Nyt værktøj hjælper udtørrede regioner med at planlægge, hvordan man fylder akviferer

Forbundsregeringen rapporterer, at 40 stater forventer vandmangel i 2024, og vandbekymringer plager allerede nogle byer i hele USA. Underjordiske vandførere, der blev over-tappet i årevis, råber nu om at blive genopfyldt. Problemet er, at de to hovedstrategier for at øge vandforsyningen - opsamling af stormvandafstrømning og genbrug af renset spildevand - normalt er separate processer, der kan skabe kostbar og underudnyttet infrastruktur.

Nu har to Stanford -miljøingeniører udviklet et beregningsplanlægningsværktøj kaldet AquaCharge, der hjælper byvandsværker med at se på deres lokale forhold og forstå, hvordan de kunne kombinere disse to vandforsyningsstrategier til en integreret, effektivt og omkostningseffektivt system, der fylder akviferer.

Dette planlægningsværktøj og hybrid tilgang er så innovative, at American Society of Civil Engineers for nylig hædrede Jonathan Bradshaw, en kandidatstuderende i civil- og miljøteknik, og Richard Luthy, professor i civil- og miljøteknik, til udvikling af AquaCharge.

"Ideerne om at genanvende spildevand og indsamle stormvand er ikke nye, "sagde Luthy." Det nye her er at tænke over, hvordan man kombinerer det, der havde været separate systemer, til en enkelt tilgang til genopladning af grundvand. "

Omkostninger kontra behov

Ingen af ​​strategierne for at øge vandforsyningen er uden ulemper. En række forsyningsselskaber i Californien opsamler regnvand, såsom nedbøren, der vælter ned ad bjergsider i den våde sæson, og kanaliser det i store "spredende bassiner, "som i det væsentlige er utætte damme, der er porøse nok til, at vand kan trænge ned til en akvifer. Akviferer fungerer som naturlige lagringsbanker, holde vand til fremtidig brug i stedet for at lade det skylle ud til havet.

Selvom denne fremgangsmåde er effektiv, spredningsbassiner kræver en stor mængde jord, der ofte er underudnyttet. Det er fordi ingeniører typisk har designet bassinerne til at være store nok til at opfange og behandle store mængder vand i den stormfulde sæson. Som en konsekvens af dette design, bassinerne forbliver stort set inaktiv i de tørre måneder. Efter nogle skøn, Los Angeles 'spredningsbassiner gennemsyrer i gennemsnit kun 12 procent af deres teoretiske årlige kapacitet. Ikke alle distrikter har adgang til jord, der kan ligge tomgang så meget af året.

Genbrug af spildevand udgør et andet sæt udfordringer. Nogle forsyningsselskaber behandler spildevand til det punkt, at det sikkert kan bruges til landbrugsvanding eller visse industrielle formål, såsom cirkulerende gennem køletårne ​​på et kraftværk. Sådanne anvendelser reducerer byrden for akviferer eller andre vandkilder.

Imidlertid, regler kræver, at dette genbrugsvand transporteres i en rørledning, der er adskilt fra drikkevandsledninger. Selvom mange byer har et stort potentiale for at producere genbrugsvand, de høje omkostninger ved sådanne separate rørsystemer betyder, at kun en lille brøkdel af dette potentiale rent faktisk bliver udviklet. Og så strømmer det mest rensede spildevand tilbage i havet, eller i floder og vandløb.

Et hybridsystem

Med disse afvejninger, regioner kan beslutte, at arealbehovet eller røromkostningerne driver dem mod det ene eller det andet system. Imidlertid, andre samfund har udviklet hybridmetoder, der kombinerer de to strategier.

Orange County, Californien, som er blevet førende inden for påfyldning af grundvand, renser sit spildevand, så det er rent nok til at drikke - pumper derefter dette stærkt rensede genbrugsvand i spredebassiner for at genoplade regionens underjordiske akvifer. Dette er analogt med indsamling af stormvand i den forstand, at vandet perkolerer tilbage i underjordiske lagringsbanker, bortset fra at vandkilden er renset spildevand frem for nedbør eller snesmeltning.

Inspireret af ledere til genbrug af vand som Orange County, forskerne i Stanford skabte AquaCharge for at hjælpe andre lokale myndigheder med at sammenligne afvejningerne mellem forskellige designs for at finde det mest omkostningseffektive system i deres region.

Softwaren ser på faktorer som tilgængeligheden af ​​spredningsbassiner og regnvandstilførsler, potentialet til at producere genbrugsvand og muligheder for installation af genbrugsvandsledninger.

"Vores metode giver dig ikke kun mulighed for at tænke på en ny form for hybrid vandpåfyldningssystem, "Bradshaw sagde." Det hjælper også med at bestemme, hvilken slags system der vil opfylde en bys mål til de laveste omkostninger. "

Luthy sagde, at AquaCharge i høj grad kunne forbedre brugen og genbrugen af ​​vand. Californien, for eksempel, genbruger i øjeblikket omkring 15 procent af dets tilgængelige rensede spildevandsspildevand. Statens vandplanlæggere vil gerne fordoble eller tredoble det beløb inden 2030.

Ved at tillade samfund at foretage komplekse beregninger, der afslører omkostninger og fordele ved genbrugsstrategier, Luthy siger, "AquaCharge kunne hjælpe staten med at nå dette mål."