Бомба замедленного действия: почему водохранилища США превращаются в ловушки для ила и песка
Ежегодно тонны почвы, ила и горных пород смываются в водохранилища по всей территории Соединенных Штатов. Этот осадок не уходит вместе с водой, а оседает на дне, создавая «бомбу замедленного действия», которая угрожает жизням людей и экономической стабильности. Согласно новому масштабному исследованию, около пятой части всех водохранилищ мира уже подвержены высокому риску заполнения отложениями, а к 2060 году половина из них может стать полностью непригодной для эксплуатации.
Осадок занимает объем, предназначенный для хранения воды, оказывая критическое давление на бетонные конструкции, которые изначально не были рассчитаны на удержание огромных масс песка и ила. Когда резервуар наполняется породой, а не водой, это создает серьезнейшую угрозу водной безопасности населения, живущего ниже по течению. По мере изменения климата, предупреждают ученые, проблема будет лишь усугубляться.
Мы теряем воду быстрее, чем строим
«Из-за накопления наносов мы теряем полезное пространство в хранилищах быстрее, чем получаем его за счет строительства новых плотин», — рассказала Live Science Эми Ист, геолог Геологической службы США (USGS).
Что такое заиливание плотин?
Эта проблема касается не только США. Дожди смывают осадочные породы со склонов в водные артерии. В естественной среде этот материал путешествует по речной системе, формируя русло, создавая среду обитания и укрепляя прибрежные водно-болотные угодья от эрозии. Во многих частях мира такой ил служит жизненно важным природным удобрением для сельхозкультур. Однако после перекрытия реки плотиной этот осадок застревает и накапливается в чаше водохранилища.
Исследование, опубликованное в журнале Science еще в 2023 году, показало, что накопление осадка представляет собой даже большую угрозу для глобального хранения воды, чем засуха.
Тревожная статистика и «горячие точки»
Новое исследование, включившее в анализ данные по небольшим водоемам, рисует более детальную и пугающую картину. В научной работе, опубликованной 5 июня в журнале Nature Sustainability, ученые оценили состояние заиливания на планете, изучив более 550 000 водохранилищ, большинство из которых имели площадь менее 1 квадратного километра. Выяснилось, что почти каждое пятое водохранилище в мире рискует полностью заполниться илом.
Исследователи подсчитали, что заиливание сокращает глобальный объем хранения воды примерно на 7,3% каждое десятилетие. На карте мира выявлено 16 «горячих точек», где угроза максимальна — это ставит под удар водоснабжение более 2 миллиардов человек и затрагивает более четверти орошаемых земель планеты. Одна из таких критических зон — западная часть США.
«Без вмешательства мы прогнозируем, что к 2060 году более половины всех водохранилищ могут стать функционально непригодными, — пишут авторы исследования. — Это касается более половины всех малых водоемов и более трети крупных».
Где ситуация хуже всего в США?
Согласно глобальной переписи, Северная Америка занимает второе место в мире по количеству водохранилищ (после Азии). При этом скорость заиливания здесь достигает 7,8%, что выше среднемирового уровня и уступает только Океании (9,9%) и Южной Америке (8,1%).
В США построено огромное количество именно малых плотин, отмечает Маттиас Кондольф, геоморфолог из Калифорнийского университета в Беркли, не принимавший участия в исследовании. «Всё внимание обычно приковано к гигантским гидроузлам, а о тысячах малых дамб просто забыли», — пояснил он Live Science.
По его словам, с 1940-х по 1970-е годы правительство США активно субсидировало создание «фермерских прудов». К примеру, на западе Оклахомы многие из этих дамб сейчас переполнены илом, а механизма оценки их безопасности попросту не существует. Сегодня они превратились в прямую угрозу. Некоторые из этих сооружений уже прорывало после сильных ливней — состарившиеся конструкции не справлялись с объемом воды. Исследование 2018 года зафиксировало, что с 1980 года в США происходит в среднем 24 прорыва дамб ежегодно.
