АНАЛИЗ | исследования показывают, что пятая часть мировых водохранилищ в настоящее время подвергается высокому риску заполнения отложениями, создавая «бомбу замедленного действия», которая угрожает жизни и средствам к существованию.
| Половина плотин в мире могут стать «функционально неработоспособными» к 2060 году из—за затопления наносами, и Запад Америки является главной горячей точкой |
Американский Запад — один из регионов с высоким риском заиливания плотин. (Фото: Стив Проэль, Getty Images)
Автор: Сара Уайлд Редакторы: Ханна Осборн; Джеймс Прайс
Каждый год тонны почвы, ила и камней попадают в водохранилища США и застревают там, превращаясь в «бомбу замедленного действия», которая угрожает жизни людей и их средствам к существованию. Согласно новому исследованию, около пятой части водохранилищ в мире в настоящее время подвержены высокому риску заполнения отложениями, и к 2060 году половина из них может выйти из строя. Осадок занимает место, предназначенное для воды, оказывая дополнительное давление на сооружения, которые не рассчитаны на большое количество песка и ила. По мере того как водохранилище заполняется не водой, а осадком, оно становится серьезной угрозой для водной безопасности и людей, живущих рядом с ним или ниже по течению. Ученые ожидают, что с изменением климата проблема усугубится.
«We are losing storage space in our reservoirs faster from sediment accumulation than we gain space from new dam construction,» Amy East, a geologist at the U.S. Geological Survey, told Live Science.Latest Videos FromLive Science
Что такое осадконакопление в водохранилищах?
Осадконакопление в водохранилищах — проблема не только США. Дождь смывает осадочные породы со склонов в водоемы. В обычных условиях эти отложения перемещаются по речной системе, формируя течение воды, создавая среду обитания и укрепляя прибрежные водно-болотные угодья и устья рек от эрозии. Во многих частях света эти отложения также являются жизненно важным естественным удобрением для сельскохозяйственных культур. Но после строительства плотины эти отложения могут скапливаться в водохранилище.
Исследование 2023 года, опубликованное в журнале Science, показало, что накопление донных отложений представляет наибольшую угрозу для глобального хранения воды в существующих водохранилищах — даже большую, чем засуха. Новое исследование, в котором рассматривались водохранилища меньшего размера, дало более детальную и тревожную картину. В исследовании, опубликованном 5 июня в журнале Nature Sustainability, ученые оценили состояние водохранилищ по всему миру. Они изучили более 550 000 водохранилищ, площадь большинства из которых составляет менее 1 квадратного километра (0,4 квадратных мили). Они обнаружили, что почти каждое пятое водохранилище в мире подвержено высокому риску заполнения осадками. Исследователи обнаружили, что из-за осадконакопления вместимость водохранилищ по всему миру сокращается примерно на 7,3% каждое десятилетие. Существует 16 глобальных очагов, подверженных высокому риску осадконакопления, что угрожает водоснабжению более 2 миллиардов человек и влияет на более чем четверть всех орошаемых земель в мире. Один из таких очагов находится на западе США. Авторы исследования обнаружили, что риск образования отложений особенно высок в регионах с густой сетью небольших водохранилищ, поддерживающих ключевые системы земледелия.
«По нашим прогнозам, без принятия мер к 2060 году более половины всех водохранилищ могут выйти из строя», — пишут авторы. Это касается более половины всех малых водохранилищ и более трети крупных водохранилищ по всему миру.
Где в США это является проблемой?
Согласно глобальному исследованию, Северная Америка занимает второе место по количеству водохранилищ после Азии. А уровень осадконакопления в 7,8% выше среднемирового и ставит Северную Америку на третье место после Океании (9,9%) и Южной Америки (8,1%). В США много небольших плотин, говорит Маттиас Кондольф — геоморфолог из Калифорнийского университета в Беркли, не принимавший участия в исследовании. «Все внимание, как правило, приковано к большим плотинам, а этими многочисленными маленькими плотинами пренебрегают», — сказал он в интервью Live Science.
С 1940-х по 1970-е годы правительство США активно продвигало идею строительства «фермерских прудов», — сказал он. Например, в западной части Оклахомы «все эти плотины сейчас заполняются илом, и нет ничего, что могло бы оценить безопасность этих сооружений, которые теперь представляют угрозу». Некоторые из этих плотин уже разрушились после сильных штормов, поскольку старые плотины не справлялись с объемом воды. Исследование 2018 года показало, что с 1980 года в США в среднем происходит 24 прорыва плотин в год.
