Изменение климата сократило срок службы водохранилищ в высокогорной Азии

Анализ шестидесятилетнего стока 28 бассейнов верховий рек высокогорной Азии позволил гидрологам рассчитать текущий и спрогнозировать дальнейший рост объемов транспортировки речного осадка, вызванный потеплением климата. Исследование опубликовано в Science и прогнозирует далеко идущие последствия для гидроэнергетики, продовольственной и экологической безопасности региона.

Тибетское плато и окружающие его азиатские горные хребты — третий по величине ледяной резервуар на Земле и источник многих крупных рек Азии. Реки, берущие здесь начало, являются важнейшими линиями жизнеобеспечения для трети населения земного шара. Как и полярные регионы, высокогорье Азии теплеет быстрее по сравнению с общими тенденциями глобального потепления. С 1950-х годов среднегодовая температура воздуха здесь повысилась примерно на два градуса — гораздо интенсивнее, чем в среднем по миру. Изменения климата увеличивают объемы речного стока, а следовательно и объёмы наносов, что негативно влияет на гидротехнические сооружения.

Так, например, для верховьев реки Инд в период с 1974 по 2006 год емкость водохранилища Тарбела, крупнейшего гидроэнергетического и ирригационного проекта в Пакистане, уменьшилась более чем на 30 процентов первоначальной емкости — намного быстрее, чем ожидалось. Такие темпы выноса речного осадка в регионе угрожают ожидаемой продолжительности жизни водохранилищ, запасу воды, ирригационной способности, выработке гидроэнергии, а также увеличивают риски наводнений в пределах высокогорной Азии и ниже по течению рек.

Группа авторов из Великобритании, Германии, Китая, Сингапура и США под руководством Дунфэн Ли (Dongfeng Li) из Сингапурского национального университета собрала и проанализировала данные о климате, стоке и осадках рек за последние шесть десятилетий, а также дала количественный прогноз увеличения стока речного осадка к 2050 году.

Чтобы оценить геоморфологические последствия изменения климата для региона высокогорной Азии, авторы проанализировали чувствительность потоков осадков к повышению температуры и атмосферных осадков, используя модель климатической эластичности. Модель основана на последних шестидесятилетних наблюдениях за климатом, стоком и потоком речных осадков, а также концептуальную основу образования стока и речных наносов в холодных средах. Чтобы отделить воздействие изменения климата на речные осадки от антропогенных воздействий, авторы выбрали 28 природных нетронутых человеком бассейнов в верховьях рек.

Анализ показал значительный рост стока и речного осадка в ответ на усиленное потепление климата. При этом вынос речных осадков растет быстрее, чем сток. В среднем увеличение климатических осадков на 10 процентов приводит к увеличению потока речных осадков на 24 ± 5 процента, а повышение температуры воздуха на 1 градус Цельсия приводит к увеличению потока речных осадков на 32 ± 10 процента.

Ученые связывают динамику с быстро отступающими ледниками, несмотря на то, что их пространственная протяженность относительно невелика. Ранее замерзшие ландшафты легче подвержены эрозии и увеличивают поток воды и осадков. Кроме того, регион имеет более высокий градиент мягких литологий по сравнению с арктическими средами и их твердыми кратонными литологиями.

В работе авторы также спрогнозировали увеличение потока наносов в регионе к середине XXI века в ответ на будущие сценарии изменения климата. Используя подход, основанный на средневзвешенной площади, и наблюдения за удельным выходом осадков со 122 станций, современный поток речных осадков высокогорной Азии оценивается в 1,94 ± 0,80 метрических гигатонн в год.

Для сценария экстремального изменения климата, то есть повышения температуры на 3 градуса и увеличения осадков на 30 процентов, к 2050 году по сравнению с периодом 1995–2015 годов поток речных осадков региона увеличится с нынешних 1,94 ± 0,80 гигатонн в год до 5,18 ± 1,64 гигатонн в год — более чем в два раза.

Увеличение объема осадка может серьезно уменьшить емкости водохранилищ и быстрее, чем ожидалось, вывести из строя силовые турбины. Авторы прогнозируют, что с 2020 по 2050 год в существующих и планируемых водохранилищах, расположенных в верховьях реки Янцзы, вероятно, будет отложено в общей сложности около 2000 метрических мегатонн осадков, что эквивалентно сокращению емкости хранилища примерно на 1,5 × 10⁹ кубических метра — в два раза больше проектной емкости водохранилища Лиюань ниже по течению.

Твердые минералы, такие как кварц и полевой шпат, из которых преимущественно состоят речные отложения региона, вызывают истирание и повреждение компонентов турбин. Так, в реке Сатледж бассейна верхнего Инда турбины гидроэлектростанции Натпха Джакри были заменены менее чем через год от старта эксплуатации из-за серьезной проблемы с истиранием.

Из-за высокой удельной поверхности и связанной с этим реакционной способности мелкодисперсный взвешенный речной осадок является важным переносчиком фосфора и большинства тяжелых металлов, например, хрома, мышьяка, свинца и ртути. Особое внимание авторы обращают на ключевое значение взвешенных речных наносов на перенос органического углерода. Количественная оценка этого процесса важна при оценке возможной обратной связи между потеплением климата, деградацией мерзлоты и круговоротом углерода.

Ранее мы 

, что при текущих тенденциях климатических изменений менее чем через 20 лет ожидается планетарное потепление на 1,5 градуса Цельсия. Поэтому исследование объёма стоков и наносов даёт возможность точнее проектировать строящиеся водохранилища и прогнозировать срок работы существующих.

Марина Ключникова