氣候變化影響大湖區的飲用水水質

氣候變化影響大湖區的飲用水水質 4年2009月XNUMX日,伊利湖中有害的藻類大量繁殖。 NOAA / Flickr

任何人都不希望聽到關於他們城市的自來水的“不喝酒/不煮沸”的聲音。 但是,氣候變化和水質下降的綜合影響可能使整個大湖地區的警告更加頻繁。

預覽發生在31年2014月XNUMX日,當時有一個令人討厭的綠色泥(通常稱為有害藻華或HAB)出現在 伊利湖西部盆地。 不久之後,它淹沒了托萊多取水小床,為該市及周邊地區的近500,000萬人提供了飲用水。

測試表明藻類產生微囊藻毒素,有時是致命的肝毒素和可疑的致癌物。 與其他毒素不同,微囊藻毒素不能通過煮沸而變得無害。 因此,該市發布了“請勿飲酒/請勿煮沸”命令, 引發了為期三天的危機.

氣候變化影響大湖區的飲用水水質 2.5年3月2014日,離海約XNUMX英里的伊利湖被藻類包圍的托萊多市取水嬰兒床,XNUMX年XNUMX月XNUMX日。 美聯社照片/ Haraz N.Ghanbari

當地商店很快用完了瓶裝水。 俄亥俄州州長宣布進入緊急狀態,國民警衛隊被要求提供安全的飲用水,直到可以沖洗該系統並使處理設施恢復在線為止。

罪魁禍首是污水,農業和郊區徑流以及與氣候變化有關的高水溫等高養分污染-氮和磷,刺激藻類的生長。 該事件表明,即使在資源豐富的大湖地區中,供水也容易受到這類人為威脅的影響。

作為中西部人在 城市環境衛生氣候與環境科學,我們認為,如果該地區不解決對飲用水質量的迫在眉睫的威脅,那麼像托萊多這樣的更多危機可能還會到來。

巨大而被濫用

五大湖合起來擁有全球20%的地表淡水-足以提供飲用水 超過48萬人 從德盧斯到芝加哥,底特律,克利夫蘭和多倫多。 但是人類的影響已嚴重損害了這一寶貴而至關重要的資源。

1970年,在大湖地區經過一個世紀的城市化和工業化之後,水質嚴重惡化。 工廠被允許將廢物傾倒在水道中,而不是對其進行處理。 下水道系統不足通常會將未處理的污水排入河流和湖泊,使水結垢並導致藻類大量繁殖。

諸如此類的問題推動了1972年的兩個主要步驟:美國通過。 清潔水法案,並採用 大湖水質協議 在美國和加拿大之間。 從那時起,許多行業被清理或關閉。 下水道系統正在重新設計,儘管速度很慢而且成本很高。

隨之而來的養分和廢水污染的削減使HAB迅速下降,尤其是在伊利湖(Erie湖),即海岸線人口最密集的大湖。 但是出現了新的問題,部分是由於這些法律和協定的缺陷,再加上氣候變化的日益嚴重的影響。

五大湖的飲用水需求量很大。

溫暖濕潤

氣候變化是 深刻改變許多因素 影響大湖地區的生活。 最近的氣候變化最直接的影響是對降水,湖泊水位和水溫的影響。

該地區的年降水量增加了約 過去一個世紀5英寸。 僅過去五年的變化– 有史以來最熱的五年 –特別引人注目,一系列極端降雨事件帶來了極高的 水位快速變化 到五大湖。

2019年創紀錄的高降水量導致了許多沿海社區的洪水,財產損失和海濱損失。 預計2020年的降雨量將同樣高,甚至更高。 其中一些是由於自然可變性引起的,但肯定有一些是由於氣候變化引起的。

氣候變化的另一個明顯影響是所有五個大湖的總體變暖,尤其是在春季。 溫度的升高是適度的,並且逐年不同,但總體上與 整個地區變暖的記錄.

