Flombarrierer, orkanbarrierer og stormurge

I en tid med global oppvarming og ekstremvær har risikoen for å bo i nærheten av vann aldri vært større. Overspenningsvern og orkanbarrierer har vært løsningen for noen kommuner, men til hvilke estetiske kostnader? Kan kunstnere og arkitekter gjøre engineering vakrere? Å undersøke spørsmålene og utforske løsninger vil hjelpe oss å forstå de virkelige utfordringene rundt effekten av globale klimaendringer.

Mellom 2008 og 2013 var U.S. Army Corp of Engineers - den samme gruppen som var ansvarlig for det mangelfulle levee-systemet i New Orleans - fullførte en orkanbarriere nesten to mil bred over en blanding av vannveier omtrent 12 mil øst for sentrum av New Orleans. Kalt Indre havnenavigasjon Canal Lake Borgne Surge Barrier, fungerer betong- og ståluranbarrieren i tandem med levee-systemet. Barrieren er den første forsvarslinjen ved å dempe stormbølgene assosiert med orkaner.

En orkan er en lavtrykkssenter. Over land er ikke lavtrykkssentre sterke nok til å bevege jorden. Imidlertid kan lavtrykksentre som er over vann faktisk dytte og bevege vannet. Vindene fra orkankraft blåser vann, ikke bare skaper bølger, men skaper også en kuppel eller bølge av høyt vann. Sammen med et normalt høyvann kan en stormbølge skape et ekstremt stormvann i tillegg til bølgene som blåses av kraftig orkanvind. Orkanbarrierer gir beskyttelse mot forventet stormvann.

En stormbølge er IKKE en tsunami eller tidevannsbølge, men den er lik. Stormflo er en unormal havnivåstigning, vanligvis forårsaket av ekstremvær. Det superhøye tidevannet har også bølger, men bølgene er ikke så dramatisk høye som en tsunami. Tsunamier er bokstavelig talt "havnebølger" forårsaket av en underjordisk forstyrrelse, som et jordskjelv. Ekstrem flom er resultatet av begge hendelser.

Når vi ser på a kart over hvor folk bor, er det ikke vanskelig å forestille seg hvor sårbart liv og eiendom kan være for alvorlig vær. Selv om du konstruerer tsunamisikre bygninger langs strandlinjene er et alternativ, et stigende stormvann kan være nådeløs. U.S. National Hurricane Center har gitt en Flash-animert eksempel på en Storm Surge (Flash-programtillegg kreves). I denne animasjonen er stormflo og bølgende bølger ikke noe som tilsvarer den lille barrieren som beskytter strukturen.

På Rhode Island ble orkanen Sandys mektige stormbølge i 2012 blokkert av et ingeniørarbeid fra 1966. Teknologien til orkanbarrierer er en investering for alle regioner, men se hvordan de fungerer.

Fox Point orkanbarrieren er i East Providence, Rhode Island, som ligger over Providence River, som renner ut i Narragansett Bay. Den er 3000 fot lang og 25 fot høy. Det ble konstruert mellom 1960 og 1966 for å beskytte byen mot en stormvann på 20 fot over havet.

Systemet består av tre Tainter-porter, fem pumper for elvevann, og to 10- til 15 fot høye steiner og jord diker eller diker langs elvebredden. Til en kostnad på $ 16 millioner dollar (1960 dollar) betalte statlige og lokale myndigheter bare 30 prosent av kostnadene mens den føderale regjeringen subsidierte mesteparten av kostnadene for orkansperresystemet.

Tre Tainter-porter, også kalt radiale porter, kan stenge for å gi en halv kilometer lang, 25 fot høy barriere mellom Providence City og farvannene fra Narragansett Bay. Vann som renner nedover Providence-elven til sjøen pumpes ut når det bygger seg opp bak de lukkede portene. Pumpestasjonen, 213 fot lang og 91 fot bred, er konstruert av armert betong og murstein. Fem pumper har kapasitet til å pumpe 3.150.000 liter elvevann per minutt inn i Narragansett Bay.

Hver Tainter-gate er 40 fot kvadratisk og veier 53 tonn. Portene er designet for å bøye seg utover mot bukten for å bryte bølgenes påvirkning, og senkes portene på plass av elektriske motorer og tyngdekraften til 1,5 fot per minutt. Det tar omtrent 30 minutter å senke dem, men omtrent to timer å heve portene fra en lukket stilling, da tyngdekraften virker mot at de blir hevet. Om nødvendig kan portene senkes og heves manuelt.

Utformingen av enhver orkansperre avhenger av forhold. Pumpestasjonen ved Fox Point er et viktig element for å beskytte Providence City. Uten å pumpe ut elvevann når elven er "demmet" av portene, ville et reservoar danne og oversvømme byen - akkurat det Providence prøver å unngå.

Tainter gate ble oppfunnet på 1800-tallet av den amerikanske ingeniøren og Wisconsin innfødte Jeremiah Burnham Tainter. Den buede porten er festet til en eller flere fagverklignende, trekantede rammeverk. Den brede enden av trekantrammen er festet til den krumme porten, og spindelpunktets punkt roterer for å bevege porten.

