Εμπόδια πλημμύρας, φράγματα τυφώνα και καταιγίδα

Σε μια εποχή υπερθέρμανσης του πλανήτη και ακραίων καιρικών συνθηκών, οι κίνδυνοι ζωής κοντά στο νερό δεν ήταν ποτέ μεγαλύτεροι. Η προστασία από την καταιγίδα και τα εμπόδια τυφώνα ήταν η λύση για ορισμένες κοινότητες, αλλά με ποιο αισθητικό κόστος; Μπορούν οι καλλιτέχνες και οι αρχιτέκτονες να κάνουν την μηχανική πιο όμορφη; Η εξέταση των ερωτήσεων και η διερεύνηση λύσεων θα μας βοηθήσουν να κατανοήσουμε τις πραγματικές προκλήσεις που σχετίζονται με τις επιπτώσεις της παγκόσμιας κλιματικής αλλαγής.

Μεταξύ 2008 και 2013, ο Στρατός των Μηχανικών των ΗΠΑ - η ίδια ομάδα που είναι υπεύθυνη για το ανεπαρκές σύστημα παραχώρησης στο New Ορλεάνη - ολοκλήρωσε ένα φράγμα τυφώνα πλάτους σχεδόν δύο μιλίων σε ένα μείγμα υδάτινων οδών περίπου 12 μίλια ανατολικά του κέντρου του Νιού Ορλεάνη. Ονομάζεται Inner Harbour Navigation Canal Lake Borgne Surge Barrier, το φράγμα από σκυρόδεμα και χάλυβα τυφώνα λειτουργεί σε συνδυασμό με το σύστημα levee. Το εμπόδιο είναι η πρώτη γραμμή άμυνας μετριάζοντας τις υπερτάσεις που σχετίζονται με τους τυφώνες.

Ένας τυφώνας είναι κέντρο χαμηλής πίεσης. Πάνω από τη γη, τα κέντρα χαμηλής πίεσης δεν είναι αρκετά ισχυρά για να μετακινήσουν τη γη. Ωστόσο, τα κέντρα χαμηλής πίεσης που βρίσκονται πάνω από το νερό μπορούν πραγματικά να σπρώξουν και να μετακινήσουν το νερό. Οι άνεμοι των τυφώνων φυσούν νερό όχι μόνο δημιουργώντας κύματα, αλλά επίσης δημιουργούν θόλο ή κύμα υψηλού νερού. Μαζί με μια κανονική υψηλή παλίρροια, μια καταιγίδα μπορεί να δημιουργήσει μια ακραία παλίρροια εκτός από τα κύματα που εκρήγνυνται από σοβαρό άνεμο τυφώνα. Οι φραγμοί τυφώνα παρέχουν προστασία στις αναμενόμενες παλίρροιες.

Ένα κύμα καταιγίδας ΔΕΝ είναι τσουνάμι ή παλιρροιακό κύμα, αλλά είναι παρόμοιο. Η καταιγίδα είναι ένα ανώμαλη αύξηση της στάθμης της θάλασσας, συνήθως προκαλείται από ακραίες καιρικές συνθήκες. Η υπερ-υψηλή παλίρροια έχει επίσης κύματα, αλλά τα κύματα δεν είναι τόσο δραματικά όσο ένα τσουνάμι. Τα τσουνάμι είναι κυριολεκτικά «λιμενικά κύματα» που προκαλούνται από μια υπόγεια διαταραχή, όπως ένας σεισμός. Η ακραία πλημμύρα είναι το αποτέλεσμα και των δύο γεγονότων.

Όταν κοιτάζουμε ένα χάρτης όπου ζουν οι άνθρωποι, δεν είναι δύσκολο να φανταστεί κανείς πόσο ευάλωτη είναι η ζωή και η ιδιοκτησία σε δύσκολες καιρικές συνθήκες. Αν και κατασκευάζει κτίρια ανθεκτικά σε τσουνάμι κατά μήκος των ακτών είναι μια επιλογή, η άνοδος της καταιγίδας μπορεί να είναι αδυσώπητη. Το Εθνικό Κέντρο τυφώνα των ΗΠΑ έχει παράσχει ένα Flash κινούμενο παράδειγμα Storm Surge (Απαιτείται προσθήκη Flash). Σε αυτό το κινούμενο σχέδιο, η αύξηση της καταιγίδας και τα κύματα που χτυπούν δεν ταιριάζουν με το μικρό φράγμα που προστατεύει τη δομή.

