Tusentals dammar byggda längs amerikanska floder och vattendrag under det senaste århundradet ger nu el till bostäder, lagra vatten för jordbruk och stödja rekreation för människor. Men de har också betydande nedströmseffekter:De minskar mängden och ändrar tidpunkten för rinnande vatten som fiskar förlitar sig på för att leka, utfodring och migration.

Inse att många stora dammar är här för att stanna, ett team från University of Washington undersöker en framväxande lösning för att nå målen för bevarande av sötvatten genom att ompröva sätten på vilka vatten släpps ut från dammar. Förhoppningen är att "designerflöden" nedströms från dammar kan skräddarsys för att möta människors vattenbehov och samtidigt främja inhemska fiskars framgång framför oönskade invasiva fiskarter.

Teamets tillvägagångssätt beskrivs i en tidning som visas den 18 december Naturkommunikation .

"Snabbt förändrad vattentillgänglighet kräver nya dammhanteringsstrategier för att leverera vatten nedströms som balanserar människors och ekosystemens behov, " sa senior författare Julian Olden, en UW professor i vatten- och fiskevetenskap. "Så, frågan är om designflöden kan konstrueras för att möta mänskliga vattenbehov, och dra fördel av oöverensstämmelse mellan inhemska och icke-infödda arters svar på flöden för att ge den största bevarandefördelen."

Forskarna undersökte designflödeskonceptet i floden San Juan, en stor biflod till Coloradofloden som rinner genom delar av Utah, Colorado, Arizona och New Mexico. Varje droppe vatten är betydelsefull i detta torra landskap, och längs flodens ungefär 380 mil långa, den mäktiga 402-fots Navajo Dam är omöjlig att ignorera. Floden är hem för minst åtta inhemska fiskarter, men under årens lopp har ett antal invasiva fiskarter också tagit sin bostad, inklusive rov kanal havskatt, röd glans och vanlig karp.

Genom att integrera flera decenniers data om dammdrift, flodhydrologi och överflöd av fiskarter i en flerobjektiv modell, forskarna kunde identifiera specifika vattenutsättningsscheman som gynnade inhemska fiskar framför de invasiva fiskarna – samtidigt som de säkerställde att alla hushålls- och jordbruksbehov som är beroende av San Juan-flodens vatten tillgodoses.

"Vi var också glada över att upptäcka att vår modell förutspår att de ekologiska fördelarna med designade flödesutsläpp inte avdunstar under tider av torka, sa Olden.

Denna metod kan styra vattenhantering i alla floder med stora dammar, sa Olden. Det är särskilt relevant i torrare regioner i sydvästra USA där vattnet är högst, men stora floder som Columbia eller Mississippi, som på samma sätt är fyllda med dammar, kan också ha sina dammar programmerade att släppa ut vatten på sätt som syftar till att gynna både människor och sötvattensekosystem.

Nyckeln till forskarnas tillvägagångssätt är att dra nytta av det faktum att invasiva fiskar bara har en ny evolutionär historia i dessa flodsystem. Följaktligen, viktiga livshändelser för invasiva fiskar – som lek och användning av livsmiljöer – visar något annorlunda samband med mönster i strömflödet jämfört med inhemska fiskar. Designerflödena i sin studie utnyttjade dessa små skillnader för att identifiera dammsugningar under vissa tider på året som skulle gynna inhemska fiskar och vara skadligt för invasiva fiskar.

Dessa skräddarsydda vattenutsläpp försöker inte efterlikna det naturliga flödet av en flod innan den dämdes upp, utan betona snarare de viktigaste flödeshändelserna för inhemska fiskar i ett förändrat flodsystem, förklarade forskarna. Enligt deras modell, vattenutsläpp i floden San Juan bör ske på senvintern, sensommaren och mitten av hösten för att få de bästa resultaten för inhemska fiskar över invasiva fiskar.

Medan både designer och naturliga flöden förutspåddes vara fördelaktiga för inhemska fiskar, de fann att designerflöden kunde leda till dubbel förlust av invasiva fiskar i floden, jämfört med ett scenario med dammfrigöring som efterliknade naturliga vattenflöden, innan dammen fanns. Ibland, uppdämda floder kommer att spola en flod av vatten nedströms, försöker efterlikna naturliga flodflöden - men med blandad framgång för fisk. Denna studie tyder på att sådana insatser skulle kunna optimeras bättre.

Detta arbete är fortfarande i modelleringsfasen, och forskarna vill härnäst titta på hur dessa vattenutsläppsmetoder potentiellt kan gynna andra aspekter av uppdämda flodsystem, som att återställa strandlinjevegetation, gynna vatteninsekter och till och med stärka flodens rekreation genom att manipulera vattenutsläppen för att uppmuntra bildandet av stora sandreglar. I sista hand, forskarna hoppas kunna testa sina designade flöden i ett riktigt flodsystem, i samarbete med dammoperatörer, ingenjörer och vattenanvändare.

"Låt oss vara ärliga:Att noggrant anpassa dammdriften året runt för att genomföra en designerflödesregim skulle kräva ett stort hopp i tro, men allt nytt vi gör inom vattenresurshantering innebär en viss risk, "Sa Olden." Om vi ​​inte försöker, vi kommer aldrig att veta hur mycket bättre vi faktiskt skulle kunna göra."