Grondwater daalt snel in het Colorado Rivierbekken, blijkt uit satellietgegevens

Categorisering van grondwaterbassins op basis van watergebruik in het LCRB.

Volgens nieuw onderzoek, gebaseerd op gegevens van NASA-satellieten, is er in de afgelopen twee decennia een aanzienlijke afname van de enorme reservoirs van de Colorado-rivier geweest, terwijl er nog grotere hoeveelheden water uit de ondergrond zijn gepompt en afgevoerd.

Wetenschappers van de Arizona State University onderzochten meer dan twintig jaar aan satellietmetingen en ontdekten dat de hoeveelheid grondwater die sinds 2003 is uitgeput in het Colorado-rivierenbekken vergelijkbaar is met de totale capaciteit van Lake Mead, het grootste reservoir van het land. De onderzoekers schatten dat er sinds 2003 ongeveer 34 kubieke kilometer, of 28 miljoen acre-foot, aan grondwater uit het stroomgebied is gepompt—meer dan twee keer de hoeveelheid water die uit de reservoirs van de rivier is verdwenen in die periode.

“Het Colorado-rivierenbekken verliest grondwater in een alarmerend tempo,” zei Karem Abdelmohsen, de hoofdauteur en onderzoeker aan de School of Sustainability van ASU. De verliezen worden grotendeels aangedreven door zware pompinspanningen voor de landbouw, voegde hij toe. Tegelijkertijd hebben langdurige droogte en stijgende temperaturen de rivierstromen verminderd en de hoeveelheid water die ondergronds percoleert en aquifers aanvult, verlaagd.

“Naarmate oppervlaktewater minder betrouwbaar wordt, wordt een aanzienlijke stijging van de vraag naar grondwater verwacht,” schreven de onderzoekers in de studie, gepubliceerd in het tijdschrift Geophysical Research Letters. “Grondwater is een cruciale buffer … maar het verdwijnt snel door overmatige extractie.”

Het Colorado-rivierenbekken beslaat delen van zeven Amerikaanse staten, van Wyoming tot Zuid-Californië, en noordelijk Mexico. Het water van de rivier ondersteunt snelgroeiende steden zoals Phoenix en Las Vegas, evenals meer dan 5 miljoen acres landbouw- en ranchland. De onderzoekers ontdekten dat het grootste deel van de grondwaterverschraling (ongeveer driekwart van het totaal) plaatsvindt in het lagere bekken van de rivier, voornamelijk in Arizona, waar het merendeel van het water uit woestijnaquifers wordt gepompt voor irrigatie van boerderijen.

Ze schatten dat de jaarlijkse verliezen aan grondwater in het Colorado-rivierenbekken gemiddeld meer dan 1,2 miljoen acre-foot zijn—ongeveer vier keer de hoeveelheid water die het gebied rond Las Vegas jaarlijks van de Colorado-rivier mag onttrekken.

“Als deze trend zich voortzet, kan dit leiden tot ernstige waterschaarste die niet alleen lokale boeren en bewoners beïnvloedt, maar ook bredere agrarische markten en gemeentelijke watervoorzieningen in het zuidwesten van de VS,” zei Abdelmohsen.

De afname van watervoorzieningen is verergerd door klimaatverandering, die de droogteomstandigheden heeft versterkt en wat wetenschappers beschrijven als de verwoestijning van het zuidwesten. Onderzoek toont aan dat de afgelopen 25 jaar waarschijnlijk het droogste kwart eeuw in het westen van Noord-Amerika in 1.200 jaar is geweest. Wetenschappers hebben vastgesteld dat de opwarming van de aarde deze langdurige megadroogte verergert en verantwoordelijk is voor ongeveer de helft van de 20% afname in de gemiddelde stroming van de Colorado-rivier deze eeuw.

“Klimaatverandering verergert alleen maar de druk op grondwater,” zei Jay Famiglietti, de senior auteur van de studie en wetenschappelijk directeur van het Arizona Water Innovation Initiative van ASU. “Als grondwater in grote delen van het zuidwesten van de VS onbeschermd blijft en blijft verdwijnen, zal dit de voedselproductie drastisch beperken,” voegde hij toe. “Grondwater is van cruciaal belang in woestijnstaten zoals Arizona en woestijnsteden zoals Phoenix en Tucson, en als het verdwijnt, wordt het een existentiële crisis.”

De onderzoekers gebruikten gegevens van een paar NASA-satellieten, genaamd GRACE Follow-On, die veranderingen in het zwaartekrachtveld van de aarde volgen om verschuivingen in de totale hoeveelheid water, zowel bovengronds als ondergronds, te meten. Ze onderzochten andere gegevens over sneeuwbedekking, oppervlaktewater en bodemvocht om te schatten hoeveel grondwater is uitgeput. Ze ontdekten dat de verliezen aan grondwater de afnames in de twee grootste reservoirs van de rivier, Lake Mead en Lake Powell, ver overtreffen.

Desondanks merkte Famiglietti op dat in grote delen van het Colorado-rivierenbekken, het pompen van grondwater ongecontroleerd en ongereguleerd blijft. “De constante afname van de watervoorziening in het Colorado-rivierenbekken is al tientallen jaren aan de gang,” zei hij. “Dat het merendeel van deze verliezen voortkomt uit overmatig grondwatergebruik zou staten zoals Arizona in hoge staat van paraatheid moeten brengen en een urgentere dialoog over de uitbreiding van grondwaterbeheer in de hele staat moeten uitlokken.”

