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降雨持續不斷（過去一個月一直在下），降雨量打破紀錄，遍佈密西西比河中部和俄亥俄河流域，導致兩條水道及其支流膨脹。當一些居民撤離，其他人等待關於他們是否必須逃離的訊息時，美國陸軍工程兵團正在考慮其日益有限的選擇，以控制一場已經沖走房屋和農田的重大災難。
這些選擇中的大多數取決於水量以及水對沿密西西比河修建的堤壩、防水堤和溢洪道等人造基礎設施造成的壓力持續時間。
本週早些時候，工程兵團部分開啟了路易斯安那州的邦尼卡雷溢洪道，以減少流向新奧爾良的水量。據工程兵團稱，到週五結束時，總共將開啟 264 個溢洪道閘口（共 350 個），工程兵團計劃根據需要開啟更多閘口。他們還在考慮最早在本週末開啟位於巴吞魯日附近的摩根扎溢洪道的 125 個閘口中的一部分——這是 38 年來的首次——將來自中西部和俄亥俄河的密西西比河洪水改道至阿查法拉亞河三角洲，據《泰晤士報-皮卡雲報》報道。如果摩根扎溢洪道即使部分開啟，阿查法拉亞盆地的數千戶房屋以及農場、野生動物保護區和一個小型煉油廠將面臨洪水風險，以防止洪水襲擊人口稠密的路易斯安那州首府巴吞魯日和新奧爾良。
除了暴雨之外，當前的洪水狀況還可以追溯到許多因素，包括隨著時間的推移，沿著密西西比河及其支流的鬆散土壤上堆積的淺層防洪屏障縮小了它們的通道。這導致更多的水更快地透過更狹窄的空間，從而給該地區的堤壩帶來更大的壓力。
為了更好地瞭解密西西比河沿岸岌岌可危的局勢，以及未來如何緩解此類洪水，《大眾科學》採訪了J. 大衛·羅傑斯，他是密蘇里科技大學的工程學教授，也為工程兵團教授防洪課程。羅傑斯認為，洪水是不可避免的，但可以透過精心設計和建造的防洪屏障、主要水體沿岸的適當土地管理以及更好地瞭解洪水的工作原理來減輕洪水的影響。
[以下是採訪的編輯稿。]
密西西比河沿岸的社群（特別是孟菲斯、維克斯堡、巴吞魯日、新奧爾良）面臨的局勢有多嚴重？
預計的流量應在密西西比河及其支流 [MR&T] 防洪工程的設計能力範圍內，該工程由陸軍工程兵團於 1931 年至 1980 年間建造。這並不意味著不會發生任何堤壩潰壩或其他問題，但它應該在設計能力範圍內處理它。
當密西西比河威脅要淹沒河岸時，堤壩和其他人為調節水位的措施通常會成為問題。此類洪水是沿河生活不可避免的事實，還是有可能保護所有隨著時間推移在河邊湧現的社群？
我們可能已經將河流的活躍洪泛區堤壩化得太多了；在許多情況下，接近歷史洪泛區的 90%。我們可能不應該堤壩化超過 75%，因為靠近低流量河道的堤壩 (pdf) [旨在集中流量並增加低流量期間的河道流速和深度] 最容易出現地基問題，原因是地下水滲流透過滲透性材料。洪水是不可避免的，我們需要 1000 年的水文記錄才能準確估計 100 年重現期洪水。我們大約有 160 年的記錄，因此其中涉及很多猜測。
沿水道是否有某些區域更適合建造堤壩，還是任何居住在主要水道沿岸的社群都應使用堤壩系統保護自己的經驗法則？
我們不應該建造旨在保護靠近低流量河道的高價值資產的堤壩，而沒有針對地下水滲流的實質性“深度設計”保護措施 (jpg)。這包括 泥漿防滲牆、板樁截水牆、排水溝 (pdf) 和大量的抗滲承壓井 (pdf)。我們建造的堤壩越靠近低流量河道，堤壩下方的地基材料就越滲透。實際上，所有非漫頂引起的堤壩破壞都是由於沿著舊河道和死水潭的地下水滲流引起的，這些河道和死水潭的滲透性增加。離低流量河道越遠，地基往往變得越來越不滲透。因此，如果我們希望獲得堅固耐用的保護系統，保護堤壩實際上應該後退相當一段距離，遠離低流量河道。這意味著將更多的自然洪泛區還給河流——即將“河流份額”從洪泛區的 8% 到 10% 增加到 20% 到 25% 左右。退離河道的堤壩也往往包含更多的粘土，這提供了更高的土壤粘聚力，這對於堤壩在漫頂後生存的能力至關重要。
