По реке Миссисипи и баржам перевозится более 500 миллионов тонн грузов через судоходный канал Саутвест-Пасс в устье реки, чтобы достичь крупных портов, через которые проходит 18% водных перевозок США.
Почти 100 лет на берегах реки возведены дамбы и другие искусственные сооружения для борьбы с наводнениями, которые препятствуют естественному накоплению наносов — ила, песка и глины — для восстановления земель вдоль побережья Луизианы.
Эти наносы необходимы для восстановления или, по крайней мере, поддержания хрупкой береговой линии, которая отступает уже несколько десятилетий. Без них небольшие города, разбросанные по нижней части побережья Луизианы в Мексиканском заливе, остаются незащищёнными перед штормовыми нагонами и ураганными ветрами.
Чтобы остановить эрозию побережья, учёные выяснили, что сначала нужно понять, где оседают наносы, которые можно использовать для восстановления.
Исследования наносов реки Миссисипи
Большую часть года менее 10% наносов реки достигает критической дельты «Птичья лапка» (Bird’s Foot Delta), согласно учёным из Инициативы по переходу дельты реки Миссисипи (MissDelta).
Дельта «Птичья лапка» — на самом южном участке речной системы, которая вдаётся в Мексиканский залив — играет жизненно важную роль в защите побережья, навигации, рыболовстве и энергетической инфраструктуре.
В 2023 году MissDelta запустила пятилетний исследовательский проект стоимостью 22 миллиона долларов под руководством Тулейнского университета и Университета штата Луизиана при поддержке Национальных академий наук, инженерии и медицины.
Исследование направлено на оценку дельты и судоходного канала Саутвест-Пасс с надеждой найти подходы к управлению, которые принесут пользу как хрупкой экосистеме, так и людям, которые живут и работают в дельте, включая рыбаков, операторов чартерных лодок, морских рабочих, строителей верфей, механиков и операторов нефтехимических предприятий.
Методы исследования
В течение первых полутора лет исследования учёные измеряли расход, погружая 200-фунтовый пробоотборник в реку на разной глубине. Отслеживая наносы с помощью пробоотборника, команда может измерить, сколько оседает в заболоченных местах вверх по течению, а сколько уходит в глубокие воды залива, сказала Клэр Кемик, аспирантка Тулейнского университета, работающая над сбором образцов.
Первые результаты исследования, объявленные на конференции «Состояние побережья Луизианы», показывают, что река Миссисипи теряет значительное количество воды и наносов выше так называемой Головы проходов (Head of Passes), в устье реки, где Миссисипи разветвляется на три направления: судоходный канал Саутвест-Пасс (запад), Пасс-а-Лутр (восток) и Саут-Пасс (центр).
Дельта «Птичья лапка» движется к дальнейшей деградации после десятилетий потери территории, — сказал Мид Эллисон, соруководитель MissDelta и профессор кафедры речных и прибрежных наук и инженерии Тулейнского университета.
Выше Головы проходов значительная часть наносов, переносимых рекой Миссисипи, теряется как через естественные, так и через искусственные каналы, такие как быстро расширяющийся Нептун-Пасс возле Бураса, штат Луизиана, в нижнем приходе Плакемин. Но большая часть теряется гораздо раньше.
Используя данные о перемещении наносов, команда может откалибровать модели для прогнозирования того, что произойдёт с дельтой к 2100 году при различных сценариях с разным повышением уровня моря, частотой штормов и колебаниями речного стока.
После разработки моделей исследователи будут использовать их для тестирования различных мероприятий, которые могут спасти дельту, таких как закрытие выходов из рек и изменение характера речного стока.
Восстановление дельты
Осенью команда MissDelta вернётся в нижний приход Плакемин, чтобы изучить клин солёной воды, который ползёт вверх по реке в периоды низкого стока. В течение трёх лет подряд клин тяжёлой солёной воды ползёт вверх по реке под пресной водой, угрожая питьевой воде в районе Большого Нового Орлеана.
Цель — найти подходы к управлению, которые помогут обустроить этот регион, который Эллисон назвал одним из самых угрожаемых мест в стране, если не на Земле.
Но они не могут разрабатывать управленческие решения без понимания того, как мутная Миссисипи переносит свой груз песчаных наносов в нижней части дельты. «Сейчас мы не очень много знаем о том, где находятся наносы в нижней части реки Миссисипи», — сказала Кемик. Дальнейшие исследования помогут определить, где крупный песок оседает на дне реки.
«Песок — это белое золото для Луизианы. Мы должны сохранить его», — сказал Эллисон.
Потеря наносов
Потеря наносов особенно высока во время низкого или среднего речного стока, когда вода движется достаточно медленно, чтобы тяжёлые частицы песка могли оседать на дно. Когда река разливается, более быстрое течение приносит песок со всего водосборного бассейна в Луизиану. Но это не всегда помогает нарастить площадь «Птичьей лапки». Вместо этого он выпадает в канале, создавая потребность в дополнительных дноуглубительных работах для поддержания судоходства.
Наносы реки Миссисипи — важный ресурс для восстановления прибрежных районов, — сказал Эллисон. «Песок — это белое золото для Луизианы. Мы должны сохранить его».
План восстановления прибрежных районов Луизианы был построен на этом принципе, с амбициозным планом по отводу наносов, который получил название «Mid-Barataria Sediment Diversion». Это должен был стать один из крупнейших проектов экологической инфраструктуры в истории США.
Но Корпус армии США приостановил выдачу разрешения на строительство ключевого проекта.
Более 50 представителей бизнеса и общественности Луизианы направили письмо губернатору Джеффу Ландри, призвав его возобновить строительство отвода наносов Mid-Barataria в том размере и масштабе, в каком он был спроектирован и разрешён.
«Задержка или сокращение масштабов проекта Mid-Barataria Sediment Diversion угрожает не только нашему побережью, но и нашей экономике, нашей безопасности и нашему авторитету как штату», — говорится в письме.
Учёные считают, что, возможно, пришло время искать альтернативные проекты по восстановлению прибрежных районов. Для Эллисона это означает не только определение того, как сейчас перемещаются наносы реки Миссисипи, но и того, где выкопанный песок может лучше всего восстановить прибрежные водно-болотные угодья, такие как бассейн Баратария.
В настоящее время донный грунт, используемый для восстановления прибрежных районов, остаётся относительно близко к тому месту, откуда он был взят в реке. В бассейне Баратария один проект по восстановлению примерно 302 акров солоноватых болот, известных как Байу-Гранде-Шенье, потребовал почти восьми миль труб для перемещения наносов.
Другие решения могут включать в себя закрытие промежутков, где наносы просачиваются до того, как достигнут дельты «Птичья лапка». Корпус армии США, по сути, проверяет эту теорию сейчас, планируя уменьшить поток в Нептун-Пасс, соседнем ответвлении реки, которое создаёт новые земли в Карантинном заливе.
План может способствовать наращиванию земель в бассейне Баратария, — сказал Эллисон. Пока Корпус армии предлагает использовать камни, чтобы ограничить размер входа в канал и минимизировать риск навигационных опасностей, строительство на выходе может усилить способность трещины наращивать земли, сказал он.
Помимо строительства сооружений для удержания наносов, Корпус армии может откачивать песок из реки и размещать его непосредственно на выходе из канала, позволяя воде перераспределить его в более естественный рисунок построения водно-болотных угодий.
«Очень обнадёживает, что Корпус думает об этих перспективных стратегиях для более эффективного использования дноуглубительных материалов», — сказал Эллисон.