Il sistema del fiume Mississippi: spese di ingegneria e il suo impatto sulla gestione dell'acqua degli Stati Uniti

Il Mississippi River System è la più dominante delle vie navigabili del Nord America, che drena tutte o parte di 31 Stati Uniti e due province canadesi. Il suo spartiacque copre circa 1,15 milioni di miglia quadrate, rendendolo il quarto bacino di drenaggio più grande del mondo. Per secoli, il fiume ha plasmato la geografia del continente, l'economia e i modelli di insediamento.

Costi di ingegneria del fiume Mississippi

Il sistema di levee: una fondazione di controllo delle inondazioni

Il sistema di levee lungo il fiume Mississippi è tra i più grandi progetti di ingegneria civile nella storia umana. L'estensione di migliaia di miglia lungo il fusto principale e i suoi affluenti, questi argini terrestri sono progettati per contenere le acque di inondazione e proteggere le comunità adiacenti e terreni agricoli. Il moderno sistema di levee ha cominciato a prendere forma dopo il compito catastrofico Grande Mississippi Flood del 1927, che ha inondato 27.000 miglia quadrate, spostato il sistema di controllo U

Oggi, il Mississippi River e Tributaries Project comprende oltre 2.200 miglia di leve, inondazioni e inondazioni. Queste strutture sono progettate per resistere a eventi di inondazione significativi, con molti progettati per gestire flussi superiori a 1,5 milioni di piedi cubi al secondo. Le leve sono continuamente monitorate e rinforzate, con periodici aggiornamenti per soddisfare gli standard in evoluzione.

La vecchia struttura di controllo del fiume: gestione del corso di un fiume

Forse il più critico singolo pezzo di infrastruttura sul fiume Mississippi è la vecchia struttura di controllo del fiume. Situato nel centro della Louisiana, questo complesso di dighe, serrature e canali regola il flusso di acqua tra il fiume Mississippi e il fiume Atchafalaya. La struttura esiste perché il fiume Mississippi ha una naturale tendenza a spostare il suo corso al bacino di Atchafalaya, un percorso più breve e ripido al Golfo alterato del Messico.

La vecchia struttura di controllo del fiume è stata completata nel 1963 ed è stata operata sin da allora dal Corpo degli ingegneri degli Stati Uniti. Mantiene una divisione accuratamente calibrata: il 70% del flusso combinato va giù il Mississippi, e il 30% va giù l'Atchafalaya. Durante gli eventi ad alta acqua, le porte della struttura sono regolate per prevenire pericolosi compilazioni.

Le alte vie del fiume Mississippi sono gestite attraverso una serie di 29 serrature e dighe, che si estende da Minneapolis a St. Louis. Queste strutture sono state costruite principalmente per mantenere una minima profondità di canale di navigazione di nove piedi, permettendo a chiatte di muoversi liberamente tra le sezioni superiori e inferiori del fiume. Il sistema è stato costruito in gran parte tra gli anni '30 e '40, con i successivi sforzi di modernizzazione.

Il sistema di navigazione gestisce circa 175 milioni di tonnellate di merci all'anno[, tra cui grano, carbone, prodotti petroliferi, prodotti chimici e materiali da costruzione. Il valore economico di questo commercio a base di acqua è immenso. Il trasporto di barge è significativamente più efficiente del carburante rispetto a quello ferroviario o camion, riducendo i costi di trasporto e le emissioni di carbonio.

Inondazioni e Spillways: Rilievi della pressione

Oltre ai leve, il sistema di controllo delle inondazioni del fiume Mississippi comprende diverse inondazioni ingegnerizzate e fuoriuscite progettate per deviare l'acqua in eccesso dalle aree popolate durante gli eventi estremi. La Bonnet Carré Spillway, situata a circa 30 miglia di distanza da New Orleans, è una delle più importanti. Completata nel 1931, è costituita da una trama lunga 7.000 piedi con 350 baie che possono essere aperte per deviare l'acqua nel lago Pontchartrain Messico e infine la più alta

Altre importanti vie di inondazione includono la Floodway Morganza, che distribuisce l'acqua nel bacino Atchafalaya, e la Birds Point-New Madrid Floodway, che dirige l'acqua sulle terre agricole in Missouri. Queste inondazioni sono progettate per operare solo durante gli eventi più gravi di inondazione, sacrificando terreni agricoli e altre aree a basso valore per proteggere i principali centri di popolazione e le infrastrutture critiche.

