Een raamwerk dat is ontworpen om gedetailleerde informatie te verstrekken over het gebruik van landbouwgrondwater in droge gebieden is ontwikkeld door KAUST-onderzoekers in samenwerking met het Saoedische ministerie van Milieu, Water en Landbouw (MEWA).

"Grondwater is een kostbare hulpbron, maar we betalen er niet voor om ons voedsel te verbouwen, we pompen het er gewoon uit, " zegt Oliver López, die aan het project werkte met Matthew McCabe en collega's van KAUST. "Als iets gratis is, we houden het minder goed bij, maar het is van cruciaal belang dat we grondwateronttrekking meten, omdat dit zowel de voedsel- als de waterzekerheid beïnvloedt, niet alleen regionaal, maar wereldwijd."

De landbouwgrond van Saoedi-Arabië wordt vaak geïrrigeerd via centrale draaipunten die ondergrondse aquiferbronnen aanboren. Het team heeft een krachtige tool gebouwd die details van het watergebruik vastlegt, van regionale schaal tot individuele velden. Dit is het eerste operationele systeem ter wereld voor het monitoren en modelleren van landbouwwatergebruik op zulke fijne ruimtelijke en tijdschalen, merkt López op.

Het raamwerk combineert gegevens uit verschillende bronnen, inclusief de Landsat 8-satelliet, weersvoorspellingsmodellen en een hydrologisch model van het landoppervlak, om de resolutie en voorspellingsnauwkeurigheid van het systeem te verbeteren.

"De satellietbeelden tonen duidelijke patronen van actieve velden tegen de kale woestijnachtergrond, waardoor we individuele centrale spilvelden kunnen identificeren, zelfs als ze onregelmatig van vorm en grootte zijn, ", zegt Lopez.

Het team heeft de verdampingssnelheden van gewassen afgeleid, oppervlaktetemperatuur en albedo, en groeipatronen bijsnijden uit de satellietgegevens. Ze combineerden deze informatie met een regionaal oppervlaktehydrologiemodel om de hoeveelheid water te schatten die door de centrale draaipunten aan elk veld werd geleverd.

Ze evalueerden het raamwerk in een kleinschalige experimentele faciliteit met 40 velden in Al Kharj, alvorens het op grote schaal te testen in de provincie Al Jawf, waar het met succes het waterverbruik in meer dan 5000 afzonderlijke velden heeft geschat. De aanpak is sindsdien landelijk toegepast in meer dan 35, 000 velden.

"Ons raamwerk heeft uitgebreide schattingen op veldschaal voor 2015 opgeleverd die als benchmark zullen dienen voor toekomstige vergelijkingen, " zegt López. "We hopen dat ons model een consistente en betrouwbare tool biedt die de impact van waterbeheerbeleid aantoont en toekomstige beslissingen stimuleert."

Het team is van plan om meerdere satellietgegevensbronnen te integreren om de frequentie en resolutie van gegevensverzameling te verbeteren, waardoor de nauwkeurigheid van het raamwerk wordt verbeterd.

"Een belangrijk doel van onze onderzoeksgroep is om 'elk veld, overal, de hele tijd' - een echt Big Data-analyseprobleem, ", zegt McCabe. "Om de nationale en mondiale voedsel- en waterveiligheidsproblemen aan te pakken, we hebben kennis op lokaal niveau nodig, geleverd op planetaire schaal."