Hvor kan oversvømmede marker hjælpe med at genopbygge grundvandet?

I Californien, mængden af ​​vand, der kommer ud af grundvandsmagasinerne under statens mest produktive landbrugsregion, overstiger langt mængden af ​​vand, der risler ind igen. Det voldsomme overtræk har fået jord over store dele af regionen til at synke som en udpresset svamp, permanent udtømning af grundvandslagringskapacitet og ødelæggelse af infrastruktur.

Tendensen – og et 2014-mandat til bæredygtig grundvandsforvaltning i staten – har vakt interesse for at genopbygge grundvandsmagasinerne i Californiens Central Valley gennem styret oversvømmelse af jorden over dem. Men indtil nu har der ikke været nogen pålidelig måde at vide, hvor denne type midler vil være mest effektive. Ny forskning fra Stanford University foreslår en måde at kortlægge præcist, hvor og hvordan man kan bruge grundvandsgenopladning til at genopfylde grundvandsmagasinerne og stoppe forliset.

Dele af Central Valley sunket med så meget som 28 fod i løbet af første halvdel af det 20. århundrede, og i de seneste årtier er nogle steder faldet med næsten 8 tommer om året. Modellering i den nye undersøgelse, offentliggjort i det peer-reviewede tidsskrift Vandressourceforskning , indikerer, at jorden vil synke med yderligere 13 fod eller mere på nogle steder i løbet af de næste 20 år, medmindre pumpningen bremses.

Selv under et scenarie, hvor pumpning aldrig overstiger mængden af ​​vand, der går ind i grundvandsmagasinerne, modellen forudsiger fortsat fald, efterhånden som tidligere kassekreditter tager deres vejafgift. "Der er en tidsforsinkelse i systemet, " sagde geofysiker Rosemary Knight, seniorforfatter på undersøgelsen og professor ved Stanford's School of Earth, Energi- og miljøvidenskab. "Den eneste måde, vi kan stoppe det på, er at være strategisk omkring, hvad vi gør med vores tilgængelige opladningsvand."

En perfekt storm

I et normalt år, vand i kanaler, reservoirer og floder er tilstrækkeligt til det meste kunstvanding i Central Valley, mens akviferer giver et supplement. I de seneste tørkeår har imidlertid, Overfladeforsyninger kom til kort, og landmænd, der bidrog til regionens landbrugsindustri på 17 milliarder dollar, var mere afhængige af grundvand.

"Det er en perfekt storm af en omfattende landbrugsindustri kombineret med lav nedbør, varme temperaturer, behovet for at pumpe grundvand og en overflod af ler, der er tilbøjelig til at synke, " sagde Knight. Ler her, der komprimerer, når det pumpes tørt, har også en tendens til at være rigt på arsen, som intensiv pumpning kan frigive til vandforsyninger. "Så du har problemer med vandmængde og vandkvalitet, " sagde Knight.

Opladningsmetoder, der nu er i brug eller under seriøs overvejelse i Californien, involverer oversvømmelser af marker eller frugtplantager i vintermånederne eller oprettelse af genopladningsdamme året rundt. "Nøglespørgsmålet er, hvor bliver vandet af?" sagde Knight. "Hvis du vil oversvømme en bondes mark, du skal være sikker på, at det kommer til at virke."

At vide, hvor vandet vil gå under jorden, afhænger af at kortlægge de indviklede kanaler af sand og grus, der sammenfletter tætpakket ler og silt. I Californien, at oplysninger ofte kommer fra boreentreprenørers rapporter til statslige tilsynsmyndigheder, som er dyre at anskaffe og ikke dækker områder mellem eller under de borede brønde. Som resultat, den mest almindelige tilgang til håndtering af sætning er reaktiv. "Hvis vi proaktivt administrerer, kan vi forhindre uopretteligt lagertab, " sagde hovedforfatter Ryan Smith, en professor ved Missouri University of Science and Technology, der afsluttede forskningen som ph.d. studerende i geofysik på Stanford.

Over og under jorden

Den nye tilgang, baseret på en kombination af to typer fjernmålingsdata, kunne anvendes på tværs af store landbrugsregioner til relativt lave omkostninger. Knight og Smith analyserede strukturen af ​​sand- og lerlag, der var blevet målt i et tidligere studie ved at transmittere elektromagnetiske signaler fra en helikopter på tre steder i Tulare County, omkring 45 miles syd for Fresno, Californien. De behandlede også data fra offentlige satellitbilleder for at måle, hvor meget jorden var sunket.

"Jeg indså, at begge datasæt var knyttet til lerindhold, " sagde Smith. "Jeg tænkte, hvis der er en matematisk måde at forbinde disse to på, så kunne vi bygge en forudsigelig model for nedsynkning." Undersøgelsen beskriver en metode til at tilpasse eksisterende matematik- og fysikalgoritmer til at integrere de to datasæt i én model.

Kun en del af Californien er blevet kortlagt med begge typer fjernmålingsdata, bemærkede Tim Godwin, en senior ingeniørgeolog med California Department of Water Resources, som har støttet Knights bestræbelser på at udvide luftbårne elektromagnetiske undersøgelser i staten. Men efterhånden som disse datasæt vokser, han sagde, at kombinere dem med værktøjer til at forudsige synkning vil hjælpe med at besvare spørgsmål om de bedste måder at opfylde bæredygtighedsmålene på. "Grundvandsforvaltere vil være i stand til mere præcist at forudsige følsomhed over for sænkningsforhold og have større tillid til foreslåede projekter, " han sagde.

Ifølge Smith, Indsynkning i de kommende år kan blive endnu mere alvorlig, end den nuværende model indikerer, hvis borere uddyber regionens brønde for at klare fremtidens vandmangel. "Der er stadig dybere, stort set uudnyttede grundvandsmagasiner, hvis pumpet, ville have et dramatisk tryktab, " sagde han. "Det ville få leret til at komprimere mere, end det gør i de dele af grundvandsmagasinet, der bruges i dag."