2015 美國密西西比河洪泛事件(12月)

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2015年聖誕節前後,美國中西部發生異常暴雨侵襲,造成密西西比河沿岸在冬天發生少見的洪水氾濫,至少27人死亡,「美國國家海洋暨大氣總署」(National Oceanic and Atmospheric Administration, NOAA)預估損失約10億美元。美國總統歐巴馬於2015年12月29日簽屬聯邦緊急救援,許多城市的堤防受到破壞,水淹民宅,但是民眾多已撤離洪泛區,並啟動溢洪道疏洪。密蘇里州聖路易斯的降雨和河川水位都打破歷史紀錄,暴雨一週過後才開始退水,淹水長達一個月。洪峰來時流速相當快,但退水時卻非常緩慢,導致屋內淤泥難以清理,亦導致主河道與支流出海口淤積使水位發生湧高現象。

一、前言

密西西比河(Mississippi River)位於北美大平原,為北美洲第一大河,其水系佔據美國土地的三分之一,跨及美國31州與加拿大2省,農業和航運是主要經濟來源。年平均流速約每小時1.93公里[註1],比走路速度還慢。河道蜿蜒曲折,兩岸多湖泊沼澤,主河道發源自明尼蘇達州(State of Minnesota)的艾塔斯卡湖(Lake Itasca),流經中央大平原,向南由路易斯安那州(Louisiana)的紐奧良(New Orlans)出海注入墨西哥灣(Gulf of Mexico)。自古以來人們居住在河畔,以便取得水源以及種植作物,但是必須同時面臨洪災問題。

圖1、密西西比河流域範圍(參考資料:Wiki)

二、災害概述

根據美國國家氣象局(National Weather Service, NWS)和美國陸軍工兵團(Headquarters U.S. Army Corps of Engineers, USACE)資料彙整,美國中部自12月下旬連續降雨一星期,導致密西西比河洪水肆虐,尤其26日至28日三天內連續暴雨累積達233.2毫米,造成嚴重的洪水災情,積水未退長達一個月,累積至31日密蘇里州(Missouri)和伊利諾州(Illinois)共造成22人死亡。12月29日美國聯邦政府簽署聯邦緊急救援,允許援助州郡政府與「聯邦緊急事務管理署」(Federal Emergency Management Agency, FEMA)協助救災工作。密蘇里州(Missouri)的聖路易斯(St. Louis)到田納西州(Tennessee)的孟菲斯(Memphis)之間河道段為此次洪災較為嚴重的範圍(圖2綠色部分)。

圖2、2015年12月密西西比河洪泛影響範圍(參考資料:USA TODAY)[註2]

三、氣象水文分析

美國中西部自2015年12月21日受到鋒面影響而連續降雨,圖3為美國27日天氣圖,可見中央大平原上的滯留鋒。而由圖4顯示,27日影響最嚴重。

圖3、12月27日天氣圖(參考資料:NWS)

圖4、美國12月22日至29日每日累積雨量分布圖(參考資料:NOAA)

根據美國國家海洋暨大氣總署NOAA報告,本次洪水事件在聖路易斯(St. Louis)的雨量值打破多項歷史紀錄,包括2015年最大年降雨量1555.5毫米(歷史年降雨量發生於2008年1472.2毫米);同年12月累積降雨量298.5毫米(歷史最大12月降雨量發生於1982年198.6毫米);12月26日為2015年12月最高日累積雨量123.7毫米,亦為聖路易斯史上第三高雨量[註3]。

聖路易斯年降雨量平均約870毫米,冬季降雨約150毫米,春天通常最多不會超過270毫米的降雨量。根據美國「國家環境預報中心」(National Centers for Environmental Prediction, NCEP)資料,2015年12月26日至28日三天內累積雨量達230.9毫米,降雨量明顯異常(圖5紅線圈選12/26~28日累計降雨量)。圖6為密西西比河在開普拉吉多(Cape Girardeau)測站歷年造成洪災事件的洪水位比較,由左往右第一條為洪水警戒水位32英呎(約9.8公尺),比較過後發現本次的洪水位高於以往發生的洪水事件。

圖5、2015年12月聖路易斯累積降雨量和單日降雨量(參考資料:NCEP)

圖6、密西西比河歷年洪泛事件水位比較(參考資料:USA TODAY)[註4]

至於流量部分,聖路易斯河道段紀錄水位歷線(圖7),可明顯看出受26日降雨影響後,河道水位快速攀升,於1月1日洪水位達到最高值約13.0公尺,而洪水警戒值為9.8公尺,超過洪水警戒值約3.2公尺。孟菲斯洪水位最高發生於1月8日,測得12.1公尺,而洪水警戒值為10.4公尺,超過洪水警戒值約1.7公尺(圖8)。

圖7、密西西比河於聖路易斯測站之水位歷線[註5]

圖8、密西西比河於孟菲斯測站之水位歷線[註6]

