Een groot deel van de landbouwindustrie van $ 50 miljard in Californië is afhankelijk van grondwater. We zien meestal alleen wat dit water boven de grond mogelijk maakt:amandel- en pistacheboomgaarden, citrusboomgaarden, rijen sla en wijnstokken en veekuddes in een vallei die een kwart van het voedsel van het land levert, zelfs als het oppervlaktewater schaars is.

Maar er gebeurt veel onder de oppervlakte. Diep ondergrond, ingewikkelde kanalen van zand en grind weven door dicht opeengepakte klei en slib, waardoor de aarde water kan vasthouden als een spons.

Overmatig pompen kan de spons uitknijpen, permanente uitputting van de opslagcapaciteit van een watervoerende laag en het vrijgeven van giftig arseen in de watervoorziening. In de vruchtbare Central Valley van Californië, jaren van ongebreidelde roodstand hebben geleid tot tekorten in veel lage inkomens, overwegend Latino-gemeenschappen en veroorzaakten het opdrogen van putten en het zinken van het landoppervlak, infrastructuur beschadigen.

"Voor de langste tijd, het beheer van onze grondwatersystemen werd verwaarloosd, "Zei Rosemary Knight, geofysicus van de Stanford University. "Mensen begrepen niet echt wat er gebeurde en erkenden de noodzaak van zorgvuldig beheer niet."

Verborgen structuren

Te midden van een snel verslechterende droogte en een mandaat van Californië om de onttrekkingen en afzettingen van watervoerende lagen tegen 2040 in evenwicht te brengen, er is nu een groeiende urgentie om de verborgen structuren van grondwaterbassins beter te begrijpen.

Een mogelijke oplossing om het waterbudget in evenwicht te brengen, is het strategisch overstromen van een veld, boomgaard of speciale oplaadvijver en laat het water door zandige kanalen naar beneden sijpelen. In onderzoek dat eerder deze maand werd gepubliceerd in Vadose Zone Journaal , Knight en postdoctoraal wetenschapper Meredith Goebel demonstreren een nieuwe manier om locaties voor dit type beheerde watervoerende laag te beoordelen met behulp van bodemmetingen en een geofysisch systeem dat wordt voortgetrokken door een terreinwagen.

Het geofysische systeem is gebaseerd op een proces dat vergelijkbaar is met medische beeldvorming van het lichaam en omvat het aftasten van de ondergrond tot een diepte van 200 voet met een magnetisch veld. Dit levert een maat voor de elektrische weerstand op, die meestal hoger is in zand en grind dan in klei die kan voorkomen dat water watervoerende lagen bereikt. Volgende, dezelfde strook land wordt onderzocht met behulp van een methode die bekend staat als cone penetrometer-testen, waarin technici op verschillende plaatsen rond de locatie een met sensoren beladen stalen kegel van ongeveer 70 voet de grond in duwen om sedimenttypes te bepalen.

Gewapend met beide datasets, Knight en Goebel laten zien hoe de weerstandsmetingen wiskundig kunnen worden omgezet in sedimenttype, effectief de sleutels bieden om een ​​3D-kaart te ontgrendelen van wat er onder potentiële oplaadlocaties ligt. "Dit biedt waterbeheerders een manier om land te beoordelen voordat ze zich verbinden tot de kosten om het te verwerven en een heraanvullingsoperatie uit te voeren, " zei Ridder, de George L. Harrington Professor in Stanford's School of Earth, Energie- en milieuwetenschappen (Stanford Earth).

Goebel zegt dat dit het moment is om deze kaarten te bouwen. "Voor veel van deze oplaadoperaties in de Central Valley, ze hebben het over het proberen om het vloedwater op te vangen tijdens natte jaren. Ze moeten nu veel beenwerk doen om klaar te zijn als het water komt, " ze zei.

Het kan ook helpen om de zorgen van telers over overstromingen van hun land weg te nemen, Ridder toegevoegd. "Het laatste wat we willen is een veld onder water zetten en veel van dat water verliezen door verdamping. Of erger nog, drassige grond hebben die de boomwortels in een amandelboomgaard beschadigt of de kans op omwaaien vergroot, " zei Knight, die ook een senior fellow is bij het Stanford Woods Institute for the Environment.

Verergering van droogte

Het onderzoek komt op het moment dat de droogte in Californië en het Westen opnieuw toeneemt, ongeveer 87 procent van de regio ervaart nu een zekere mate van droogte en de meeste provincies in Californië hebben te maken met extreme droogte of erger. Wereldwijd, recent onderzoek suggereert dat tot één op de vijf putten wereldwijd het risico loopt op te drogen als het grondwaterpeil zelfs maar een paar meter daalt. "Duurzaam beheer van onze grondwatervoorraden is essentieel om zowel de menselijke behoeften als het functioneren van natuurlijke ecosystemen te ondersteunen, ' zei Knight. 'We kunnen het grondwater niet zo ver oppompen dat de stromen niet meer stromen en de vissen niet meer paaien.'

Knight heeft lang gewerkt aan de uitbreiding van elektromagnetische onderzoeken in de lucht van grondwatersystemen in Californië, en deze zomer is het staatswateragentschap gepland om te beginnen met een project van $ 12 miljoen dat grondwaterbassins in heel Californië in kaart brengt door gegevens te interpreteren die zijn verkregen door een zenderlus die aan een helikopter hangt - een benadering die Knight heeft helpen verfijnen voor toepassing in Californië door haar leiderschap van een twee -jarig proefproject.

De nieuwe methode brengt het luchtlandingssysteem naar de aarde, elektromagnetische signalen uitzenden van een apparaat - ontwikkeld in de afgelopen vijf jaar aan de Deense universiteit van Aarhus - dat toevallig netjes tussen rijen amandelbomen past. Knight en Goebel werkten samen met een amandelteler en regionale waterbeheerders om het systeem voort te stuwen op een aanhanger getrokken door een terreinwagen door een bos in Tulare County in Californië, die nu bijna volledig in een staat van "extreme droogte" verkeert.

Langetermijn, Knight ziet het aanvullen van grondwater in bestemmingsplannen. "Als er een ontwikkelingsvoorstel is voor een gebied, dit nieuwe systeem zou kunnen worden gebruikt om het gebied te beoordelen in termen van zijn bijdrage aan het aanvullen van het grondwatersysteem, "zei ze. "Als blijkt dat, Hallo, dit is een van die mooie plekjes met paden om op te laden, je moet er niet aan denken om het te plaveien. Of, als je denkt aan ontwikkeling op dat gebied, je doet het op zo'n manier dat de bescherming van zijn rol bij het opladen wordt gemaximaliseerd."