2011年4月，當創紀錄的降雨與密西西比河下游流域的春季融雪混合在一起時，液態災難向南蔓延，迫使人們做出艱難的選擇：美國陸軍工程兵團炸燬了河流系統中的一道堤壩，以拯救伊利諾伊州開羅市免受洪水侵襲，但代價是超過10萬英畝的農田被淹沒。孟菲斯下達了強制撤離令，洪水淹沒了歷史悠久的比爾街。官員們開啟了路易斯安那州的兩個溢洪道，以保護新奧爾良和巴吞魯日，犧牲了農場和沿海牡蠣床。
根據工程兵團的資料，這場危機最終造成了28億美元的損失。這只是近期發生的眾多例子之一，表明這條不安分的河流一直在衝擊周圍的社群。2015-16年冬季，整個流域都遭受了異常的洪水襲擊，2017年暴雨過後，伊利諾伊州、阿肯色州和密蘇里州的部分地區再次被洪水淹沒。每年春天，融雪都會使密西西比河水位上漲，但由於2018年2月的強降雨，孟菲斯的河流水位比往常提前一個月達到了洪水警戒線。
現在，一項新的研究提出了這樣一種可能性：人類為控制這條強大的河流所做的許多努力，反而可能使其特大洪水更具破壞性。研究人員本月在《自然》雜誌上報告稱，過去五個世紀以來，密西西比河下游所謂的百年洪水（定義為在任何一年中發生機率為1%的大規模洪水）的量級增加了20%。大部分增長髮生在最近150年，也就是人類對河流的工程改造最為密集的時期。“我們疏浚了河道，我們拉直了河道，”這項新研究的主要作者，東北大學海洋與環境科學助理教授塞繆爾·穆尼奧斯說。“我們使坡度更陡峭，我們用混凝土墊包裹河流，並用堤壩襯砌河流。”
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穆尼奧斯解釋說，由此產生的物理原理很簡單。由於幾乎沒有曲折的餘地，也沒有可以蔓延的洪泛區，密西西比河的水在某些地方被限制在相對狹窄的通道中，這使得洪峰流量高於原本的水平。穆尼奧斯和他的同事估計，百年洪水量的增加中約有75%是由於河流工程造成的，其餘部分歸因於自然氣候週期。然而，該研究未能將人為氣候變化的影響納入考慮範圍，這使得洪水水位上升在多大程度上是由工程造成的，以及在多大程度上是由氣候變暖驅動的，這個問題仍然懸而未決。
放大的洪水
路易斯安那州立大學的地理學家克雷格·科爾頓（未參與這項新研究）表示，如果任其自然發展，密西西比河會沿著蜿蜒曲折且不穩定的路徑流動。在過去的1萬年中，這條河流“來回擺動”，當它沉積的沉積物阻塞了它的路線時，就會改變河道。他說，如果不是人類的巨大努力，這條河流很可能在1973年的特大洪水期間改變了它的出口，並將排入阿查法拉亞河，而不是它現在流經的人工路線，然後到達墨西哥灣。
人類對密西西比河的控制已經在路易斯安那州海岸造成了明顯的問題。例如，上游築壩會截留原本可以堆積河流三角洲的沉積物；這使得海岸更容易遭受快速侵蝕。但路易斯安那州立大學的土木工程師克林頓·威爾遜（也未參與這項新研究）表示，自然流動的密西西比河將摧毀許多依賴這條河流的經濟活動。威爾遜指出，這條河流是一條至關重要的航運路線，大型駁船永遠無法在自然的蜿蜒河道中航行。科爾頓說，自從1927年一場歷史性洪水考驗了工程兵團對河流的初步馴服以來，河流工程的三個首要目標一直是保護航運、新奧爾良和密西西比河下游沿岸的石化工業。
穆尼奧斯說，儘管人類對密西西比河做了很多事情，但我們對人類開始干預之前它的行為方式缺乏瞭解。最古老的水位計記錄僅涵蓋150年，而這段時期是在人類工程開始之後才開始的。穆尼奧斯和他的同事試圖透過對密西西比州和路易斯安那州三個牛軛湖的底部沉積物進行取樣，將這一記錄追溯到大約1500年。牛軛湖是以前的河道，因沉積物而被切斷；它們保留了當這些湖泊仍然是河流乾流的一部分時，河流攜帶的所有沙子和淤泥。