Inspanningen om te voorkomen dat de reservoirs van de rivier kritiek lage niveaus bereiken, hebben veel aandacht getrokken en zijn het onderwerp geworden van moeilijke onderhandelingen tussen zeven staten. Met Lake Mead en Lake Powell nu voor twee derde leeg, staan ambtenaren die California en andere staten vertegenwoordigen onder groeiende druk om een overeenkomst te sluiten om minder water uit de krimpende rivier te halen.

Over de toenemende druk op het grondwater in de regio is minder bekend. In het afgelopen decennium hebben grote landbouwbedrijven zich in Arizona uitgebreid, door hooi en andere waterintensievere gewassen te planten en diepe putten te boren in woestijngebieden waar geen regels zijn die het pompen van grondwater beperken. Sommige bewoners zijn achtergelaten met droge putten naarmate de waterstanden zijn gedaald. In sommige gebieden hebben instortende aquifers ervoor gezorgd dat het land is gaan zakken, waardoor scheuren in de grond zijn ontstaan die wegen hebben beschadigd.

De wetenschappers vonden vooral snelle verliezen aan grondwater in delen van noordwestelijk en zuidoostelijk Arizona, waar grote boerderijen dorstige gewassen zoals luzerne irrigeren, die lokaal worden gebruikt om vee te voeden en ook worden geëxporteerd naar landen zoals China en Saudi-Arabië. Deze gebieden zijn sterk afhankelijk van grondwater en hebben grotendeels geen toegang tot water dat van de Colorado-rivier is afgeleid.

De studie toonde kleinere, maar significante, afnames in de grondwaterstanden rond Phoenix en Tucson aan. Deze gebieden ontvangen geïmporteerd water van de Colorado-rivier via het Central Arizona Project-kanaal en zijn verplicht om grondwater te beheren onder een staatswet uit 1980.

In ander onderzoek hebben Famiglietti en zijn collega’s soortgelijke maar grotere verliezen van grondwater ontdekt, veroorzaakt door landbouwpompen in de Central Valley van Californië. Daar zijn lokale instanties onderworpen aan een staatswet uit 2014, de Sustainable Groundwater Management Act, die hen verplicht om overpompen te beperken en een reeks duurzaamheidsdoelen tegen 2040 te bereiken.

In Arizona blijft het pompen van grondwater daarentegen in 82% van de staat ongereguleerd. Voorstellen om afnemende aquifers te beschermen zijn herhaaldelijk op weerstand gestuit en zijn in de wetgevende macht gestrand, maar staatsregulators hebben vorig jaar een nieuw “actief beheersgebied” opgericht in het Willcox-bekken in zuidoost-Arizona, waar zij maatregelen hebben voorgesteld om geleidelijk het landbouwpompen te beperken.

In delen van het bovenste bekken van de rivier kan het pompen van grondwater de stroom van beken verminderen door de waterstand te verlagen, zei Abdelmohsen. Maar in het lagere bekken ligt het grondwater dieper en is het grotendeels losgekoppeld van de rivier.

De wetenschappers deden geen specifieke aanbevelingen, maar ze zeiden dat hun schattingen als wetenschappelijk onderbouwde doelen kunnen worden gebruikt om overpompen aan te pakken. Ze zeiden dat een manier om het watergebruik te verminderen zou zijn om over te schakelen van waterintensievere gewassen zoals luzerne naar andere gewassen die minder water gebruiken.

In een aparte analyse ontdekten de onderzoekers dat de totale waterverliezen in het Colorado-rivierenbekken aanzienlijk zijn versneld, met een verbruikingsratio in de periode 2015-2024 die gemiddeld ongeveer drie keer sneller is dan in de periode 2002-2014—een trend die deels wordt aangedreven door uitdrogende omstandigheden in het zuidwesten. Grondwater was goed voor twee derde van de totale verliezen.

“Deze wetenschappers brengen de trieste realiteit aan het licht dat we meer opgeslagen water ondergronds verliezen dan we bovengronds,” zei Brian Richter, een onderzoeker die niet bij de studie betrokken was. “Dat vertelt ons dat ons overconsumptie van water in het Colorado-rivierenbekken veel erger is dan veel van ons eerder dachten.”

De woestijnaquifers in de regio bevatten water dat al duizenden jaren ondergronds is. In veel gebieden zijn deze waterreserves, zodra ze uitgeput zijn, effectief voor altijd verdwenen.

Naast het omzetten van boerderijen naar gewassen die minder water gebruiken, zei Richter dat hij gelooft dat “we zullen moeten beginnen met praten over permanente verminderingen van landbouwgrond.” Hij zei dat wetgeving en federale fondsen nodig zouden zijn om landbouwgrondbezitters te compenseren die akkoord gaan met het uit productie nemen van landbouwgrond.

Boeren in de Imperial Valley en andere delen van Zuid-Californië hebben in de afgelopen jaren ingestemd met het tijdelijk droog laten van sommige velden om Colorado-rivierwater te helpen besparen in ruil voor contante betalingen. Maar ze hebben zich sterk verzet tegen permanente braaklegging van land, wat volgens hen de voedselproductie en lokale economieën zou schaden.

Richter zei dat de laatste gegevens suggereren dat er meer landbouwgrond droog moet worden gelaten om het waterverbruik in balans te brengen met de beperkte aanvoer. “De opwarming van het klimaat drijft deze uitdroging van het Colorado-rivierenbekken op lange termijn, dus we moeten echt leren omgaan met deze grote herbalanceringsact,” zei hij. “We moeten beginnen met het verplaatsen uit deze gevarenzone.”