En integreret modelleringsramme til vurdering af overflade- og grundvandsressourcer

Grundvand - vandet indeholdt i porøse og sprækkede klipper under jorden - er den største ferskvandskilde på Jorden bortset fra iskapperne og gletsjerne. Det fodrer ind i floder, søer og andre overfladevandområder og er afgørende for økosystemer. Derudover er grundvandssystemer en integreret del af landbrugsvanding, især i regioner med knappe overfladevandsressourcer.

Eksisterende modeller i stor skala har en tendens til at forenkle grundvandsstrømmen, integrerer ofte ikke menneskelig vandforvaltning tilstrækkeligt og fungerer ved grovere opløsninger end nødvendigt til modellering af små hydrologiske processer. I en ny undersøgelse i Geoscientific Model Development , koblede et hold af IIASA-forskere Community Water Model (CWatM) (Burek et al., 2020) med grundvandsstrømningsmodellen MODFLOW, hvilket muliggjorde reproduktion af vandspejle ved meget fine rumlige opløsninger.

Den integrerede model simulerer hydrologiske processer, der forekommer i jord- og overfladevandområder på bakkeskråningsskalaen, med gitterceller mindre end 1 km. Det kan bruges til at modellere vandkredsløb på forskellige geografiske niveauer, lige fra små bassiner til hele lande.

Ved at sammenligne den østrigske Seewinkel-region og det indiske Bhima-bassin, der strækker sig over henholdsvis 573 og 46.000 km², testede forskerne modellens kapacitet til tilstrækkeligt at reproducere vandspejle under forskellige klimatiske, geologiske og socioøkonomiske forhold. De simulerede resultater blev valideret med observerede vandspejlsdybder og fluktuationer over en periode på 35 år i Seewinkel og 16 år i Bhima.

"Disse biofysiske modeller er vigtige, fordi vandkredsløb skal kvantificeres for korrekt vandforvaltning. Vi kan studere, hvordan lokale og regionale vandprocesser interagerer ved at forbinde modeller i forskellige skalaer. Især en model som CWatM-MODFLOW er et nyttigt værktøj til at projektere virkningen af ​​fremtidige vandforvaltningsplaner, ændringer i landdækning eller klimaændringer," siger Luca Guillaumot, undersøgelsens hovedforfatter og forsker i IIASA Water Security Research Group.

Desuden brugte forfatterne modellen til at vurdere virkningen af ​​grundvandsbaseret kunstvanding på vandkredsløbet i de to undersøgte regioner. De fandt ud af, at kunstvanding øger mængden af ​​vand, der bevæger sig ind i atmosfæren gennem fordampning fra jord og transpiration gennem plantevæv, men reducerer grundvandsstøtten til floder og fugtige områder, især i tørre årstider. Resultaterne indikerer også, at grundvandsspejlet er dybere i områder med intens kunstvandingspumpning.

På trods af vedvarende udfordringer med at reproducere vandspejlets dybdemønstre og kalibrere modellen ved så fine opløsninger som muligt (~100m), repræsenterer undersøgelsen en væsentlig forbedring i storskala hydrologisk modellering.

"Mennesker transformerer Jordens vandsystemer. IIASA-vandmodeller kan besvare vigtige spørgsmål om, hvordan vi påvirker regionale og globale vandsystemer på forskellige rumlige og tidsmæssige skalaer. Regionale interessenter, herunder politiske beslutningstagere, kan bruge denne information til at konstruere realistiske vandforvaltningsscenarier." konkluderer studiemedforfatter og IIASA Biodiversity and Natural Resources Program Director Yoshihide Wada. + Udforsk yderligere

Hvordan vi omformer global vandlagring