Bariery powodziowe, bariery huraganu i sztorm

W dobie globalnego ocieplenia i ekstremalnych warunków pogodowych ryzyko życia w pobliżu wody nigdy nie było większe. Ochrona przeciwprzepięciowa i bariery huraganowe były rozwiązaniem dla niektórych społeczności, ale jakim kosztem estetycznym? Czy artyści i architekci mogą uczynić inżynierię piękniejszą? Analiza pytań i poszukiwanie rozwiązań pomoże nam zrozumieć rzeczywiste wyzwania związane ze skutkami globalnej zmiany klimatu.

W latach 2008–2013 korpus inżynierów armii amerykańskiej - ta sama grupa odpowiedzialna za nieodpowiedni system wałów przeciwpowodziowych w Nowym Orlean - ukończył barierę huraganową o szerokości prawie dwóch mil przez mieszankę dróg wodnych około 12 mil na wschód od centrum Nowego Orlean. Betonowa i stalowa bariera huraganowa, nazywana Wewnętrzną Portem Nawigacyjnym Canal Lake Borgne Surge Barrier, działa w parze z systemem wałów przeciwpowodziowych. Bariera jest pierwszą linią obrony, łagodząc fale sztormowe związane z huraganami.

Huragan to centrum niskiego ciśnienia. Na lądzie centra niskiego ciśnienia nie są wystarczająco silne, aby poruszać ziemią. Jednak ośrodki niskiego ciśnienia, które znajdują się nad wodą, mogą faktycznie popychać i poruszać wodą. Wiatry o sile huraganu wieją wodę nie tylko tworząc fale, ale także tworząc kopułę lub falę wysokiej wody. Wraz z normalnym przypływem, przypływ burzy może stworzyć ekstremalną przypływ burzy oprócz fal podmuchowych silnego huraganu. Bariery huraganowe zapewniają ochronę przed przypływami burz.

Sztorm nie jest tsunami ani falą pływową, ale jest podobny. Sztormowy wzrost jest nienormalny wzrost poziomu morza, zwykle spowodowane ekstremalną pogodą. Super-przypływ ma również fale, ale fale nie są tak dramatycznie wysokie jak tsunami. Tsunami to dosłownie „fale portowe” spowodowane przez podziemne zakłócenia, takie jak trzęsienie ziemi. Ekstremalne powodzie są wynikiem obu zdarzeń.

Kiedy patrzymy na mapa miejsca zamieszkania ludzi, nietrudno wyobrazić sobie, jak podatne na życie i mienie mogą być trudne warunki pogodowe. Chociaż buduję budynki odporne na tsunami wzdłuż linii brzegowej jest opcja, rosnąca fala sztormowa może być nieustępliwa. Narodowe Centrum Huraganu USA zapewniło: Animowany przykład Flash Storm Surge (Wymagana wtyczka Flash). W tej animacji fala sztormowa wraz z uderzającymi falami nie pasują do małej bariery chroniącej konstrukcję.

Na Rhode Island potężny sztorm huraganu Sandy w 2012 roku został zablokowany przez inżynierię z 1966 roku. Technologia barier huraganowych to inwestycja dla każdego regionu, ale zobacz, jak działają.

Bariera huraganowa Fox Point znajduje się we wschodniej Providence na Rhode Island, położonej po drugiej stronie rzeki Providence, która wpada do zatoki Narragansett. Ma 3000 stóp długości i 25 stóp wysokości. Został zbudowany w latach 1960–1966 w celu ochrony miasta przed burzą na wysokości 20 stóp nad poziomem morza.

System składa się z trzech bram Taintera, pięciu pomp do wody rzecznej oraz dwóch kamieni o wysokości od 10 do 15 stóp i ziemi groble lub wały wzdłuż brzegu rzeki. Kosztem 16 milionów dolarów (1960 dolarów) rząd stanowy i lokalny zapłacił tylko 30 procent kosztów, podczas gdy rząd federalny subsydiował większość kosztów systemu barier huraganu.

