Hydrologia

Ei ole yllättävää, että Mississippin kaltaisen voimakkaan joen hydrologiaa on tutkittu intensiivisesti. Mark Twain kuvaili 1800-luvulla huomattavan nokkelasti, kuinka Mississippin melontalaivojen luotsit liittoutuivat pitääkseen yllä yhteistä tietopalvelua kanavan muuttuvista olosuhteista. Nykyään Mississippi-jokikomissio vastaa jokitöistä ja katsoo, että joesta on syytä pitää yllä toimivaa pienoismallia, jotta sen insinöörit voivat testata uusia suunnitelmia pienoiskoossa ennen kalliisiin, täysimittaisiin hankkeisiin ryhtymistä. 1920-luvulle tultaessa uskottiin yleisesti, että joen hydrologiasta tiedettiin tarpeeksi ja että joen säännöstelyrakenteita oli rakennettu niin paljon, että joki oli saatu kesytettyä. Vuonna 1927 tuli sitten Mississipin alajuoksun historian tuhoisin tulva. Yli 59 600 neliökilometriä (23 000 neliömailia) maata tulvi. Liikenneyhteydet, kuten tiet, rautatie- ja puhelinpalvelut, katkesivat monin paikoin. Maatilat, tehtaat ja kokonaiset kaupungit jäivät väliaikaisesti veden alle. Valtava määrä omaisuutta vaurioitui, ja ainakin 250 ihmistä menetti henkensä. Joki-insinöörit tarkastelivat uudelleen Mississippin hydrologiaa.

Vuoden 1927 kummajaisolosuhteista lähtien Mississippi-joen alajuoksulle sen tärkeimmistä sivujoista tulevan veden keskimääräistä purkautumista Mississippi-joen alajuoksulle on seurattu huolellisesti. Vicksburgissa, Mississippin osavaltiossa sijaitsevan pääjoen keskivirtaamaksi on laskettu 570 000 kuutiojalkaa (16 140 kuutiometriä) sekunnissa. Noin 135 mailia (215 km) Vicksburgista alavirtaan noin 25 prosenttia joen sedimentti- ja vesipäästöistä ohjataan Atchafalaya-jokeen Old River Complexin (Old River Control Structures) kautta. Näiden tilastojen taakse kätkeytyy kuitenkin tärkeitä virtaamavaihteluita, jotka liittyvät Mississippin suurempien sivujokien vaihtelevaan tilaan.

Yleisesti ottaen läntisillä sivujoilla on kaikkein epäsäännöllisimmät virtausjärjestelmät. Ne saavuttavat keväällä tai alkukesästä huippuvirtaaman, joka on jopa kolme tai neljä kertaa suurempi kuin niiden talvinen osuus. Mississipin yläjuoksu ja sen sivujoet saavuttavat maksimivirtaamansa suunnilleen samaan aikaan (maalis-kesäkuussa), kun lumien sulamista seuraavat alkukesän sateet. Talvella tältä alueelta tuleva valuma on kuitenkin myös huomattava. Ohion virtaaman huippu on hieman aikaisemmin. Metropolisissa, Illinoisin osavaltiossa, aivan Mississippin yhtymäkohdan yläpuolella, suurin kuukausittainen virtaama mitataan yleensä maaliskuussa, jolloin Ohio saattaa tuottaa yli kolme viidesosaa siitä vedestä, jota seurataan Vicksburgin ohi alajuoksulla.

Näin ollen Ohio on päävastuussa Mississippin alajuoksun tulvatilanteista, joita voivat pahentaa sellaiset tekijät kuin varhaiset sateet Suurilla tasangoilla, alkukevään äkillinen hellejakso, joka sulattaa pohjoisen lumet, ja rankkasateet koko alajuoksulla. Tällaisissa olosuhteissa joen alajuoksu nousee yli rantojensa ja aiheuttaa painetta keinotekoisia patoja vastaan. Sivujokien virtaukset ruuhkautuvat ja muodostavat järviä samojen patojen toiselle puolelle. Virtaus, joka tavallisesti kulkee enintään 2-3,5 solmua (2,5-4 mailia tunnissa), voi tällöin kaksinkertaistua pääväylän ahtaissa kohdissa. Niinpä esimerkiksi Vicksburgin seuranta-asemalla, jossa vuonna 1936 matalalla vedellä mitattiin vain 93 800 kuutiojalkaa (2 660 kuutiometriä) sekunnissa, mitattiin seuraavana vuonna korkealla vedellä 2 060 000 kuutiojalkaa (58 330 kuutiometriä) sekunnissa.

