Когда калифорнийская долина Сан-Хоакин перестанет тонуть?

Дно засушливой Центральной долины Калифорнии опускается из-за откачки грунтовых вод для нужд сельского хозяйства, а питьевая вода истощает водоносные горизонты. Новое исследование дистанционного зондирования, проведенное Стэнфордским университетом, показывает, что погружение Земли — или опускание — вероятно, будет продолжаться от десятилетий до столетий, если уровень грунтовых вод перестанет падать. Чтобы перестать тонуть, уровень воды должен подняться.

Пшеничное поле получает воду из насосной системы, перекачиваемой в оросительный канал в южной части долины Сан-Хоакин, недалеко от Бейкерсфилда, Калифорния. (Источник изображения: John Chacon/California Department of Water Resources)

“Если вы не сможете восстановить этот уровень воды, Земля будет опускаться, может быть, на десятки сантиметров в год, в течение десятилетий. Но если они поднимутся, вы можете очень быстро получить отдачу”, – сказал Мэтью Лис, аспирант геофизики. и ведущий автор исследования, которое появится 2 июня. (июнь) в Исследования водных ресурсов.

Исследование проводится на фоне усиливающейся засухи в ситуации, когда изменение климата смещает шансы в сторону жарких условий с увеличением количества экстремальных осадков. Первые четыре месяца 2022 года ознаменовались самым засушливым началом года в Калифорнии с 1895 года. Уровень водохранилищ настолько низок, что второй год подряд многие ирригационные районы не получают ни одного из своих обычных выделений воды из Проекта Центральной долины, сети водоемов и каналов, находящихся в федеральном управлении, которые несут воду примерно на 3 миллиона акров сельскохозяйственных угодий.

«Существует настоятельная необходимость лучше понять основные механизмы, которые контролируют корреляцию между уровнем воды и деформацией поверхности», — сказала старший автор исследования Розмари Найт, профессор геофизики Стэнфордской школы наук о Земле, энергетике и окружающей среде. и старший научный сотрудник Стэнфордского института окружающей среды Вудса.

устойчивое управление

Исторически сложилось так, что сокращение запасов поверхностных вод привело к тому, что фермеры сильно зависели от грунтовых вод для орошения в Центральной долине. В этом районе производится около четверти продуктов питания страны, и в настоящее время ему принадлежит большая часть из 21 бассейна подземных вод, которые классифицируются как значительно чрезмерно расширенные в соответствии с Законом Калифорнии об устойчивом управлении подземными водами 2014 года или SGMA.

Закон требует, чтобы местные водные агентства сбалансировали забор и отложение подземных вод к 2040 году. В соответствии с SGMA агентства также должны составлять планы мониторинга и решения проблемы оседания земли, которое может нанести ущерб инфраструктуре и уже снизило пропускную способность важных акведуков и каналов.

“Эта кажущаяся неподвижной твердая поверхность, на которой мы живем, на самом деле является движущимся, динамичным объектом, который постоянно меняется. Эти изменения влияют на нашу жизнь гораздо сильнее, чем большинство из нас осознает”, — сказал Лис. «Эта проблема с посадкой — отличный тому пример».

Первый раунд планов устойчивого управления, введенный в прошлом году, во многих случаях не смог справиться с упадком. Департамент водных ресурсов Калифорнии поручил агентствам до июля 2022 года устранить недостатки, такие как отсутствие информации об инфраструктуре, потенциально подверженной риску из-за оседания земли, недостаточность доказательств, демонстрирующих связь между уровнем грунтовых вод и оседанием земли, а также недостаточность исторической информации о земле. проседание.

“Моделирование в этом исследовании, если оно будет выполнено в районах по всему штату, обеспечит научную основу, необходимую для информирования об устойчивом управлении. Можно точно оценить ряд потенциальных действий по смягчению последствий оседания”, – сказал Найт, профессор Джорджа Л. Харрингтона в Stanford Earth. .”.

Предотвратить утопление в будущем

Новое исследование имитирует 65-летнее опускание около города Хэнфорд в долине Сан-Хоакин, которая примерно составляет южную половину обширной Центральной долины. Основываясь на исследовании, которое Найт и Райан Смит, доктор философии, доктор философии, опубликовали в 2019 году, моделирование объединяет данные спутниковой посадки, записи частных колодцев и измерения уровня воды, относящиеся к 1950-м годам, чтобы создать физическую модель региона. подповерхностные, в т.ч. В нем лежат слои крупнозернистых отложений и глины, которые нарастают, как сжатая губка, по мере падения уровня воды.

Местные водные агентства и заповедники предоставили каротажные журналы и измерения уровня воды и помогли определить исследовательские вопросы для устойчивого управления в будущем. Местные администраторы, имеющие многолетний опыт наблюдения за подъемом и падением уровня воды в изучаемом районе во влажные и засушливые периоды, также помогли ученым обнаружить ошибки в данных на ранних итерациях модели. «Партнерство с людьми из местных агентств сделало это исследование возможным», — сказал Найт. «Данные, которые они предоставили, и их знание системы были необходимы».

В соответствии с моделированием и наблюдениями, проведенными в тщательно наблюдаемой западной половине долины Сан-Хоакин в 1970-х годах, результаты показывают, что более толстые глины по всей долине будут продолжать уплотняться в течение десятилетий или столетий после стабилизации уровня воды в водоносных горизонтах региона. «Это важное замечание», — написали авторы, поскольку планы устойчивого управления, представленные для изучаемой территории, предполагают, что стабильных уровней воды на недавних минимумах будет достаточно для предотвращения наводнений в будущем. «Это предположение неверно», — сказал Найт. Проседание грунта замедлится только в том случае, если наносы в водоносных горизонтах — от осадков, стоков или проектов пополнения водоносных горизонтов — начнут преобладать над водозабором.

Новое моделирование также показывает, что давление в самом глубоком слое системы подземных вод стало причиной более 90% просадок в изучаемой области за последние 20 лет. «Если вас беспокоит только опускание земли, лучше качать воду с мелководья, чем с глубины», — сказал Лис.

Хотя исследование сосредоточено на относительно небольшой территории, авторы говорят, что результаты, вероятно, отражают регионы проседания по всей долине Сан-Хоакин, и методология может быть применена для понимания проседания в аналогичных системах водоносных горизонтов по всему миру.

Соавтор Райан Смит является сотрудником Университета науки и технологий штата Миссури.

Эта работа финансировалась Фондом Гордона и Бетти Мур, Программой прикладных водных ресурсов НАСА в Отделе наук о Земле и Стэнфордской стипендией для выпускников.

Чтобы прочитать все истории о Стэнфордской науке, подпишитесь на журнал, выходящий раз в две недели. Стэнфордский научный дайджест.

Leave a Comment