貯水池の環境への影響

ダムは、サケやマスなどの回遊性河川動物の上流と下流への移動を阻む障壁として機能する。^{[ 3 ]}

一部の地域では、産卵のために回遊魚をはしけで上流に輸送する慣習も始まって​​いる。^{[ 3 ]}魚道も回遊魚を上流に輸送する別の方法である。^{[ 4 ]}

河川は河床に堆積物を運び、河川デルタ、扇状地、網状河川、三日月湖、堤防、海岸線などの堆積地形の形成を可能にする。ダムの建設は下流への堆積物の流れを遮断し、下流でのこれらの堆積環境の侵食と貯水池への堆積物の増加につながる。堆積速度はダムや河川ごとに異なるが、最終的にはすべての貯水池で「有効貯水」スペースが堆積物と交換されるため、貯水容量が減少する。^{[ 5 ]}貯水容量の減少は、水力発電能力の低下、灌漑用水の利用可能量の減少につながり、対処されないまま放置されると、最終的にはダムと河川の消滅につながる可能性がある。^{[ 6 ]}

貯水池に堆積物が捕捉されると、下流への堆積物の供給が減少し、河川形態、水生生物の生息地、デルタの土地標高の維持に悪影響を及ぼします。^{[ 7 ]}ダムの撤去以外にも、貯水池の堆積を軽減するための戦略があります。

すべてのダムは下流の堆積物負荷を減少させるため、ダムでせき止められた川は堆積物が不足するため、堆積物に対する需要が非常に高くなります。これは、堆積する量が少なくなるため堆積物の堆積速度が大幅に低下する一方で、侵食速度はほぼ一定のままであるためです。水流は川岸と川底を侵食し、海岸生態系を脅かし、川底を深くし、時間の経過とともに川幅を狭めます。これにより、地下水位が低下し、水位が下がり、河川流量が均質化され、生態系の多様性が低下し、野生生物の生息環境が悪化し、沿岸平野やデルタに到達する堆積物の量が減少します。^{[ 6 ]}これにより、海岸侵食が促進されます。これは、河川系による堆積物の供給がないと、波によって侵食された砂浜を補充できないためです。^{[ 15 ]}ダムでせき止められた河川の下流の河道侵食は、河床の形態と関連しており、堆積量を直接研究することとは異なり、各河川系に特有の長期的な条件に左右されます。たとえば、侵食された河道は、影響を受ける地域の地下水位を低下させ、アルファルファやトウモロコシなどの低地作物に影響を与え、供給量の減少につながる可能性があります。^{[ 16 ]} 中国の三峡ダムの場合、上述の変化は、河川下流域で10年間かけて侵食と堆積の新たなバランスに達したようです。潮汐域への影響も、ダムの上流への影響と関連付けられています。^{[ 17 ]}

海岸侵食の影響に加えて、河川流量の減少は海流や生態系にも変化をもたらす可能性がある。^{[ 18 ]}

ダムが設置されると、下流の河川、氾濫原、デルタ地帯への炭素（C）、窒素（N）、リン（P）、ケイ素（Si）などの栄養素の流れが阻害されます。貯水池の静水系では、河川の流水系に比べてこれらの元素の滞留時間が長くなるため、これらの元素の沈殿または除去が促進されます ^{[ 19 ]} 。窒素、リン、ケイ素の場合、それぞれ最大40%、50%、60%に達する可能性があります^{[ 20 ]。}そして、これは最終的にダム下流の水生生態系における栄養素の化学量論を変化させます。流出水の窒素、リン、ケイ素の化学量論的不均衡は、食物網の基盤となる植物プランクトン群集を変化させ、下流の生態系に影響を与え、水生生物全体に影響を及ぼす可能性があります。^{[ 21 ] [ 22 ] [ 23 ]}一例として、エジプトのアスワン・ハイ・ダム建設の影響が挙げられます。ナイル川デルタへの栄養塩濃度の低下により珪藻のブルームが阻害され、Sardinella auritaとSardinella ebaの魚類個体数が大幅に減少しました。また、泥やシルトの負荷の減少は底生微小動物相に影響を与え、エビの個体数の減少につながりました。^{[ 24 ]}河川デルタにおける栄養塩の化学量論の変化とケイ素の枯渇は、珪藻の成長に悪影響を及ぼす有害な藻類や細菌のブルームを引き起こす可能性もあります。珪藻にとって、ケイ素の利用可能性は貝殻形成の重要なステップです。

