Считаете ли вы это событие в Вермонте предупреждением для других сообществ?

Бедствия, обрушившиеся на США в последние годы, должны побудить правительственные учреждения и сообщества подготовиться к стихийным бедствиям и спланировать их с помощью упреждающих шагов, таких как разработка планов действий в чрезвычайных ситуациях.

В то время как количество потенциально опасных плотин в США более чем в два раза за последние 20 лет по мере того, как развитие переместилось в сельские районы, доля этих плотин с планом действий в чрезвычайных ситуациях также увеличилась. Сейчас он составляет 76%что намного выше, чем всего несколько лет назад.

Уязвимые плотины и риск разрушения плотин распространяются на нашу экономику и затрагивают многие сектора. Плотины служат многим целям: они обеспечивают воду для питья и орошения, вырабатывают энергию и защищают сообщества от наводнений. Они также являются частью большой навигационной сети, которая транспортирует более 500 миллионов тонн товаров по США каждый год.

Как показали мои коллеги и я, важно понимать прямые и косвенные затраты когда критически важные системы инфраструктуры, такие как плотины, выходят из строя. Эта информация имеет решающее значение для разработки стратегий, которые могут помочь США подготовиться к будущим бедствиям.

Эта статья была первоначально опубликована на Разговор. Читать оригинальная статья.