Наводнение - это не то, что большинство людей считает благословением. Но, согласно новому исследованию, проведенному под руководством Стэнфорда, они могут помочь исправить все более пересыхающие системы грунтовых вод Калифорнии. Исследование, опубликованное в журнале Science Advances, разрабатывает основу для расчета будущих объемов паводковых вод в условиях меняющегося климата и определяет области, где инвестиции в стареющую водную инфраструктуру Калифорнии могут усилить пополнение запасов подземных вод. Поскольку штат борется с более сильными штормами и засухами, удержание паводковых вод не только снизит риски наводнений, но и создаст дополнительные запасы воды для более засушливых времен.
«Это первая всесторонняя оценка потенциала пополнения запасов паводковых вод в Калифорнии в условиях изменения климата», - сказал ведущий автор исследования Сяоган Хэ, доцент кафедры гражданского и экологического строительства в Национальном университете Сингапура, который проводил исследование в качестве научный сотрудник Стэнфордской программы по воде на Западе.
Будь то реки, выходящие из берегов на равнинах Центральной долины, штормы, обрушившиеся на низинные прибрежные районы, внезапные наводнения, заливающие южные пустыни, или непроницаемые залитые бетоном города, затопляемые водой, Калифорния подвержена наводнениям. С другой стороны, надвигающиеся засухи часто вызывают озабоченность по поводу водоснабжения, поскольку уменьшение количества грунтовых вод затапливает землю, загрязняет питьевую воду и сокращает поверхностные запасы. Эти сокращающиеся запасы также препятствуют устойчивости к изменению климата: в периоды засухи до 60 процентов воды в штате поступает из подземных вод, и 85 процентов жителей Калифорнии зависят от ресурсов, по крайней мере, в части их водоснабжения.
Банк воды
Поскольку изменение климата усиливает серьезность и частоту этих экстремальных явлений, увеличение темпов пополнения может помочь штату достичь более сбалансированного баланса подземных вод. Одна из практик, называемая водными банками или управляемым пополнением водоносных горизонтов, включает в себя дополнение наземной инфраструктуры, такой как водохранилища или трубопроводы, за счет подземной инфраструктуры, такой как водоносные горизонты и колодцы, для увеличения передачи паводковых вод для хранения в бассейнах подземных вод.
Новая стратегия управления поверхностными водами, по сравнению с более традиционными методами, такими как водохранилища и плотины, представляет собой множество преимуществ, включая снижение риска наводнений и улучшение экосистемных услуг. В то время как бассейны подземных вод представляют собой обширную сеть для сохранения воды, точное определение областей, нуждающихся в пополнении, определение необходимой инфраструктуры и количества доступной воды остается ключевым, особенно в условиях потепления и нестабильного климата..
Интеграция управляемого пополнения водоносных горизонтов паводковыми водами в и без того сложную инфраструктуру управления водными ресурсами дает много преимуществ, но требует тщательного учета неопределенностей и ограничений. Наше растущее понимание изменения климата делает это подходящим временем для изучения потенциала этих преимуществ», - сказал старший автор Дэвид Фрейберг, адъюнкт-профессор гражданской и экологической инженерии в Стэнфорде.
Исследователи разработали основу для оценки доступности паводковых вод по всему штату в будущем. Разработав гибридную компьютерную модель с использованием гидрологического и климатического моделирования и статистических инструментов, команда подсчитала количество воды, доступной для подпитки при различных сценариях изменения климата до 2090 года. Они также определили области, в которых инвестиции в инфраструктуру должны быть приоритетными для использования потенциала паводковых вод и увеличения подпитки.
Будущие наводнения
Команда обнаружила, что в Калифорнии будет наблюдаться увеличение паводковых вод как из-за более сильных дождей, так и из-за более раннего таяния снега из-за более высоких температур в условиях сужающегося окна концентрированной влажной погоды. В частности, река Сакраменто и северное побережье, а также северный и центральный регион Сьерра-Невада столкнутся с более значительными объемами паводковых вод. Эти наводнения могут привести к перегрузке существующей водной инфраструктуры, такой как водохранилища и акведуки. Однако, если в регионе будет готова дополнительная инфраструктура для отвода паводковых вод, такая как каналы или трубопроводы, он может максимально увеличить потенциал пополнения и направить больше воды в засушливую Южную Калифорнию..
По прогнозам на будущее, условия в Южной Калифорнии останутся неизменными, а в некоторых случаях даже более засушливыми. Этот увеличивающийся разрыв является плохой новостью для региона, который в настоящее время испытывает большие потребности в истощении и подпитке подземных вод, чем его северный коллега. Это несоответствие изобилия воды и потребности в ней выявляет серьезную проблему для практики пополнения запасов с точки зрения перемещения больших объемов воды из мест, где она будет доступна в Северной Калифорнии, туда, где она потребуется, на юг..
Исследователи также обнаружили, что оценки пополнения запасов в долине Сан-Хоакин - одном из самых продуктивных сельскохозяйственных регионов мира - могут помочь пополнить большую часть истощенных водоносных горизонтов. Этот регион, расположенный у подножия гор Сьерра-Невада, должен будет вместить большие объемы воды как над, так и под поверхностью, чтобы максимально увеличить потенциал пополнения. Руководителям водного хозяйства необходимо будет расширить транспортные проекты и вновь открыть там водохранилища.
Хотя климатические воздействия оказывают наибольшее влияние, исследователи отмечают, что в процессе планирования необходимо совместно учитывать и другие факторы, включая возможности инфраструктуры, политические ограничения, финансовые и экологические проблемы.
Схема исследования адаптируется и масштабируется для борьбы с засухой, наводнениями и истощением подземных вод по всему миру.
«В глобальном масштабе только 1 процент пополнения подземных вод происходит за счет управляемого пополнения водоносного горизонта», - сказал он. «Эта работа может быть применена, чтобы помочь другим истощенным водоносным горизонтам, таким как Северо-Китайская равнина или Верхний Ганг в Индии, достичь и поддерживать устойчивый уровень грунтовых вод».