Methane emissions and hydrological structure of zeya reservoir (russia) in warm period

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Estimates of methane emissions in the warm season from the Zeya reservoir, one of the biggest hydropower facilities that affects Russia’s carbon balance, were obtained for the first time based on the field measurements of methane concentrations in water and methane fluxes from the water surface. During expeditionary investigations conducted in September 2021 and July 2022, field data were collected. It was feasible to create the aquatory zoning and learn more about the water body’s thermal, oxygen, and chemical structure based on hydrological and chemical investigations. In conjunction with zoning, a digital elevation model of the Zeya reservoir’s bed was created, allowing calculating the reservoir’s total methane emission. It has been determined that marshy tributaries and shallow aquatories, where organic matter flows from the banks, are the primary sources of organic matter and methane. During the summer, when shallow waters are heated, there is a significantly larger overall methane flux from the reservoir’s surface. Methane emission coefficients from the Zeya Reservoir (8.6–17.2 kg CH4/ha) are consistent with those from surface-based boreal reservoirs that are provided in the supplements to the 2019 IPCC Guidelines.

Full Text

Restricted Access

About the authors

P. N. Terskii

Obukhov Institute of Atmospheric Physics, Russian Academy of Sciences; Water Problems Institute, Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: pavel_tersky@mail.ru
Russian Federation, Pyzhevsky per., 3, Moscow, 119017; Gubkina street 3, Moscow, 119333

S. L. Gorin

Obukhov Institute of Atmospheric Physics, Russian Academy of Sciences; Russian Federal Research Institute of Fisheries and Oceanography

Email: pavel_tersky@mail.ru
Russian Federation, Pyzhevsky per., 3, Moscow, 119017; Verkhnyaya Krasnosel’skaya 17, Moscow, 105187

I. A. Repina

Obukhov Institute of Atmospheric Physics, Russian Academy of Sciences; Research Computing Centre, Moscow State University, GSP-1

Email: pavel_tersky@mail.ru
Russian Federation, Pyzhevsky per., 3, Moscow, 119017; Leninskie Gory, 1, p. 4, Moscow, 119234

S. A. Agafonova

Obukhov Institute of Atmospheric Physics, Russian Academy of Sciences; Faculty of Geography, Moscow State University, GSP-1

Email: pavel_tersky@mail.ru
Russian Federation, Pyzhevsky per., 3, Moscow, 119017; Leninskie Gory 1, Moscow, 119991

M. V. Zimin

Faculty of Geography, Moscow State University, GSP-1

Email: pavel_tersky@mail.ru
Russian Federation, Leninskie Gory 1, Moscow, 119991

V. P. Shesterkin

Institute of Water and Environmental Problems, Far East Branch, Russian Academy of Sciences

Email: pavel_tersky@mail.ru
Russian Federation, Dikopoltseva street 56, Khabarovsk, 680000