Водохранилища в одних регионах подвержены большему риску, чем в других. Западная часть США является естественной горячей точкой, поскольку там более крутой рельеф, а значит, больше осадочных пород естественным образом попадает в водосборные бассейны, говорит Ист, не принимавшая участия в новом исследовании. А в районах, где деятельность человека, такая как сельское хозяйство или лесозаготовки, нарушает ландшафт, осадки, вероятно, затянут в водохранилища еще больше наносов, сказал Ист. «Такие виды землепользования могут создать очаги образования отложений практически в любом месте». В Калифорнии, например, более половины небольших резервуаров в районах выращивания кукурузы заполняются отложениями со скоростью более 10% в год, что угрожает местному производству кукурузы.
Угроза водной безопасности будет особенно острой в регионах, страдающих от лесных пожаров, например на западе США. После пожаров дожди смывают мусор и отложения в водосборные бассейны. Исследование, проведенное в 2024 году в Калифорнии, показало, что большая часть отложений после пожаров вымывается из водосборных бассейнов выше по течению от водохранилищ, а не в местах, где отложения перемещаются вниз по течению прямо в океан.
По словам исследователей, ситуация с отложениями на плотинах, вероятно, будет ухудшаться по мере изменения климата. По мере изменения климата будет учащаться возникновение экстремальных погодных явлений, таких как засухи и лесные пожары, что приведет к увеличению количества наносов в водосборных бассейнах. Плотины рассчитаны на то, чтобы выдерживать давление воды, а не наносов, которые оказывают большее давление на стенки плотин. Более того, в сейсмически активных районах наносы вибрируют с другой частотой, чем бетон плотины, что создает дополнительную нагрузку на конструкцию. Кроме того, плотины просто стареют.
«Что мы будем делать через 50 или 100 лет, когда все эти водохранилища по всему ландшафту будут заполнены отложениями и превратятся в бомбы замедленного действия?» — спросил Кондольф.
Что с этим можно сделать?
Чтобы водохранилище было устойчивым в долгосрочной перспективе, количество поступающих в него и выносимых из него наносов должно быть одинаковым. «Важной частью предотвращения проблем, связанных с осадконакоплением в водохранилищах, является сохранение почв в водосборном бассейне», — говорит Ист. Меры включают в себя обеспечение того, чтобы при использовании земель, например в сельском хозяйстве или лесозаготовках, применялись передовые методы, позволяющие уменьшить количество наносов, смываемых с территорий.
По словам Кондольфа, если отложения уже попали в плотину, справиться с ними будет сложно, а их удаление обойдется дорого. В некоторых плотинах, таких как плотина Фолл-Крик в Орегоне, есть механизмы, позволяющие инженерам сбрасывать отложения. Но в прошлом водохранилища не проектировались с учетом необходимости удаления отложений, и мало кто задумывался о том, как выводить их из эксплуатации. «Это одна из тех проблем, которые не входят в компетенцию ни одного ведомства и ни за что не отвечают», — сказал Кондольф. Некоторые крупные объекты находятся в ведении федерального правительства. Другие плотины — в ведении правительств штатов. Например, в Калифорнии недавно запустили государственную программу по модернизации плотин штата. Но на более мелкие плотины часто не обращают внимания, говорит Кондольф.
Один из вариантов — полностью демонтировать плотины. Например, опасения, связанные с отложениями, повлияли на решение демонтировать плотины Элва и Глайнс-Каньон в Вашингтоне. Река Элва позже вынесла большую часть отложений в устье. По словам Кондольфа, для небольших плотин с относительно небольшим количеством отложений «нужно просто взорвать плотину и дать возможность отложениям стекать вниз по течению». По словам Кондольфа, для небольших плотин с относительно небольшим количеством отложений «нужно просто взорвать плотину и дать возможность отложениям стекать вниз по течению». Есть и другие технологические решения, но они дорогостоящие: например, модернизация плотин для пропуска отложений, создание обходного канала для отвода воды с большим количеством отложений в обход плотины и механическая выемка грунта. По словам Кондольфа, другой вариант — спустить воду из водохранилища и позволить реке прорезать русло в осадочных породах. Однако размывание плотин несет в себе определенные риски. Если не принимать меры, отложения могут заполнить речную систему и нарушить экосистемы ниже по течению.
«В прошлом веке, когда началось строительство многих водных объектов на западе США, при проектировании и планировании плотин не учитывались экономические аспекты долгосрочного управления донными отложениями», — сказал Ист. Это «переложило финансовое бремя на будущие поколения». Но реальность такова, что водохранилища по всей стране заполняются илом. Это снижает их способность накапливать воду и потенциально подвергает опасности сообщества, живущие ниже по течению. И если ничего не предпринимать, проблема будет только усугубляться.