Come le previsioni meteorologiche possono aiutare le dighe a fornire più acqua

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Tra Natale e gennaio di quest’anno, una sfilata di nove fiumi atmosferici – vasti flussi di vapore acqueo che scorrono a est dal Pacifico tropicale – ha colpito la California. I trilioni di litri di pioggia versati sullo stato hanno causato inondazioni diffuse. Mentre la pioggia ha riempito alcuni bacini e falde acquifere impoveriti dalla siccità e ha riempito il manto nevoso della Sierra Nevada, gran parte dell’acqua è defluita rapidamente in mare, defluendo dall’asfalto e dalle fattorie o rilasciata dai bacini per prevenire ulteriori inondazioni.

Per Patrick Sing, un gestore idrico del Corpo degli ingegneri dell’esercito degli Stati Uniti, il diluvio è stata un’opportunità per provare qualcosa che sarebbe stato pericoloso in qualsiasi altra parte del paese.

Sing siede ai comandi del lago Mendocino, un bacino idrico sul Russian River vicino a Ukiah, nel nord della California. Come i bacini idrici in tutto lo stato, il lago Mendocino ha visto anni di oscillazioni estreme tra umido e secco: si è quasi svuotato dopo un periodo di siccità nel 2021 ed era quasi vuoto quando il primo fiume atmosferico si è scatenato il 26 dicembre. Sing ha guardato mentre il bacino idrico si riempiva , dapprima colmando la zona riservata all’approvvigionamento idrico, poi risalendo rapidamente verso la zona alluvionale.

A febbraio, un mese dopo che le piogge hanno smesso di cadere, il serbatoio era ancora nella zona di inondazione, con 11.000 piedi di acri in più rispetto al limite abituale, secondo Sing. Normalmente, quest’acqua sarebbe stata rilasciata per prevenire un’alluvione nel caso in cui si fosse verificata un’altra tempesta. Se più acqua arrivasse troppo velocemente, potrebbe non esserci il tempo per rilasciare in sicurezza l’acqua in eccesso dalla diga, rischiando un rilascio incontrollato o un trabocco. Ma c’era una previsione secca, quindi Sing ha trattenuto l’acqua in più. Potrebbe passare un po’ di tempo prima che così tanto tornasse di nuovo.

Per un assetato Occidente, le previsioni potrebbero ridurre il rischio di inondazioni negli anni piovosi e aumentare l’approvvigionamento idrico negli anni secchi.

Il lago Mendocino è il primo e, finora, l’unico bacino idrico del paese autorizzato a utilizzare le previsioni meteorologiche per prendere decisioni su quando conservare e quando rilasciare l’acqua. L’idea è che quando una previsione è asciutta, un operatore può tranquillamente mantenere più acqua in un serbatoio. Quando le previsioni sono umide, possono tagliare i depositi normalmente riservati all’approvvigionamento idrico per fare spazio alla pioggia in arrivo. “Tutto dipende dai tempi e le previsioni ti danno tempo”, afferma Cary Talbot, ricercatore presso l’Army Engineer Research and Development Center.

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Per le fattorie assetate e le città occidentali, l’approccio potrebbe ridurre il rischio di inondazioni durante gli anni piovosi e aumentare l’approvvigionamento idrico negli anni secchi. Il lago Mendocino ha aumentato l’acqua immagazzinata di quasi il 20% nei suoi primi due anni. Uno studio retrospettivo delle operazioni del bacino idrico tra il 1985 e il 2010 ha rilevato che lo stoccaggio dell’acqua sarebbe stato in media del 33% più alto alla fine della stagione delle inondazioni se le previsioni fossero state utilizzate.

I ricercatori che lavorano all’approccio negli Stati Uniti affermano di non essere a conoscenza di progetti simili in altri paesi, ma gli studi suggeriscono che l’integrazione delle previsioni ha il potenziale per migliorare le operazioni dei giacimenti ovunque le previsioni meteorologiche siano sufficientemente affidabili. L’approccio potrebbe anche aiutare le dighe obsolete a rispondere alle precipitazioni più variabili osservate con i cambiamenti climatici. “Ci stiamo preparando per essere molto più adattivi in ​​futuro”, afferma Talbot.

Lago Mendocino nell’ottobre 2021 (a sinistra) in mezzo a una siccità e nel gennaio 2023 (a destra) a seguito di una serie di grandi tempeste. Florence Low / Dipartimento delle risorse idriche della California; Kenneth James / Dipartimento delle risorse idriche della California

Oltre al loro lavoro al lago Mendocino, il Corpo degli ingegneri dell’esercito, insieme ai ricercatori della Scripps Institution of Oceanography e altri partner, stanno studiando l’approccio in altri quattro bacini idrici all’interno della loro giurisdizione in California e Washington, tra cui il lago Oroville, che è trattenuto dalla diga più alta del paese. Questi progetti sosterranno un processo che inizierà quest’anno per prendere in considerazione l’utilizzo delle previsioni meteorologiche in oltre 700 altre dighe che il Corpo dell’Esercito gestisce negli Stati Uniti, alcune delle quali sono tra le più grandi della nazione.

