Kan Californien bedre bruge vinterstorme til at genopfylde sine grundvandsmagasiner?

Den generelle langsigtede prognose for Californien efterhånden som klimaændringerne intensiveres:hyppigere tørke, periodisk afbrudt af år, hvor store storme bringer regn hurtigere, end vandinfrastrukturen kan klare.

Dette bipolære vejr vil have dybtgående konsekvenser for statens 50 milliarder dollars landbrugsindustri og det omfattende netværk af reservoirer, kanaler, og akvædukter, der lagrer og distribuerer vand. Et system bygget til kunstvanding og oversvømmelsesbeskyttelse skal tilpasses for at imødekomme mere bevaring. "Effekterne af klimaændringer nødvendiggør engrosændringer i, hvordan vand forvaltes i Californien, " skrev statens Department of Water Resources i en hvidbog fra juni 2018.

Under tørke, landmænd og kommuner pumpede grundvand for at øge sparsomme overfladeforsyninger. Efter næsten et århundredes hård brug, mange grundvandsmagasiner er stærkt udtømte. Og Californiens fem år gamle lov, der regulerer grundvandsbassiner, nærmer sig et sandhedens øjeblik:i 2020, bæredygtighedsplaner skyldes agenturer, der forvalter kritisk udtømte grundvandsmagasiner. De skal enten finde mere vand til at understøtte grundvandsmagasinerne eller tage afgrødejorden ud af brug. Loven – loven om bæredygtig grundvandsforvaltning, eller SGMA – begynder at bide. En undersøgelse fra 2019 fra Public Policy Institute of California forudsagde, at mindst 500, 000 hektar landbrugsjord vil i sidste ende stå på tomgang.

For at lindre smerten, ingeniører søger at udnytte en ukonventionel og uhåndterlig kilde til vand:de voldsomme storme, der nogle gange blæser hen over Stillehavet og gennembløder Californien. "Vi er nødt til at fange de atmosfæriske floder, " sagde Tim Quinn, den tidligere direktør for Association of California Water Agencies. Men, han tilføjede, "Vi har ikke de rigtige transportfaciliteter. Der er ikke lager nok til at fange de atmosfæriske floder." Quinn ønsker at fange regnvand og omdirigere det til akvatiske "parkeringspladser, "som han kalder dem, hvor vandet kan sive tilbage i udtømte grundvandsmagasiner. Dette tjener flere formål:at genoprette en udtømt naturressource, mindske jordsynkningen og sørge for fremtidig vandforsyning.

Efter vedtagelse af loven, grupper, herunder statslige og lokale vandmyndigheder, nonprofitorganisationer, landmænd, og landbrugsgrupper som Almond Board, presser på for at øge mulighederne for genopladning. "SGMA er en stor driver, " sagde Ashley Boren, administrerende direktør for Sustainable Conservation, en nonprofit, der arbejder med landmænd og lokale vandkontorer rundt om i staten. "Der er en meget større interesse for genopladning, end der var før SGMA."

I Tulare-bassinet i syd, kunstvandingsdistrikter har længe ledet vand til specielle marker designet til at tillade det at sive hurtigt ned og genoplade vandførende lag. Nu, "i stedet for at holde fast i de originale genopladningsplaner, vi genoplader aggressivt, " sagde Aaron Fukuda, general manager for Tulare Irrigation District. "Hvis nogen kan pege på et hul en fod efter en fod efter en fod, Jeg går hen og putter vand i den."

"I stedet for at holde fast i de originale genopladningsplaner, vi genoplader aggressivt. Hvis nogen kan pege på et hul en fod efter en fod efter en fod, Jeg går hen og putter vand i den."

Borens kollega i Sustainable Conservation, Daniel Mountjoy, sagde mere end 120 millioner acre-fod grundvand "er blevet pumpet ud af Californiens grundvandsmagasiner" i Central Valley i de sidste 70 eller 80 år. Han tilføjede, "Jeg tænker på det som et kæmpe underjordisk reservoir, der allerede er bygget." Hvis du tænker på omkostningerne ved at bygge et reservoir" - og omkostningerne ved miljøgodkendelse - hvorfor skulle vi gøre det, når vi har adgang til 120 millioner acre-fod kapacitet?"

At få Central Valley til at oversvømme igen

Hvordan kan man udnytte de atmosfæriske floder? Spørg Don Cameron, af Helm, der bestyrer Terranova Farm på North Fork of the Kings River. Han har oversvømmet sine vinmarker siden 2011. Han har investeret 14 millioner dollars – 5 millioner dollars fra et DWR-tilskud og yderligere 9 millioner dollars fra Terranova – i afledningsstrukturer, der vil øge mængden, han kan genoplade i Kings-akviferens underbassin fra 14 kubikfod pr. sekund til 500 cfs, eller 1, 000 acre-fod om dagen. (En hektarfod svarer til ca. 326, 000 gallons; gennemsnitlige californiske husstande bruger op til en acre-fod om året.)

