کشف راه جدید برای نظارت بر تلفات آب‌های زیرزمینی

این روش مشخص می‌کند که چه مقدار از آب زیرزمینی از سفره‌های زیرزمینی محصور در خاک رس از دست رفته و اینکه تا چه حد امکان دارد منطقه به حدی خشک شود که قابل بازیابی نباشد. این روش همچنین مشخص می کند خاکی که در یک سفره زیرزمینی محصور نیست، تا چند سال بعد با کمک باران‌های معمولی دوباره پر شود.

تیم تحقیقاتی حوضه تولار کالیفرنیا، بخشی از دره مرکزی را مورد مطالعه قرار دادند. این تیم دریافت که کلید تمایز بین این منابع زیرزمینی آب به الگوهای فرورفتن و بالا آمدن سطح زمین در این منطقه کشاورزی مربوط می‌شود.

دره مرکزی تنها یک درصد از زمین‌های کشاورزی ایالات متحده را تشکیل می‌دهد، با این حال سالانه ۴۰ درصد از میوه‌ها، سبزیجات و آجیل این کشور در این منطقه رشد می‌کند. چنین بهره‌وری تنها به این دلیل امکان‌پذیر است که کشاورزان با پمپاژ گسترده آب‌های زیرزمینی، ۵ تا ۱۰ اینچ (۱۲ تا ۲۵ سانتی‌متر) بارندگی سالانه دره را افزایش می‌دهند. در سال‌های خشکسالی بیش از ۸۰ درصد آبیاری از زیرزمین تامین می‌شود.

پس از چندین دهه پمپاژ، منابع آب زیرزمینی این منطقه در حال کاهش است. چاه‌های حوضه تولار اکنون باید تا عمق ۳۵۰۰ فوت (بیش از ۱۰۰۰ متر) حفر شوند تا آب کافی پیدا شود و هیچ راهی برای اندازه گیری دقیق میزان آب باقی مانده در زیر زمین وجود ندارد.

یک تیم تحقیقاتی از آزمایشگاه پیشرانش جت ناسا در کالیفرنیای جنوبی و آزمایشگاه لارنس برکلی وزارت انرژی ایالات متحده در کالیفرنیای شمالی تصمیم گرفتند تا روشی را ایجاد کنند که دقیقاً این کار را انجام دهد. آنها با ترکیب داده‌های مربوط به تلفات آب به دست آمده از ماهواره‌های مختلف مطالعه‌ای را آغاز کردند.

سطح آب زیرزمینی این منطقه در حال کاهش است و این تیم معتقدند که تغییرات مربوط به انواع مختلف خاک در حوضه است. سفره‌های زیرزمینی توسط لایه‌هایی از رس سفت و غیر قابل نفوذ محدود می‌شوند، در حالی که خاک محدود نشده سست‌تر است. هنگامی که آب از یک سفره زیرزمینی پمپاژ می‌شود، در پاسخ به وزن توده زمین که از بالا به پایین فشار می‌آورد، مدتی طول می کشد تا فشرده شود. از طرف دیگر خاک محصور نشده در پاسخ به باران یا پمپاژ سریعتر بالا یا پایین می‌آید.

محققان یک مدل عددی ساده از این دو لایه خاک در حوضه تولار ایجاد کردند. با حذف روند نشست بلندمدت از داده‌های به دست آمده از تغییر سطح زمین، آنها مجموعه داده‌ای از تغییرات ماه به ماه تولید کردند. مدل آنها نشان داد که در این مقیاس زمانی، تقریباً تمام تغییرات سطح زمین را می‌توان با تغییرات در سفره‌های زیرزمینی توضیح داد.

این مدل به درستی اثرات رویدادهای آب و هوایی مانند بارندگی‌های شدید در زمستان ۲۰۱۶-۲۰۱۷ را توضیح داد که با داده های موجود از چاه ها و GPS مطابقت داشت.

این تیم خاطرنشان کردند که مدل جدید را می‌توان برای سایر مناطق کشاورزی که در آن استفاده از آب‌های زیرزمینی نیاز به نظارت دارند استفاده کرد.