ダムでせき止められた河川は、その存続期間中に栄養分を蓄積するため、ダムが撤去されると、これらの蓄積された栄養分が再び移動し、下流の生態系の富栄養化や生物多様性の喪失を引き起こす可能性があり、結果として、ダム撤去による河川再生事業が意図する効果とは正反対の効果をもたらすことが予想される。

温帯気候の深い貯水池の水は通常、深水層に大量の冷たく酸素の少ない水が溜まり、成層化します。マレー・ダーリング盆地（オーストラリア）の11の大型ダムの温度プロファイルの分析では、表面水と底層水の温度差が最大16.7℃に達することが示されました。^{[ 25 ]}この水が河川流量を維持するために放流されると、魚類個体群を含む下流の生態系に悪影響を及ぼす可能性があります。^{[ 26 ]}最悪のケース（貯水池が満水またはほぼ満水の場合など）では、貯水された水は強く成層化され、大量の水が底層の放水口から下流の河​​川に放流されるため、250～350キロメートル（160～220マイル）下流で水温の低下が検出されます。^{[ 25 ]}マッコーリー川（オーストラリア東部）のバレンドンダムの管理者は、既存の放水塔の周りにジオテキスタイルカーテンを吊り下げて表面水を選択的に放流することで、熱抑制に対処しようとしています。^{[ 27 ]} 

多くのダムは灌漑のために建設され、下流には乾燥生態系が存在するにもかかわらず、灌漑農業のために意図的に破壊されている。エジプトのアスワン・ダムが建設された後、東アフリカと西アフリカを壊滅させた1972～1973年と1983～1987年の干ばつからエジプトを守った。このダムにより、エジプトはナイル川デルタとナイル川流域沿いの約84万ヘクタールを開墾することができ、国の灌漑面積が3分の1増加した。この増加は、かつて砂漠だった土地を灌漑することと、自然の洪水貯留池であった38万5000ヘクタールを耕作地とすることの両方によってもたらされた。約50万世帯がこれらの新しい土地に定住した。1983年、オーストラリアのタスマニアのフランクリン・ダム計画は、周辺の森林を伐採や洪水から守るための運動を受けて中止された。^{[ 28 ]}

多くの低地にある発展途上国では、氾濫原や河川デルタに隣接するサバンナや森林の生態系は、雨季の年間洪水によって灌漑されている。農民は毎年、洪水が引いた後に耕作する「洪水後作物」を植え、湿った土壌を利用している。ダムは一般的にこのような耕作を抑制し、年間洪水を防ぐことで、下流の生態系をより乾燥した状態にする一方で、灌漑用の安定した水供給を可能にしている。

事例研究

• 西アフリカのマリにあるマナンタリダムによって形成されたマナンタリ湖貯水池は、遊牧民の移動経路と交差しており、下流のサバンナへの水の供給を妨げている。季節的な洪水サイクルがなくなることで放牧地が枯渇し、ダム下流の氾濫原の森林も乾燥している。^{[ 30 ]}
• ナイジェリアのカインジダム建設後、下流域の洪水後の耕作地の50～70パーセントが停止した。^{[ 31 ]}

ダムは時折決壊し、下流の地域社会に壊滅的な被害をもたらします。ダムの決壊は、設計ミス、攻撃、または自然災害によって発生します。現在までに発生した最大のダム決壊災害は、1975年に中国で発生し、 20万人の中国国民が犠牲となりました。20世紀には、インドのモルビ（死者5,000人）、イタリアのヴァイオント（死者2,000人）など、他にも3つのダム決壊事故でそれぞれ少なくとも1,000人の死者が出ています。

中国の物議を醸している三峡ダムは、長江の洪水を22立方キロメートル（5.3立方マイル）貯水できる。 1954年の長江大洪水では3万3000人が死亡し、1800万人が家を追われた。1998年の洪水では4000人が死亡し、1億8000万人が被災した。ダムの貯水池が満水になったことで100万人以上が移住を余儀なくされ、その後2009年8月の洪水は新しい貯水池によって完全にせき止められ、下流の数億人が守られた。  