Loppukeväästä ja alkukesästä 1993 Mississippillä sattui toinen väistämätön, mutta käsittämättömän suuri tulva, joka tällä kertaa rajoittui joen osiin sen ja Ohion (joka ei ollut tulvassa) yhtymäkohdan yläpuolella. Pahiten kärsineisiin jokiin kuuluivat Missourin alajuoksu, Des Moines- ja Raccoon-joet Iowassa sekä Mississippi Wisconsinin ja Illinoisin rajan ja Cape Girardeaun välillä Missourissa. Tulvat saivat alkunsa alueen jatkuvista sateista. Ensimmäistä kertaa kirjatun historian aikana Mississippi ja Missouri tulvivat samaan aikaan – huolimatta Mississippin 29 padosta ja 36 jättimäisestä tekojärvestä niiden sivujoilla. Raccoon-joen huippu Des Moinesissa oli 2,1 metriä aiempaa korkeammalla, mikä merkitsi 500-vuotistulvaa (tulva on niin suuri, että se esiintyy tilastollisesti vain noin kerran 500 vuodessa tai että sen todennäköisyys on yksi viidestä sadasta). Monissa osissa Iowaa viljelykasveja ei koskaan istutettu. Kaikkiaan noin 15 miljoonaa hehtaaria (6,1 miljoonaa hehtaaria) tulvi, ja 40 liittovaltion padotusta ja 1 043 muuta kuin liittovaltion padotusta murtui. Tämä katastrofaalinen tulva opetti monille, että tulvantorjuntarakenteet, kuten padot, tulvavallit ja padot, toimivat joissakin tapahtumissa, mutta ne eivät tarjoa riittävää suojaa 100 vuoden (tai sitä suurempia) tulvia vastaan. Vuoden 1993 tulvat opettivat monille, että Mississippin kaltaisten suurten jokien tiukka ja täydellinen hallinta ei ole mahdollista eikä taloudellisesti toteutettavissa. Sittemmin on käynyt selväksi, että ”eläminen joen kanssa” tarkoittaa kotien, maatilojen ja jopa kokonaisten kaupunkien siirtämistä pois tulva-alueilta ja sitä, että näiden alavien alueiden annetaan tulvia luonnollisesti.

Mississippi-joen vesissä ja sedimenteissä on todettu olevan erilaisia yhdyskunnallisista, teollisista ja maataloudellisista lähteistä peräisin olevia epäpuhtauksia. Orgaanisia yhdisteitä ja hivenmetalleja esiintyy suhteellisen pieninä pitoisuuksina; vedessä luonnostaan esiintyvien yhdisteiden lisäksi niitä on peräisin teollisuuden ja yhdyskuntien jätteistä sekä maatalous- ja kaupunkialueiden valumavesistä. Joistakin kaupungeista alajuoksulla on kuitenkin havaittu suuria ihmisjätteisiin liittyvien bakteerien pitoisuuksia, ja niiden on katsottu johtuvan siitä, että jokeen virtaavat jätevedet on käsitelty puutteellisesti; esimerkiksi New Orleansin alajuoksulla pitoisuuksien on havaittu olevan moninkertaisia verrattuna kaupungin yläpuolella oleviin pitoisuuksiin. Epäpuhtauksilla ei ole ollut juurikaan laajalle levinnyttä vaikutusta pohjan selkärangattomien populaatioiden koostumukseen, joka on osoitus veden laadun muutoksista. New Orleansista otetuissa vesinäytteissä on todettu suhteellisen korkea liuenneen hapen pitoisuus ja alhainen biokemiallinen hapenkulutus. Näin ollen joen pilaantumista voidaan tämän indeksin perusteella pitää vähäisenä.