Grondwater maakt 30 tot 50 procent uit van de watervoorziening van Californië, maar tot voor kort waren er weinig beperkingen op het ophalen ervan. Toen, in 2014, werd Californië de laatste westerse staat die regulering van zijn grondwater vereiste. Met deadlines die dit jaar beginnen, voor het eerst hebben waterbeheerders in de belangrijkste landbouwregio van het land - de Central Valley van de staat - de taak om het beschikbare grondwater te schatten. Het is een enorme technologische uitdaging.

Nu biedt een nieuwe computationele benadering die is ontwikkeld door wetenschappers van het Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) van het Department of Energy een hoogtechnologische en toch eenvoudige methode:het combineert afbeeldingen met een hoge resolutie die zijn afgeleid door satelliet met geavanceerde computermodellering om de verandering van het watervoerende pakket te schatten op basis van waargenomen vervorming van de grond. De methode kan helpen bij het stroomlijnen van het volgen van grondwater in een regio, zodra meerdere lokale beheerinstanties beginnen met het indienen van waterbeheerplannen om te voldoen aan de Wet duurzaam grondwaterbeheer van 2014 (of SGMA, uitgesproken als "sigma").

"Droogte heerst in de geschiedenis van Californië en is onvermijdelijk in de toekomst. De traditionele methoden voor het meten van grondwaterstanden hebben beperkingen voor het type geïntegreerd beheer dat vereist is onder SGMA, " zei Peter Nico, een milieu-geochemicus van Berkeley Lab, en onderzoeker betrokken bij de inspanning. "Door deze techniek te gebruiken, het is mogelijk om een ​​'levend' model van grondwatervoorraden voor de Central Valley te maken dat regelmatig kan worden bijgewerkt en op zeer lokale of zeer grote schaal kan worden gebruikt."

De methode past een van de belangrijkste sterke punten van Berkeley Lab toe - computers - op een gebied dat een belangrijk aandachtspunt is voor het Lab:waterduurzaamheid. De wetenschappers zijn van mening dat dit het kader zou kunnen vormen dat waterbeheerders nodig hebben om de grondwatervoorraden van Central Valley op een kleine, lokale schaal en ook op een bredere schaal die rekening houdt met geaggregeerde middelen uit verschillende nabijgelegen jurisdicties.

Wat landvervorming zegt over het volume van de watervoerende laag?

In dit project, de wetenschappers maakten gebruik van gegevens verkregen van Synthetic Aperture Radar (SAR) -satellieten die de waargenomen bodemdaling vertegenwoordigen, of waar het land zinkt en de grondwaterbergingscapaciteit is geslonken. Dergelijke gegevens bieden een veel gedetailleerdere momentopname op macroniveau van de verdichting van watervoerende lagen, een proces dat gevoelig is voor grondwaterstanden in de Central Valley. Ze koppelden de satellietwaarnemingen aan een openbare database van putten die in Californië zijn geboord om de ruimtelijke verdeling te schatten van het watervoerende pakket dat elke maand in de staat verloren gaat door pompen.

Hun bevindingen, onlangs gepubliceerd in het tijdschrift Nature Wetenschappelijke rapporten , suggereren dat het volume van de watervoerende laag wordt beïnvloed door variaties in de effectieve druk in de grond rond gedocumenteerde putten. Voor de bestudeerde periodes de ruimtelijke patronen van veranderingen in het volume van de watervoerende lagen variëren aanzienlijk tussen jaren die droogte vertegenwoordigen (oktober 2015 tot 2016), neerslag (2017), en bijna gemiddelde regenval (2018), als gevolg van de afwijkingen in het oppompen van grondwater, die veranderen afhankelijk van de levering van oppervlaktewater aan boeren.

De onderzoekers zijn van mening dat hun methoden relatief eenvoudig kunnen zijn voor lokale instanties voor de duurzaamheid van grondwater, omdat de ruimtelijk expliciete schattingen van het volumeverlies van watervoerende lagen relatief goedkoop te verkrijgen zijn, en kan door lokale instanties worden gebruikt om gelokaliseerde gebieden met intensief pompen en overmatig grondwaterverbruik in te schatten.