Quelle dighe rappresentano una frazione delle oltre 90.000 dighe negli Stati Uniti e l’approccio non funzionerà affatto. Le previsioni delle precipitazioni potrebbero non essere abbastanza affidabili nel Midwest o sulla costa del Golfo per prendere decisioni sull’uso dell’acqua. E molti serbatoi non sono costruiti per controllare il rilascio di acqua o potrebbero non avere le risorse per monitorare continuamente il tempo e rispondere. Ma centinaia di serbatoi potrebbero potenzialmente contenere più acqua e ridurre il rischio di inondazioni osservando e rispondendo alle condizioni meteorologiche, afferma Talbot. “Questa è la prossima generazione di gestione dell’acqua”.

Il cambiamento nel modo di pensare è in gran parte reso possibile dai miglioramenti nelle previsioni meteorologiche. “Decenni fa, quando furono costruite le dighe, le previsioni erano pessime”, afferma Marty Ralph, scienziato del clima a Scripps, dove dirige il Center for Western Weather and Water Extremes. Le previsioni delle precipitazioni, in particolare, erano notoriamente difficili da ottenere correttamente. Senza previsioni affidabili, le dighe gestite dal Corpo dovevano essere gestite per legge solo utilizzando dati su portata, manto nevoso e precipitazioni effettive – acqua al suolo. La cautela era giustificata, dice Talbot. “Le dighe sono pericolose. Hanno il potenziale per uccidere le persone e causare danni enormi”.

Nel 2019 e nel 2020, il lago Mendocino ha immagazzinato il 19% in più di acqua rispetto a quanto avrebbe avuto senza utilizzare le previsioni.

Dagli anni ’60, tuttavia, le previsioni meteorologiche sono diventate molto più affidabili, spinte dai progressi nella modellazione numerica, nei dati satellitari, nel radar e nella potenza di calcolo. Alla fine degli anni 2000, “mi era chiaro che c’era un reale potenziale per l’utilità delle previsioni nelle operazioni sui giacimenti”, afferma Ralph. Ha visto il potenziale in particolare sulla costa occidentale, dove i fiumi atmosferici che incontrano le montagne guidano prevedibilmente le precipitazioni. “I fiumi atmosferici sono i tipi di tempeste che contano per le inondazioni e per l’approvvigionamento idrico annuale”, afferma.

Ralph ha proposto di collaborare con il Corpo degli Ingegneri dell’Esercito su ciò che ha definito “operazioni di giacimento informate sulle previsioni” o “FIRO”. Il progetto comporterebbe la ricerca per migliorare le previsioni dei fiumi atmosferici, e quindi utilizzare quelle previsioni migliorate per cambiare il modo in cui vengono gestiti i bacini idrici della California. Dice che il Corpo era interessato all’idea, ma è stato lento a prendere piede. Poi il 2012 ha visto l’inizio di una delle peggiori siccità mai registrate in California. La siccità, che è durata fino al 2017, ha attirato l’attenzione sull’esaurimento dell’approvvigionamento idrico dello stato e sui rigidi manuali di controllo dell’acqua ancora utilizzati per prendere decisioni in molti bacini idrici.

Al lago Mendocino, un umido inverno del 2012 ha visto tre fiumi atmosferici riempire il bacino al di sopra dei livelli di piena. Come richiesto dal manuale di controllo del serbatoio, gli operatori hanno rilasciato l’acqua aggiuntiva nel caso in cui si fosse verificata un’altra tempesta, ma quell’anno o quello successivo non si sono verificate più grandi piogge. “Il serbatoio non è mai rimbalzato”, dice Ralph. Il Corpo è stato “abbastanza ben criticato” dai politici per aver fatto affidamento su manuali obsoleti, afferma Sean Smith, il principale ingegnere idrologico del Corpo. “Le operazioni del bacino idrico dovrebbero essere basate sulla scienza moderna e sulle previsioni meteorologiche, non su regolamenti antiquati”, ha detto all’epoca il rappresentante degli Stati Uniti Jared Huffman (D-CA).

Nel 2016, il Congresso ha modificato la legge per concedere al Corpo d’Armata il permesso di prendere in considerazione le previsioni meteorologiche nei bacini idrici che gestisce. Ma prima che le previsioni potessero essere utilizzate in sicurezza, le singole dighe dovrebbero essere studiate per assicurarsi che l’avvicinamento fosse sicuro e che le previsioni meteorologiche fossero sufficientemente affidabili in quella zona.