Trzy bramy Tainter, zwane także bramami radialnymi, mogą się zamknąć, tworząc barierę o długości pół mili, 25 stóp wysokości między Miastem Opatrzności a wodami Zatoki Narragansett. Woda spływająca rzeką Providence do morza jest wypompowywana, gdy gromadzi się za zamkniętymi bramami. Pompownia o długości 213 stóp i szerokości 91 stóp zbudowana jest ze zbrojonego betonu i cegły. Pięć pomp ma wydajność pompowania 3 150 000 galonów wody rzecznej na minutę do Zatoki Narragansett.

Każda brama Tainter ma 40 stóp kwadratowych i waży 53 tony. Zaprojektowane, aby zakrzywiać się na zewnątrz w kierunku Zatoki, aby przerwać uderzenie fal, bramy są opuszczane na miejsce przez silniki elektryczne i grawitację z prędkością 1,5 stopy na minutę. Opuszczenie ich zajmuje około 30 minut, ale podniesienie bramy z pozycji zamkniętej zajmuje około dwóch godzin, ponieważ grawitacja działa przeciwko ich podniesieniu. W razie potrzeby bramy można ręcznie opuszczać i podnosić.

Konstrukcja każdej bariery dla huraganu zależy od warunków. Przepompownia w Fox Point jest ważnym elementem ochrony Miasta Opatrzności. Bez wypompowywania wody z rzeki, gdy rzeka zostanie „zatamowana” przez bramy, utworzy się zbiornik wodny i zalej miasto - dokładnie tego, czego stara się uniknąć Opatrzność.

Brama Tainter została wynaleziona w XIX wieku przez amerykańskiego inżyniera i urodzonego w Wisconsin Jeremiaha Burnhama Taintera. Zakrzywiona brama jest przymocowana do jednego lub więcej trójkątnych elementów szkieletowych. Szeroki koniec trójkątnej ramy jest przymocowany do zakrzywionej bramy, a wierzchołek kratownicy obraca się, aby przesunąć bramę.

Brama Tainter znana jest również jako brama radialna. Grawitacja i ciśnienie wody pomagają poruszać bramą w górę i w dół, jak ilustrowane przez Arif Setya Budi a także w animacja dostarczone przez Towarzystwo Historyczne Hrabstwa Dunn w Wisconsin.

Brama Tainter jest również używana w tamach, więc czy bariera huraganowa jest również tamą? Tak i nie. Tama z pewnością stanowi barierę dla wody, ale tamy i zbiorniki wodne generalnie nie są skonstruowane wyłącznie do użytku awaryjnego. Jedynym celem bariery huraganowej jest ochrona przed falą sztormową lub falą sztormową. Miasto Opatrzności zdefiniowało dwie centralne funkcje Fox Point:

1. „aby powstrzymać przypływy od potencjalnych sztormów w Zatoce Narragansett”
2. „utrzymanie przepływu rzeki w taki sposób, aby poziom wody nie stawał się zbyt wysoki za barierą”

Jak każdy projekt budowlany, należy uznać potrzebę i zrealizować finansowanie przed rozpoczęciem architektury i budowy. Przed Fox Point co roku zagrożone było Miasto Opatrzności. We wrześniu 1938 r Huragan Nowej Anglii spowodował 200 milionów dolarów szkód majątkowych i 250 zgonów przy zaledwie 3,1 cala deszczu. W sierpniu 1954 r. Huragan Carol spowodował straty majątkowe w wysokości 41 milionów dolarów w wyniku przypływów podczas przypływu, 13 stóp powyżej normy. Ustawa o kontroli powodzi z 1958 r. Zezwoliła na budowę bariery w Fox Point. Korpus inżynierów armii amerykańskiej (USACE) przejął kontrolę w lutym 2010 r., Ratując Miasto Opatrzności setki tysięcy dolarów rocznie. Miasto utrzymuje system wałów i wałów przeciwpowodziowych.