污染更嚴重的徑流

其中一些與氣候有關的變化已經匯聚到更直接的人類影響上,從而影響了五大湖的水質。

早在1970年代採取的清理措施對諸如廢水和工廠之類的大量養分污染源施加了嚴格的限制。 但是較小的“非點源”資源,例如從農田和郊區草坪上沖走的肥料和其他營養物,則通過較弱的自願控制得到了解決。 從那時起,這些已成為主要的污染源。

自1990年代中期以來,氣候驅動的降水增加使越來越多的養分徑流流入伊利湖。 這種上升的負載已經觸發 日益嚴重的藻華在某些方面可與1970年代的事件相提並論。 托萊多2014年的危機並非異常。

這些花朵會使湖水的氣味和味道變差,有時甚至使它變味。 喝危險。 它們還對湖泊的生態系統產生長期影響。 它們消耗氧氣,殺死魚類並刺激化學過程,從而使伊利湖的水成為 更大的未來綻放。 低氧水更具腐蝕性,會損壞水管,引起不良味道或惡臭,並有助於釋放可能還會造成健康問題的微量金屬。

因此,儘管取得了半個世紀的進步,但大湖區的水質在許多方面都回到了1970年的水平,但又受到了氣候迅速變化的影響。

氣候變化影響大湖區的飲用水水質 該圖顯示了2018年聖克萊爾湖和伊利湖西部的總磷(TP)支流裝載量,以每年公噸(MTA)為單位。 農業地區的徑流是養分含量的主要來源,商業化肥施用量約佔70%,動物糞便佔30%。 聯合會

過濾徑流

該地區如何改變路線並增強大湖沿岸社區的適應能力? 感謝最近的大量研究,包括對 印第安納州未來的氣候變化,它是該地區大部分地區的代理,我們對未來的前景有很好的了解。

就像人們可能猜測的那樣,變暖將會持續。 預計到本世紀中葉,夏季的水溫將再升高約5華氏度, 即使國家大幅減少溫室氣體排放。 這將導致水質進一步下降,並對沿海生態系統產生負面影響。

該分析還預測極端降雨和徑流將增加, 特別是在冬天 和春天。 即使周圍的州保持這些營養素的實際數量穩定,這些變化也可能使更多的營養素徑流,沉積物污染物和污水溢出到沿海地區。 更多的污染物,再加上更高的溫度,會觸發藻華,威脅水的供應。

但是最近的成功故事指出了至少在地方和地區層面解決這些問題的策略。

目前正在進行許多大型基礎設施項目,以改善雨水管理和市政下水道系統,以便它們可以在將污水和相關養分輸送到大湖區之前對其進行捕獲和處理。 這些舉措將有助於控制洪水並增加“灰水”,或來自浴室水槽,洗衣機,浴缸和淋浴的廢水,用於美化環境。

城市正在將這種“灰色基礎設施”與綠色基礎設施項目相結合,例如 綠色屋頂, 滲透花園開墾的濕地。 這些系統可以過濾水以幫助去除多餘的營養。 它們還將在極端降水事件期間減緩徑流,從而為天然水庫蓄水。

市政水管理人員還使用智能技術和改進的遙感方法來為HAB創建近實時預警系統,這可能有助於避免危機。 像這樣的團體 克利夫蘭水聯盟由行業,政府和學術合作夥伴組成的協會,正在努力實施 智能湖技術 在伊利湖和全球其他淡水環境中。 最後,包括 俄亥俄州印地安那 正在努力削減所有來源向五大湖的總養分投入,並使用先進的模型來 查明這些來源.

這些發展共同可以幫助 減少HAB的大小,甚至可能達到營養流失減少約50%的程度,這是政府研究表明需要將其恢復到正常狀態 1990年代中期的最低範圍.

要遏制全球溫室氣體的排放,要使高度依賴大湖區的社區保持宜居狀態,就需要採取所有這些行動,甚至還需要採取更多行動。

關於作者

Gabriel Filippelli,地球科學教授,城市衛生中心主任, IUPUI 約瑟夫·奧爾蒂斯(Joseph D. Ortiz),地質學教授兼助理教授, 肯特州立大學

本文重新發表 談話 根據知識共享許可。 閱讀 原創文章.

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