開啟堤壩的目的是什麼——例如，像陸軍工程兵團 5 月 2 日在密蘇里州鳥點堤壩所做的那樣，使用炸藥？
這是一個與第一中尉赫伯特·D·沃格爾在密西西比州維克斯堡的工程兵團水道實驗站設計和監控的物理模型一起制定的方案，時間是在 1931 年初。這個想法並不新鮮——自美國內戰以來，炸藥已被多次用於實現截流。格蘭特將軍在 1863 年維克斯堡圍城戰期間使用這些炸藥切斷了一條旁路河道。當然，在 1927 年密西西比河大洪水中，新奧爾良以下地區進行了九次不同的堤壩爆破。[鳥點堤壩方案最初設想使用裝滿炸藥的駁船，但在 1993 年洪水之後，工程兵團安裝了嵌入式管道炸藥，其設計更加可靠和精密，以最大限度地減少意外損壞。當我們使用炸藥“開啟”堤壩時，它僅旨在在 100 年內使用一次，最多兩次。整個想法是為了省錢，與建造數百萬美元的導流洪水流量控制結構相比，例如在邦尼卡雷、摩根扎和 老河建造的那些。這些是非常昂貴的結構，預計每個世紀可能會使用 10 次，比“熔斷塞堤壩” [比相鄰堤壩低，旨在在壓力過大時被奔流的水沖垮。按照設計，無需炸藥即可移除這些堤壩] 使用得更加頻繁。
什麼是溢洪道？在新奧爾良開啟一些溢洪道會對那裡的洪水產生什麼影響？溢洪道最好放在哪裡？
溢洪道只是一個“流量控制結構”，透過它可以安全地將多餘的洪水從河流中轉移出去或繞過水壩。它們有兩種型別。第一種是可控溢洪道，它採用可移動的閘門來調節排放的流量。所有水壩都建造有溢洪道，絕大多數工程水壩還配備了 洩水建築物，本質上是管道，允許將湖泊水位維持在任何所需水平，並且可以將水庫水位降至溢洪道堰頂水位以下，以便在超常徑流年份（如 2011 年）提供 蓄洪。
第二種溢洪道型別是無控制堰或堰頂溢洪道，例如許多水壩使用的那種，一旦湖泊水位達到溢洪道的堰頂高度，透過溢洪道的總水量就無法控制。在我看來，沿密西西比河等主要河流現代洪泛區採用土堤的每個大型圍墾區都應配備可以在堤壩被漫頂和破壞之前開啟的溢洪道。這些相同的保護區也應在其遠端下游端配備洩水建築物，以安全地排放透過其溢洪道進入保護盆地的任何洪水。如果我們增加這兩件事，我們將防止大量不必要的洪水破壞，因為我們將給多餘的水一個“儲存”的地方。
目前的情況與 2005 年夏季卡特里娜颶風襲擊新奧爾良及周邊地區的風暴潮相比如何？
這就像將蘋果與橙子進行比較：沒有太多共同點，但兩者都是圓形的——在這種情況下，兩者都是溼的。颶風帶來了一整套不同的問題，幾乎瞬間就給保護結構帶來了負荷，而持續時間、流量週期（上升和下降）以及洪水總量是需要數週或數月仔細觀察和緊急緩解的三個主要變數。管理一場大洪水要困難得多。最糟糕的放鬆警惕的時間是在洪水開始消退之後，因為那時大多數破壞都會發生，原因是持續高流量期間堤壩中積聚的孔隙水壓力迅速下降。
為什麼陸軍工程兵團在維克斯堡使用高密度聚乙烯 [HDPE]？在亞祖後方堤壩的背面使用它有什麼意義？
