气候变化影响大湖区的饮用水水质

气候变化影响大湖区的饮用水水质 4年2009月XNUMX日,伊利湖中有害的藻类大量繁殖。 NOAA / Flickr

任何人都不希望听到关于他们城市的自来水的“不喝酒/不煮沸”的声音。 但是,气候变化和水质下降的综合影响可能使整个大湖地区的警告更加频繁。

预览发生在31年2014月XNUMX日,当时有一个令人讨厌的绿色泥(通常称为有害藻华或HAB)出现在 伊利湖西部盆地。 不久之后,它淹没了托莱多取水小床,为该市及周边地区的近500,000万人提供了饮用水。

测试表明藻类产生微囊藻毒素,有时是致命的肝毒素和可疑的致癌物。 与其他毒素不同,微囊藻毒素不能通过煮沸而变得无害。 因此,该市发布了“请勿饮酒/请勿煮沸”命令, 引发了为期三天的危机.

气候变化影响大湖区的饮用水水质 2.5年3月2014日,离海约XNUMX英里的伊利湖被藻类包围的托莱多市取水婴儿床,XNUMX年XNUMX月XNUMX日。 美联社照片/ Haraz N.Ghanbari

当地商店很快用完了瓶装水。 俄亥俄州的州长宣布进入紧急状态,国民警卫队被要求提供安全的饮用水,直到可以冲洗该系统并使处理设施恢复在线为止。

罪魁祸首是污水,农业和郊区径流以及与气候变化有关的高水温等高养分污染-氮和磷,刺激藻类的生长。 该事件表明,即使在资源丰富的大湖地区中,供水也容易受到这类人为威胁的影响。

作为中西部人在 城市环境卫生气候与环境科学,我们认为,如果该地区不解决对饮用水质量的迫在眉睫的威胁,那么像托莱多这样的更多危机可能还会到来。

巨大而被滥用

五大湖合起来拥有全球20%的地表淡水-足以提供饮用水 超过48万人 从德卢斯到芝加哥,底特律,克利夫兰和多伦多。 但是人类的影响已严重损害了这一宝贵而至关重要的资源。

1970年,在大湖地区经过一个世纪的城市化和工业化之后,水质严重恶化。 工厂被允许将废物倾倒在水道中,而不是对其进行处理。 下水道系统不足通常会将未处理的污水排入河流和湖泊,使水结垢并导致藻类大量繁殖。

诸如此类的问题推动了1972年的两个主要步骤:美国通过。 清洁水法案,并采用 大湖水质协议 在美国和加拿大之间。 从那时起,许多行业被清理或关闭。 下水道系统正在重新设计,尽管速度很慢而且成本很高。

随之而来的养分和废水污染的削减使HAB迅速下降,尤其是在伊利湖(Erie湖),即海岸线人口最密集的大湖。 但是出现了新的问题,部分是由于这些法律和协定的缺陷,再加上气候变化的日益严重的影响。

五大湖的饮用水需求量很大。

温暖湿润

气候变化是 深刻改变许多因素 影响大湖地区的生活。 最近的气候变化最直接的影响是对降水,湖泊水位和水温的影响。

该地区的年降水量增加了约 过去一个世纪5英寸。 仅过去五年的变化– 有史以来最热的五年 –特别引人注目,一系列极端降雨事件带来了极高的 水位快速变化 到五大湖。

2019年创纪录的高降水量导致了许多沿海社区的洪水,财产损失和海滨损失。 预计2020年的降雨量将同样高,甚至更高。 其中一些是由于自然可变性引起的,但肯定有一些是由于气候变化引起的。

气候变化的另一个明显影响是所有五个大湖的总体变暖,尤其是在春季。 温度的升高是适度的,并且逐年不同,但总体上与 整个地区变暖的记录.

