Как можем да възстановим водния баланс и да противодействаме на изменението на климата чрез иновативни и устойчиви практики?

Големите реки по света преживяват драстични изменения на оттока, което намалява естествената им способност да се приспособяват и абсорбират смущения. Предвид очакваните промени в глобалния климат и нуждите от вода, както и интензивната антропогенна намеса като изграждане на „сива инфраструктура“ – канали, диги, ВЕЦ-ове, бетониране и неправомерно управление на водните и горски ресурси, това може да създаде сериозни проблеми, включително да доведе до загуба на местно биоразнообразие и рискове за екосистемите и за хората от по-чести и интензивни наводнения или недостиг на вода.

През 21-ви век човечеството ще се изправи пред сериозен недостиг на вода, въпреки че големи количества от ценния ресурс ще продължат да изтичат ежегодно в морето от региони с липса на вода. Предизвикателството е, че спорадичното, пространствено и времево разпределение на валежите рядко съвпада с търсенето. Единственият начин водоснабдяването да отговаря на търсенето е чрез правилно и природосъобразно съхранение на водата.

Водният стрес по света

През лятото на 2022 г. Китай изживява най-тежката си гореща вълна от шест десетилетия насам. Засегнати са хранителната индустрия, електроснабдяването и транспортът в огромна част от страната. Басейнът на река Яндзъ, който се простира от крайбрежния град Шанхай до провинция Съчуан в югозападната част на Китай и включва най-дългата река в Азия, се счита за най-засегнатата зона със стотици милиони хора. Провинция Съчуан обикновено генерира почти 30% от водноелектрическата енергия на страната. Горещата вълна през 2022 г. обаче довежда до исторически ниски водни нива и в следствие на това огромен спад в производството на електроенергия. Като резултат автомобилните заводи и фабриките за електроника в югозападен Китай са затворени поради липса на ток. Нивата на реките там са толкова ниски, че корабите вече не могат да пренасят провизии. Намаленото електричество от водноелектрическите централи принуждава Китай да се върне към изгарянето на въглища, което допринася значително за замърсяването на въздуха и емисиите на парникови газове.

Фигура 1: Провинция Съчуан – най-големият производител на електроенергия от ВЕЦ в Китай. В жълто са показани провинции, които получават електроенергия от Съчуан. Долу в ляво – стандартна дневна мощност в Съчуан от 900 млн. квч, за сравнение – август 2022 г.: само 440 млн. квч. Източник.

През юни 2022 г. Северна Италия също е изправена пред най-тежката си суша от 70 години насам. Пет области претърпяват необичайно ранна гореща вълна и липса на валежи, по-специално долината на река По, която играе ролята на своеобразна призма, през която може да се види извънредната екологична ситуация в страната. Реката обикновено е пълноводна през юни поради топенето на снеговете, но Италианското дружество по геология регистрира само 1/3 от средния снеговалеж през изминалата зима на 2021 г. (2,5 метра вместо 7,5 метра). На връх Гран Парадизо (в Пиемонт/Аоста) е регистриран снеговалеж от само 127 см през зимата, в сравнение със средното за века от 331 см. Отчупване на части и отломки от глетчера Мармолада вследствие на топенето на ледовете и високите температури причинява смъртта на 7 души.

Река По е и най-големият воден резервоар на полуострова, голяма част от който се използва от фермери за напоителни цели. За да се справят с водната криза, няколко италиански общини обявяват ограничения. Верона, град с четвърт милион души, решава да ограничи използването на питейна вода, докато Милано обявява затварянето на своите декоративни фонтани. Друга последица от сушата е, че производството на водноелектрическа енергия е спаднало рязко. Водноелектрическите централи, разположени предимно в планинската северна Италия, представляват близо 20% от националното производство на енергия.

Фигура 2: Сателитна снимка на река Рейн в Германия през август 2021 (вляво) и през август 2022 (дясно) след рекордни суши. Източник: https://www.planet.com

Друг пример за воден стрес по света е Калифорния, САЩ. Специалисти по енергетика изчисляват, че 19% от електрическата енергия (и други форми на енергия) отиват за водни нужди в щата. Тоест, почти 1/5 от цялата електроенергия, произведена в щата – както и огромните количества природен газ и дизелово гориво, консумирани там – отиват за употреби, свързана с водата. Такива употреби са преместване (по Калифорнийския акведукт, който транспортира вода от Северна Калифорния в Южна Калифорния), третиране, пречистване и използване на водата.

