Текущие оценки воздействия исторических изменений климата на водные ресурсы обычно не включают подземные воды.
Ожидается, что увеличение спроса на пресную воду, связанное с ростом населения, будет особенно интенсивным в быстро урбанизирующихся регионах и в сельскохозяйственном секторе в целях увеличения производства продовольствия.
Африка будет затронута изменением климата - прогнозируемое потепление в Африке в 1,5 раза превышает среднее глобальное значение. Несмотря на общую согласованность температурных прогнозов между различными моделями общей циркуляции (МОЦ) и сценариями выбросов, остается значительная неопределенность в самих прогнозах и в том, как преференциальное потепление в Африке повлияет на доступность пресной воды через изменения в балансе осадков и наземных вод.
Площадь Африки, занимающей чуть более 30 млн. км2 , примерно в три раза превышает площадь Европы и характеризуется весьма разнообразными гидрологическими системами.
Климат характеризуется влажностью экваториального, сезонного влажного, полузасушливого, засушливого и субтропического Средиземноморья. Поверхность суши включает пахотные земли, пустынные земли и саванны, а также низменные и горные леса и пустыни. Прогнозируемые изменения почвенно-растительного покрова в основном связаны с переустройством лесов в пахотные земли и усилением урбанизации.
Подповерхностная среда в Африке состоит главным образом из выветриваемых пород и глинистых пород, подверженных низкому уровню переносимости, а также крупных осадочных бассейнов, главным образом в полузасушливых и засушливых районах, включающих песчаники и известняки, которые включают некоторые из крупнейших запасов пресной воды в мире.
Одной из ключевых характеристик, затрагивающих все гидрологические системы в Африке, является недостаточность наблюдений, особенно в отношении устойчивых временных рядов данных. Ограниченность данных наблюдений в Африке порождает значительную неопределенность в широкой общей континентальной статистике. Общие возобновляемые ресурсы пресной воды оцениваются в диапазоне от 4050 до 4065 км3 в год до 4590 км3 в год.
Хотя считается, что забор пресной воды в Африке составляет лишь очень небольшую долю (5%) возобновляемых (ежегодных) пресноводных ресурсов , это утверждение подкрепляется очень небольшим объемом данных и скрывает значительную внутригодовую изменчивость наличия пресной воды (рассматривается ниже). Будучи крупнейшим в мире доступным хранилищем пресной воды, подземные воды часто рассматриваются как логический ресурс, к которому следует прибегать, сталкиваясь с нехваткой воды, связанной с низким и переменным речным стоком.
Кроме того, подземные воды часто имеют питьевое качество и, таким образом, не требуют дорогостоящей очистки и позволяют осуществлять широкомасштабное развитие с использованием инфраструктуры, которая обычно обходится дешевле, чем запасы поверхностных вод.
Как правило, медленные темпы движения подземных вод и запасы подземных вод являются неотъемлемыми преимуществами ресурсов подземных вод, которые делают их более устойчивыми к изменениям климата (включая температуру, которая влияет на качество воды), чем ресурсы поверхностных вод.
Гидрология и климат в Африке
Изменчивость осадков в Африке является высокой, составляет 95% от общего годового количества осадков отклоняется от среднего значения на 20-40% . Наибольшие абсолютные колебания наблюдаются в самые влажные месяцы, когда вклад чистых осадков (т.е. доля осадков, вызывающих сток и подпитку подземных вод) в поверхность земли является самым высоким.
Эта изменчивость осадков в Африке не только влияет на спрос пресной воды, но и приводит к значительным межгодовым и сезонным колебаниям речного стока . Годовой сток рек в южной части Африки имеет самый высокий медианный коэффициент вариации (0,82) среди всех регионов мира, что значительно превышает медианный коэффициент вариации в 0,31.
На юге Африки также наблюдался самый низкий среднегодовой удельный речной сток 77 мм, значительно меньший, чем в среднем по миру (354 мм). Наблюдается тесная взаимосвязь между отрицательными аномалиями осадков и снижением пополнения подземных вод в бассейне реки Нигер и снижением сбросов базового стока в Центрально-Кенийский разлом. Падение уровня грунтовых вод в Западной Африке приводит к сокращению речного стока, которое более выражено, чем предполагалось, только за счет уменьшения количества осадков.
Ввиду отмеченной изменчивости гидрологических систем Африки, межгодовой и внутригодовой вклад пресной воды из запасов может быть использован для повышения устойчивости водных ресурсов и поддержания водных экосистем. Как было признано в полузасушливых и засушливых районах Африки , подпитывание осадками может происходить эпизодически, возможно через несколько лет каждое десятилетие.
Речной сток.
Количественное понимание взаимосвязи между климатом и подземными водами, а также влияние водозабора серьезно ограничено практически полным отсутствием достоверных оценок запасов подземных вод в Африке, независимо от того, являются ли водоносные горизонты региональными (например, система Нубийского песчаника) или локализованными (например, сапролит).
Химический состав подземных вод в крупных осадочных бассейнах с длинными и четко определенными путями течения в полузасушливых и засушливых районах обеспечивает архив климатических изменений со времен позднего плейстоцена. Инертные индикаторы, такие как соотношение стабильных изотопов и инертных газов, сохраняют информацию об условиях подпитки.
Подземные воды в значительной степени пополнялись до достижения последнего ледникового максимума (LGM) в северо-восточной Африке. Отсутствие подпитки во время LGM отражает засушливость, за которой последовал более влажный голоценовый климат, который поддерживал речной сток до 4000 лет BP. Сегодня каналы поддерживают эфемерные потоки воды. Напротив, на протяжении последних 35 000 лет ВР в Сахеле относительно постоянно подпитывалась. Избыточная подпитка во время позднего плейстоцена сопровождался засушливостью во время LGM, а затем эпизодическим подзарядом через голоцен в антропоцен.
Особую озабоченность для управления водными ресурсами вызывает неопределенность прогнозируемых осадков (по общему признанию, значительно превышающая прогноз будущей температуры) в масштабах ниже пространственного разрешения МОЦ (105 км2 ).
Поэтому для изучения влияния изменения климата на управление водными ресурсами прогнозируемые осадки, являющиеся основной гидрологической силой, должны быть, как правило, уменьшены до площади бассейна менее 105 км2 . Масштабирование, по сути, фильтрует (статистически или динамически) неопределенные прогнозируемые данные, добавляя неопределенности результатам моделирования.
Кунджевич и др. (2009) утверждают, что
"количественные прогнозы речного стока в масштабе бассейна остаются в значительной степени неопределенными".
Оценка влияния климата на пополнение подземных вод в бассейне является примером распространения неопределенности, поскольку пополнение происходит на основе гидрологического баланса бассейна, который включает прогнозируемые осадки и смоделированное испарение, поверхностный сток, инфильтрацию и накопление при изменении климата.
