Wetenschappers in kaart brengen snelste manieren voor het aanvullen van het grondwater in de Centrale Vallei

Uitgedroogd grondwater bedreigt gemeenschappen, landbouw en ecosystemen in de Central Valley van Californië, waar een groot deel van het fruit, groenten en noten van het land wordt geproduceerd. Onderzoekers van Stanford hebben ontdekt dat dezelfde akkers die boeren al lange tijd gebruiken voor waterintensieve gewassen, cruciaal kunnen zijn voor het aanvullen van aquifers.

In een artikel dat op 17 april is gepubliceerd in Earth and Space Science, hebben de wetenschappers elektromagnetische geofysische gegevens gebruikt om gebieden in de Central Valley te identificeren waar water dat aan de oppervlakte vrijkomt snel in aquifers kan stromen om grondwater aan te vullen. “We hoopten een relatief groot deel van landbouwgrond te zien dat geschikt is voor aanvulling, en dat is wat we zien,” zegt hoofdonderzoeker Seogi Kang, die als postdoctoraal onderzoeker in de geofysica werkte aan de Stanford Doerr School of Sustainability en nu assistent-professor is aan de Universiteit van Manitoba.

Belang van grondwater
Water dat in sedimenten onder de oppervlakte wordt vastgehouden, is een belangrijke bron voor drinkwater en irrigatie, vooral in droge jaren, en ondersteunt zoetwaterafhankelijke ecosystemen. Tijdens droogtes levert grondwater tot 70% van de watervoorziening in de Central Valley. Maar momenteel wordt er sneller water gepompt dan het kan worden aangevuld, wat de voorraden bedreigt en problemen zoals bodemdaling veroorzaakt door het verlies van waterdruk en de resulterende verdichting.

Om het evenwicht te herstellen, zoeken wateragentschappen naar plekken waar ze grondwater kunnen aanvullen met overtollig oppervlaktewater dat beschikbaar is in natte jaren. De uitdaging is om te vinden waar dit extra water in aquifers kan sijpelen in plaats van op de oppervlakte te blijven staan. Sommige landbouwgrond ligt bovenop poreus zand en grind van oude stroombedsedimenten die water gestaag naar de watertafel laten bewegen. Maar andere delen van de Central Valley hebben dichte kleilagen die voorkomen dat water in diepe aquifers sijpelt, waardoor het verdampt van de oppervlakte.

Risico’s van verzadigde landbouwgrond
Als landbouwgrond te lang verzadigd blijft, kan dat ook een risico vormen voor gewasziekten of de wortels van fruitbomen destabiliseren. “Oppervlaktewater is zeer waardevol,” zegt senior auteur Rosemary Knight, de George L. Harrington Professor aan de Doerr School of Sustainability. “Je wilt het niet ergens plaatsen waar het geen voordeel biedt in termen van aanvulling.”

Vinden van stroompaden
Om het aanvulpotentieel van de Central Valley te onderzoeken, analyseerde het team een schat aan elektromagnetische gegevens die door een met een helikopter opgehangen sensor zijn verzameld en die de regio met in totaal 20.000 kilometer aan vluchtpaden heeft gekruist. De sensor creëert een magnetisch veld dat onder de grond reikt, waardoor het subtiele verschillen kan detecteren in de mate waarin elektrische stroom door materialen tot 300 meter onder de oppervlakte stroomt.

Door deze gegevens te vergelijken met logs van geboord putten, bepaalde het team een relatie tussen de gemakkelijkheid van elektrische stroom en het sedimenttype. Elektrische stroom beweegt gemakkelijk door kleilagen en wordt geblokkeerd in gebieden die domineren door zand en grind, een patroon dat Knight had gebruikt om soortgelijke gegevens in de Central Valley in eerder onderzoek te interpreteren.

Met behulp van formules die voorspellen hoe de boorlogs en elektromagnetische gegevens zich verhouden tot sedimenttype, heeft het team een webapplicatie gebouwd genaamd “fastpath,” die door wateragentschappen, consultants en landeigenaren kan worden gebruikt om de snelste paden voor water door de zanden en gronden in een gebied te identificeren.

In totaal ontdekte het team dat tot 13 miljoen acres in de Central Valley geschikt kunnen zijn voor het aanvullen van grondwater. Het grootste deel van dit gebied bevindt zich op landbouwgrond, met de meeste overeenkomend met boomgaarden, veldgewassen en wijngaarden. De onderzoekers hebben hun gegevens online openbaar toegankelijk gemaakt, zodat iedereen ze kan gebruiken voor planningsdoeleinden voor grondwateraanvulling.

Volgende stappen omvatten het bouwen op de elektromagnetische geofysische gegevens om andere problemen met grondwater op te lossen, zoals het bepalen van de beste plaatsen om water in te injecteren om bodemdaling tegen te gaan of gezonde ecosystemen te bevorderen. “Hoe kunnen we profiteren van al deze gegevens die nu beschikbaar zijn, om van sensoren naar oplossingen te gaan,” zegt Knight.