Impatto sulla gestione dell'acqua

Alimentazione idrica per l'agricoltura e l'industria

Il sistema del fiume Mississippi fornisce acqua potabile a circa 18 milioni di persone in tutto il centro degli Stati Uniti. Le centrali di trattamento dell'acqua comunale lungo il fiume si basano sul suo flusso, basandosi sull'enorme volume del fiume per diluire gli inquinanti e mantenere la qualità dell'acqua.

L'irrigazione lungo la Pianura Alluvial del Mississippi, in particolare in Arkansas, Mississippi, Louisiana e Missouri, sostiene la produzione di riso, soia, mais e cotone. L'agricoltura irrigata nella bassa valle del Mississippi rappresenta miliardi di dollari in valore di raccolto ogni anno fluisce il fiume di superficie del fiume.

Gestione del rischio di inondazione e Politica

Il sistema di controllo delle inondazioni del fiume Mississippi ha fondamentalmente modellato la politica di gestione delle acque negli Stati Uniti. Il governo federale, principalmente attraverso il Corpo degli ingegneri dell'esercito degli Stati Uniti, ha investito oltre 13 miliardi di dollari in infrastrutture di controllo delle inondazioni lungo il Mississippi e i suoi affluenti. Questo investimento ha impedito a 800 miliardi di dollari in danni cumulativi alluvioni dal 1920.

Il Programma Nazionale di Assicurazione per l'Inondazione, gestito dall'Agenzia Federale per la Gestione delle Emergenze (FEMA), opera in collaborazione con le leve per gestire il rischio di inondazione[[]]. Le proprietà all'interno delle aree protette dalle leve sono ammissibili per i tassi di assicurazione più bassi, ma il sistema richiede che le inondazioni soddisfino standard di certificazione specifici.

Gestione del Sedimento e perdita di terra

Il fiume Mississippi trasporta ogni anno circa 200 milioni di tonnellate di sedimenti nel Golfo del Messico. Storicamente, questo sedimento ha costruito e mantenuto il Delta del fiume Mississippi, creando nuove terre e zone umide. Tuttavia, la costruzione di leve e dighe ha drasticamente alterato la distribuzione dei sedimenti. Il carico dei sedimenti del fiume è diminuito di circa il 50% dall'inizio del 20 ° secolo a causa della diga di terra e delle pratiche di conservazione del suolo [FLT].

La Louisiana perde un'area di terra equivalente ad un campo di calcio ogni 100 minuti, per un totale di oltre 1.900 chilometri quadrati dagli anni '30. Questa perdita di terra minaccia comunità, infrastrutture e ecosistemi vitali. Il fiume Mississippi e i suoi distributori sono stati progettati per fornire acqua e sedimenti alla costa attraverso progetti come la Diversione di acqua dolce Caernarvon e il Davis Pond Diversione d'acqua dolce attuato [FLT: 1.

Controllo qualità e inquinamento dell'acqua

La qualità dell'acqua nel sistema del fiume Mississippi è influenzata da una vasta gamma di fonti, tra cui il discarica agricolo, gli impianti di trattamento delle acque reflue comunali, gli scarichi industriali e il deflusso delle acque urbane. L'immensa dimensione e flusso del fiume forniscono una significativa capacità di diluizione, ma i carichi inquinanti concentrati in alcuni punti hanno portato a problemi di qualità dell'acqua persistente.

L'Agenzia per la protezione dell'ambiente degli Stati Uniti (EPA) e le agenzie statali lavorano sotto la Legge sulle acque pulite per fissare gli standard di qualità dell'acqua e far rispettare i permessi di scarico per le strutture lungo il fiume. Nonostante i progressi nella riduzione dell'inquinamento delle sorgenti di punti da impianti industriali e municipali, l'inquinamento delle sorgenti non-point dall'agricoltura rimane la sfida dominante.