F. A. Shchekotikhin

Faculty of Geography, Moscow State University, GSP-1

Email: pavel_tersky@mail.ru
Russian Federation, Leninskie Gory 1, Moscow, 119991

References

  1. Алекин О. А. Основы гидрохимии. Л: Гидрометеоиздат, 1970. 413 с.
  2. Арефина Т. И., Бородицкая Г. В., Бульон В. В. и др. Гидроэкологический мониторинг зоны влияния Зейского гидроузла. Хабаровск: ДВО РАН, 2010. 354 с.
  3. Гарькуша Д. Н., Фёдоров Ю. А. Факторы формирования концентраций метана в водных экосистемах. Ростов-на-Дону: Изд-во Южного федерального ун-та, 2021. 366 с.
  4. Гречушникова М. Г. Репина И. А., Степаненко В. М., Казанцев В. С., Артамонов А. Ю., Варенцов М. И., Ломова Д. В., Мольков А. А., Капустин И. А. Пространственно-временные изменения содержания и эмиссии метана в водохранилищах с различным коэффициентом водообмена // Известия Русского географического общества. 2018. Т. 150.5. С. 14–33.
  5. Гречушникова М. Г., Репина И. А., Степаненко В. М., Казанцев В. С., Артамонов А. Ю., Ломов В. А. Эмиссия метана с поверхности долинного Можайского водохранилища // География и природные ресурсы. 2019. № 3. С. 77–85.
  6. Елистратов В. В., Масликов В. И., Сидоренко Г. И., Молодцов Д. В. Выбросы парниковых газов с водохранилищ ГЭС: анализ опыта исследований и организация проведения экспериментов в России //Альтернативная энергетика и экология. 2014. № 11 (151). С. 146–159.
  7. Правила использования водных ресурсов Зейского водохранилища на р. Зее (утверждены приказом Федерального агентства водных ресурсов от 18 июля 2018 г. N151) [Электронный ресурс]. 2018.
  8. Руководящий документ. Массовая концентрация метана и диоксида углерода в приземном слое атмосферного воздуха. Методика измерений методом газовой хроматографии РД 52.44.816–2015.
  9. Руководящий документ. Федеральный перечень методик выполнения измерений, допущенных к применению при выполнении работ в области мониторинга загрязнения окружающей природной среды РД 52.18.595–96 (в ред. Изменения № 1, утв. Росгидрометом 11.10.2002, Изменения № 2, утв. Росгидрометом 28.10.2009).
  10. Репина И. А., Терский П. Н., Горин С. Л., Агафонова С. А., Ахмерова Н. Д., Василенко А. Н., Гречушникова М. Г., Григорьев В. Ю., Казанцев В. С., Лисина А. А., Ломов В. А., Мишин Д. В., Сазонов А. А., Степаненко В. М., Соколов Д. И., Тимошенко А. А., Фролова Н. Л., Шестеркин В. П. Натурные измерения эмиссии метана на крупнейших водохранилищах России в 2021 г. Начало масштабных исследований // Водные ресурсы. 2022. Т. 49. № 6. С. 713–718.
  11. Схема комплексного использования и охраны водных объектов по бассейну реки Амур (российская часть). Проект. Книга 1. Владивосток: ДальНИИВХ, 2010. 175 с.
  12. Терский П. Н., Горин С. Л., Гречушникова М. Г., Агафонова С. А., Репина И. А. Гидрологические условия эмиссии метана из Зейского водохранилища в теплый и холодный период 2021–2022 гг. // GREG 2022: Международная научно-исследовательская конференция. «Эмиссия парниковых газов сегодня и в геологическом прошлом: источники, влияние на климат и окружающую среду». Сборник тезисов. Казань: Казан. фед. ун-т, 2023. С. 46.
  13. Шестеркин В. П. Солевой состав вод Зейского водохранилища // Водное хозяйство России: проблемы, технологии, управление. № 5. 2015. С. 32–42.
  14. Шестеркин В. П., Сиротский С. Е., Шестеркина Н. М. Микроэлементы в водах Зейского водохранилища // Жизнь пресных вод. Владивосток: БПИ ДВО РАН. 2016. С. 47–53.
  15. Эдельштейн К. К., Ершова М. Г., Немальцев А. С. Гидрологические особенности Зейского водохранилища в период его заполнения // Гидрология Байкала и других водоемов. Новосибирск: Наука, 1984. С. 146–156.
  16. Экосистема Онежского озера и тенденции ее изменения. Л.: Наука, 1990. 264 с.
  17. Bastviken D., Santoro A. L., Marotta H., Pinho L. Q., Calheiros D. F., Crill P. Methane Emissions from Pantanal, South America, during the Low Water Season: Toward More Comprehensive Sampling // Environ. Sci. Technol. 2010. V. 44. № 14. P. 5450–5455.
  18. Darlin, W. G. The hydrogeochemistry of methane: Evidence from English groundwaters [Text] / W. G. Darling, D. C. Gooddy // Chemical Geology. 2006. V. 229. Issue 4. P. 293–312
  19. Deemer B. R., Harrison J. A., Li S., Beaulieu J. J., DelSontro T., Barros N., Bezerra-Neto J.F., Powers S. M., Dos Santos M. A., Vonk, J. A. Greenhouse gas emissions from reservoir water surfaces: a new global synthesis // BioScience. 2016. V. 66. № 11. P. 949–964.
  20. Deemer B. R., Holgerson M. A. Drivers of methane flux differ between lakes and reservoirs, complicating global upscaling efforts // Journal of Geophysical Research: Biogeosciences. 2021. V. 126. № 4. P. e2019JG005600.
  21. Kemenes A., Melack J., Forsberg B. Downstream emissions of CH4 and CO2 from hydroelectric reservoirs (Tucurui, Samuel, and Curua-Una) in the Amazon basin // Inland Waters. 2016. V. 6. P. 1–8.
  22. Tashiro Y., Yoh M., Shiraiwa T., Onishi T., Shesterkin V., Kim V. Seasonal Variations of Dissolved Iron Concentration in Active Layer and Rivers in Permafrost Areas, Russian Far East // Water. 2020. V. 12. № 9. P. 2579.
  23. Varis O., Kummu M., Härkönen S., Huttunen J. T. “Greenhouse gas emissions from reservoirs.” Impacts of large dams: a global assessment. Berlin, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg, 2011. 69–94.
  24. Wing S. R., Bowman M. H., Smith F., Rutger S. M. Analysis of biodiversity patterns and management decision making processes to support stewardship of marine resources and biodiversity in Fiordland-a case study // Ministry for the Environment, Wellington, New Zealand. 2004. https://www.ipcc.ch/report/2019-refinement-to-the-2006-ipcc-guidelines-for-national-greenhouse-gas-inventories/ http://aisori-m.meteo.ru/ http://oopt.info/zevsky/phvsgeo.html http://www.rushydro.ru/

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Map-scheme of the Zeya Reservoir with the location of field work stations in 2021 and 2022. Note: continuous numbering is provided for the entire series of expeditions; stations with the same number characterize the same homogeneous section of the reservoir.

Download (351KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Distribution of water temperature (a), dissolved oxygen content (b) and mineralization (c) along the longitudinal profile of the Zeya Reservoir based on expeditionary work in September 2021 (left) and July 2022 (right). Designations: 1 - stations and their numbers, 2 - measurement points on the vertical, 3 - temperature jump layer.

Download (535KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. CH4 content in water along the longitudinal profile of the Zeya Reservoir based on expeditionary work in September 2021 (left) and July 2022 (right). Designations: 1 - stations and their numbers, 2 - measurement points on the vertical, 3 - temperature jump layer.

Download (200KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Specific methane fluxes from the surface of the Zeya Reservoir in September 2021 (a) and July 2022 (b). The numerator shows the range of measured fluxes (mgCH₄/m²/day), the denominator shows the reservoir depth at the station (m). The red diamond indicates the location of the "hot spot" in 2021.

Download (483KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Changes in the specific methane flux into the atmosphere and its concentrations in the water of the Zeya Reservoir with station depth during the warm period based on combined survey data from 2021 and 2022: 1 - specific methane flux, 2 and 3 - methane content in the bottom and surface layers of water, respectively.

Download (157KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Zoning scheme of the Zeya Reservoir water area (numbering and names of the districts correspond to Table 5).

Download (275KB)
Indexing metadata


Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».