Също в Калифорния – между 1 и 4% от БВП е делът на селското стопанство, но то е отговорно за 80% от употребата на вода в щата. Това, разбира се, не означава, че земеделието трябва да бъде прекратено изцяло, но са необходими големи промени в начина на напояване и използване на водата, а някои земи трябва да бъдат оставени под угар, за да си “починат” от интензивното земеползване. Според друга стратегия би трябвало да се отглежда храна само за регионалния пазар и следователно да се произвежда по-малко като цяло. Това предполага и смяна на културите – например вече се наблюдава отдръпване от люцерната, защото е много водоемка култура.

Освен Калифорния, има и много други места по света като Саудитска Арабия, които искат да бъдат независими по отношение на хранителната сигурност и производство. Така те засаждат култури в пустинята и изчерпват подземни си водни ресурси. Като резултат в момента изкупуват земи в Аризона, за да отглеждат люцерна за фураж за говеда, които отглеждат в Саудитска Арабия. Един сценарий, който противоречи на устойчивото използване на природните ресурси.

Подхранването на подземните води е важна практика за устойчиво управление на водите

Презареждането на подпочвените води се случва, когато водата се просмуква в земята, за да попълни подземните водоносни хоризонти. Въпреки че известно презареждане се случва по естествен път – вода, вливаща се в земята от реки, необработени канали или от напояване – изкуственото презареждане (планирано презареждане), може да възстанови нивата на подпочвените води и да съхрани водата, за да се отговори на търсенето във времена на недостиг.

В крайбрежните райони изкуственото презареждане може да се използва и за контролиране на проникването на морска вода в крайбрежните сладководни водоносни хоризонти, както и за контрол на слягането на земята, причинено от спадащите нива на подпочвените води.

Презареждането може също да помогне за предотвратяване на ефекта от изпомпване на подземните води, като например при пресъхнали кладенци.

Какви методи и източници се използват?

- Пълнене на специални резервоари или езера за презареждане,

- насочване на вода към канали и речни корита,

- инжектиране на вода през кладенци,

- прилагане на допълнителна вода за напояване в обработваеми земи или чрез разпръскване на вода върху угарени полета и природни ландшафти.

Източниците на снабдяване включват пречистени битови отпадъчни води, дъждовни води и обратен поток за напояване. Всеки един тип източник бива подложен на някакъв вид предварителна обработка, преди да бъде въведен в почвата или водоносния хоризонт.

По нашите географски ширини

България е една от най-засегнатите от воден стрес държави в ЕС, а повечето големи български реки изтичат извън пределите на територията ни. Проблемите с водоснабдяването у нас се задълбочават все повече с времето. В страната има 315 000 души, които живеят при режим на водата в Перник, Ловеч, Тетевен, Плевен, Добрич, Котел, Омуртаг и др.

България е втора в Европа след Исландия по брой минерални извори на територията си, но много от тях не се експлоатират правилно и на практика не играят никаква роля във водния баланс на страната.

Ситуацията не би била толкова тревожна, ако степента на изтичане на вода от тръбопроводите не беше толкова висока – 500 милиона м³ годишно, или 56% от жизненоважния природен ресурс, според данни на Националния статистически институт. И вместо да намаляват, загубите на вода се увеличават всяка година. За сравнение, в Европа 20% се считат за приемливо ниво на загубите на вода от тръбопроводите.

Със задълбочаването на климатичната криза засушаванията ще са все по-често срещано и продължително явление, а произведената електроенергия от ВЕЦ все по-малко. Това означава на практика, че водноелектрическите централи няма да допринесат за разрешаване на проблема с енергийната ни независимост.

У нас, поради лоши/корупционни практики по почистване на речните корита, заедно с недостига на вода се наблюдават и множество екологични и инфраструктурни проблеми. В някои реки като Марица например се изгребват дънни субстрати незаконно, които по принцип защитават реката от дънна ерозия. Поради това реката се вкопава на по-голяма дълбочина, което води със себе си пресъхване на кладенци и осоляване на почвата. Тази речна баластра е крайно неподходяща за влагане като строителен материал за магистрали и друга инфраструктура, но тази практика продължава да съществува и до ден днешен. В същото време се появява необходимостта от изграждане на нови мостови съоръжения, защото съществуващите са с подкопани основи.

Наводненията и бедствията у нас също са все по-често срещани, а интензитетът им нараства.