Conservazione ecologica e Restauro

Il Mississippi River System supporta una straordinaria diversità di vita acquatica e terrestre. Le sue foreste di alluvione, le zone umide e i laghi di backwater forniscono habitat critico per pesci, uccelli, rettili, anfibi e mammiferi. L'Upper Mississippi River National Wildlife and Fish Refuge, fondata nel 1924, protegge oltre 240.000 acri di habitat disallora lungo il fiume principale punto di migrazione.

Gli sforzi di restauro ecologico lungo il fiume Mississippi includono il riconnettere habitat di alluvione, il ripristino dell'idrologia naturale e il controllo delle specie invasive. La carpa asiatica invasiva, tra cui carpa argentata e a testa grande, si sono diffuse in gran parte del sistema fluviale, superando i pesci nativi e ponendo rischi per i naufraghi ricreativi.

Significato economico ed ecologico

Il Mississippi River System è la spina dorsale della rete di trasporto fluviale interna degli Stati Uniti. Il fiume trasporta circa il 60% di tutte le esportazioni di grano degli Stati Uniti, insieme a volumi significativi di carbone, petrolio, prodotti chimici e prodotti. Il porto della Louisiana meridionale, situato lungo il Baton Rouge e New Orleans, è il più grande porto dell'emisfero occidentale di tonnellate di dollari[FFFFFF]

I blocchi e le dighe che permettono la navigazione richiedono una manutenzione continua e una riabilitazione occasionale. Il Corpo degli ingegneri dell'esercito degli Stati Uniti gestisce un bilancio annuale di 1,2 miliardi di dollari per operazioni e manutenzione sul sistema delle vie navigabili interne, con una parte significativa dedicata al fiume Mississippi. Molti dei blocchi di navigazione hanno più di 50 anni e hanno bisogno di modernizzazione.

Ricreazione e Turismo

Il fiume Mississippi offre abbondanti opportunità ricreative, tra cui pesca, nautica, bird-watching, campeggio e visite turistiche. Il Mississippi National River e Area di ricreazione, gestito dal National Park Service, protegge un tratto 72 miglia del fiume attraverso la Minneapolis-St. Paul area metropolitana. La Great River Road, una panoramica via di strada che segue il fiume da milioni di turisti in Louisiana, anno crociere

La pesca sul fiume Mississippi è sia un passatempo ricreativo che un'industria commerciale. Il fiume sostiene popolazioni di pesci gatto, basso, crappie, walleye e altre specie. Il commercio, principalmente per pesci gatto e pesci di bufalo, ha un valore annuale di raccolta di diversi milioni di dollari. Tuttavia, le preoccupazioni circa la contaminazione da inquinanti legacy come i bifenili policlorati (PCB) e il sostegno al mercurio hanno portato a molti consiglieri di pesca continua.

Risilienza Climatica e Adattamento

Il cambiamento climatico presenta profonde sfide per il sistema del fiume Mississippi. Le temperature e i modelli di precipitazioni alterati sono progettati per aumentare la frequenza e l'intensità delle inondazioni e delle siccità. La inondazione del fiume 2011 Mississippi e la siccità 2012-2013, che ha portato i livelli del fiume a bassi storici entro l'arco di 18 mesi, illustrano la vulnerabilità del sistema a eventi estremi.

Le misure di adattamento sono state perseguite da agenzie federali, statali e locali includono l'aumento e il rafforzamento dei leve, il miglioramento delle previsioni di inondazione e dei sistemi di allarme precoce, e l'investimento in infrastrutture naturali come le zone umide e il ripristino della lamina di inondazione.

Sfide e considerazioni future

Infrastrutture di invecchiamento

Una parte significativa dell'infrastruttura di controllo e di navigazione del fiume Mississippi è l'invecchiamento e la necessità di riparazione o sostituzione. Molti dei leve, serrature, dighe e altre strutture sono stati costruiti 50 a 100 anni fa e sono stati progettati per abbassare gli standard rispetto a quelli applicati a nuova costruzione oggi. La American Society of Civil Engineers ha dato alla nazione l'infrastruttura interna di corsi d'acqua un grado di D+, indicando il miliardo di stato di cattiva manutenzione[

Rischi di inondazione a clima

Il record osservazionale mostra che la frequenza e la magnitudine degli eventi di inondazione sul fiume Mississippi sono aumentati significativamente nel corso del secolo scorso. L'alluvione del 2019 sul Mississippi inferiore è durata da marzo a luglio, con il fiume rimanente al di sopra della fase di inondazione a Baton Rouge per 62 giorni consecutivi. Questo inondamento ha causato un aumento di 20 miliardi di danni.

