Onderzoekers van de Universiteit van Californië in San Diego rapporteren in een nieuwe studie een manier om grondwatermonitoring te verbeteren door gebruik te maken van een teledetectietechnologie (bekend als InSAR), in combinatie met gegevens over klimaat en bodembedekking, om hiaten in het begrip van duurzaam grondwater in San Joaquin Valley in Californië te overbruggen.

Hun werk zou revolutionair kunnen zijn voor het beheer van het grondwatergebruik in landbouwgebieden over de hele wereld, omdat grondwatermonitoring en -beheer notoir moeilijk uit te voeren zijn vanwege een gebrek aan betrouwbare gegevens.

De satellietgebaseerde InSAR (interferometrische synthetische apertuurradar) wordt gebruikt om kaarten met hoge resolutie te maken van de beweging van het landoppervlak in ruimte en tijd, inclusief meting van bodemdaling (of zinken). Bodemdaling kan optreden wanneer grote hoeveelheden grondwater uit ondergrondse opslagplaatsen worden afgevoerd, aquifers genoemd.

De studie, gepubliceerd in het tijdschrift Brieven voor milieuonderzoek , profiteerde van de ongelooflijk fijne resolutie van InSAR om bodemdalingspatronen te evalueren op basis van gewastype, verrassende resultaten aan het licht brengen. Bijvoorbeeld, ondanks berichten over een hoog waterverbruik door fruit- en notengewassen in Californië, de gewassoorten met de grootste bodemdaling, en door associatie de hoogste percentages van het grondwatergebruik, waren veldgewassen zoals maïs en soja, gevolgd door weidegewassen zoals luzerne, vrachtwagengewassen zoals tomaten, en tenslotte, fruit- en notengewassen zoals amandelen en druiven.

"Onze eerste hypothese was dat fruit- en notengewassen geassocieerd zouden worden met enkele van de hoogste percentages bodemdaling, maar we vonden het tegenovergestelde, " zei hoofdauteur van de studie, Morgan Levy, een assistent-professor met een gezamenlijke afspraak met Scripps Institution of Oceanography en School of Global Policy and Strategy van UC San Diego.

Omdat verdringing een reactie is op veranderingen in grondwateropslag op locaties met verschillende geologie, bodems en vegetatie, de interpretatie van InSAR verschilt per locatie, in tegenstelling tot satellietmetingen van het klimaat die op elke locatie dezelfde interpretatie hebben. Daarom, InSAR moet worden gecombineerd met andere bronnen van geofysische data om locatiespecifiek inzicht in grondwatergebruik te krijgen.

Door InSAR te combineren met andere datasets over landoppervlakten, waaronder landbedekking, potentiële verdamping (een maat voor de vraag naar plantwater), en de locatie van oppervlaktewatervoorzieningsnetwerken, Onderzoekers van UC San Diego ontdekten dat tussen 2015 en 2017, bodemdaling trad veel sneller op in geïrrigeerd gecultiveerd land in vergelijking met onontwikkeld land, en in droge oppervlaktewater-beperkte jaren ten opzichte van natte jaren.

Gedurende de studieperiode, er was een mediaan van 272 millimeter (of 16 inch) totale cumulatieve bodemdaling voor veldgewassen (zoals maïs en soja), en een jaardaling in droog water van 131 millimeter (5 inch) per jaar. Voor fruit- en notengewassen, (zoals amandelen en druiven) was er een mediaan 62 millimeter (2,5 inch) totale bodemdaling gedurende de onderzoeksperiode, en een jaardaling in droog water van 31 millimeter (1 inch) per jaar.

"De uitkomst kan door twee dingen worden verklaard. Ten eerste, fruit en noten hebben gemiddeld fysiologisch minder water nodig, in vergelijking met akker- en weidegewassen. Tweede, akker- en weidegewassen hebben de neiging om irrigatiemethoden te gebruiken die minder efficiënt zijn en meer volume hebben dan die van fruit- en notengewassen, "Zei Levy. "Echter, fruit en noten kunnen nog steeds grotere totale hoeveelheden water verbruiken omdat ze meer landoppervlak innemen, zelfs als hun grondwatergebruiksintensiteit minder is."

