Где затопленные поля могут помочь пополнить запасы подземных вод?
В Калифорнии объем воды, извлекаемой из водоносных горизонтов под самым продуктивным сельскохозяйственным регионом штата, значительно превышает объем воды, просачивающейся обратно. Это безудержное истощение привело к проседанию земли на большей части региона, как выжатой губки, что навсегда сокращает емкость водоносных горизонтов и повреждает инфраструктуру.
Эта тенденция, а также мандат 2014 года о переходе на устойчивое управление подземными водами, вызвали интерес к пополнению водоносных горизонтов в Центральной долине Калифорнии с помощью контролируемого затопления поверхности. Однако до сих пор не было надежного способа определить, где этот метод будет наиболее эффективен. Новое исследование Стэнфордского университета предлагает способ точно картировать, где и как использовать пополнение запасов для восполнения водоносных горизонтов и остановки проседания.
Части Центральной долины просели на целых 28 футов (около 8,5 м) в первой половине XX века, а в последние десятилетия некоторые участки опускались почти на 8 дюймов (около 20 см) в год. Моделирование в новом исследовании, опубликованном в рецензируемом журнале Water Resources Research, показывает, что в некоторых местах земля просядет еще на 13 футов (около 4 м) или более в течение следующих 20 лет, если откачка не замедлится.
Даже при сценарии, когда откачка никогда не превышает объем пополнения, модель предсказывает продолжение проседания из-за последствий прошлого перерасхода. «В системе есть временная задержка, — говорит геофизик Розмари Найт, старший автор исследования и профессор Школы наук о Земле, энергетике и окружающей среде Стэнфорда. — Единственный способ остановить это — стратегически использовать доступную воду для пополнения».
В нормальный год воды в каналах, водохранилищах и реках достаточно для большинства оросительных нужд Центральной долины, а водоносные горизонты служат дополнением. Однако в последние засушливые годы поверхностных ресурсов не хватало, и фермеры, вносящие вклад в сельскохозяйственную отрасль региона стоимостью 17 миллиардов долларов, стали больше полагаться на подземные воды. «Это идеальный шторм: обширная сельскохозяйственная отрасль в сочетании с низким уровнем осадков, высокими температурами, необходимостью откачки подземных вод и обилием глин, склонных к проседанию», — поясняет Найт.
Новый подход, основанный на объединении двух типов данных дистанционного зондирования, может быть применен на больших сельскохозяйственных территориях при относительно низкой стоимости. Найт и ведущий автор Райан Смит проанализировали структуру слоев песка и глины, измеренную в предыдущем исследовании с помощью передачи электромагнитных сигналов с вертолета на трех участках в округе Туларе. Они также обработали данные общедоступных спутниковых снимков, чтобы измерить величину проседания.
«Я понял, что оба набора данных связаны с содержанием глины, — сказал Смит. — Я подумал, что если есть математический способ соединить эти два, то мы сможем построить прогностическую модель проседания». Исследование описывает метод адаптации существующих математических и физических алгоритмов для интеграции двух наборов данных в одну модель.