Hydrologia

Nie jest zaskoczeniem, że hydrologia tak potężnej rzeki jak Missisipi była przedmiotem intensywnych badań. W XIX wieku Mark Twain opisał z dużym dowcipem, jak piloci statków łopatkowych na Missisipi połączyli się, by prowadzić wspólny serwis informacyjny o zmieniających się warunkach wzdłuż kanału. Dziś Komisja Rzeki Missisipi jest odpowiedzialna za prace na rzece i uważa, że warto utrzymywać działający model rzeki w skali 1:1, aby jej inżynierowie mogli testować nowe plany w miniaturze przed przystąpieniem do kosztownych, pełnowymiarowych projektów. Do lat dwudziestych XX wieku powszechnie uważano, że wiedza na temat hydrologii rzeki jest wystarczająca, a budowle regulacyjne zostały zbudowane w stopniu wystarczającym do ujarzmienia rzeki. W 1927 roku nadeszła najbardziej katastrofalna powódź w zapisanej historii doliny dolnej Missisipi. Zalanych zostało ponad 23.000 mil kwadratowych (59.600 km kwadratowych) ziemi. Komunikacja, w tym drogi i usługi kolejowe i telefoniczne, zostały w wielu miejscach przerwane. Farmy, fabryki i całe miasta znalazły się tymczasowo pod wodą. Ogromna ilość mienia została zniszczona, a co najmniej 250 osób straciło życie. Inżynierowie rzeczni ponownie przyjrzeli się hydrologii Missisipi.

Od dziwnych warunków w 1927 r., średni zrzut wody do dolnej Mississippi przez jej główne dopływy był starannie monitorowany. Średni zrzut wody z głównej rzeki w Vicksburgu, Mississippi, jest obliczany na 570,000 stóp sześciennych (16,140 metrów sześciennych) na sekundę. Około 135 mil (215 km) w dół rzeki od Vicksburga, około 25 procent osadu i zrzutu wody z rzeki jest kierowane do rzeki Atchafalaya przez kompleks starorzecza (Old River Control Structures). Statystyki te jednak ukrywają istotne różnice w przepływie rzeki związane ze zmiennym stanem większych dopływów Missisipi.

Mówiąc ogólnie, zachodnie dopływy mają najbardziej nieregularne reżimy przepływu. Osiągają one wiosną lub wczesnym latem szczytowy poziom, który jest do trzech lub czterech razy większy niż ich wkład zimowy. Górna Missisipi i jej dopływy osiągają swój maksymalny przepływ mniej więcej w tym samym czasie (marzec-czerwiec), kiedy po topniejących śniegach następują wczesne letnie deszcze. Odpływ zimowy z tego obszaru jest jednak również znaczny. Szczyt przepływu rzeki Ohio występuje nieco wcześniej. W Metropolis, w stanie Illinois, tuż powyżej zbiegu z Missisipi, największy miesięczny przepływ odnotowuje się zwykle w marcu, kiedy to Ohio może dostarczać ponad trzy piąte wody monitorowanej przez Vicksburg w dolnym biegu rzeki.

Tak więc, Ohio jest głównie odpowiedzialne za sytuacje powodziowe w dolnym biegu Missisipi, które mogą być pogarszane przez takie czynniki jak wczesne deszcze na Wielkich Równinach, nagły gorący okres wczesnej wiosny, który topi północne śniegi, oraz ulewne deszcze w całej dolnej dolinie. W takich warunkach dolna rzeka podniesie się ponad swoje brzegi i będzie wywierać nacisk na zbudowane przez człowieka wały przeciwpowodziowe. Dopływy będą się cofać i tworzyć jeziora po drugiej stronie tych samych wałów. Prąd, który normalnie wynosi nie więcej niż 2 do 3,5 węzła (2,5 do 4 mil na godzinę), może się podwoić w zwężonych miejscach wzdłuż głównego koryta. Tak więc, na przykład, stacja monitorująca w Vicksburgu, która przy niskiej wodzie w 1936 roku odnotowała zaledwie 93 800 stóp sześciennych (2 660 metrów sześciennych) na sekundę, mierzyła 2 060 000 stóp sześciennych (58 330 metrów sześciennych) na sekundę przy wysokim stanie wody w następnym roku.

Późną wiosną i wczesnym latem 1993 roku miała miejsce kolejna nieunikniona, lecz niewyobrażalnie wielka powódź na Missisipi, tym razem ograniczona do części rzeki powyżej jej zbiegu z Ohio (która nie była zalana). Wśród najbardziej dotkniętych rzek znalazły się dolny bieg Missouri, rzeki Des Moines i Raccoon w Iowa oraz Missisipi pomiędzy granicą Wisconsin i Illinois a Cape Girardeau w Missouri. Powodzie zostały wywołane przez utrzymujące się w tym regionie deszcze. Po raz pierwszy w zapisanej historii Missisipi i Missouri wylały w tym samym czasie – pomimo 29 zapór na Missisipi i 36 gigantycznych zbiorników na jej dopływach. Rzeka Raccoon w Des Moines osiągnęła poziom o 7 stóp (2,1 metra) wyższy niż poprzednio, co stanowiło 500-letnią powódź (powódź tak wielka, że statystycznie zdarza się tylko raz na 500 lat, lub że prawdopodobieństwo jej wystąpienia w danym roku wynosi jeden na pięćset). W wielu częściach stanu Iowa uprawy nigdy nie zostały zasiane. Ogółem zalanych zostało około 15 milionów akrów (6,1 miliona hektarów), pękło 40 federalnych i 1043 niefederalnych wałów przeciwpowodziowych. Ta katastrofalna powódź nauczyła wielu, że struktury przeciwpowodziowe, takie jak wały przeciwpowodziowe, mury przeciwpowodziowe i tamy, sprawdzają się w przypadku niektórych zdarzeń, ale nie zapewniają wystarczającej ochrony przed powodziami 100-letnimi (lub większymi). Powódź z 1993 roku nauczyła wielu, że ścisła i całkowita kontrola rzek tak dużych jak Missisipi nie jest ani możliwa, ani ekonomicznie uzasadniona. Od tego czasu stało się jasne, że „życie z rzeką” oznacza przeniesienie domów, gospodarstw rolnych, a nawet całych miast z terenów zalewowych i pozwolenie tym nizinnym obszarom na naturalne zalewanie.

W wodach i osadach rzeki Missisipi zidentyfikowano różnorodne zanieczyszczenia pochodzące ze źródeł komunalnych, przemysłowych i rolniczych. Związki organiczne i metale śladowe występują w stosunkowo niskich stężeniach; oprócz tych naturalnie obecnych w wodzie, pochodzą one z odpadów przemysłowych i komunalnych oraz spływów z obszarów rolniczych i miejskich. Wysokie stężenia bakterii związanych z odpadami ludzkimi zostały jednak stwierdzone w dolnym biegu niektórych miast i przypisane niewłaściwemu oczyszczaniu ścieków wpływających do rzeki; stwierdzono na przykład, że stężenia w dolnym biegu Nowego Orleanu są wielokrotnie wyższe niż stężenia powyżej miasta. Zanieczyszczenia miały niewielki wpływ na skład populacji bezkręgowców bentosowych, które są wskaźnikiem zmian w jakości wody. Próbki wody pobrane w Nowym Orleanie wykazały stosunkowo wysoką zawartość tlenu rozpuszczonego i niskie biochemiczne zapotrzebowanie na tlen. Tak więc, według tego wskaźnika, zanieczyszczenie rzeki może być uznane za niskie.