Forskning bliver virkelighed i undersøgelse af brandpåvirkning på sonoma -vandressourcer

Forskere ved Department of Energy's Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) brugte et årti på at udvikle modellerings- og overvågningsevner i verdensklasse for at finde frem til faktorerne bag succesen med Sonomas filtreringssystem ved flodbredden. De vendte deres opmærksomhed mod at undersøge den potentielle virkning af ekstreme begivenheder, såsom storme og naturbrande, da katastrofen indtraf. Pludselig, deres eksperimentelle tilgange til at forudsige, hvordan systemet ville reagere på hypotetiske situationer, bruges til at undersøge virkelige forstyrrelser.

Katastrofale brande i det nordlige Californien brændte mere end 110, 000 acres i Sonoma og Napa amter i sidste måned - inklusive 8 procent af det russiske flodvandskel. Nu med regntiden i gang, er Berkeley Labs forskning – som søger at forstå, hvordan hydrologien og mikrobiologien i overflade- og grundvandssystemet reagerer på ekstreme begivenheder – blevet endnu mere kritisk.

"Vi undersøgte den potentielle indvirkning af brande på næringsstoffet, opløst stof, og metallevering til floden, " sagde Berkeley Lab-forsker Michelle Newcomer. "Med denne uheldige vending er vores udviklede tilgange klar til at løse reelle spørgsmål om vandtilgængelighed og vandkvalitet."

Sonoma County Water Agency støtter Berkeley Lab med at vurdere virkningen af ​​de seneste brande og eventuelle storme efter brand på de hydrologiske og biogeokemiske forhold for vandkvaliteten, når den bevæger sig gennem den russiske flod og grundvandssystemet, hovedkilden til drikkevand for 600, 000 indbyggere i Sonoma og Marin amter.

Berkeley Lab har samarbejdet med Water Agency og forskere fra U.S. Geological Survey (USGS), som hjælper med at indsamle prøver og udføre vandkvalitetsanalyser, henholdsvis.

"Timingen af ​​brandene har været en stor udfordring. Kommer så tæt på regntiden, folk, der får deres vand fra den russiske flod, er bekymrede for potentielle virkninger af afstrømning fra de tusindvis af ødelagte hjem og tusindvis af acres arrede, " sagde Jay Jasperse, chefingeniør og grundvandsprogramleder for Vandstyrelsen. "Partnerskabet med Berkeley Lab og USGS vil give vital information."

Data indsamlet fra dette program vil også være nyttige til at vurdere potentielle påvirkninger af andre vandforsyningssystemer inden for og nedstrøms for de berørte områder, samt potentielle økosystempåvirkninger.

"Så snart branden opstod, vi mobiliserede den næste uge for at identificere en række måleknudepunkter på centrale steder i vandskellet for at indsamle en tidsserie af vandprøver, "sagde Susan Hubbard, Associate Laboratory Director for Berkeley Lab's Earth and Environmental Sciences Area. "Vi arbejder på at forstå, hvordan ændringer i hydrologiske forhold påvirker interaktionerne mellem mikrober, mineraler, og væsker i overfladen og grundvandet, det er, hvordan disse interaktioner ændrer sig før, i løbet af, og efter storme og hvad det betyder for vandtilgængelighed og vandkvalitet. "

Flodlejer som naturlige filtre

Vandstyrelsens filtreringssystem for flodbredden, beliggende ved den russiske flod nær Forestville, pumper grundvand fra cirka 20 meter under floden, der er blevet naturligt filtreret af sedimenter og mikrober i økosystemet. Fordelen ved et sådant system er, at det i høj grad reducerer eller endda eliminerer behovet for kemisk forbehandling for at slippe af med patogener og forurenende stoffer. "Det er en naturlig bæredygtig måde at filtrere vandet på, "sagde nytilkomne.

Berkeley Lab-forskerne har studeret hydrologisk-biogeokemiske processer, der er afgørende for vellykkede filtreringssystemer ved flodbredden. Gennem avancerede overflade-undergrundsmodeller, der kan simulere komplekse interaktioner, Nykommer har identificeret flere nøglekontroller.

"Vi mener, at en vellykket infiltration af flodbredden kræver to ting:Vandmagasinet under og ved siden af ​​floden skal have sedimenter af den rigtige type og størrelse, består af de rigtige mineraler; og flodens økosystem skal sørge for meget af den opretholdende føde til mikroberne i disse sedimenter, " sagde hun. "Det er kombinationen af ​​disse to ting, der hjælper dette filtreringssystem med at opretholde sin produktivitet, og disse to faktorer ændrer sig med sæsonbestemt og operationel praksis."

Berkeley Labs forskning har været i stand til at modellere nøglefaktorerne for at opretholde vandproduktion af høj kvalitet og samtidig optimere vandinfiltration og -pumpning. Forskerne fandt ud af, at mikrobiomer er en vigtig kontrolfaktor, og de har publiceret en række undersøgelser gennem årene baseret på Vandstyrelsens hjemmeside, såsom en på flodbredden biotilstopning, en proces, hvor mikrobiel vækst kan blokere for indtrængning af vand til opsamlingsbrøndene.

Newcomer har udviklet en numerisk flow- og reaktiv transportmodel af vand og geokemiske bestanddele i undergrunden. "Det er en state-of-the-art model og er den første af sin type, der har mikrobielle egenskaber indbygget i modellen, " sagde hun. "Med den mikrobielle information såvel som flowet og geokemisk information kan det hjælpe med at guide et bureau med dets pumpebeslutninger, og vi bruger nu modellen til at udforske reaktioner på brand."

Forskning efter brand

Den nuværende fase af forskningen fokuserer på at indsamle data fra hele vandskellet og bruge modellerne til at forstå, hvordan askebaseret kulstof genereret af brandene og mobiliseret af vinterstorme vil påvirke infiltrationshastigheder og mikrobiel vækst. Kulstof er en energikilde for flodlejets mikroorganismer og har dermed indflydelse på, hvor meget vand der kan trænge ind i grundvandsmagasinerne, og hvor hurtigt forurenende stoffer kan nedbrydes.

Faren er, at potentielt giftige kemikalier, der er almindelige i et væld af husholdningsartikler, vil finde vej til grundvandet efter en brand. "For det meste er vi bekymrede for kemikalier fra personlige husholdningsartikler, såsom brandhæmmende midler i møbler, maling, pesticider, og ting, der brændte i folks hjem, " Newcomer sagde. "Vi er også bekymrede for, at metaller bliver mobiliseret, såsom kviksølv, som er almindeligt forekommende i batterier og pærer."

Berkeley Lab-teamet er ikke involveret i nødberedskab på de seneste brande. Hellere, deres videnskabelige undersøgelser og numeriske kapaciteter vil gøre det muligt for Vandstyrelsen at træffe mere informerede beslutninger om, hvordan de administrerer deres filtreringssystem ved flodbredden, både på kort og længere sigt. Tilgangene skal kunne overføres til andre steder, og kan også bane vejen for mere effektivt design af filtreringssystemer til flodbredder, der er modstandsdygtige over for ekstreme begivenheder.

"Vi indkapsler vores forståelse af forbindelserne mellem hydrologi, ild-afledt kulstof, geokemi, og biologi i en forudsigende tilstand, der kan sætte Vandstyrelsen bedst i stand til at træffe beslutninger om, hvordan de kan optimere deres flodbreddsfiltreringssystem og levere vand til sine kunder, " sagde Hubbard.