四、災情

密西西比河流域幾乎每年都會發生洪災事件,但於冬天發生洪災實在不常見,本次事件除受洪水氾濫外亦受低溫影響,使得當地災情雪上加霜。根據美國「太空總署」(National Aeronautics and Space Administration, NASA)報告指出,最嚴重的淹水範圍約從聖路易斯至孟菲斯段外,尚有許多小城鎮及大片農地,例如:密蘇里州南邊的開羅(Cairo)、開普拉吉多(Cape Girardeau)等小城市亦有災情傳出。

圖9、密西西比河沿岸發布警戒的城市(參考資料:The Weather Channel)

根據美國陸軍工兵團(USACE)統計至2015年12月30日,聖路易斯附近地區共有9座防洪壩被洪水滅頂,至少有19所大壩處於高危險狀態。根據密蘇里州政府統計,密蘇里州至少有7,100棟建築受洪災影響。位於密西西比河、伊利諾河、密蘇里河三河交會處的開羅,於1月5日水位達18公尺為歷史第三高。為了減少災害影響,部分地區在汛期期間開啟溢洪道疏洪(如圖10)。

圖10、Bonnet Carre溢洪道[註7]

聖路易斯發生洪災時,大部分居民已撤離,其他居民在2樓以上避難,民眾描述河水位上升很快,溢堤漫延至屋內後開始淹水,有些地方淹水深度甚至淹過高速公路低窪區,使道路癱瘓(如圖11)。

圖11、密蘇里州44號州際公路淹水前後比較(參考資料:美聯社)

事發前,密蘇里州的開普拉吉多(Cape Girardeau)官方預估洪水位將達15公尺,成為前所未有的洪災,因而撤離上游Allenville約100人。1月1日過4天後聖路易斯淹水才退去12公分,洪水退得非常緩慢,民眾形容就像是游泳池。

圖12、各地災情[註8][註9]

根據NASA報導,1月5日洪峰到達田納西州北端蒂普頓維(Tiptonville)、8日至田納西州南端孟菲斯、10日到阿肯色州的海倫娜(Helena),但22日阿肯色州淹水仍有1公尺深。圖13為聖路易斯至孟菲斯段河道氾濫情形;圖14為下游密西西比州納奇茲(Natchez)至紐奧良河道氾濫情形,藍色部分為河道水體範圍,綠色為植披,棕色為裸露地。圖15位於阿肯色州的阿肯色河和密西西比河的交會處,可明顯辨識灰白色為河道水體範圍,亦可見河道排砂量極大。(a)(b)圖對照以比較洪水氾濫區。

圖13、聖路易斯到孟菲斯之河段(參考資料:NASA)[註10]

圖14、密西西比河下游至紐奧良段洪災前後(參考資料:NASA)[註11]

圖15、阿肯色州洪災前後比較(參考資料:NASA Landset影像)[註12]

根據美國國家氣象局(NWS)密西西比河下游預報中心預測,紐奧良1月8日水位達4.1公尺,12日達5.2公尺,並預估將達到6.1公尺後溢堤。因此陸軍工兵團於12日下午開啟Bonnet Carre溢洪道使紐奧良河道水位最高不超過5.2公尺。另外根據路易斯安那州大學的Richard Kesel教授指出,莫甘札溢洪道(the Morganza Spillway)於洪泛時期未開啟,可能是導致淹水的原因之一。

美國NASA的MODIS衛星於12月20日拍攝到密西西比河下游與支流阿查法拉亞河(Atchafalaya river)夾帶大量泥沙進入墨西哥灣,泥沙亦從Bonnet Carre溢洪道進入龐恰特雷恩湖(Lake Pontchartrain),河道淤積也造成水位湧高。

圖16、12/20拍攝密西西比河三角洲(參考資料:MODIS衛星, NASA)[註13]

五、結論

密西西比河於2015年聖誕節前後,發生冬季罕見暴雨襲擊美國中西部,造成至少27人死亡,NOAA估計本次洪災損失超過十億美元。密西西比河沿岸的聖路易斯城、孟菲斯等大城市,以及數個小城鎮發生洪水氾濫的情形。大雨持續約一周,淹水未退長達一個月以上,三河帶附近的開羅測得歷年來最高河道水位,水位甚至多出警戒值5.1公尺。因洪水氾濫導致許多房屋家俱毀壞,而實際家戶經濟損失難以估計。多處河堤發生溢堤和潰堤情況,河水輸砂總量大,加上退水時河道流速緩慢,部分河水沿著溢洪道排出河道外,主河道及支流出海口因流速緩慢而發生淤積,有水位湧高之情形。

事實上,美國密西西比河每年都會發生洪氾事件,其降雨量、降雨延時、洪峰流量、地形等型態皆與臺灣不同,而臺灣自然條件更為特殊,數小時內雨水自山林即抵達海洋,反觀美國因土地面積大,需數日才會退水。而臺灣同樣也有防洪設施,也會有山洪爆發的案例。其中我們可以向美國借鏡的是,應用衛星科技輔助災情研判,即使美國經常氾濫,防洪工程設施、即時撤離行動及保險制度等發揮其功效,面對災害發生時,有足夠的應變能力與資金救助。

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