Hvad sker der, når regn falder på ørkenjord? En opdateret model giver svar

For flere år siden, mens man studerer miljøpåvirkningerne af storskala solfarme i Nevada-ørkenen, Desert Research Institute (DRI) forskere Yuan Luo, Ph.D. og Markus Berli, Ph.D. blev interesseret i et bestemt spørgsmål:hvordan påvirker tilstedeværelsen af ​​tusindvis af solpaneler ørkenens hydrologi?

Dette spørgsmål førte til flere spørgsmål. "Hvordan ændrer solpaneler den måde, vandet rammer jorden på, når det regner?" de spurgte. "Hvor bliver vandet af? Hvor meget af regnvandet bliver i jorden? Hvor dybt går det ned i jorden?"

"For at forstå, hvordan solpaneler påvirker ørkenens hydrologi, vi havde grundlæggende brug for en bedre forståelse af, hvordan ørkenjord fungerer hydraulisk, " forklarede Luo, postdoc hos DRI's Division of Hydrologic Sciences og hovedforfatter på et nyt studie i Vadose Zone Journal .

I undersøgelsen, Luo, Berli, og kolleger Teamrat Ghezzehei, Ph.D. fra University of California, Merced, og Zhongbo Yu, Ph.D. fra University of Hohai, Kina, foretage vigtige forbedringer af vores forståelse af, hvordan vand bevæger sig igennem og bliver lagret i tør jord ved at forfine en eksisterende computermodel.

Modellen, kaldet HYDRUS-1D, simulerer, hvordan vand omfordeles i en sandet ørkenjord baseret på nedbørs- og fordampningsdata. En første version af modellen blev udviklet af en tidligere DRI-studerende ved navn Jelle Dijkema, men fungerede ikke godt under forhold, hvor jordfugtigheden nær jordoverfladen var meget lav.

For at forfine og udvide anvendeligheden af ​​Dijkemas model, Luo analyserede data fra DRI's SEPHAS Lysimeter facilitet, beliggende i Boulder City, Never her, stor, underjordisk, jordfyldte ståltanke er blevet installeret over lastbilvægte for at give forskere mulighed for at studere naturlige vandgevinster og -tab i en jordsøjle under kontrollerede forhold.

Ved hjælp af data fra lysimetrene, Luo udforskede brugen af ​​flere hydrauliske ligninger til at forfine Dijkemas model. Slutresultatet, som er beskrevet i det nye blad, var en forbedret forståelse og model af, hvordan fugt bevæger sig igennem og opbevares i de øverste lag af tør ørkenjord.

"Den første version af modellen havde nogle mangler, " Luo forklarede. "Det fungerede ikke godt for meget tør jord med volumetrisk vandindhold på under 10 procent. SEPHAS lysimetre gav os rigtig gode data til at hjælpe med at forstå fænomenet, hvordan vand bevæger sig gennem tør jord som følge af nedbør og fordampning."

I ørkenmiljøer, forståelse af vandets bevægelse gennem jord er nyttig til en række praktiske formål, herunder jordgenopretning, erosion og støvhåndtering, og mindske risikoen for oversvømmelser. For eksempel, denne model vil være nyttig til ørkengenopretningsprojekter, hvor projektledere skal vide, hvor meget vand der vil være tilgængeligt i jorden til planter efter en ørkenregnstorm, sagde Berli. Det er også en vigtig brik i det puslespil, der er nødvendigt for at hjælpe med at besvare deres oprindelige spørgsmål om, hvordan solfarme påvirker ørkenens hydrologi.

"Modellen er meget teknisk, men alle disse tekniske ting er kun en matematisk måde at beskrive, hvordan regnvand bevæger sig i jorden, når vandet rammer jorden, " sagde Berli. "I det større billede, denne undersøgelse var motiveret af det meget praktiske spørgsmål om, hvad der sker med regnvand, når det falder på solfarme med tusinder og atter tusinder af solpaneler i ørkenen – men for at besvare spørgsmål som det, nogle gange skal man grave dybt og besvare mere grundlæggende spørgsmål først."