"Deze techniek maakt het mogelijk om grondwatervoorraden niet alleen op zeer lokaal niveau te beoordelen, maar op grotere schaal om van nut te zijn voor meerdere belanghebbenden, ' zei Nico.

Bij hyperlokale aanpak bestaat het risico dat beschikbaar water dubbel wordt geteld

Voor een lange tijd, grondwater werd regelmatig opgepompt in Californië om te voorzien in de waterbehoefte wanneer oppervlaktewater afkomstig uit rivieren, meren, en de beken waren ontoereikend - zozeer zelfs tijdens de vele jaren van aanhoudende droogte dat massale overpompen de staat ertoe aanzetten de SGMA-wetgeving goed te keuren.

SGMA eist van watergebruikers dat ze rood staan ​​stoppen en kritisch overtekende grondwaterbekkens tegen 2040 in evenwicht brengen met oppompen en aanvullen. Lokale instanties voor de duurzaamheid van grondwater die belast zijn met het ontwikkelen van beleid voor duurzaam beheer van overbelaste grondwaterbekkens staan ​​nu voor de moeilijke taak om het grondwatergebruik en de opslagcapaciteit van watervoerende lagen te schatten zonder voldoende systematische en kwantitatieve monitoring, volgens de onderzoekers van Berkeley Lab.

Helaas, er is geen kosteneffectieve methode die nuttig is gebleken voor het monitoren van aquiferopslag in voldoende hoge resolutie maar toch over de benodigde ruimtelijke omvang, zelfs in hoogontwikkelde landbouwgebieden zoals Central Valley in Californië, volgens Don Vasco, Berkeley Lab senior wetenschapper en hoofdauteur van het artikel voor Wetenschappelijke rapporten .

Bijvoorbeeld, een benadering waarbij gebruik wordt gemaakt van waargenomen waterstanden bij het monitoren van boorgaten in de Central Valley om de status van de watervoerende laag aan te geven, is grotendeels ineffectief, omdat boorgaten meestal ondiep zijn en mogelijk niet nauwkeurig de gezondheid van diepere watervoerende lagen weergeven. Evenmin zouden de typisch dun verspreide boorgaten informatie verschaffen over voldoende ruimtelijke omvang om gelokaliseerde gebieden met hoog watergebruik te detecteren.

"Monitoring is van cruciaal belang bij het beoordelen van het verlies aan opslagcapaciteit in een bepaalde watervoerende laag - en bij het bepalen van de mate van uitputting van het grondwater - met een resolutie die overeenkomt met de behoeften van instanties die verantwoordelijk zijn voor grondwaterbeheer, van enkele kilometers tot tientallen kilometers, ' zei Vasco.

Het Public Policy Institute of California heeft onlangs 36 grondwaterduurzaamheidsplannen geëvalueerd die bij de staat zijn ingediend voor 11 kritisch overbelaste bassins in de San Joaquin Valley, de grootste landbouwregio van Californië. Hun beoordeling identificeerde de mogelijke valkuilen van hyperlokaal management, waaruit blijkt dat hoewel schattingen van de watervoorziening redelijk kunnen lijken wanneer de plannen afzonderlijk worden bekeken, het gezamenlijk herzien van de plannen legt het potentieel bloot dat bestaat voor dubbeltelling van watervoorraden door een dergelijke lokale benadering te volgen.

Dit perspectief benadrukt de behoefte aan een geïntegreerde monitoringtool die op kleine schaal kan worden toegepast, maar die ook een geïntegreerd overzicht biedt over grote rechtsgebieden die meerdere beheersgebieden omvatten om te voorkomen dat eventuele effecten door de kieren vallen.

"Als het over de hele staat wordt aangenomen, de computerbenadering die we hebben ontwikkeld, zou de nieuwe lokale grondwaterduurzaamheidsbureaus (GSA's) die onder SGMA zijn opgericht in staat kunnen stellen om tegelijkertijd de ruimtelijke variatie van het grondwatergebruik voor hun eigen gebied en de grotere regio in te schatten, ' zei Nico.

De techniek zou ook een nieuwe benadering kunnen worden die belanghebbenden in andere Amerikaanse staten en andere landen zouden kunnen overwegen als onderdeel van hun waterbeheerstrategieën, aldus de onderzoekers.