I 38 år, Cameron har styret gården, som dyrker 25 forskellige afgrøder, fra tomater og hvidløg til vindruer og, seneste, mandeltræer. "Jeg bemærkede for noget tid siden, at vandspejlet faldt to fod om året, " sagde han. "Vi indså, at vi var nødt til at gøre noget." Hans første indsats for at bygge genopladningsinfrastruktur - et rør, en kanal, og en plads udpeget til genopladning - udvidet for ni år siden, da han fik en $75, 000 tilskud fra det føderale landbrugsministeriums Natural Resources Conservation Service. Dette lod ham overvåge, "om vi kunne genoplade grundvandet på arbejdende landskaber - oversvømme hans marker, både braklagte og dem, hvor der dyrkes permanente afgrøder, som vinstokke, voksede.

"Vi begyndte at oversvømme vindruerne. Vi holdt vandet på fra februar til sidst i juni. Naboerne troede, vi var skøre, at vi ødelagde vores druer." Det var han ikke. Nu oversvømmer han ikke kun vinmarker, men nøddetræer. Han arbejder med DWR, lover at tage overskydende vand i oversvømmelsesår for at forhindre nedstrøms oversvømmelser og har afsat 400 acres som et permanent genopladningssted og 1, 200 acres mere til sæsonbestemt genopladning.

Hans nye system inkluderer en stor struktur med porte, der åbner for at lade vand ud af Kings Rivers nordlige forgrening til en kanal og den store pumpestation til at udvinde overfladevandet fra kanalen, plus en struktur med porte, der åbner for at lukke vand ud af fire nye 72-tommer rør og ind i en kanal, på vej mod genopladningsområder. Han forventer at kunne lade op med en hastighed på 500 kubikfod i sekundet, hvilket ville være lig med 1, 000 hektar fod om dagen, ind i det udtømte grundvandsmagasin. "Lagerkapaciteten under vores fødder er mellem 2 og 3 millioner acre-fod, " sagde han. "Vi har et kæmpe potentiale under vores fødder."

Han er ikke alene. Anthea Hansen, general manager for Del Puerto Water District, ønsker også at bruge oversvømmelsesvanding til at udnytte atmosfæriske floder; hendes distrikt samarbejder med en anden i et pilotprojekt på 2 millioner dollars for at genoplade vandførende lag. Aaron Fukuda i Tulare hjælper med at drive et distrikt ved at bruge en del af et føderalt tilskud på 1,95 millioner dollars til at bygge et nyt genopladningsbassin og undersøge måder at udvide eksisterende genopladningsfaciliteter på. I det våde år 2017, hans distrikt leverede billigt vand til bønder, der var villige til at sætte det tilbage i grundvandsmagasinet. Men for en individuel landmand, at skabe et genopladningsbassin kan være dyrt. Når man tæller prisen på jord, ingeniør- og graveomkostninger, en rørledning til at flytte vandet, og sagsomkostninger, et genopladningsprojekt på 1 hektar kan koste $100, 000, Fukuda vurderer.

For bureauer eller enkeltpersoner, der søger at skabe nye genopladningsbassiner, en ny Stanford-undersøgelse tilbyder et værktøj. Studiet, udført af Rosemary Knight, en geovidenskabsprofessor, og en tidligere ph.d. studerende Ryan Smith - nu assisterende professor ved Missouri University of Science and Technology - kan hjælpe dem, der bygger genopladningsdamme, med at undgå de problemer, der plager leveringssystemet til Friant-Kern-kanalen. Overpumpning fik jorden under det til at synke af, vridning af strukturen og reduktion af dens kapacitet. Undersøgelsen viser, hvordan en kombination af satellit- og luftfjernmåling, som kortlægger de underjordiske sand- og lerlag, kan bruges til at forudsige, hvordan genopladning kan reducere nedsynkning. Ved at kombinere datakilderne kan der oprettes kort over sammenhængen mellem genopladning – eller fortsat grundvandspumpning – og nedsynkning.

Genopladningsoperationer er ikke noget nyt; dedikerede bassiner har spredt sig over San Joaquin-dalen og Sacramento-dalen i årevis. Kern Countys Rosedale-Rio Bravo Water Storage District stammer fra 1959. Sådanne operationer var med til at hæve det samlede vand, der blev genopfyldt til San Joaquin Valley til 6,5 millioner acre-fod i 2017 – om året, ligesom den nuværende, gennemblødt af atmosfæriske floder. Men den samlede mængde af tilstrømning til overfladevand var tættere på 30 millioner acre-fod, PPIC rapporteret. Mens mængden af ​​regn og mængden af ​​genopladning var enestående, forskere siger, at mere genopladning var mulig. Et årligt gennemsnit på omkring 500, 000 acre-fod genopladningspotentiale er tilgængeligt - omkring en fjerdedel af det gennemsnitlige årlige grundvandsunderskud fra overpumpning.