貯水池の形成は、水銀の自然な生物地球化学的サイクルを変化させる可能性がある。北方湿地の洪水による実験的な貯水池の形成に関する研究では、洪水後に有毒なメチル水銀（MeHg）の生成が39倍に増加したことが示された。 ^{[ 32 ]} MeHg生成の増加は、約2～3年でほぼ通常のレベルに戻った。しかし、食物連鎖の下位生物におけるMeHg濃度は高いままであり、洪水前のレベルに戻る兆候は見られなかった。この期間のMeHgの運命は、捕食魚への生物濃縮の可能性を考慮する際に重要である。^{[ 33 ]}

病気 貯水池は人間にとって有益である一方で、有害となる場合もあります。その悪影響の一つは、貯水池が病原体の媒介生物の繁殖地となる可能性があることです。これは特に熱帯地域で顕著であり、蚊（マラリアの媒介生物）やカタツムリ（住血吸虫症の媒介生物）は、この流れの遅い水を利用できるからです。^{[ 34 ]}

ダム建設 や貯水池の造成は、居住地域の近くに建設される場合、潜在的に大規模な人口の移転も必要とします。移転人口の記録は、中国に建設された三峡ダムにあります。その貯水池は広大な土地を水没させ、100万人以上の人々を移転させました。「ダム関連の移転は、経済的災害、人的トラウマ、社会的大惨事という3つの方法で社会に影響を与えます」と、世界銀行のマイケル・セルネア博士とカリフォルニア工科大学の教授であるセイヤー・スカダー博士は述べています。^{[ 2 ]} また、コミュニティの移転と同様に、歴史的または文化的価値のある場所を修復不可能なほど損傷しないように注意する必要があります。アスワン・ダムは、貯水池の洪水による破壊を防ぐために、アスワンの神殿を移転させました。

貯水池は地球の気候変動に寄与する可能性がある。温暖な気候の貯水池では、貯水池が成層化して底層が無酸素状態（つまり酸素がない）になると、温室効果ガスであるメタンが発生し、嫌気性プロセスによってバイオマスが分解される。^{[ 35 ]}ブラジルのダムでは、湛水域が広くバイオマス量が多いため、発生するメタンの汚染ポテンシャルは石油火力発電所の3.5倍にもなる。^{[ 36 ]}理論的な研究では、世界の水力発電用貯水池は年間1億400万トンのメタンガスを排出する可能性があることが示されている。^{[ 37 ]}メタンガスは地球規模の気候変動に大きく寄与している。これは孤立した事例ではなく、特に低地の熱帯雨林地域（森林の一部を水没させる必要がある地域）に建設された水力発電ダムは大量のメタンを発生させているようだ。ブルース・フォースバーグとアレクサンドル・ケメネスは、例えばバルビナダムが毎年39,000トンのメタンを排出していること^{[ 38 ]}、アマゾンの他の3つのダムが同等の石炭火力発電所の少なくとも3～4倍のCO2_を排出していることを実証した。その理由は、低地の熱帯雨林は非常に生産性が高く、他の森林よりもはるかに多くの炭素を貯蔵しているからである。また、腐敗物を分解する微生物は高温の気候でよりよく増殖し、より多くの温室効果ガスを生成する。それにもかかわらず、2020年現在、アマゾン盆地ではさらに150の水力発電ダムの建設が計画されている^{[ 39 ]} 。ダムの寿命が延びるにつれて温室効果ガスの排出量が減少するという兆候もある。 「しかし、メタン排出量を含めても、水力発電で生成される1kWhあたりの温室効果ガス総量は、最も汚染の少ない火力発電の半分以下です。したがって、地球温暖化緩和の観点から見ると、ダムは化石燃料ベースのエネルギー源に代わる最も魅力的な選択肢です。」^{[ 35 ]}

実験湖沼地域で行われた研究によると、 CO2_の吸収源である北方湿地を水没させて貯水池を作ると、湿地が大気中の炭素の排出源に変わってしまうことが示されている。^{[ 32 ]}これらの生態系では、有機炭素含有量の変動は温室効果ガスの排出率にほとんど影響を与えないことがわかっている。これは、炭素化合物の不安定性や水没した土壌の温度などの他の要因を考慮することが重要であることを意味する。^{[ 40 ]}

以下の表は、さまざまな水域における1平方メートルあたり1日あたりの貯水池からの排出量をミリグラム単位で示しています。^{[ 41 ]}