Forskere kortlægger havvandstrussel mod Californien Central Coast akviferer

Forskere fra Stanford og University of Calgary har transformeret pulser af elektrisk strøm sendt 1, 000 fod under jorden til et billede af, hvor havvand har infiltreret ferskvandsmagasiner langs Monterey Bay -kysten.

Fundene, som vil blive offentliggjort i et kommende nummer af Journal of Hydrology men er tilgængelige online nu, hjælpe med at forklare faktorer, der styrer dette fænomen, kaldes saltvand indtrængen, og kunne hjælpe med at forbedre de grundvandsmodeller, som lokale vandforvaltere bruger til at træffe beslutninger om pumpning af grundvand for at imødekomme drikke- eller landbrugsbehov.

"Håbet er, at lokale vandforvaltere kan bruge disse fund til bedre at identificere regioner, der er mest påvirket af saltvandsindtrængen, hvor målrettet forvaltningspraksis mest effektivt kan implementeres, "sagde studieforfatter Meredith Goebel, en ph.d. -kandidat ved Stanford's School of Earth, Energi- og miljøvidenskab.

Goebels kandidatrådgiver, Rosemary Knight, har specialiseret sig i at tilpasse geofysiske billeddannelsesværktøjer til at overvåge og styre ferskvandsressourcer. "På samme måde som medicinsk billeddannelse har revolutioneret tilgangen til håndtering af menneskers sundhed, Jeg tror, ​​at billeddannelse på jorden ved hjælp af geofysiske metoder kan revolutionere tilgangen til forvaltning af sundheden i vores grundvandssystemer, "sagde Knight, hvem er George L. Harrington -professor ved Stanford.

Ifølge FN, mere end halvdelen af ​​verdens befolkning bor inden for 60 kilometer fra kysten, og tre fjerdedele af alle store byer ligger i kystområder. Mange kystsamfund er afhængige af grundvand for at tilfredsstille deres drikke- og landbrugsbehov. Men fjernelse af for meget af det grundvand kan ændre væsketrykket fra underjordiske akviferer, trække havvand til kystnære akviferer og ødelægge vandforsyninger. Indtrængen af ​​saltvand er ofte irreversibel.

ERT

For at bestemme omfanget af saltvandsindtrængen i Monterey Bay -regionen, forskergruppen brugte en geofysisk billeddannelsesteknik kaldet elektrisk resistivitetstomografi (ERT) til at kortlægge grundvandets saltindhold langs en strækning på 45 kilometer fra Aptos til Monterey. ERT måler en egenskab kaldet elektrisk resistivitet. Havvand er elektrisk ledende på grund af dets høje saltindhold, mens ferskvand er elektrisk modstandsdygtigt.

ERT kunne give et billigere og bedre alternativ end den nuværende metode, der bruges til at overvåge indtrængen af ​​saltvand, hvilket indebærer boring af "sentinel" brønde på bestemte steder. "I modsætning til brønde, som kun giver dig oplysninger ét sted, ERT giver dig en fuld todimensionel skive med rumlig dækning, der bare ikke er mulig med brønde, "Sagde Knight.

Sentinelbrønde er også dyre:Fire af brøndene, der bruges til at overvåge indtrængen af ​​saltvand langs Monterey Bay, koster næsten $ 1 million at bore. I modsætning, Stanford -teamets undersøgelse kostede cirka $ 200, 000.

ERT -undersøgelser kan også gentages samme sted for at observere ændringer over tid, sagde studieforfatter Adam Pidlisecky, der er forskningschef på Aranz Geo. "At se på forskelle gennem tiden kan ofte være mere nyttigt end at forsøge at forstå et enkelt billede, "sagde Pidlisecky, der udførte forskningen, mens han var på University of Calgary i Canada.

Telefontip

For Knight, Studiet, som er den længste og dybeste af slagsen, repræsenterer kulminationen på et ambitiøst eksperiment, der begyndte med et telefontip for seks år siden. "En hydrolog, der arbejder i Monterey -området, fortalte mig, at der var stor interesse for, hvad der sker med saltvandsindtrængen langs kysten, og foreslog, at det kunne være et interessant projekt for min gruppe, "sagde Knight, som også er tilknyttet Stanford Woods Institute for the Environment.