Наибольшему риску подвержены водоемы на западе страны. Это обусловлено крутым рельефом местности, из-за чего больше осадка естественным образом попадает в водосборы. Там, где сельское хозяйство или лесозаготовки нарушают ландшафт, дожди смывают в чаши еще больше грязи. В Калифорнии, например, более половины малых резервуаров в районах выращивания кукурузы заполняются со скоростью более 10% в год, что угрожает местному сельскому хозяйству.
Лесные пожары и климатическая петля
Угроза усугубляется лесными пожарами, которые становятся все более частыми на западе США. После того как выгорает растительность, дожди смывают мусор и сажу прямо в водоемы. Исследование, проведенное в 2024 году в Калифорнии, показало, что основной объем послепожарной эрозии оседает выше по течению, непосредственно в резервуарах, а не уходит прямиком в океан.
Ситуация гарантированно ухудшится по мере изменения климата. Ученые предупреждают: рост числа экстремальных погодных явлений — засух и пожаров — лишь добавит осадка в и без того забитые системы. Плотины спроектированы выдерживать давление воды, но ил и песок гораздо плотнее и создают повышенную нагрузку на стены. В сейсмически активных районах накопленный осадок вибрирует с иной частотой, чем бетон, что наносит дополнительный структурный урон. И, наконец, сами плотины просто продолжают стареть.
«Что мы будем делать через 50 или 100 лет, когда все эти разбросанные по ландшафту водохранилища, заполненные илом, превратятся в бомбы с часовым механизмом?» — риторически вопрошает Кондольф.
Что с этим делать?
Чтобы водохранилище оставалось функциональным в долгосрочной перспективе, приток и отток наносов должны быть сбалансированы. «Значительная часть предотвращения проблемы — это сохранение почв в верховьях водосбора, — считает Эми Ист. — Необходимо следить, чтобы сельское хозяйство и вырубка леса велись правильно и минимизировали смыв грунта».
Если осадок уже накопился, управлять им сложно и дорого. Некоторые плотины (например, Фолл-Крик в Орегоне) оснащены механизмами для спуска ила. Однако раньше водохранилища проектировали без учета борьбы с осадком и совершенно не думали о том, как выводить объекты из эксплуатации. «Эта проблема словно провалилась в щель между ведомствами», — поясняет Кондольф. Крупные объекты курирует федерация, часть — штаты (так, Калифорния недавно запустила программу модернизации), а малые дамбы часто остаются бесхозными.
Один из вариантов решения — полный демонтаж плотин. Опасения по поводу наносов во многом способствовали решению снести дамбы Элва и Глайнс-Каньон в штате Вашингтон. После этого река Элва вынесла основную массу скопившегося материала к устью. Для малых дамб, заполненных илом, подходит и более простой метод: «Вы просто подрываете плотину и позволяете реке унести наносы вниз по течению», — говорит Кондольф.
Существуют и технологические, но дорогие решения: переоборудование дамб каналами для пропуска ила, строительство обводных тоннелей или механическая дноуглубительная выемка (драгирование). Другой подход — осушение резервуара, чтобы река сама промыла канал в отложениях.
Однако спуск осадка несет свои риски. Без тщательного управления такой сброс может затопить речную систему и нарушить экосистемы ниже по течению. «Экономика долгосрочного управления наносами просто не была заложена в дизайн плотин, спроектированных в прошлом веке, — добавляет Эми Ист. — Это переложило финансовое бремя на будущие поколения».
Реальность такова: водохранилища по всей стране заполняются осадком. Это подрывает способность обеспечивать людей водой и ставит под угрозу жизнь жителей нижнего бьефа. И если не принять срочных мер, проблема станет необратимой катастрофой.
Источники: Исследование в журнале Nature Sustainability (опубликовано 5 июня) о глобальном риске заиливания 550 000 водохранилищ. Раннее исследование 2023 года в журнале Science о накоплении осадка как угрозе номер один для мировых запасов воды. Исследование о прорывах дамб в США (среднее число — 24 в год с 1980 года). Исследование Калифорнийского университета (2024) о послепожарной эрозии почв. Комментарии и данные экспертов: Эми Ист (USGS) и Маттиаса Кондольфа (UC Berkeley), опубликованные в Live Science.