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Il lago Mendocino è stato il primo ad essere studiato. Analisi dettagliate delle previsioni meteorologiche e dell’idrologia hanno rilevato che una previsione affidabile a cinque giorni di distanza darebbe agli operatori tempo sufficiente prima di una forte tempesta per rilasciare ulteriore acqua e per consentire a quell’acqua di oltrepassare le aree soggette a inondazioni a valle. Nel 2019 e nel 2020, i primi due anni di operatività del Lago Mendocino con le previsioni, il serbatoio ha immagazzinato il 19% in più di acqua rispetto a quella che avrebbe senza utilizzare le previsioni, abbastanza per rifornire circa 30.000 famiglie per un anno.

Il test di successo al lago Mendocino ha portato a progetti in altri quattro serbatoi in California e Washington, che testeranno l’uso delle previsioni in aree più interessate dallo scioglimento della neve, con sistemi di serbatoi più complessi o con un maggiore rischio di alluvione a valle.

La diga del Prado sul fiume Santa Ana, appena fuori Orange County, servirà a testare l’approccio in un contesto più urbano con elevati rischi di inondazione. Una valutazione iniziale ha mostrato che l’approccio è fattibile alla diga e aumenterebbe l’approvvigionamento idrico di 7.000 piedi per acri all’anno senza aumentare il rischio di inondazioni. L’acqua in più andrebbe a ricaricare le acque sotterranee che forniscono gran parte dell’approvvigionamento idrico della contea. I funzionari idrici della contea affermano di voler iniziare a utilizzare le previsioni del bacino idrico entro ottobre di quest’anno.

L’uso delle previsioni potrebbe aiutare gli Stati Uniti a far fronte alla siccità senza costruire nuove infrastrutture idriche.

I test al Lago Oroville e al New Bullards Bar Reservoir sugli spartiacque Yuba e Feather River nella Central Valley della California misureranno come le previsioni possono essere utilizzate dove il manto nevoso e il deflusso sono una variabile importante. Sono anche molto più grandi degli altri test: il lago Oroville può immagazzinare più di 3,5 milioni di acri di piedi d’acqua, mentre il New Bullard’s Bar può immagazzinare poco meno di un milione di acri di piedi. Per fare un confronto, il Lago Mendocino ha una capacità di circa 100.000 piedi acri. Una valutazione iniziale trovata utilizzando le previsioni insieme ad altre modifiche agli sfioratori delle dighe ridurrebbe il rischio di inondazioni senza influire sull’approvvigionamento idrico.

Il quarto test presso la diga Howard A. Hanson sul Green River a Washington testerà l’approccio in un sistema molto umido. La previsione potrebbe ridurre il rischio di inondazioni e anche aiutare la deposizione delle uova di salmone consentendo un maggiore controllo delle condizioni dell’acqua, afferma Ralph.

Questi test informeranno un processo di screening che inizierà quest’anno per determinare dove le previsioni potrebbero migliorare le operazioni. Uno studio iniziale mostra che la maggior parte delle oltre 80 dighe nella divisione del Pacifico meridionale dell’Army Corp – che comprende la California e la maggior parte del sud-ovest degli Stati Uniti – potrebbe essere praticabile, secondo Smith. Altrove, il calcolo è più complicato. “Devi prendere ogni progetto in ogni bacino uno per uno”, dice Smith.

Lago Oroville impoverito dalla siccità, ottobre 2014. Rich Pedroncelli / AP Photo

Il New England, anch’esso influenzato da fiumi atmosferici e con paesaggi montuosi, ha previsioni abbastanza affidabili, dice Ralph, ma le precipitazioni sono più difficili da prevedere al centro del paese, dove predominano i temporali e non ci sono montagne a modellare i modelli meteorologici. Lungo le coste, anche le tempeste tropicali e gli uragani sono difficili da prevedere con sufficiente abilità da integrarsi nelle operazioni di giacimento.

Man mano che l’uso delle previsioni si espande, “dobbiamo essere molto cauti”, afferma Smith. Sono necessari test rigorosi per assicurarsi che le previsioni siano affidabili e che le dighe abbiano le risorse per osservare e rispondere ai cambiamenti meteorologici. Le decisioni devono essere prese quotidianamente e talvolta ogni ora.

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Ma con previsioni sufficientemente accurate e test rigorosi, i gestori delle dighe non dovrebbero vedere un aumento del rischio di inondazioni o carenze idriche, afferma Michelle Ho, ricercatrice dell’Università di Melbourne che ha studiato le infrastrutture idriche degli Stati Uniti. E la maggiore flessibilità potrebbe aiutare gli Stati Uniti a far fronte al peggioramento della siccità e alle piogge più intense senza la necessità di costruire nuove costose infrastrutture.

Una cosa è certa, dice Talbot: mentre il cambiamento climatico cambia, le previsioni entreranno sempre più a far parte della gestione delle dighe. “Questo rappresenta un nuovo paradigma”.