Perdita di terra costiera

Gli effetti cumulativi delle dighe a monte, delle leve e della canalizzazione hanno affamato il Delta del fiume Mississippi del sedimento che ha bisogno di sostenerne. Il delta si sta sostituendo naturalmente a causa della compattazione dei sedimenti e del ritiro dei fluidi subsuperficiali, ma la riduzione dell'approvvigionamento dei sedimenti significa che la nuova terra non è stata costruita abbastanza veloce da compensare le perdite.

Inquinamento e Ipoxia

La zona ipossica stagionale nel Golfo del Messico è una delle zone più grandi del mondo, causata principalmente da azoto e fosforo di scarico dal bacino del fiume Mississippi. Gli Stati Uniti si sono impegnati a ridurre le dimensioni della zona morta a 1.900 miglia quadrate entro il 2035, ma il progresso è stato lento. I programmi volontari mirati a ridurre le perdite nutrienti da operazioni agricole hanno avuto un limitato successo, spingendo a misure più forti

Utilizzazione di compensazione di bilanciamento

Il sistema del fiume Mississippi serve una moltitudine di scopi: controllo delle inondazioni, navigazione, approvvigionamento idrico, ricreazione, supporto ecosistema e generazione di energia. Questi usi spesso contrastano. Leva di controllo degli alimenti che proteggono le terre coltivate e le comunità isolano anche il fiume dalle sue alluvioni, degradando gli habitat delle zone umide].

Il Corpo degli ingegneri dell'esercito statunitense, insieme alle agenzie ambientali statali e alle organizzazioni non profit, utilizza un approccio spartiacque guidato dalla Strategia di Restauro e Risilienza del fiume Mississippi. Questa strategia sottolinea la collaborazione, il processo decisionale basato sulla scienza, e il riconoscimento del sistema fluviale come un insieme integrato piuttosto che una raccolta di segmenti separati.

La politica della gestione del fiume

La gestione del sistema del fiume Mississippi comporta la navigazione di una complessa rete di giurisdizioni federali, statali, tribali e locali. Il Corpo degli ingegneri dell'esercito degli Stati Uniti ha la responsabilità primaria per il controllo delle inondazioni e la navigazione, ma l'EPA supervisiona la qualità dell'acqua, il Dipartimento dell'agricoltura imposta la politica agricola, e le agenzie statali gestiscono l'uso del suolo e le risorse naturali.

Conclusioni

Il Mississippi River System è un tesoro nazionale e una componente critica delle infrastrutture, dell'economia e dell'ecologia degli Stati Uniti. Le imprese di ingegneria che hanno plasmato il suo corso e controllato le sue inondazioni rappresentano alcuni dei progetti più ambiziosi e conseguenti mai intrapresi. Leve, serrature, dighe, corsi d'acqua e strutture di controllo hanno reso il fiume più sicuro e produttivo, permettendo a milioni di persone di vivere e lavorare in aree che altrimenti sarebbero soggette a periodiche.

Il cambiamento climatico sta guidando inondazioni più frequenti e severe, minacciando anche la qualità dell'acqua e gli ecosistemi delta. L'invecchiamento richiede miliardi di dollari in aggiornamenti. L'inquinamento da scappamento agricolo continua a degradare la qualità dell'acqua e a alimentare la zona morta del Golfo. La perdita di approvvigionamento dei sedimenti contribuisce a una drammatica perdita di terra costiera in Louisiana. E le richieste concorrenti di navigazione, controllo delle inondazioni, approvvigionamento idrico, ricreazione e salute degli ecosistemi richiedono una negoziazione costante e un costante.

Il futuro del sistema del fiume Mississippi dipende da un impegno per una gestione sostenibile che rispetta le dinamiche naturali del fiume, e che si adatta alle esigenze umane. Ciò significa investire in soluzioni di riqualificazione delle infrastrutture, come il ripristino delle foreste e le diversificazioni dei sedimenti, ridurre l'inquinamento dei nutrienti alla sua fonte, e integrare l'adattamento del clima in tutti gli aspetti della pianificazione del fiume.