Pionowa brama windowa jest podobna do bramy Tainter, ponieważ podnosi się i obniża, aby kontrolować przepływ wody. Podczas gdy brama Tainter jest zakrzywiona, pionowa brama windowa nie jest.

Pokazana tutaj brama Bayou Bienvenue jest częścią ogromnego projektu o wartości 14,45 miliarda dolarów w New Orlean - kanał żeglugi śródlądowej - bariera przeciwprzepięciowa jeziora Borgne, zwana także Wielkim Murem Luizjana Betonowa ściana barierowa zbudowana przez Korpus Inżynierów Armii USA ma prawie dwie mile długości i 26 stóp wysokości.

Powodzie i fale sztormowe nie występują wyłącznie w Stanach Zjednoczonych ani w Ameryce Północnej. Na całym świecie inżynierowie znaleźli sposoby kontrolowania powodzi. W erze ekstremalnych warunków pogodowych ten rodzaj rozwiązywania problemów jest kwitnącym obszarem badań inżynieryjnych.

Dlaczego duże obszary miejskie, takie jak Nowy Jork, nie mają ochrony przeciwprzepięciowej? W 2012 r burza z huraganu Sandy zalała ulice, metro i infrastrukturę z największego miasta w Ameryce. Od tego czasu grupy robocze badają wykonalność bariery przeciwpowodziowej w New York Harbor. Nieważne, że miały to inne kraje uprzemysłowione na całym świecie zaawansowane technologicznie rozwiązania do ochrony przeciwpowodziowej przez lata.

Ludzie mają związek miłości z nienawiścią do wody - obfity związek natury jest niezbędny do życia, ale wiele osób umiera z powodu wydarzeń związanych z wodą. Dziesięć osób tonie przypadkowo każdego dnia. Wypadki samochodowe z powodu gwałtownych powodzi i ekstremalnych warunków pogodowych są nieprzewidywalne. Albo czy oni?

Wydaje się, że każdy może przestać podnosić wody. Szybkie wyszukiwanie w Google „ścian barier przeciwpowodziowych” pozwala znaleźć szereg produktów Home Depot, Ace Hardware, Amazon i większych firm komercyjnych.

Nie tak dawno temu społeczności używały syren ostrzegających przed zagrożeniami pogodowymi. Niektóre społeczności nadal używają tego uproszczonego podejścia do powodzi. Dzięki mieszance zlokalizowanych kamer (często na dronach), oprogramowaniu do mapowania i aplikacjom ostrzegającym przed katastrofami, firmy takie jak Technologia Beholder z siedzibą w Austin w Teksasie oferuje społecznościom „zdalną świadomość sytuacyjną” - to znaczy ostrzegają cię przed zalanymi drogami i niebezpiecznymi sytuacjami, zanim załogi ratunkowe będą w stanie to zrobić tam. Aplikacje katastroficzne są uważane za zaawansowane technologicznie rozwiązania w Stanach Zjednoczonych, ale czy bariery huraganowe nie byłyby bardziej pomocne?

• Agencja Zarządzania Kryzysowego, Miasto Opatrzności, 5 listopada 2012 r
• Fox Point Hurricane Barrier Facts, Miasto Opatrzności na www.providenceri.com/efile/705
• Zaktualizuj raport dla Rhode Island, US Army Corps of Engineers, New England District, 31 lipca 2012 r. Na www.nae.usace.army.mil/news/Reports/ri.pdf
• Korpus inżynierów armii amerykańskiej. IHNC - LAKE BORGNE SURGE BARRIER, zaktualizowano czerwiec 2013 r., http://www.mvn.usace.army.mil/Portals/56/docs/PAO/FactSheets/IHNC-LakeBorgneSurgeBarrier.pdf
• Centra kontroli i zapobiegania chorobom. „Niezamierzone utonięcie: poznaj fakty”. 28 kwietnia 2016 r. https://www.cdc.gov/homeandrecreationalsafety/water-safety/waterinjuries-factsheet.html