穆尼奧斯說，洪水留下的沉積層很突出，因為流速更快的河流會攜帶並沉積更大的沉積物顆粒。為了更精確地確定正式記錄開始之前發生的洪水日期，該團隊還轉向了另一個數據來源——樹木。包括橡樹在內的某些樹種在被淹沒時會顯示細胞層面的損傷，這在樹木的生長輪中是可見的，從而提供了河流溢流時間的年度記錄。
研究人員還提取了自19世紀末以來儲存的書面記錄中的資料。綜合來看，他們的結果表明，近幾十年的百年洪水（以每秒立方英尺的水量計算）比500年前的百年洪水大約大20%。
穆尼奧斯說，洪水流量（或流經給定點的水量）的增加是“水文學家有時稱之為‘洪水放大’的原因”。“你正在把可能是一次中等事件變成一次更大的事件。” 揭示放大洪水因素一直是這項新研究的難點。
氣候變化在哪裡發揮作用？
除了人類自19世紀以來為河流增加的基礎設施外，氣候也影響著洪水的嚴重程度。兩個自然海洋溫度週期影響著密西西比河流域的溼度，但該團隊的模型發現，這些週期只能解釋洪水量級增加的25%。穆尼奧斯說，人類工程解釋了其餘部分。
但《自然》雜誌上為這項新研究撰寫社論的古氣候學家斯科特·聖喬治說，這排除了全球變暖以及隨之而來的降水變化可能對洪水水位產生的影響。
一些研究試圖理清這些氣候線索。猶他州立大學氣象學家西蒙·王領導的一項研究於2017年發表在《地球物理研究快報》上，發現2016年路易斯安那州南部發生特大洪水的降水量可能比1985年以來沒有變暖的情況下重20%。2016年發表在《水文與地球系統科學》上的一篇論文表明，過去一個世紀的變暖可能至少增加了1.4倍的洪水發生機率。
但王說，全球變暖引起的降水變化對密西西比河廣闊區域的洪水產生何種影響，取決於這些變化何時何地發生。河流的大部分洪水發生在春季，此時降雨與融雪相結合。因此，春季降雨量或冬季降雪量的多少可能會影響洪水水位。而這些降水變化發生在哪裡——例如，在密西西比河上游或下游——會影響水流入河流的位置，以及哪些地區可能發生洪水。氣候科學家仍在努力找出這些季節性和區域性降水趨勢。
聖喬治說，在降雨模式可能發生變化的同時，氣溫升高也可能影響土壤蒸發和植被水分蒸騰，從而影響最終有多少水進入河流及其支流。他說，人類也一直在透過土地利用和農業實踐的變化來影響水的流入。“我認為[這項新研究的]解釋是合理的——而且是可能的，”他補充道。“但我認為，我們也需要更多資訊來真正理清人類改造——河流工程——是否是唯一可能導致密西西比河洪水變得更加嚴重的原因。”
穆尼奧斯和他的同事沒有在這項研究中解決氣候變化問題，正是因為這些因素的不確定性，但他表示他們希望在未來的工作中這樣做。聖喬治說，解決這個問題的一種方法是關注密西西比河的上游，那裡的管理較少。他指出，如果河流北部地區的洪水在很長一段時間內顯著增加，那將表明氣候是更大的驅動因素，而最小的變化則意味著河流工程。
科爾頓說，無論最終的主要罪魁禍首是誰，密西西比河的堤壩、溢洪道和其他人造結構都不太可能在短期內消失——尤其因為仍然有處理高水位流量的過剩能力。例如，位於路易斯安那州龐特庫佩教區的摩根扎溢洪道只開啟過兩次：一次是在1973年，另一次是在2011年。科爾頓說，在過剩能力耗盡之前，州政府或工程兵團不太可能從根本上改變他們對河流的態度。“關於河流管理的決策在很大程度上是人為的，”他說。“我們必須瞭解河流的大小、水文和物理特性，但是……這些決策是金融、政治和區域性的，與科學關係不大。”