洪水、水资源不足、河流三角洲下沉：水文学家绘制全球河流景观变化图

Josiah02 · 发表于 2024-12-13 22:51:48

马萨诸塞大学阿默斯特分校和辛辛那提大学的研究人员在《科学》杂志上发表的一项研究首次绘制了全球范围内 35 年来河流的变化图。
研究显示，44% 的下游最大河流每年的流经水量减少，而 17% 的上游最小河流每年的流经水量增加。这些变化对洪水、生态系统破坏、水电开发干扰和淡水供应不足都有影响。
论文主要作者、辛辛那提大学助理教授冯东梅解释说，此前对河流随时间变化的量化尝试仅关注特定的出水口河段或河流的后方流域部分。冯东梅曾是 Fluvial@UMass 实验室的研究助理教授，该实验室由论文的共同作者、马萨诸塞大学阿默斯特分校土木与环境工程阿姆斯特朗专业发展教授科林·格里森 (Colin Gleason) 运营。
“但我们知道，河流并不是孤立的，”她说。“所以即使我们对一个地方感兴趣，我们也必须考虑它对上游和下游的影响。我们将河流系统视为一个整体，一个有机连接的系统。这篇论文的要点是：河流对各种因素（气候变化或人类调节）的反应不同，[并且]我们提供了这些反应的更详细细节。”
河流流量，也称为排放量，描述流经河流的水量，以立方米/秒或加仑/天为单位。
目前，流速的测量方法是手动将一种称为声学多普勒流速剖面仪的工具拖过河面，然后将其与另一种自动测量河流深度的方法相结合，计算出随时间变化的流速。由于这种方法只能测量特定地点、特定时间的流速，因此流速数据极其有限。
格里森说：“在全世界数百万英里的河流中，我们知道的河流流量只有 10,000 到 15,000 个无限小的片段，就是这样。”
因此，冯和格里森开发了一种新方法，利用卫星数据和计算机建模来捕捉全球 300 万条河流的流速。“这是 35 年间每条河流、每天、每个地方的流速，”格里森说。
“其中一些河流每年变化 5% 或 10%。变化非常快。我们不知道这些河流的流速是多少，也不知道它们是如何变化的——哪些河流已经不像以前那样了——现在我们知道了。”
下游河流水位大幅下降意味着全球许多河流大部分河段的淡水供应减少，这对饮用水和灌溉产生了重大影响。
“如果社区使用河水进行灌溉和饮用水，这些水量正在下降，那么还有可持续利用吗？”格里森说。“你能发展你的城镇吗？你能发展你的城市吗？你能增加生产面积吗？河流能支持它吗？我们不知道为什么会发生这种情况，但我们知道这可能意味着什么。”
流速下降还意味着河流在河床中移动泥土和小石头的动力减弱。这些沉积物顺流而下形成三角洲，是抵御海平面上升的重要过程，因此这种动力的丧失对三角洲是有害的，尤其是考虑到现代大坝建设限制了可供移动的沉积物量。
较小的上游河流（通常靠近山脉）则呈现出相反的模式：17% 的河流流量增加。（不过，格里森指出，这种情况并不统一，因为有 10% 的河流流量在减少。）这些小河水量的增加可能会对周围的社区产生重大影响。研究人员发现，这些小河的洪水泛滥率增加了 42%。格里森以佛蒙特州最近夏天发生的洪水为例。
冯先生补充道：“洪水对人类来说是灾难性的，但对上游物种来说，洪水可能是一种优势。”洪水为迁徙的鱼类提供了重要的营养物质和迁徙的途径。
“例如，[亚马逊河西部附近的]当地人报告说，该地区的鱼类迁徙有所增加，因为洪水更加频繁，这意味着鱼类迁徙所需的高水流更加频繁。”
上游流量的增加也可能对水电计划造成意想不到的阻碍，特别是像尼泊尔和不丹这样的高山亚洲地区的水电计划。
冯说：“河道流量增加意味着侵蚀力比以前大得多，并将更多的沉积物输送到下游。”这对那些希望开发更多清洁能源的国家来说是一个问题，因为这些沉积物会堵塞水电站。
虽然该论文无法量化确切的因果关系，但研究人员知道这些变化的总体驱动因素主要是气候变化和人类活动。
“上游河流地区的降水量总体上有所增加，”冯说，“而高海拔地区的融雪量通常较冷，可能对气候变化更为敏感，因此这些地区的融雪量一直在增加。”人类活动包括从河流中获取饮用水或农业用水或排放废水。
格里森补充道，这篇论文是迈出的重要一步：“如果你不知道它是什么，你就无法弄清楚它为什么会这样。当然，住在这些河流沿岸的人们知道存在问题，但如果你是一名政策分析师，试图从 100 个候选地点中确定新水电站的最佳位置，那么很难准确地测量 100 条不同的河流。
“[水系统领域的同事说] 你会惊讶地发现，许多地方，尤其是那些资源有限的地方，在几乎没有任何数据的情况下就气候未来、水资源和基础设施项目做出重大决策。我希望每个人都能使用这些数据，理解它们，并做出更明智的决定。”

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