De uitputting van de watervoerende lagen in Californië door het overpompen van grondwater heeft geleid tot een groeiende belangstelling voor "beheerde wateraanvulling, " die uitgeputte watervoerende lagen aanvult met behulp van beschikbare oppervlaktewateren, zoals hoge stromen in rivieren, afvoer van winterstormen, of gerecycled afvalwater. Tegelijkertijd, toenemende bezorgdheid over verontreiniging van grondwatervoorraden met nitraat uit meststoffen, septic tanks, en andere bronnen.

Onderzoekers van UC Santa Cruz pakken beide problemen aan met een lopend programma in de Pajaro-vallei, waar ze grondwateraanvullingsprojecten hebben uitgevoerd en bestudeerd en methoden hebben geëvalueerd om de waterkwaliteit te verbeteren terwijl het in de grond infiltreert.

"Terwijl we de inspanningen voor het aanvullen van grondwater opvoeren, het is belangrijk om te voorkomen dat u bijdraagt ​​aan problemen met de waterkwaliteit. Als we water van goede kwaliteit in de grond stoppen, het verdunt alle verontreinigingen die zich al in het grondwater bevinden, " zei Andrew Visser, hoogleraar aard- en planetaire wetenschappen aan UC Santa Cruz.

In een voor publicatie aanvaarde studie in Wateronderzoek , Fisher's team toonde aan dat het eenvoudigweg toevoegen van een laag houtsnippers waar water in de grond infiltreert nitraat uit het water kan verwijderen door de microbiële activiteit in de onderliggende bodem te stimuleren. Sarah Beganskas, die de studie leidde als onderdeel van haar Ph.D. scriptie onderzoek, zei dat de houtsnippers een bron van koolstof vormen die nodig is voor denitrificerende bacteriën in de bodem.

"We zagen een toename in de verwijdering van nitraat uit het water en, tegelijkertijd, verhoogde overvloed van de microben die dit proces uitvoeren, " zei ze. "Houtsnippers verhoogden de nitraatverwijdering, zelfs bij hoge infiltratiesnelheden, wat belangrijk is omdat oplaadlocaties met hoge infiltratiesnelheden vaak de voorkeur hebben."

Minstens zo belangrijk is dat houtsnippers relatief goedkoop zijn. "Het moet een kosteneffectieve technologie zijn om praktisch te zijn, ' zei Visser.

Duurzaam grondwaterbeheer

Fisher's grondwateronderzoeksprogramma levert waardevolle resultaten op, net nu Californië is begonnen met een serieus streven naar duurzaam grondwaterbeheer in de hele staat. Op grond van de Wet Duurzaam Grondwaterbeheer (SGMA) die in 2014 is aangenomen, er worden overal in de staat nieuwe agentschappen opgericht om de grondwatervoorraden te beheren.

"Dit is een kans voor ons om een ​​aantal van deze ideeën naar buiten te brengen en de bureaus een aantal keuzes en tools te geven die ze kunnen gebruiken, Fisher zei. "Californië heeft een overvloed aan afvoer. Het probleem is dat we niet genoeg plaatsen hebben om het op het oppervlak te plaatsen. We hebben veel ruimte onder de grond."

Fisher en zijn studenten hebben samengewerkt met het Resource Conservation District van Santa Cruz County om mogelijke locaties voor grondwateraanvulling te identificeren door de afvoer van regenwater en de hydrologische omstandigheden in Santa Cruz County en het noorden van Monterey County in kaart te brengen. Hun analyse identificeert locaties met zowel voldoende afvoer als goede omstandigheden voor infiltratie van water in onderliggende watervoerende lagen. hun rapport, samen met kaarten en andere gegevens van het project, is online beschikbaar.

Beganskas merkte op dat zelfs in een droog jaar, een enkele intense storm kan veel afvoer veroorzaken. Verder, veel klimaatstudies voorspellen meer extremen in neerslagpatronen naarmate de mondiale temperatuur stijgt. Dat betekent meer extreem natte jaren en extreem droge jaren. Het betekent ook meer intense regenval, met meer van de regen die afvloeit in plaats van in de grond te weken.

"Zowel klimaatverandering als veranderingen in landgebruik, waar ontwikkeling meer ondoordringbare oppervlakken creëert, zorgen voor meer afvoer. Dus dat motiveert echt deze inspanningen om afvoer te verzamelen voor het opladen van de watervoerende lagen, ' zei Beganskas.

Netto meting opladen

Fisher werkt ook aan het aanpakken van de economische uitdagingen van projecten voor het aanvullen van grondwater. Hij stelde een programma voor van "oplaadnetmetingen" om landeigenaren te helpen de kosten van het installeren en exploiteren van grondwateraanvulbassins op hun eigendom terug te verdienen. Het werd in 2016 goedgekeurd door de raad van bestuur van het Pajaro Valley Water Management Agency voor een proefperiode van vijf jaar, en Fisher zei dat hij hoopt dat het programma als model kan dienen voor andere regio's die met soortgelijke uitdagingen worden geconfronteerd.

"We hebben geprobeerd het probleem op meerdere niveaus aan te pakken door samen te werken met regionale instanties en samen te werken met andere onderzoekers, " zei hij. Fisher fungeert als campusleider voor het UC Water Security and Sustainability Research Initiative (UC Water), die helpt bij het opbouwen van samenwerkingen en partnerschappen om waterbeheerproblemen aan te pakken.

Het onderzoek naar nitraatverwijdering is onderdeel van een samenwerking met microbioloog Chad Saltikov, professor en voorzitter van microbiologie en milieutoxicologie aan UC Santa Cruz, met financiering van de Gordon en Betty Moore Foundation. In lopende onderzoeken, de onderzoekers vergelijken de effectiviteit van verschillende koolstofbronnen als bodemverbeteraars om nitraatverwijdering te stimuleren, en ze onderzoeken vergelijkbare benaderingen voor het aanpakken van andere verontreinigingen.

"Nitraat is misschien wel de meest doordringende grondwaterverontreiniging, dus dat was onze grootste zorg, "Zei Beganskas. "We beginnen ook naar andere verontreinigingen te kijken, zoals arseen, dat is een groeiende zorg in sommige gebieden."

Fisher zei dat de Pajaro-vallei een goede locatie is geweest, zowel voor het testen van praktische oplossingen als voor het doen van interessant wetenschappelijk onderzoek. Het gebied is sterk afhankelijk van grondwater en kampt met ernstige problemen door overpompen, inclusief het binnendringen van zout water vanaf de kust. Als resultaat, landeigenaren en het regionale wateragentschap zijn zeer gemotiveerd om strategieën uit te proberen, zoals beheerde wateraanvulling.

"En er is goede wetenschap te doen, Fisher zei. "Deze oplaadvijvers geven ons een schijnwerper op de processen die plaatsvinden als water in de grond infiltreert, en onze bevindingen helpen ons bij het ontwerpen van effectieve oplaadstrategieën."