Grondwater is een belangrijke hulpbron voor watergebruikers in Central Valley in Californië, een belangrijk landbouwknooppunt met een economische output van tientallen miljarden dollars per jaar. Oppervlaktevervorming in de Central Valley wordt al lang in verband gebracht met veranderingen in grondwateropslag, maar de timing en beweging van de waterstroom onder het oppervlak is slecht begrepen vanwege een gebrek aan betrouwbare gegevens.

Nutsvoorzieningen, Voor de eerste keer, wetenschappers van de Scripps Institution of Oceanography en School of Global Policy and Strategy van de University of California San Diego, evenals de U.S. Geological Survey gebruiken geavanceerde satellietgegevens om de "puls" van de grondwaterstroom door de San Joaquin-vallei in kaart te brengen, het zuidelijke deel van de Central Valley.

In een nieuwe studie gepubliceerd op 7 april in Onderzoek naar waterbronnen , de interdisciplinaire onderzoekers beschrijven hoe recente ontwikkelingen op het gebied van teledetectie het mogelijk hebben gemaakt om de oppervlaktevervorming in de San Joaquin-vallei en de daarmee samenhangende veranderingen in grondwatervoorraden gedetailleerd in kaart te brengen.

De studie is de eerste die kijkt naar waar en wanneer het grondwater in de regio wordt aangevuld - een proces waarbij oppervlaktewater naar beneden beweegt door de bodem en ondiepe rotsen, uiteindelijk wordt toegevoegd aan ondergrondse winkels genaamd aquifers. Deze herlading zorgt ervoor dat het oppervlak stijgt, als de aquifer zwelt als gevolg van het toegenomen volume van opgeslagen water.

De bevindingen komen met name op het juiste moment omdat Californië zijn Sustainable Groundwater Management Act implementeert om zijn grondwatervoorraden beter te begrijpen en te beschermen.

"Het bestuderen van grondwaterbeweging is als een zwarte doos - we proberen informatie te krijgen over wat er met het water onder het oppervlak gebeurt, " zei Wesley Neely, een doctoraat kandidaat bij Scripps Oceanography en hoofdauteur van de studie. "De dataset waar we naar kijken in deze studie helpt ons om enkele van de hiaten op te vullen, en nu zijn we in staat om de signatuur van grondwaterstroming door de Central Valley in kaart te brengen op beleidsrelevante schalen."

Op basis van satellietwaarnemingen, de hoogte van het aardoppervlak in de Central Valley verandert met plus of min 2,75 inch naarmate de ondergrondse waterstanden het hele jaar door stijgen en dalen. Tijdens droogte, de grond in de regio kan tot 13,7 inch per jaar zinken.

De nieuwe waarnemingen werden gedaan met behulp van satellietgebaseerde InSAR (interferometrische synthetische apertuurradar) van de Sentinel-1-missies en continue Global Positioning System (cGPS) -gegevens. De onderzoekers gebruikten de satellietwaarnemingen van beweging in het aardoppervlak om de beweging van water in de ondergrond te visualiseren, het efficiënt in kaart brengen van een belangrijk geofysisch proces dat anders moeilijk en kostbaar is om te observeren.

"Dit onderzoek is belangrijk omdat de bevindingen ons een nieuw hulpmiddel bieden om veranderingen in verbonden oppervlakte- en grondwatersystemen te documenteren en te begrijpen, " zei co-auteur van de studie Morgan Levy, een assistent-professor met een gezamenlijke aanstelling bij Scripps Oceanography en School of Global Policy and Strategy van UC San Diego.

Dit werk bouwt voort op een recente studie van Levy en andere UC San Diego-onderzoekers die satellietbeeldvorming gebruikten om bodemdaling te volgen, of zinken, in de Centrale Vallei, die kunnen optreden wanneer grote hoeveelheden grondwater uit aquifers worden verwijderd.

De San Joaquin-vallei is een sedimentair bekken, samengesteld uit grind vermengd met lagen klei en slib, met waterzakken tussen de korrels van dit materiaal. Als het water uit het systeem wordt gehaald, de resulterende drukverandering kan ertoe leiden dat de korrels op elkaar instorten, wat kan leiden tot blijvende verzakkingen, een grote zorg voor de regio.

"Het is een soort kaartenhuis dat instort, "zei Neely. "Als er eenmaal een ineenstorting plaatsvindt, het kan heel moeilijk zijn om die ruimte weer te openen."

Echter, kijkend naar de satellietgegevens van 2016, een droog jaar, en 2017, een nat jaar, Neely vond een aantal specifieke regio's in de San Joaquin-vallei waar opheffing van het oppervlak paden suggereert voor het aanvullen van watervoerende lagen - waar en wanneer oppervlaktewater in grondwaterreservoirs terechtkomt.

De radarweergave van de regio bood Neely en medewerkers de mogelijkheid om een ​​tijdreeks van beelden op te bouwen die in detail bestudeerd konden worden. In plaats van te focussen op het grote bodemdalingsignaal van grondwaterwinning, de onderzoekers onderzochten het seizoenssignaal dat zich in de tijdreeksen verstopte. Het seizoenssignaal geeft informatie over wanneer en waar een punt op de grond een relatieve piekstijging heeft in een bepaald jaar, wat zich vertaalt naar een piek grondwaterstand op dat punt.

Deze timing over de vallei in kaart brengend, ze vonden regio's waar de piekstijging overeenkwam met de timing van waterinvoer, zoals rivierafvoer van de Sierra Nevada-reeksen. Gezien de timing van de opwaartse kracht en hun nabijheid tot rivieren en beken, dit suggereerde dat aquifer-aanvulling plaatsvond waar grote hoeveelheden water uit naburige stroomgebieden van de Sierra Nevada stroomden.

Verder, ze ontdekten dat weggaan van de locatie van veronderstelde herlading, de timing van opwaartse veranderingen op manieren die routes voor grondwaterstroming kunnen suggereren.

"Het is alsof je een puls observeert die door de watervoerende laag gaat, " zei Neely. "We hebben niet alleen regio's gevonden waar seizoensgebonden grondwateraanvulling plaatsvindt, maar we kunnen de timing van oplaadgebeurtenissen schatten, waar grondwater kan stromen nadat het de ondergrond is binnengedrongen, en hoe deze reactie verandert tijdens droge en natte waterjaren."

Deze studie biedt nieuw inzicht in een aquifersysteem dat kan worden gebruikt om grondwater- en bodemdalingsmodellen te beperken.

"Het meest interessante deel van het onderzoek was gewoon het zien - in ruimte en tijd - van de fysieke verbinding tussen oppervlaktewaternetwerken en grondwatergedreven landoppervlakverandering. We weten dat oppervlaktewateren en watervoerende lagen met elkaar verbonden zijn, maar met traditionele gegevensbronnen kun je deze verbanden niet zo duidelijk waarnemen, ' zei Levy.

Hun bevindingen van ongelijke verdeling van grondwateraanvulling in de San Joaquin Valley zijn in tegenspraak met de manier waarop grondwaterbeheerbureaus momenteel werken. De huidige richtlijnen gaan ervan uit dat iedereen evenveel oplaadbeurten krijgt.

De onderzoekers zeiden dat hun bevindingen ernstige gevolgen hebben voor de manier waarop wateragentschappen moeten nadenken over het coördineren van hun inspanningen om de door de staat gestelde duurzaamheidsdoelen te bereiken. Hoewel deze studie in Californië was gevestigd, de geschetste methodologieën zijn breed toepasbaar op regionale aquifersystemen over de hele wereld.