Da Knight kontaktede lokale byens embedsmænd om tilladelse til at starte sin undersøgelse, nogle af dem kunne ikke helt tro deres ører. "Éns svar til mig var, 'Jeg har lige brugt hundredtusinder af dollars på at bore en brønd, og du fortæller mig, at du kan gøre dette ved at gå langs stranden? "sagde hun.

At sikre de nødvendige tilladelser fra byer og private grundejere tog tæt på et år, men i efteråret 2014, holdet var klar til at begynde deres undersøgelse. I løbet af cirka to uger, forskere fra Stanford University og University of Calgary arbejdede sammen med ingeniører fra ingeniørfirmaet WorleyParsons for at lægge en lang række elektriske kabler langs stranden. Kablerne blev punkteret af 4 fods stålelektroder, der sank ned i sandet.

Efter at en række elektroder var på plads, holdet pumpede bittesmå pulser af elektricitet gennem tilslutningskablet. Strømmen spredte sig under jorden, og ved at måle spændingen mellem par af elektroder var teamet i stand til at oprette et resistivitetskort over undergrunden. Mindre modstand betød, at mere saltvand lå nedenunder. Når teamet undersøgte en kyststrækning, trak de indsatsen ud og gentog processen andre steder.

Undersøgelsen involverede at bruge lange timer i solen på at trække tungt udstyr og omhyggeligt dække næsten hele Monterey Bay -kysten en kilometer ad gangen, men indsatsen gav pote. "Dette er det første regionale overblik over undergrunden, der tydeligt viser geologiens indvirkning på væskedistribution samt indflydelsen fra nærkystpumpning, "Pidlisecky sagde." Gennem hele processen har vi aktivt forbundet med grundvandsforvaltere og tekniske fagfolk i regionen, såvel som offentligheden som helhed. Vi er glade for at tage dette engagement videre med offentliggørelsen og delingen af ​​disse resultater gennem en interaktiv 3D-webportal. "

De data, teamet indsamlede, gav en farverig, todimensionalt resistivitetskort over kystlinjen, der afslører komplekse mønstre af indtrængning af saltvand i regionen ned til 1 dybde, 000 fod og fremhæver samspillet mellem geologi og menneskelige aktiviteter, der styrer regionens distribution af fersk- og saltvand. For eksempel, holdet opdagede en dynamisk krop, eller "linse, "af ferskvand nær Marina dannet gennem infiltration fra overliggende stormvandafstrømningsdamme i et område, der ellers var under indtrængning af saltvand. Kortet viste også, at bestræbelserne fra Pajaro Water Management District for at reducere grundvandspumpning ved at levere genbrugsvand til kunstvandingsmaskiner fungerede som planlagt .

Keith Van Der Maaten, daglig leder for Marina Coast Water District, sagde, at de nye fund kunne hjælpe med at udfylde mange huller i deres data om grundvandsressourcer. "Den nuværende kortlægning af ferskvand-saltvand-grænsefladen i vores region har mange problemer og er vildledende, "Van Der Maaten sagde." ERT -dataene vil hjælpe med at give os et mere fuldstændigt billede, så vi kan komme videre med vores vandforsyningsplanlægning og indsats for grundvandets bæredygtighed. "

Opfølgende luftbåret undersøgelse

Da elektrisk resistivitet er en egenskab, der findes i alle materialer, ERT kunne have applikationer ud over vandforvaltning. "Når som helst det, du prøver at forestille dig i undergrunden, har en anden modstandsevne end materialet, der omgiver det, du burde kunne bruge denne metode, "Sagde Goebel.

Knight er endnu ikke færdig med Monterey Bay -regionen, imidlertid. Hendes team har indgået et partnerskab med Marine Coast Water District for at gennemføre en opfølgende luftbåren helikopterundersøgelse, der anvender en anden geofysisk teknik til at kortlægge elektrisk resistivitet under overfladen i regionens indre områder.

"I stedet for kun en skive, den luftbårne undersøgelse kommer til at give os hundredvis af skiver og give os mulighed for at sammensætte et tredimensionelt billede af den underjordiske ferskvandsfordeling, "Sagde Goebel.