Количество плотин в США, которым угрожает перелив, растёт, что ставит под угрозу их структурную целостность и расположенные ниже по течению населённые пункты. Об этом говорится в новом исследовании, проведённом Колледжем инженерии FAMU-FSU.
Исследование, опубликованное в журнале Nature Communications, изучало данные 33 плотин за 50 лет, чтобы определить, как изменилась вероятность перелива с 1973 года. Исследование выявило тенденцию к увеличению числа плотин с критической вероятностью перелива (низкой, умеренной и высокой) и снижение числа плотин с некритической вероятностью перелива (очень низкой).
«Десятилетия назад строители плотин использовали самые передовые технологии того времени, но с тех пор многое изменилось, поэтому стареющая инфраструктура вызывает опасения», — сказал соавтор исследования Эбрахим Ахмадишараф, доцент в Колледже инженерии FAMU-FSU и Центре устойчивой инфраструктуры и реагирования на бедствия.
«В этом исследовании мы показали, где риски, связанные с переливом, наиболее высоки — как из-за риска возникновения, так и из-за возможных последствий. Это руководство по тому, где расходы на инфраструктуру могут оказать наибольшее влияние», — добавил он.
В стране насчитывается более 90 000 плотин разного размера. Исследователи сузили своё исследование до 130 объектов, имеющих по крайней мере 50 лет общедоступных данных об уровне воды. Из этого набора они исключили плотины, на которые влияет регулирование выше по течению, или плотины, у которых данные об уровне воды не имеют статистической независимости. В результате у них осталось 33 объекта для исследования.
Команда проанализировала данные об уровне воды на различных плотинах и сравнила эту информацию с высотой гребня плотины. Они изучили каждый 30-летний период в рамках более крупных 50 лет данных, чтобы оценить, как изменилась вероятность перелива с течением времени.
Из 33 исследованных плотин 30 были классифицированы как крупные, с высотой гребня более 15 метров, согласно критериям Международной комиссии по крупным плоти нам. Тридцать одна плотина также была классифицирована Федеральным агентством по чрезвычайным ситуациям (FEMA) как «плотины повышенной опасности», что означает, что их разрушение может привести к гибели людей.
Шесть плотин с наибольшей вероятностью перелива и ближайшие к ним города ниже по течению расположены в Техасе, Канзасе и Калифорнии.
«Мы должны заранее планировать этот потенциальный риск», — сказал Ахмадишараф. «Эта информация может помочь менеджерам плотин рассмотреть, нужно ли им пересмотреть свои планы действий в чрезвычайных ситуациях и стратегию эксплуатации плотин».
Перелив происходит, когда уровень воды в водохранилище превышает его вместимость и переливается через гребень. Это не обязательно приводит к немедленному повреждению или разрушению, но ослабляет конструкцию плотины и может увеличить риск катастрофического разрушения, если это продолжится.
Перелив из-за неадекватного проектирования водосбросов, засорения водосбросов мусором или оседания гребня плотины составляет около 34% всех отказов плотин в США, по данным Ассоциации должностных лиц по безопасности плотин штатов.
Многие плотины в США были построены почти век назад. Старение конструкций и изменение опасностей увеличивают риск для этой важнейшей инфраструктуры. В своём отчёте об инфраструктуре за 2025 год Американское общество инженеров-строителей поставило американским плоти нам оценку D+, подчеркнув актуальность переоценки и модернизации.
Это исследование учитывало только уровень воды и высоту плотины. Другие факторы, влияющие на вероятность перелива, включают пропускную способность водосбросов, накопление наносов и скорость притока, но данные по этим компонентам были недоступны. Статья также была сосредоточена на вероятности перелива, но не оценивала потенциальные последствия и риски. Будущие исследования, учитывающие эти элементы, повысили бы строгость исследования.
«Это исследование представляет собой первый шаг к комплексной оценке вероятностей перелива плотин в США. Понимание этого потенциального риска имеет решающее значение для защиты населения и определения приоритетов в восстановлении плотин до того, как произойдут катастрофические разрушения», — сказал соавтор исследования Юнсем Чо, бывший постдокторский исследователь FSU, который сейчас является научным сотрудником в Центре космических полётов имени Годдарда НАСА.