Заради повсеместните проливни дъждове в началото на месец юни (2022 г.) река Ботуня във Вършец излиза от коритото си и оставя 30 къщи с блокиран достъп, както и вилната зона, която се намира в близост. Пострадали са мостове, отнесени са автомобили, липсват алеи, разрушена е градска инфраструктура, прекъснато е водо- и електроснабдяването, а щетите надхвърлят годишния бюджет на курортното градче. Обявено е частично бедствено положение. Проходът Петрохан, където водата изравя асфалта след 120 л/м², също е пострадал.

Преди няколко години пък медиите алармираха за тонове тиня, които са задръстили поречието на река Ботуня край едноименното врачанско село и са убили всичката риба. Според местните хора причината са ВЕЦ-овете в горното течение, които залпово са изпуснали наносите от тиня. Реката е и единственият източник за водопой на животните, а нейното замърсяване е предпоставка за екологична катастрофа.

Друг пример за бетониране и обезлесяване на речна система е река Перловска в София, чиито самопречистващи функции на здрава екосистема са драстично нарушени. Тя e чeтвъpтият пo гoлeминa пpитoĸ нa peĸa Иcĸъp и e eднa oт дългитe мaлoвoдни peĸи, ĸoитo пpecичaт Coфия. Дължината ѝ е 31 км. Извиpa над вилната зона на Драгалевци, а днес e извecтнa нa пoвeчeтo coфиянци ĸaтo… “Kaнaлa”.

Иновативни решения за възстановяване на водния баланс, производство на хидроенергия и децентрализация

Много градове по света са изправени пред проблеми като опустошителни наводнения, и в същото време на дълги периоди на безводие и воден стрес. Наводненията са отчасти резултат от по-силни бури, причинени от изменението на климата, но и от интензивната урбанизация през последните 30 г. Опитът да се контролира водата със “сива” инфраструктура – бетонни язовири, диги, резервоари за дъждовна вода и коригирани реки, в чиито заливни низини са разположени множество жилищни сгради и други постройки, е меко казано неуспешен. Експертите са на мнение, че чрез прекъсване на естествения воден цикъл, както и чрез повсеместната сеч и обезлесяване, общините допринасят за тежките наводнения, причинявайки бедствия от Хюстън до Ченай, Индия.

Поради тази причина се заражда едно глобално движение на градостроители, експерти по водите, еколози и инженери, които се опитват да възстановят естествените водни цикли. Тяхната дейност е наречена „un-engineering” – завръщане към естествените процеси, които включват например предоставяне на достатъчно пространство на реките за разширяване и свиване, за да се противодейства на скоростта на водата и наводненията. Чрез тези методики се запазват или възстановяват заливни низини и влажни зони, разкриват се подземни потоци и се създават bioswales – естествени системи за инфилтрация и дренаж. В тези системи валежите не се вливат в канализацията, а вместо това се инфилтрират в земята. За разлика от традиционната, „зелената“ инфраструктура може да пречисти водата и да създаде местообитание за дивата флора и фауна, давайки на градските жители достъп до природата.

Една алтернатива на традиционното преграждане на реките, която набира популярност, е турбинната технология на входящия поток Smart Hydro Power (известна също като „zero head“). Тези турбини са подходящи за реки със скорост на потока над 1 м/секунда и могат да произвеждат постоянна електрическа мощност с помощта на кинетичната енергия на течащите води. Такива турбини могат да бъдат с ниска поддръжка, да са от полза за рибите и да обслужват енергийните нужди на местните общности по по-щадящ начин. Те се считат за екологично решение, защото течението на реката остава в естественото си състояние и не са необходими големи инвестиции в инфраструктура. Тъй като количеството кинетична енергия (скорост) варира от река до река, по-голямо количество енергия се генерира с по-висока скорост на водния поток.

Редица по-малки компании тестват прототипи и работят за комерсиализацията им. Smart HydroPower вече са продали около 40 турбини по целия свят.

Изграждане на синьо-зелена инфраструктура

Повече от половината световно население живее в градовете, като се очаква тази тенденция да се запази и задълбочи до 2050 г. (Фиг. 6). Градовете са големи потребители на вода, ресурси и храна и произвеждат огромни количества отпадъци, замърсители на въздуха и CO₂. За щастие обаче, там възникват и много технологични решения за справяне с изброените проблеми.

В рамките на кръговата икономика синьо-зелената (вода и растителност) инфраструктура се счита за един от най-важните елементи за устойчиво развитие в градовете.

