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淹水区哪里可以最好地补充地下水

在加利福尼亚州,该州生产力最高的农业区域内的含水层水量远远超过了回流的水量。这种猖獗的透支导致该地区大部分地区的土地像挤出的海绵一样下沉,永久性地耗尽了地下水的储存能力并破坏基础设施。

这一趋势 - 以及2014年该州可持续地下水管理的要求 - 引发了人们对加州中央河谷含水层的补充兴趣,通过对其上方地面的管理洪水进行管理。但到目前为止,还没有可靠的方法来了解这种补救措施最有效的方法。斯坦福大学的一项新研究提出了一种方法,可以准确地绘制地下水补给的地点和方式,以补充含水层并停止沉没。

中央谷地的部分沉没之多28英尺在20上半年个世纪,在近几十年来一些地方每年增长近8英寸下降。发表在同行评审期刊“水资源研究”上的新研究表明,在未来20年内,除非抽水速度减慢,否则地面将在一些地点下沉13英尺或更多。

即使在泵送量从未超过进入含水层的水量的情况下,该模型预测随着过去的透支造成损失,持续下沉。“该系统存在时间延迟,”该研究的资深作者,斯坦福大学地球能源与环境科学学院的教授,地球物理学家罗斯玛丽奈特说。“我们能够阻止它的唯一方法就是对我们用可用的补给水做些什么来做战略。”

一场完美的风暴

在正常年份,运河,水库和河流中的水足以满足中央山谷的大部分灌溉,而含水层则提供补充。然而,在最近的干旱年份,地表供应短缺,农民为该地区170亿美元的农业产业做出贡献更多地依赖地下水。

“这是一个广泛的农业产业的完美风暴,结合低降水量,温暖的温度,需要抽取地下水和大量易于下沉的粘土,”奈特说。在这里粘土,当抽干时压实也容易富含砷,强烈的泵送可以释放到供水中。“所以你的水量和水质都有问题,”奈特说。

目前正在使用或在加利福尼亚州认真考虑的补给方法涉及在冬季灌溉田地或果园林或创造全年补给池。“关键问题是水在哪里?”奈特说。“如果你要淹没一个农民的田地,你应该确定它会起作用。”

了解水将在何处进入地下取决于绘制错综复杂的沙子和砾石通道,从而交错紧密堆积的粘土和淤泥。在加利福尼亚州,这些信息通常来自钻井承包商向州监管机构提交的报告,这些报告收购费用昂贵,并且不包括钻井之间或之下的区域。因此,处理沉降的最常见方法是反应性的。“如果我们主动管理,那么我们就可以防止不可恢复的存储损失,”密苏里科技大学教授莱恩史密斯说,他在斯坦福大学完成了地球物理学博士学位的研究。

地上和地下

基于两种遥感数据结合的新方法可以以较低的成本应用于大型农业区。奈特和史密斯分析了之前研究中测量的沙子和粘土层的结构,通过在位于加利福尼亚州弗雷斯诺以南约45英里的图莱里县的三个地点发射直升机的电磁信号。他们还处理了公共卫星图像中的数据,以测量地面沉没的数量。

“我意识到这两个数据集都与粘土含量有关,”史密斯说。“我想,如果有一种数学方法将这两者联系起来,那么我们就可以建立一个沉降的预测模型。”该研究描述了一种调整现有数学和物理算法以将两个数据集集成到一个模型中的方法。

加利福尼亚水资源部的高级工程地质学家Tim Godwin指出,加利福尼亚州只有两条遥感数据被映射,并支持了Knight在该州扩大空中电磁勘探的努力。但随着这些数据集的增长,他说,将它们与工具结合起来预测下沉将有助于回答有关实现可持续发展目标的最佳方法的问题。“地下水管理人员将能够更准确地预测对沉降条件的敏感性,并对拟议项目更有信心,”他说。

根据史密斯的说法,未来几年的沉降可能会比目前的模型更严重,这表明钻井工人是否会加深该地区的水井以应对未来的水资源短缺。“还有更深层,尚未开发的含水层,如果抽水,会产生巨大的压力损失,”他说。“这将导致粘土比现在使用的含水层部分更紧凑。”

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