Στο Ρόουντ Άιλαντ, ο ισχυρός θύελλας του Τυφώνα Σάντι το 2012 αποκλείστηκε από ένα κομμάτι μηχανικής του 1966. Η τεχνολογία των εμποδίων τυφώνα είναι μια επένδυση για οποιαδήποτε περιοχή, αλλά δείτε πώς λειτουργούν.

Το εμπόδιο του τυφώνα Fox Point βρίσκεται στο East Providence, Rhode Island, που βρίσκεται απέναντι από τον ποταμό Providence, ο οποίος ρέει στον κόλπο Narragansett. Έχει μήκος 3.000 πόδια και ύψος 25 πόδια. Κατασκευάστηκε μεταξύ 1960 και 1966 για να προστατεύσει την πόλη από μια καταιγίδα παλίρροιας 20 μέτρων πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας.

Το σύστημα αποτελείται από τρεις πύλες Tainter, πέντε αντλίες για νερό ποταμού και δύο πέτρα και γη ύψους 10 έως 15 ποδιών παραβατικά ή ανάχωμα κατά μήκος της όχθης του ποταμού. Με κόστος 16 εκατομμύρια δολάρια (1960 δολάρια), η πολιτεία και η τοπική αυτοδιοίκηση πλήρωσαν μόνο το 30% του κόστους, ενώ η ομοσπονδιακή κυβέρνηση επιχορήγησε το μεγαλύτερο μέρος του κόστους του συστήματος εμποδίων τυφώνα.

Τρεις πύλες Tainter, που ονομάζονται επίσης ακτινικές πύλες, μπορούν να κλείσουν για να παρέχουν ένα μισό μίλι, 25 μέτρα ύψος φράγμα μεταξύ της πόλης της Πρόβιντενς και των υδάτων από τον κόλπο Narragansett. Το νερό που ρέει κάτω από τον ποταμό Providence προς τη θάλασσα αντλείται καθώς συσσωρεύεται πίσω από τις κλειστές πύλες. Το αντλιοστάσιο, μήκους 213 ποδιών και πλάτους 91 ποδιών, είναι κατασκευασμένο από οπλισμένο σκυρόδεμα και τούβλο. Πέντε αντλίες έχουν ικανότητα άντλησης 3.150.000 γαλόνια νερού ποταμού ανά λεπτό στον κόλπο Narragansett.

Κάθε πύλη Tainter έχει επιφάνεια 40 πόδια και ζυγίζει 53 τόνους. Σχεδιασμένο για καμπύλη προς τα έξω προς τον κόλπο για να σπάσει την πρόσκρουση των κυμάτων, οι πύλες χαμηλώνονται στη θέση τους από ηλεκτρικούς κινητήρες και βαρύτητα στα 1,5 πόδια ανά λεπτό. Χρειάζονται περίπου 30 λεπτά για να τα χαμηλώσετε, αλλά περίπου δύο ώρες για να σηκώσετε τις πύλες από μια κλειστή θέση, καθώς η βαρύτητα λειτουργεί ενάντια στην ανύψωσή τους. Εάν είναι απαραίτητο, οι πύλες μπορούν να χαμηλώσουν και να ανυψωθούν χειροκίνητα.

Ο σχεδιασμός οποιουδήποτε φράγματος τυφώνα εξαρτάται από τις συνθήκες. Το αντλιοστάσιο στο Fox Point είναι ένα σημαντικό στοιχείο για την προστασία της πόλης της Πρόβιντενς. Χωρίς άντληση νερού του ποταμού όταν ο ποταμός «φράσσεται» από τις πύλες, μια δεξαμενή θα σχηματίσει και θα πλημμυρίσει την πόλη - αυτό ακριβώς που προσπαθεί να αποφύγει η Πρόβιντενς.

