НАСА находит новый способ мониторинга потерь подземных вод. Орошение подземными водами позволяет фермерам выращивать пышные культуры в Центральной долине Калифорнии, но подземные водные ресурсы истощаются.
Исследование НАСА предлагает новый инструмент для управления подземными водами.
Метод выясняет, сколько подземных потерь воды происходит из водоносных горизонтов, заключенных в глину, которые могут быть осушены настолько, что не смогут восстановиться. А также сколько воды поступает из почвы, которая пополняется дождями, если нет продолжительных засух.
Исследовательская группа изучила калифорнийский бассейн Туларе, часть Центральной долины. Команда обнаружила, что ключ к различию этих подземных источников воды связан с моделями опускания и повышения уровня почвы в этом сильно орошаемом сельскохозяйственном регионе.
Центральная долина составляет всего 1% сельскохозяйственных угодий США, и ежегодно выращивает 40% фруктов, овощей и орехов страны. Такая производительность возможна только потому, что фермеры откачивают для полива подземные вод от 12 до 25 сантиметров. В засушливые годы более 80% оросительной воды поступает из-под земли.
После десятилетий откачки ресурсы подземных вод истощились. Скважины в бассейне Туларе теперь должны быть пробурены на глубину более 1000 метров, чтобы найти достаточно воды для полива.
Нет никакого способа точно измерить, сколько воды остается под землей, поэтому исследователи НАСА создали метод, который бы делал именно это.
Изменения уровня земли в этом регионе часто связаны с потерей воды, потому что, земля проседает вместе незаполненного пространства, где раньше была вода.
Бассейн Туларе резко проседает, текущая скорость составляет около 0,3 метра погружения (понижения) в год.
Но от месяца к месяцу земля может проседать, подняться или остаться прежней. Более того, эти изменения не всегда совпадают с ожидаемыми причинами. Например, после обильных осадков уровень грунтовых вод повышается. Кажется очевидным, что это также приведет к повышению уровня поверхности земли, но иногда она опускается. Уровень земли отслеживается через спутники Gps.
Исследователи предположили, что эти таинственные краткосрочные вариации могут содержать ключ к определению источников перекачиваемой воды.
Изменения были связаны с различными видами почв в бассейне. Водоносные горизонты ограничены слоями жесткой, непроницаемой глины, тогда как не замыкаемая почва или песок более рыхлые. Когда вода откачивается из водоносного горизонта, глине требуется некоторое время, чтобы сжаться в ответ на вес массы суши, давящей сверху. Неограниченная горизонтами рыхлая почва, с другой стороны, поднимается или опускается быстрее в ответ на дождь или откачку.
Исследователи создали простую численную модель этих двух слоев почв в бассейне Туларе. Исключив долгосрочную тенденцию оседания из данных об изменениях на уровне земли, они создали набор данных только из ежемесячных вариаций. Их модель показала, что в этом масштабе времени практически все изменения уровня земли могут быть объяснены изменениями в водоносных горизонтах, а не в уровне грунтовых вод.
Например, весной в Центральной долине мало осадков, поэтому уровень грунтовых вод обычно опускается. Но сток снега в Сьерра-Неваде подпитывает водоносные горизонты, и это приводит к повышению уровня земли. Когда осадки вызывают повышение уровня грунтовых вод, если водоносные горизонты одновременно сжимаются от перекачки в течение предыдущего сухого сезона, уровень земли будет понижаться.
Модель правильно воспроизвела влияние погодных явлений, таких как сильные дожди зимой 2016-17 годов. Она также соответствовала небольшому количеству доступных данных из скважин и GPS.
Новая модель может быть перепрофилирована для исследования других сельскохозяйственных регионов, где использование подземных вод нуждается в лучшем мониторинге с запланированным запуском в 2023 году.