Прогнозирование доступности и качества воды для повторного использования при дефиците в бассейне Бахр Эль-Бакар в Египте с использованием модели SIWARE

Почему это важно для людей и продовольствия

В такой сухой стране, как Египет, каждая капля воды имеет двойную ценность: для людей и для производства пищи. В этом исследовании рассматривают, как Египет может безопасно повторно использовать воду, отводимую с полей в Восточной дельте Нила, когда сток Нила уменьшается. Анализируя, что происходит с объёмом и солёностью дренажной воды при сокращении поставок, работа проясняет, как сохранить продуктивность полей и водоснабжение в условиях будущей неопределённости.

Тугой водный бюджет Египта

Египет зависит от фиксированной доли воды Нила, которая уже не успевает за ростом населения, плотинами вверх по течению и изменением климата. Чтобы сократить разрыв, страна всё больше использует сельскохозяйственные дренажные воды — сток, который уходит с полей через сеть канав и труб. Эту воду можно повторно использовать для орошения, но есть одна загвоздка: она часто содержит высокие концентрации растворённых солей, вредных для культур и почв. Египетское законодательство устанавливает безопасный предел в 2000 частей на миллион по общим растворённым веществам. Превышение этого порога грозит снижением урожаев и долгосрочным деградированием почв, поэтому планировщикам важно понимать, где и когда повторное использование безопасно.

Две ключевые контрольные точки в дренажной сети

Исследование сосредоточено на бассейне Бахр Эль‑Бакар, стратегически важном дренажном районе Восточной дельты Нила. Здесь два основных контрольных узла определяют, как управляется повторное использование воды. Первый — питатель Бахр Эль‑Бакар, который собирает дренаж с большой площади и отправляет его под Суэцким каналом на крупнейшую в мире станцию очистки сточных вод. Второй — насосная станция Билад Эль‑Аяд, которая подаёт смешанную дренажную и пресную воду непосредственно на поля местных фермеров. Эти два места отражают очень разные судьбы повторно используемой воды: одно направляется на продвинутую очистку, другое практически сразу возвращается на посевы.

Использование цифрового двойника дельты

Чтобы изучить будущие условия, исследователи применили детальную компьютерную модель SIWARE, имитирующую движение воды, её повторное использование и накопление солей в дельте Нила. Регион был разделён более чем на сто мелких ячеек, каждая со своей почвой, культурами, каналами, дренажами и характеристиками грунтовых вод. После тщательной настройки и проверки модели на реальных измерениях 2020–2021 годов был выполнен ряд сценарных экспериментов «что‑если». В этих опытных прогонках доля пресной воды в Восточной дельте постепенно сокращалась от нынешнего уровня до половины, шагами по 5%, при том что всё остальное — климат, культуры и инфраструктура — оставалось без изменений.

Как сокращение воды меняет солёность и приток

Модель показывает, что два контрольных узла реагируют на дефицит очень по‑разному. На питателе Бахр Эль‑Бакар солёность и так уже сегодня слишком высока — примерно 2200 частей на миллион. По мере уменьшения доли пресной воды эта проблема резко усугубляется: при сокращении на 50% концентрация солей поднимается выше 3000 частей на миллион, а объём воды, протекающей через питатель, сокращается почти наполовину. Это происходит из‑за меньшего количества чистой воды для разбавления солей, увеличения времени нахождения дренажной воды в системе и того, что фермеры вверх по течению всё активнее используют неформальное повторное использование, многократно рециркулируя соли. В отличие от этого, насосная станция Билад Эль‑Аяд остаётся с комфортным запасом по качеству даже при таком сильном сокращении: солёность повышается лишь умеренно — с примерно 550 до 640 частей на миллион, хотя её расход тоже значительно падает.

Инструменты для планирования в условиях давления

Команда перевела результаты моделирования в простые кривые, связывающие любое выбранное сокращение воды Нила с соответствующей солёностью и потоком в каждой контрольной точке. Эти кривые хорошо аппроксимируют данные и дают планировщикам быстрый способ оценить будущее положение без повторного запуска полной модели. Результаты подчёркивают, что универсальная политика не сработает. Питатель Бахр Эль‑Бакар выявляется как «горячая точка», требующая дополнительных мер: мембранная очистка для удаления солей, борьба с источниками солей вверх по течению, корректировка времени забора воды в более чистые периоды или переход близлежащих хозяйств на более засухо‑ и солеустойчивые культуры. В случае Билад Эль‑Аяд приоритет другой: сохранить достаточный объём для орошения, поскольку качество остаётся приемлемым в широком диапазоне сценариев.

Что это означает для водного будущего Египта

Для неспециалистов главный вывод таков: повторное использование дренажных вод может смягчить водный стресс Египта, но только при целевом, учитывающем локальные особенности управлении. Некоторые участки сети, как Билад Эль‑Аяд, могут безопасно использовать больше воды даже в засушливые годы, тогда как другие, например питатель Бахр Эль‑Бакар, уже близки к пределам по солёности и потребуют активной очистки и улучшения практик выше по течению. Преобразуя сложное поведение модели в простые зависимости и набор практических действий, это исследование предлагает дорожную карту по обеспечению и кранов, и полей в эпоху ужесточающегося водного дефицита.

Цитирование: Abdul-Muttalib, M.A., El-Saadi, A., El-Gazzar, H. et al. Projecting water availability and quality for reuse under scarcity in the Bahr El-Baqar catchment in Egypt using the SIWARE model. Sci Rep 16, 14165 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-49708-4

Ключевые слова: сельскохозяйственные дренажные воды, повторное использование воды, солёность, дельта Нила, водный дефицит