Methoden en bevindingen van dit onderzoek zouden kunnen worden gebruikt om de voortdurende inspanningen van de staat te ondersteunen om roodstand van grondwaterlagen te voorkomen. Grondwater is een essentiële hulpbron, zowel nationaal als wereldwijd:in de VS, grondwater is een bron van drinkwater voor ongeveer de helft van de bevolking, en vormt de grootste bron van irrigatiewater voor de landbouw. Irrigatie is goed voor ongeveer 70 procent van de totale Amerikaanse grondwateronttrekkingen, en Californië heeft de hoogste percentages grondwaterpompen in de natie.

"Onze bevindingen geven aan dat in de Central Valley, de kosten en baten van de overgang van veldgewassen naar fruit- en notengewassen in de afgelopen jaren zijn complexer dan doorgaans wordt aangenomen, "Levy toegevoegd. "Onze resultaten suggereren de mogelijkheid dat overgangen naar fruit- en notenteelt wenselijk zou kunnen zijn, in ieder geval vanuit het oogpunt van duurzaamheid van het grondwater, hoewel er meer onderzoek nodig is om dit te bevestigen."

Wereldwijd potentieel om grondwatermonitoring en -beheer te verbeteren

Californië is een voorbeeld van een semi-aride en irrigatie-afhankelijke klimaat voor de landbouw. Gecoördineerde inspanningen van het UC San Diego-team van klimaatwetenschappers en geofysici om bodemdaling te koppelen, grondwater- en oppervlaktewatergebruik, en gegevens over de productie van gewassen op vergelijkbare tijd- en ruimteschalen hebben een enorm potentieel om de monitoring en het beheer van grondwater in landbouwregio's in andere delen van de wereld te verbeteren, aldus de auteurs.

In de San Joaquin-vallei tijdens natte jaren, boeren kunnen tot 100 procent van hun oppervlaktewatertoewijzingen ontvangen, terwijl in extreem droge jaren, ze kunnen er geen ontvangen. Wanneer de oppervlaktewatervoorziening niet beschikbaar is, boeren ontginnen grondwater. Dus, grondwater is steeds belangrijker geworden onder klimaatverandering, aangezien Californië en vele delen van de wereld te maken hebben met oppervlaktewatertekorten. Echter, overmatig pompen komt voor, zelfs in relatief natte jaren. En, aquifers kunnen opraken.

In 2014, Californië heeft wetgeving aangenomen die een geleidelijke, lokaal geleide verschuiving naar duurzaam gebruik van grondwater - de hulpbron waarvan 85 procent van de bevolking en een groot deel van de landbouwindustrie van $ 50 miljard afhankelijk is. De gegevens van InSAR kunnen van cruciaal belang zijn voor de inspanningen van de staat om effectief toezicht en beheer uit te voeren als reactie op klimaatverandering.

Hoewel de wetgeving lokale instanties heeft aangemoedigd om InSAR te gaan gebruiken voor het documenteren van bodemdaling, gebruik van InSAR voor directe monitoring van grondwatergebruik is nog in een vroeg stadium van ontwikkeling. De onderzoeksinspanningen van UC San Diego bieden een voorbeeld van hoe waterbeheerders satellietgegevensbronnen kunnen gebruiken, inclusief InSAR, directe monitoring van lokale relaties tussen bodemdaling, grondwaterpompen en gewasportfolio's.

"De belofte van InSAR ligt in ons vermogen om het te combineren met andere bronnen van geofysische en sociale gegevens om vragen te beantwoorden die relevant zijn voor het waterbeleid, Levy en co-auteurs schreven. "We geven een voorproefje van de kracht van een dergelijke synthese, waaruit blijkt dat ruimtelijke patronen van bodemdaling en hun relatie tot landbouwteelt en de bijbehorende watervraag duidelijk en robuust zijn."

Ze concludeerden, "Onze bevindingen suggereren dat beleidshefbomen ter ondersteuning van duurzaam grondwaterbeheer baat kunnen hebben bij overweging van de intensiteit van het grondwatergebruik van gewasselectie, niet alleen de moeilijk te definiëren duurzaamheid van grondwaterwinningsvolumes over grondwaterlagen die onzeker blijven en kostbaar zijn om af te bakenen."