Grondwater in Los Angeles blijft uitgeput na de overstromingen van 2023, blijkt uit studie

Het grotere gebied van Los Angeles is al lange tijd onderwerp van intensieve seismografische monitoring. Een netwerk van zeer gevoelige seismometers houdt de regio continu in de gaten voor aardbevingen.

Onderzoekers aan de Stanford Doerr School of Sustainability hebben nu een nieuwe manier ontwikkeld om gebruik te maken van die bestaande infrastructuur en de gegevens van tientallen jaren om de waterstanden in de aquifers van de regio te schatten. Deze aquifers bedienen ongeveer 10 miljoen inwoners van de provincies Los Angeles en Orange.

De onderzoekers analyseerden de impact van de historische reeks atmosferische rivierstormen in 2023, die in slechts drie maanden tijd meer dan 140% van de gemiddelde jaarlijkse neerslag van de 20e eeuw in Californië hebben afgegeven. Deze regenval, samen met de stortbuien in Zuid-Californië van orkaan Hilary in augustus 2023, vulde bijna de oppervlakte-reservoirs en ondiepe aquifers weer aan die decennia lang waren uitgeput door droogte en grondwateronttrekking, zo blijkt uit een studie in Science.

Maar zelfs een jaar van extreme neerslag heeft de aquifers die zich 50 meter of dieper onder het oppervlak bevinden, niet kunnen aanvullen. In tegenstelling tot de ondiepe aquifers, hebben deze diepere aquifers slechts ongeveer 25% van het grondwater teruggewonnen dat ze sinds 2006 hadden verloren. “Hoewel de enorme stormen van 2023 en orkaan Hilary hielpen bij het herstellen van de oppervlakte-reservoirs, vonden we dat er nog steeds aanzienlijke uitputting is in de diepe aquifers,” zei hoofdonderzoeker Shujuan Mao, die het grootste deel van het werk voltooide als George A. Thompson Postdoctoral Fellow aan de Doerr School of Sustainability en nu assistent-professor is aan de University of Texas at Austin.

“Het lijkt erop dat een enkel episch stormseizoen niet voldoende is om de grondwateruitputting die is opgebouwd tijdens de recente droogtes te herstellen. Het zal veel meer natte jaren duren voordat de diepe aquifers volledig zijn hersteld,” voegde ze eraan toe.

Nieuwe methode

Met begeleiding van Stanford-geofysici Gregory Beroza en William Ellsworth ontwikkelde Mao de methode en een nieuwe “Seismic Drought Index” om watertekorten op verschillende diepten te kwantificeren. De indexwaarden bevestigen grotendeels wat waterbeheerders al weten: het aanvullen van diepe aquifers kan vele jaren duren. Toch kan het een eenvoudige maatstaf bieden voor leken die misschien denken dat de zware regenval betekent dat de watervoorzieningen volledig zijn hersteld.

Ellsworth beschreef de nieuwe methode als een “revolutionair” hulpmiddel voor het meten van grondwater met een hoge resolutie, gebruikmakend van tientallen jaren seismische trillingen die traditioneel als “ruis” werden beschouwd door de seismologische gemeenschap. “We kunnen de omgevingsseismische trillingen gebruiken en de snelheid van seismische golven analyseren om de aquifers te voelen. Dit zijn trillingen die de hele tijd in de aarde plaatsvinden vanuit allerlei verschillende bronnen,” legde Ellsworth, emeritus onderzoeker geofysica, uit.

Ellsworth was verrast te zien hoe goed de kleine veranderingen in seismische golfsnelheden kunnen worden gemeten om de grondwaterstanden te controleren. “De overeenkomst is opmerkelijk,” zei hij.

Traditioneel vereiste het meten van grondwaterstanden het boren van diepe putten. Een speciale monitoringput kan tussen de $100.000 en $200.000 kosten en kan alleen op één locatie meten, legde Mao uit. De nieuwe seismische methode kan echter hele bassins tegelijk meten, op verschillende diepten tot 800 meter (ongeveer een halve mijl) en over een periode van tientallen jaren.

“Deze nieuwe technologie kan een doorslaggevende verandering betekenen voor het grondwaterbeheer, omdat het ons naar een mogelijke toekomst brengt waarin we de aanvulling van grondwater kunnen meten—hoeveel er is en waar het heen gaat—net zoals we dat doen met stroommeters voor oppervlaktewater,” zei Beroza, de Wayne Loel Professor in de Aardwetenschappen aan de Doerr School of Sustainability.

Om een beter begrip van zijn aquifersystemen te krijgen en duurzaam grondwaterbeheer te ondersteunen, heeft Californië sinds 2021 de geologie in belangrijke grondwaterbassins in kaart gebracht tot ongeveer 1.000 voet met behulp van luchtgeofysische instrumenten. Maar deze onderzoeken onthullen geen eerdere of huidige grondwaterstanden.

“We realiseerden ons dat er een betaalbaardere manier was om de dynamiek van het grondwater te meten. De seismische infrastructuur is al aanwezig en de gegevens zijn al decennialang continu verzameld,” zei Mao. “Het is een koop-een-krijg-een-gratis-technologie.”

Waterproblemen

Gezien de efficiëntie en de resolutie van de nieuwe methode hopen de auteurs dat waterbeheerders hun nieuwe benadering gebruiken om manieren te beoordelen om meer neerslag te leiden naar de ondergrondse reservoirs, waarvan wordt geschat dat ze tot 17 keer het volume water kunnen opslaan van de belangrijkste oppervlakte-reservoirs van Californië.

Een andere open vraag is of de poreuze aquifers na langdurige droogtes en historische overconsumptie niet zijn ingestort tot het punt waarop ze niet meer zoveel water kunnen vasthouden als voorheen. Ellsworth merkte op dat het land in de zuidelijke San Joaquinvallei tientallen voeten is gezakt over een periode van tientallen jaren door de uitputting van aquifers.

“Het verlies van de opslagcapaciteit van aquifers kan onomkeerbaar zijn,” zei Mao. “We hopen dat onze methode wateragentschappen kan helpen om hiaten in hun monitoringsgegevens te vullen, hydrologische modellering te verfijnen en beslissingen over watergebruik en -behoud te informeren.”

Andere co-auteurs zijn Yujie Zheng, een assistent-professor geofysica aan de University of Texas at Dallas.