Statens Department of Water Resources har et program dedikeret til at forbedre genopladning på gården kaldet Flood Managed Aquifer Recharge, eller FloodMAR. Kamyar Guivetchi hos DWR sagde, at de arbejder sammen med Merced Irrigation District for at finde ud af, hvor meget vand der kan genoplades på landbrugsarealer i Merced River vandskellet. Udover det, han sagde, "Vi ønsker at udvide fodaftrykket" af nye projekter. De forhindringer, han ser, går ud over infrastruktur. "Det handler ikke om stor infrastruktur; det handler om stort samarbejde" mellem private, offentlige og almennyttige interesser.

Buzz Thompson, en juraprofessor i Stanford, fokuserer på problemet med at flytte vandet. "Kundlinjen er, at i de virkelig våde år, vi har ikke mulighed for at opbevare alt det vand, der er til rådighed, " sagde han. Juridiske hindringer omfatter det 120 år gamle system med etablerede individuelle rettigheder til bestemte mængder vand. Disse skal være opfyldt, før overskydende kan tages til genopladning. Det samme gælder krav til miljømæssige vandleverancer, der sikrer, at fisk får nok vand. Mest problematisk:"Lige nu er den største mængde overfladevand tilgængelig nord for Bay Delta, og nogle af de bedste lagringssteder er syd for Deltaet, " sagde han. Så længe Deltaet er en transportflaskehals, der begrænser mængden, der kan opbevares."

A Hitch:Hvem ejer det genopladede vand?

Et incitament, der tvinger landmændene til at lade op, er viden om, at de i tørre år vil have adgang til det vand, de afsatte i våde år. Kunstvandingsdistrikter og agenturer for bæredygtighed i grundvandet har ikke en fælles tilgang til spørgsmålet om kredit. "Med SGMA, hvert agentur vil opstille sine egne regler, " sagde Mountjoy fra Sustainable Conservation. "Hører det til landmanden eller kunstvandingsdistriktet, der har ret til at sende det til landmanden?"

En tankegang går ind for kollektivt ejerskab. "Vanddistriktet har ret til at tage det vand - det forbliver vandingsdistriktets, til gavn for alle brugere, " sagde Mountjoy. En anden mulighed er "giv landmanden ret til at fange det og sælge det. … De betalte for at putte det i jorden. Det er nu deres. De kunne pumpe det op af jorden i et tørt år eller sælge det til en nabo. Man skaber i bund og grund et vandmarked."

Kern Countys Semitropic Water Storage District praktiserer en variant af dette. "Vores landmænd kan banke" genopladet vand "under distriktets etablerede program. De har en bankkonto til deres brug, " sagde Jason Gianquinto, distriktets daglige leder. "Vi har ikke besluttet, om de kan gøre andet end at beholde det til eget brug. Jeg kan ikke sige, at man kan flytte vand uden for vores distrikt til et andet område."

En anden taktik:Frigivelse af vand fra reservoirer, når en storm nærmer sig

En måde at fange flere af de atmosfæriske floder på er at lade dæmninger frigive reservoirvand i forventning om en storm. Hærens ingeniørkorps, som driver reservoirerne, har strenge regler for, hvor meget vand der skal holdes, og hvornår det kan frigives. Nu arbejder korpset med værktøjer udviklet af Scripps Institute of Oceanography ved University of California i San Diego, der letter det, der kaldes Forecast-Informed Reservoir Operations.

Turlock Irrigation District bruger værktøjerne. "I 2017 når vi havde en overskydende mængde vand, vi var i stand til at vide, hvad der skulle komme. Vi kunne begynde at lave udgivelser før oversvømmelse, " sagde Josh Weimer, distriktets regeringschef. Forhåndsudgivelserne, hvoraf nogle kunne genoplades, betød, at 2017-oversvømmelsen på sit højeste var 25 procent af oversvømmelserne forårsaget af tilsvarende stærke storme to årtier tidligere.

På tværs af Californiens landbrugsland, den hårde virkelighed i en fremtid uden garanteret adgang til grundvand synker ind. Jerry Gragnani, en nabo til Don Cameron, der er 70 år gammel, for nylig solgt 8, 000 acres af hans gård, holder 3, 000 acres til permanente afgrøder som nøddetræer. "Der er ingen fremtid uden genopladning, " sagde han. "Jeg tror ikke, der er en landmand her omkring, som ikke er klar over det. Vi ved, hvis du ikke genoplader vandet, det er ved at løbe tør. Når grundvandsmagasinet er lukket, den er lukket for evigt." tilføjede han, "Det er et godt tidspunkt at komme ud."