Een aantal jaar geleden, tijdens het bestuderen van de milieueffecten van grootschalige zonneparken in de woestijn van Nevada, Desert Research Institute (DRI) wetenschappers Yuan Luo, doctoraat en Markus Berli, doctoraat raakte geïnteresseerd in één specifieke vraag:hoe beïnvloedt de aanwezigheid van duizenden zonnepanelen de hydrologie van de woestijn?

Deze vraag leidde tot meer vragen. "Hoe veranderen zonnepanelen de manier waarop water de grond raakt als het regent?" zij vroegen. "Waar gaat het water naartoe? Hoeveel van het regenwater blijft in de grond? Hoe diep gaat het de grond in?"

"Om te begrijpen hoe zonnepanelen de hydrologie van de woestijn beïnvloeden, we hadden eigenlijk een beter begrip nodig van hoe woestijnbodems hydraulisch functioneren, " legde Luo uit, postdoctoraal onderzoeker bij de afdeling Hydrologische Wetenschappen van DRI en hoofdauteur van een nieuwe studie in Vadose Zone Journaal .

In de studie, Luo, Berlijn, en collega's Teamrat Ghezzhei, doctoraat van de Universiteit van Californië, Merced, en Zhongbo Yu, doctoraat van de Universiteit van Hohai, China, door een bestaand computermodel te verfijnen, belangrijke verbeteringen aanbrengen in ons begrip van hoe water zich verplaatst en wordt opgeslagen in droge bodems.

Het model, genaamd HYDRUS-1D, simuleert hoe water zich herverdeelt in een zanderige woestijnbodem op basis van neerslag- en verdampingsgegevens. Een eerste versie van het model is ontwikkeld door een eerdere DRI-afstudeerstudent genaamd Jelle Dijkema, maar werkte niet goed onder omstandigheden waarin het bodemvochtgehalte in de buurt van het bodemoppervlak erg laag was.

Om de bruikbaarheid van Dijkema's model te verfijnen en uit te breiden, Luo analyseerde gegevens van de SEPHAS Lysimeter-faciliteit van DRI, gevestigd in Boulderstad, Nev. Hier, groot, ondergronds, Met grond gevulde stalen tanks zijn boven weegbruggen geïnstalleerd om onderzoekers in staat te stellen natuurlijke waterwinsten en -verliezen in een bodemkolom onder gecontroleerde omstandigheden te bestuderen.

Met behulp van gegevens van de lysimeters, Luo onderzocht het gebruik van verschillende hydraulische vergelijkingen om Dijkema's model te verfijnen. Het eindresultaat, die in het nieuwe artikel wordt beschreven, was een verbeterd begrip en model van hoe vocht zich verplaatst en wordt opgeslagen in de bovenste lagen van droge woestijnbodems.

"De eerste versie van het model had enkele tekortkomingen, " legde Luo uit. "Het werkte niet goed voor zeer droge gronden met een volumetrisch watergehalte van minder dan 10 procent. De SEPHAS-lysimeters hebben ons echt goede gegevens opgeleverd om het fenomeen te begrijpen van hoe water door droge bodems beweegt als gevolg van regenval en verdamping."

In woestijnachtige omgevingen, het begrijpen van de beweging van water door de bodem is nuttig voor een verscheidenheid aan praktische toepassingen, inclusief bodemsanering, erosie en stofbeheersing, en overstromingsrisicobeperking. Bijvoorbeeld, dit model zal nuttig zijn voor woestijnrestauratieprojecten, waar projectmanagers moeten weten hoeveel water er in de bodem beschikbaar zal zijn voor planten na een woestijnregenbui, zei Berli. Het is ook een belangrijk stukje van de puzzel die nodig is om hun oorspronkelijke vraag te beantwoorden over hoe zonneparken de hydrologie van de woestijn beïnvloeden.

"Het model is erg technisch, maar al deze technische dingen zijn slechts een wiskundige manier om te beschrijven hoe regenwater in de grond beweegt zodra het water de grond raakt, ' zei Berli. 'In het grotere geheel, deze studie werd gemotiveerd door de zeer praktische vraag wat er met regenwater gebeurt als het op zonneparken met duizenden en duizenden zonnepanelen in de woestijn valt, maar om dat soort vragen te beantwoorden, soms moet je diep graven en eerst meer fundamentele vragen beantwoorden."