污染更严重的径流

其中一些与气候有关的变化已经汇聚到更直接的人类影响上,从而影响了五大湖的水质。

早在1970年代采取的清理措施对诸如废水和工厂之类的大量养分污染源施加了严格的限制。 但是较小的“非点源”资源,例如从农田和郊区草坪上冲走的肥料和其他营养物,则通过较弱的自愿控制得到了解决。 从那时起,这些已成为主要的污染源。

自1990年代中期以来,气候驱动的降水增加使越来越多的养分径流流入伊利湖。 这种上升的负载已经触发 日益严重的藻华在某些方面可与1970年代的事件相提并论。 托莱多2014年的危机并非异常。

这些花朵会使湖水的气味和味道变差,有时甚至使它变味。 喝危险。 它们还对湖泊的生态系统产生长期影响。 它们消耗氧气,杀死鱼类并刺激化学过程,从而使伊利湖的水成为 更大的未来绽放。 低氧水更具腐蚀性,会损坏水管,造成不良味道或恶臭,并有助于释放可能还会造成健康问题的微量金属。

因此,尽管取得了半个世纪的进步,但大湖区的水质在许多方面都回到了1970年的水平,但又受到了气候变化的影响。

气候变化影响大湖区的饮用水水质 该图显示了2018年圣克莱尔湖和伊利湖西部的总磷(TP)支流装载量,以公吨每年(MTA)为单位。 农业地区的径流是养分含量的主要来源,商业化肥施用量约占70%,动物粪便占30%。 联合会

过滤径流

该地区如何改变路线并增强大湖沿岸社区的适应能力? 感谢最近的大量研究,包括对 印第安纳州未来的气候变化,它是该地区大部分地区的代理,我们对未来的前景有很好的了解。

就像人们可能猜测的那样,变暖将会持续。 预计到本世纪中叶,夏季的水温将再升高约5华氏度, 即使国家大幅减少温室气体排放。 这将导致水质进一步下降,并对沿海生态系统产生负面影响。

该分析还预测极端降雨和径流将增加, 特别是在冬天 和春天。 即使周围的州使这些营养素的实际数量保持稳定,这些变化也可能使更多的营养素径流,沉积物污染物和污水溢出到沿海地区。 更多的污染物,再加上更高的温度,会触发藻华,威胁水的供应。

但是最近的成功故事指出了至少在地方和地区层面解决这些问题的策略。

当前正在进行许多大型基础设施项目,以改善雨水管理和市政下水道系统,以便它们可以在将污水和相关养分输送到大湖之前捕获和处理。 这些举措将有助于控制洪水并增加“灰水”或来自浴室水槽,洗衣机,浴缸和淋浴的废水,用于美化环境。

城市正在将这种“灰色基础设施”与绿色基础设施项目相结合,例如 绿色屋顶, 渗透花园开垦的湿地。 这些系统可以过滤水以帮助去除多余的营养。 它们还将在极端降水事件期间减缓径流,从而为天然水库蓄水。

市政水管理人员还使用智能技术和改进的遥感方法为HAB创建近实时预警系统,这可能有助于避免危机。 像这样的团体 克利夫兰水联盟由行业,政府和学术合作伙伴组成的协会,正在努力实施 智能湖技术 在伊利湖和全球其他淡水环境中。 最后,包括 俄亥俄州印地安那 正在努力削减所有来源向五大湖的总养分投入,并使用先进的模型来 查明这些来源.

这些发展共同可以帮助 减少HAB的大小,甚至可能达到营养流失减少约50%的程度,这是政府研究表明需要将其恢复到正常状态 1990年代中期的最低范围.

要遏制全球温室气体的排放,要使高度依赖大湖区的社区保持宜居状态,就需要采取所有这些行动,甚至还需要采取更多行动。

关于作者

Gabriel Filippelli,地球科学教授,城市卫生中心主任, IUPUI 约瑟夫·奥尔蒂斯(Joseph D. Ortiz),地质学教授兼助理教授, 肯特州立大学

本文重新发表 谈话 根据知识共享许可。 阅读 原创文章.

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