Tainter gate er også kjent som en radial gate. Tyngdekraften og vanntrykket hjelper faktisk med å flytte porten opp og ned, som illustrert av Arif Setya Budi og også i animasjon levert av Dunn County Historical Society i Wisconsin.

En Tainter gate brukes også i demninger, så er en orkanbarriere også en demning? Ja og nei. En demning er absolutt en vannbarriere, men dammer og reservoarer generelt er ikke konstruert bare for nødbruk. Det eneste formålet med en orkansperre er å beskytte mot stormflo eller stormvann. City of Providence har definert to sentrale funksjoner for Fox Point:

1. "for å redusere tidevann fra potensielle stormbølger i Narragansett Bay"
2. "å opprettholde elvestrømmen slik at vannstandene ikke blir for høye bak barrieren"

Som ethvert byggeprosjekt, må et behov anerkjennes og finansiering må realiseres før arkitektur og konstruksjon kan starte. Før Fox Point ble City of Providence truet hvert år. I september 1938, the New England Hurricane forårsaket materielle skader på 200 millioner dollar og 250 dødsfall med bare 3,1 inches med regn. I august 1954 Orkanen Carol forårsaket eiendomskader på 41 millioner dollar med flomvann ved høyvann, 13 fot over normalen. Flood Control Act fra 1958 godkjente bygging av en sperre ved Fox Point. U.S. Army Corps of Engineers (USACE) tok kontrollen februar 2010, og reddet City of Providence hundretusenvis av dollar hvert år. Byen opprettholder dike and levee-systemet.

En vertikal heisport ligner en Tainter-port ved at den hever og senker for å kontrollere vannstrømmen. Mens en Tainter-gate er buet, er det imidlertid ikke en vertikal heisport.

Porten vist her, Bayou Bienvenue-porten, er en del av et enormt prosjekt på 14,45 milliarder dollar i New Orleans - Inner Harbor Navigation Canal - Lake Borgne Surge Barrier, også kalt The Great Wall of Louisiana. Betongsperreveggen som er bygget av U.S. Army Corps of Engineers er nesten to mil lang og 26 fot høy.

Flom og stormflo er ikke unikt for USA eller Nord-Amerika. I hele verden ingeniører har funnet måter å kontrollere flom på. I en tid med ekstremvær er denne typen problemløsninger et blomstrende område for ingeniørstudier.

Hvorfor har et stort byområde som New York City ingen beskyttelse mot storm mot overspenning? I 2012 ble stormflo fra orkanen Sandy oversvømmet gatene, t-bane og infrastruktur av den største byen i Amerika. Siden den gang har arbeidsgrupper studert muligheten for en flombarriere i New York Harbor. Nevermind som andre industrialiserte land over hele verden har hatt høyteknologiske løsninger for flomkontroll i årevis.

Mennesker har et kjærlighetshatforhold til vann - naturens rikelige blanding er nødvendig for livet, men mange mennesker dør av vannrelaterte hendelser. Ti mennesker drukner utilsiktet hver dag. Bilulykker fra flom og ekstremvær er uforutsigbare. Eller er de det?

Det ser ut til at hvem som helst kan stoppe stigende farvann. Et raskt Google-søk etter "flomhindringsvegger" finner en rekke produkter fra Home Depot, Ace Hardware, Amazon og større, kommersielle selskaper.

Det var ikke så lenge siden at lokalsamfunn brukte sirener for å advare om værrelaterte farer. Noen samfunn bruker i dag denne forenklede tilnærmingen til flom. Med en blanding av lokaliserte kameraer (ofte på droner), kartleggingsprogramvare og katastrofevarslingsapplikasjoner, kan selskaper som Beholder Technology med hovedkontor i Austin, Texas, tilbyr lokalsamfunn "ekstern situasjonsbevissthet" - det vil si de advarer deg om oversvømte veier og farlige situasjoner før nødpersonellene til og med kan få der. Katastrofe-apper blir betraktet som høyteknologiske løsninger i USA, men ville ikke orkanbarrierer vært mer nyttige?

• Emergency Management Agency, City of Providence, 5. november 2012
• Fakta om Fox Point Hurricane Barrier, City of Providence på www.providenceri.com/efile/705
• Oppdater rapport for Rhode Island, U.S. Army Corps of Engineers, New England District, 31. juli 2012 på www.nae.usace.army.mil/news/Reports/ri.pdf
• U.S. Army Corps of Engineers. IHNC - LAKE BORGNE SURGE BARRIER, Oppdatert juni 2013, http://www.mvn.usace.army.mil/Portals/56/docs/PAO/FactSheets/IHNC-LakeBorgneSurgeBarrier.pdf
• Sentre for sykdomskontroll og forebygging. "Utilsiktet drukning: Få fakta." 28. april 2016, https://www.cdc.gov/homeandrecreationalsafety/water-safety/waterinjuries-factsheet.html