HDPE 片材只是一種廉價的防水膜，可以與沙袋和小推土機一起使用，透過推土來在現有堤壩頂部建立臨時“凸起”，以將其有效高度提高三到六英尺[一到兩米]。自 1993 年洪水以來，它們的使用越來越多，並取得了相當大的成功——並非 100% 成功，可能只有 55%。洪水消退後，它們必須由當地地區移除——沒有聯邦援助。聯邦緊急事務管理局通常支付其在抗洪期間的初始部署費用。
沿密西西比河建造堤壩如何影響河流的路徑？
我們收回的自然洪泛區比我們可能應該收回的要多，因為滲漏是一種看不見的現象，需要時間。滲漏透過堤壩下方地基的水量越多，發生內部侵蝕的機會就越大，俗稱“水力管湧”。因此，這些看不見的管道存在的時間越長，它們就變得越具侵蝕性，最終導致堤壩決堤。在許多情況下，這些決堤不會在首次注意到滲漏和 流沙 後五年、十年甚至二十年才發生。
總的來說，密西西比河沿岸的堤壩系統使沿河社群更安全地免受洪水侵襲，還是加劇了問題？
這取決於你看哪裡。當然，從整個 MR&T 系統的宏偉角度來看，就對格林維爾、密西西比州周圍的棉花田等當時正在耕種的地區造成的洪水威脅而言，它比 1927 年安全得多。但是，對於孟菲斯等高價值地區以及工程基礎設施跨越河流的地方（例如橋樑），我們已經非常嚴重地限制了河道，為此我們後來付出了慘重的代價。洪水路徑規劃中最大的挑戰之一是流量狀態的轉移。密西西比河在穿過聖路易斯市中心時已被縮小到只有 3,000 英尺[900 米]寬，而在工程兵團介入之前，自然低流量河道大約為 5,000 英尺[1,500 米]寬。當您擠壓人口稠密的城市中心附近的河道時，結果通常是 迴流渦流沖刷問題，發生在這些構造的上游和下游的流量過渡區。並且，您提高了您最希望保護的地區的洪水深度。您必須在某個地方“儲存”多餘的洪水。最大的爭論總是關於其他地方將在哪裡。
土堤還在建造嗎，還是它們在很大程度上已被新技術取代？有哪些替代方案——例如土壤加固？
土堤仍在建造，因為它們便宜，而不是因為它們好。美國的平均堤壩比平均水壩的失效可能性高 10,000 倍。這不是專家意見的問題。這只是精算數字。我們可以透過工程化來提高堤壩的生存能力——幾乎沒有堤壩是“工程化”的，就其本身而言——這意味著檢查它們各自的地基條件並相應地設計堤壩，而不是採用一刀切的心態，這在卡特里娜颶風之前一直是常態。如果存在這樣做的意願，可以採取各種工程措施來使堤壩更具彈性和生存能力。
話雖如此，由於嚴重且普遍的地基沉降和低土壤強度，在密西西比河-阿查法拉亞河三角洲建造堅固的堤壩非常困難。當您堆積三英尺[一米]的泥土開始建造堤壩時，由於承載能力極低，它會沉降約兩英尺半。在這些條件下，我們需要開發比簡單地像內戰期間那樣堆積泥土更具成本效益的方法和技術。這包括使用粘土作為粘合劑。卡特里娜颶風之前，新奧爾良的堤壩中沒有使用粘土，因此它們的堤壩內沒有任何土壤粘聚力[使它們在被漫頂後更容易受到侵蝕]。
在將堤壩更多地作為能量耗散系統而不是僅僅用作屏障進行建造方面取得了哪些進展？
我一直是能量耗散系統的倡導者之一，因為這是沿海工程師開發的用於設計彈性防波堤系統的系統型別。它可以很容易地應用於颶風和海嘯的保護結構，颶風和海嘯是比百年一遇的洪水更容易的工程問題，因為它們的持續時間非常短。即使在最大的颶風中，您也只需要在漫頂後生存六到八個小時。
什麼是“綠色”堤壩？
這是我創造的一個術語，用來描述一種新型的防護屏障系統，該系統將採用木本植被作為關鍵的防禦元件，以及一系列低重量的加筋土護堤，這些護堤將被精心設計以增強休閒機會——例如遠足、腳踏車和划船路徑——並能夠經受住最大颶風的漫頂。
觀看陸軍工程兵團開啟邦尼卡雷溢洪道和炸燬鳥點溢洪道一部分的幻燈片。