Фигура 6: Разпределение на световното население от 1950 до 2050 г.: червена крива: градско население, синя крива – селско население, зелени маркери – общо население. Източник: © UN, Population Division of the Department of Economic and Social Affairs

Много градове по света (като Сингапур, Лондон, Берлин, Амстердам, Неймеген и Ротердам) работят активно за увеличаване на присъствието на природата в своите граници и за опазване и устойчиво използване на съществуващата растителност и водни ресурси.

Синьо-зелената инфраструктура може да изпълнява различни функции: съхранение и обработка на вода, като своеобразни градски бели дробове, централно охлаждане, производство на биомаса, производство на храна, отдих и привлекателен и безопасен маршрут за велосипедисти и пешеходци. Градските отпадъчни води – като част от сивата инфраструктура – може също да допринасят за производството на енергия, топлина и ресурси.

В зависимост от това как е структурирана растителността, зелените повърхности могат да абсорбират интензивните валежи, играейки ролята на “гъба”. Същото важи и за водните повърхности, които са проектирани по такъв начин, че да могат да буферират водата, като позволяват на нивото ѝ да се променя.

Има много възможности за устойчиви локални практики, които вземат под внимание променящия се климат. Отправната точка тук е локалното задържане на дъждовната вода. Това може да стане с по-малко асфалтирани повърхности, инсталиране на зелени покриви и инфилтрация на водата. В момента домакинствата използват питейна вода за къпане, миене, почистване, поливане на градината и приготвяне на храна. В идеалния случай “сивата” вода от душа и пералнята и мръсната вода от тоалетната могат да бъдат обработени чрез специален филтър и да бъдат подходящи за повторна употреба. Чистата дъждовна вода от покривите често се озовава в канализационната система. Като цяло дъждовната вода може да се използва отново, без да се обработва, за пералната машина, градината или за хигиенни нужди в тоалетната.

Тъй като градините продължават да стават все по-компактни и бетонирани, все повече дъждовна вода попада в канализационната система. Циментираните и павирани повърхности са пагубни за почвеното плодородие и биоразнообразие, за нивото на водата; те ускоряват изтичането на водата и засилват натоварването на канализационната система, като същевременно увеличават топлинния стрес. Ако градините не са циментирани, дъждовната вода може да се оттича свободно в земята. В допълнение към задържането на дъждовна вода, неасфалтираните градини също поддържат околната среда по-хладна чрез изпарение.

Значението на влажните зони за контролиране на наводненията

В Северна Америка канадските прерии стават все по-податливи на екстремни метеорологични явления като наводнения и суши, поради непрекъснато засилващите се ефекти от изменението на климата. Наводнението от 2011 г., което удря югозападна Манитоба, е един скорошен пример за това.

Влажните зони естествено защитават близките райони от наводнения, тъй като абсорбират значително количество вода и временно я съхраняват. Следователно те също са ценни източници на вода по време на периоди на суша. Този естествен процес може да бъде насърчен, като влажните зони се укрепят със специални конструкции, които ги преграждат, позволявайки задържането на повече вода по време на наводнение и освобождаването ѝ по време на по-сухи периоди. Големият обем вода, който се събира във влажните зони по време на наводнения, също така насърчава растежа на растенията, което води до увеличение на биомасата. Тази биомаса може да се използва като източник на възобновяема енергия под формата на пелети , произведени локално. Университетът на Ватерло (Центърът Intact за климатична адаптация) изчислява, че запазването на влажните зони непокътнати може да намали финансовите разходи причинени от наводнения с до 38%.

Изменението на климата увеличава несигурността относно това къде, кога и за колко време ще се появят наводнения, засушавания и други климатични кризи и каква ще е тяхната интензивност. В комбинация с други процеси, движени от човека, като урбанизация и обезлесяване, начините, по които климатът влияе на нашите социално-икономически и екологични системи, се променят. Необходими са усилия за разработване на нови подходи, които намаляват уязвимостта към тези променящи се климатични рискове, вземайки под внимание икономически, демографски, политически и екологични фактори.

Автор: Радина Калдамукова / Климатека

Радина Калдамукова е част от авторския екип на Климатека, тя е магистър по геоекология от университета в град Тюбинген, Германия. Участник в програмата за експерти в областта на климатичните промени „Pioneers into practice“, организирана от най-голямото публично-частно партньорство в Европа в сферата на климата – Climate-KIC. Има интереси в областта на агроекологията и иновациите в земеделието, аквапониката, устойчивото използване на природните ресурси, почвознанието, палеоклиматологията и запазването на видовото разнообразие. Ентусиаст-градинар и привърженик на биоземеделието.

В публикацията са използвани материали от: