Тысячи плотин, построенных вдоль рек и ручьев США за последнее столетие, теперь обеспечивают электричеством дома, хранят воду для сельского хозяйства и поддерживают отдых людей. Но они также оказывают существенное воздействие вниз по течению: они сокращают количество и изменяют время проточной воды, которая необходима рыбе для нереста, кормления и миграции.
Понимая, что многие крупные плотины останутся навсегда, команда Вашингтонского университета исследует новое решение, которое поможет достичь целей по сохранению пресной воды, переосмыслив способы сброса воды плотинами. Есть надежда, что «дизайнерские потоки» вниз по течению от плотин могут быть адаптированы для удовлетворения потребностей людей в воде, одновременно способствуя успеху местных рыб над нежелательными инвазивными видами рыб.
Подход команды описан в статье, опубликованной 18 декабря в Nature Communications.
«Быстро меняющаяся доступность воды требует новых стратегий управления плотинами для доставки воды вниз по течению, которая уравновешивает потребности человека и экосистемы», - сказал старший автор Джулиан Олден, профессор водных и рыбных наук Университета Вашингтона. «Итак, вопрос заключается в том, можно ли проектировать водотоки так, чтобы удовлетворить потребности человека в воде, и использовать преимущества несоответствия между реакцией местных и неместных видов на сток, чтобы обеспечить наибольшую природоохранную выгоду».
Исследователи изучили концепцию проектируемого потока в реке Сан-Хуан, главном притоке реки Колорадо, которая протекает через части Юты, Колорадо, Аризоны и Нью-Мексико. Каждая капля воды имеет значение в этом засушливом ландшафте, и вдоль реки длиной примерно 380 миль невозможно игнорировать могучую 402-футовую плотину Навахо. В реке обитает по крайней мере восемь местных видов рыб, но с течением времени здесь поселился ряд инвазивных видов рыб, в том числе хищный канальный сом, красный фингал и обыкновенный карп.
Объединив данные за несколько десятилетий об эксплуатации плотин, речной гидрологии и изобилии видов рыб в многоцелевую модель, исследователи смогли определить конкретные графики попусков воды, которые принесли пользу местным рыбам по сравнению с инвазивными рыбами. при этом обеспечивая удовлетворение всех бытовых и сельскохозяйственных потребностей, зависящих от воды реки Сан-Хуан.
"Мы также были рады узнать, что наша модель предсказывает, что экологические преимущества дизайнерских попусков не исчезают во время засухи", - сказал Олден.
Этот метод может помочь в управлении водными ресурсами на любой реке с большими плотинами, сказал Олден. Это особенно актуально в более засушливых регионах юго-запада Америки, где вода в дефиците, но крупные реки, такие как Колумбия или Миссисипи, которые также усеяны плотинами, также могут иметь свои плотины, запрограммированные на сброс воды таким образом, чтобы это приносило пользу. как люди, так и пресноводные экосистемы.
Ключ к подходу исследователей состоит в том, чтобы извлечь выгоду из того факта, что инвазивные рыбы имеют только недавнюю историю эволюции в этих речных системах. Следовательно, важные жизненные события инвазивных рыб, такие как нерест и использование среды обитания, демонстрируют несколько иную связь с моделями речного стока по сравнению с местными рыбами. Проектировщики потоков в своем исследовании использовали эти небольшие различия для определения попусков плотин в определенное время года, которые принесли бы пользу местным рыбам и нанесли бы ущерб инвазивным рыбам.
Исследователи объяснили, что эти адаптированные выпуски воды не пытаются имитировать естественный поток реки до того, как она была перекрыта плотиной, а скорее подчеркивают наиболее важные события потока для местной рыбы в измененной речной системе. Согласно их модели, попуски воды в реку Сан-Хуан должны происходить в конце зимы, конце лета и середине осени, чтобы обеспечить наилучшие результаты для местных рыб по сравнению с инвазивными.
Хотя прогнозировалось, что как проектные, так и естественные потоки будут полезны для местных рыб, они обнаружили, что искусственные потоки могут привести к удвоению потерь инвазивных рыб в реке по сравнению со сценарием сброса плотины, который имитирует естественные потоки воды., до существования плотины. Иногда перекрытые плотиной реки сбрасывают потоки воды вниз по течению, пытаясь имитировать естественные речные потоки, но с переменным успехом для рыбы. Это исследование предполагает, что такие усилия могут быть лучше оптимизированы.
Эта работа все еще находится на этапе моделирования, и исследователи хотят посмотреть, как эти методы сброса воды могут потенциально принести пользу другим аспектам речных систем, таких как восстановление прибрежной растительности, благополучие водных насекомых и даже укрепление отдых на реке путем управления попусками воды, чтобы стимулировать образование больших песчаных отмелей. В конечном счете, исследователи надеются протестировать свои расчетные потоки в реальной речной системе в сотрудничестве с операторами плотин, инженерами и водопользователями.
«Давайте будем честными: тщательная настройка работы плотины в течение всего года для реализации расчетного режима стока потребует гигантского скачка веры, но все новое, что мы делаем в управлении водными ресурсами, сопряжено с определенным риском», - сказал Олден. «Если мы не попробуем, мы никогда не узнаем, насколько лучше мы могли бы добиться большего».