Η πύλη Tainter εφευρέθηκε τον 19ο αιώνα από τον Αμερικανό μηχανικό και τον εγγεγραμμένο στο Ουισκόνσιν, Jerry Burnham Tainter. Η καμπύλη πύλη προσαρτάται σε ένα ή περισσότερα τριγωνικά τεμάχια σκελετού. Το φαρδύ άκρο του τριγώνου πλαισίου είναι προσαρτημένο στην καμπύλη πύλη και το άκρο κορυφής του ζευκτόν περιστρέφεται για να μετακινήσει την πύλη.

Η πύλη Tainter είναι επίσης γνωστή ως ακτινική πύλη. Η βαρύτητα και η πίεση του νερού βοηθούν στην κίνηση της πύλης πάνω-κάτω, καθώς εικονογραφημένος από τον Arif Setya Budi και επίσης στο κινουμένων σχεδίων παρέχεται από την Dunn County Historical Society στο Ουισκόνσιν.

Μια πύλη Tainter χρησιμοποιείται επίσης σε φράγματα, οπότε και το φράγμα τυφώνα είναι επίσης φράγμα; Ναι και ΟΧΙ. Ένα φράγμα είναι σίγουρα ένα φράγμα νερού, αλλά φράγματα και δεξαμενές γενικά δεν είναι κατασκευασμένα μόνο για επείγουσα χρήση. Ο μοναδικός σκοπός ενός φράγματος τυφώνα είναι η προστασία από μια καταιγίδα ή παλίρροια. Το City of Providence έχει ορίσει δύο κεντρικές συναρτήσεις για το Fox Point:

1. "για να επιβραδύνει τις υψηλές παλίρροιες από πιθανές κυματώσεις στον κόλπο Narragansett"
2. "για να διατηρηθεί η ροή του ποταμού έτσι ώστε η στάθμη του νερού να μην είναι πολύ υψηλή πίσω από το φράγμα"

Όπως κάθε κατασκευαστικό έργο, πρέπει να αναγνωριστεί η ανάγκη και να πραγματοποιηθεί χρηματοδότηση προτού αρχίσουν η αρχιτεκτονική και η κατασκευή. Πριν από το Fox Point, η πόλη της Πρόβιντενς απειλείται κάθε χρόνο. Τον Σεπτέμβριο του 1938, το Τυφώνας της Νέας Αγγλίας προκάλεσε ζημιά στα 200 εκατομμύρια δολάρια και 250 θανάτους με μόλις 3,1 ίντσες βροχής. Τον Αύγουστο του 1954, Τυφώνας Κάρολ προκάλεσε ζημιά περιουσίας 41 εκατομμυρίων δολαρίων με παλίρροιες κατά την παλίρροια, 13 πόδια πάνω από την κανονική. Ο νόμος ελέγχου πλημμυρών του 1958 επέτρεψε την κατασκευή ενός φράγματος στο Fox Point. Το Στρατό των Μηχανικών του Στρατού των ΗΠΑ (USACE) ανέλαβε τον έλεγχο τον Φεβρουάριο του 2010, σώζοντας την Πόλη της Πρόβιντενς εκατοντάδες χιλιάδες δολάρια κάθε χρόνο. Η πόλη διατηρεί το σύστημα ανάχωμα και ανάχωμα.

Μια κατακόρυφη πύλη ανύψωσης είναι παρόμοια με μια πύλη Tainter στο ότι ανεβαίνει και χαμηλώνει για τον έλεγχο της ροής του νερού. Ενώ μια πύλη Tainter είναι καμπύλη, ωστόσο, η κάθετη πύλη ανύψωσης δεν είναι.

Η πύλη που εμφανίζεται εδώ, η πύλη Bayou Bienvenue, είναι μέρος ενός τεράστιου έργου 14,45 δισεκατομμυρίων δολαρίων στο New Orleans - The Inner Harbour Navigation Canal - Lake Borgne Surge Barrier, που ονομάζεται επίσης το Σινικό Τείχος Λουιζιάνα Ο τοίχος από μπετόν που κατασκευάστηκε από το Στρατό των Μηχανικών του Στρατού των ΗΠΑ έχει μήκος περίπου δύο μίλια και ύψος 26 πόδια.

Οι πλημμύρες και τα κύματα δεν είναι μοναδικά για τις Ηνωμένες Πολιτείες ούτε για τη Βόρεια Αμερική. Σε όλο τον κόσμο οι μηχανικοί έχουν βρει τρόπους για τον έλεγχο των πλημμυρών. Σε μια εποχή ακραίων καιρικών συνθηκών, αυτός ο τύπος επίλυσης προβλημάτων είναι μια ακμάζουσα περιοχή μελέτης μηχανικής.

Γιατί μια μεγάλη αστική περιοχή, όπως η Νέα Υόρκη, δεν έχει προστασία από τις καταιγίδες; Το 2012, το καταιγίδα από τον τυφώνα Sandy πλημμύρισαν τους δρόμους, τους μετρό και τις υποδομές της μεγαλύτερης πόλης στην Αμερική. Έκτοτε, ομάδες εργασίας μελετούν την εφικτότητα ενός φράγματος πλημμυρών στο λιμάνι της Νέας Υόρκης. Μην θυμάστε ότι είχαν άλλες Βιομηχανικές χώρες σε όλο τον κόσμο λύσεις υψηλής τεχνολογίας για τον έλεγχο των πλημμυρών για χρόνια.

Οι άνθρωποι έχουν μια σχέση μίσους αγάπης με το νερό - η άφθονη ένωση της φύσης είναι απαραίτητη για τη ζωή, αλλά δεκάδες άνθρωποι πεθαίνουν από γεγονότα που σχετίζονται με το νερό. Δέκα άνθρωποι πνίγονται ακούσια κάθε μέρα. Τροχαία ατυχήματα από πλημμύρες και ακραίες καιρικές συνθήκες είναι απρόβλεπτα. Ή είναι;

Φαίνεται ότι ο καθένας μπορεί να σταματήσει να ανεβαίνει. Μια γρήγορη αναζήτηση στο Google για "τείχη προστασίας από πλημμύρες" βρίσκει μια σειρά προϊόντων από Home Depot, Ace Hardware, Amazon και μεγαλύτερες, εμπορικές εταιρείες.

Πριν από πολύ καιρό οι κοινότητες χρησιμοποίησαν σειρήνες για να προειδοποιήσουν για κινδύνους που σχετίζονται με τον καιρό. Ορισμένες κοινότητες εξακολουθούν να χρησιμοποιούν αυτήν την απλοϊκή προσέγγιση στις πλημμύρες. Με ένα συνδυασμό τοπικών φωτογραφικών μηχανών (συχνά σε drone), λογισμικού χαρτογράφησης και εφαρμογών ειδοποίησης καταστροφών, εταιρείες όπως Τεχνολογία Beholder με έδρα στο Ώστιν του Τέξας προσφέρουν "απομακρυσμένη συνειδητοποίηση κατάστασης" σε κοινότητες - δηλαδή σας προειδοποιούν για πλημμυρισμένους δρόμους και επικίνδυνες καταστάσεις προτού φτάσουν τα πληρώματα έκτακτης ανάγκης εκεί. Εφαρμογές καταστροφών θεωρούνται λύσεις υψηλής τεχνολογίας στις Ηνωμένες Πολιτείες, αλλά δεν θα ήταν πιο χρήσιμα τα εμπόδια τυφώνα;

• Γραφείο Διαχείρισης Έκτακτης Ανάγκης, Πόλη της Πρόβιντενς, 5 Νοεμβρίου 2012
• Fox Point Hurricane Barrier Facts, City of Providence στη διεύθυνση www.providenceri.com/efile/705
• Ενημέρωση αναφοράς για το Rhode Island, U.S. Army Corps of Engineers, New England District, 31 Ιουλίου 2012 στο www.nae.usace.army.mil/news/Reports/ri.pdf
• Στρατιωτικό Σώμα Μηχανικών των Η.Π.Α. IHNC - LAKE BORGNE SURGE BARRIER, Ενημερώθηκε τον Ιούνιο του 2013, http://www.mvn.usace.army.mil/Portals/56/docs/PAO/FactSheets/IHNC-LakeBorgneSurgeBarrier.pdf
• Κέντρα Ελέγχου και Πρόληψης Ασθενειών. "Αθέλητος πνιγμός: Λάβετε τα γεγονότα." 28 Απριλίου 2016, https://www.cdc.gov/homeandrecreationalsafety/water-safety/waterinjuries-factsheet.html