Откачка подземных вод в прошлом веке способствовала уменьшению стока некоторых рек США на 50%, согласно новому исследованию, проведенному гидрологом из Аризонского университета.
Новое исследование имеет важные последствия для управления водными ресурсами США. Законы, регулирующие использование подземных и поверхностных вод, различаются от штата к штату. Некоторые западные штаты, в том числе Аризона, управляют подземными и поверхностными водами отдельно.
«Мы пытаемся выяснить, как истощение грунтовых вод на самом деле изменило наш гидрологический ландшафт», - сказала первый автор Лаура Кондон, доцент кафедры гидрологии и атмосферных наук Университета Аризоны. «Что это значит для нас и каковы долгосрочные последствия?»
Кондон сказал, что это первое исследование, в котором рассматривается влияние откачки подземных вод в прошлом на всю территорию США. Другие исследователи изучали, как откачка подземных вод влияла на поверхностные воды, но в меньших масштабах.
Используя компьютерную модель, Кондон и ее соавтор Рид Максвелл из Школы горного дела Колорадо в Голдене определили, какими были бы поверхностные воды США без значительного безвозвратного использования, и сравнили это с изменениями поверхностных вод после Масштабная откачка подземных вод началась в 1950-х годах.
Ученые уделили особое внимание бассейнам рек Колорадо и Миссисипи и рассмотрели исключительно последствия откачки грунтовых вод в прошлом, поскольку эти потери уже произошли.
Геологическая служба США подсчитала, что потери подземных вод за 20 век составили 800 кубических километров, или 649 миллионов акров-футов. Этого количества воды хватит на штаты Монтана, Айдахо, Вайоминг, Невада, Юта, Колорадо, Аризона и Нью-Мексико, а также на большую часть Калифорнии при глубине воды в один фут.
«Мы показали, что, поскольку мы извлекли всю эту воду из-под земли, это оказало действительно большое влияние на то, как ведет себя гидрология нашей поверхности земли», - сказала она. «Мы можем показать в нашем моделировании, что, удалив эти подземные воды, мы высушим множество небольших ручьев в США, потому что эти ручьи питались бы сбросом подземных вод».
Грунтовые воды помогают обеспечить водой существующую растительность, включая сельскохозяйственные культуры, сказал Кондон.
Уменьшение уровня грунтовых вод и сокращение рек может сделать орошение сельскохозяйственных культур более трудным и дорогостоящим. Некоторая местная растительность, включая топольные деревья, в конечном итоге погибнет, если уровень грунтовых вод опустится ниже их корней.
Подземные воды часто являются самым медленным компонентом наземной гидрологической системы, который восстанавливается после потерь, сказал Кондон.
Ученые обнаружили, что ручьи, озера и реки в западной Небраске, западном Канзасе, восточном Колорадо и других частях Высоких равнин особенно сильно пострадали от откачки грунтовых вод. Этот вывод согласуется с другими более мелкими исследованиями в регионе.
Максвелл сказал: «С помощью этого исследования мы не только смогли реконструировать влияние исторической откачки на истощение ручья, но мы также можем использовать его в прогнозном смысле, чтобы помочь устойчиво управлять откачкой подземных вод в будущем."
Статья Кондона и Максвелла «Моделирование чувствительности эвапотранспирации и речного стока к крупномасштабному истощению грунтовых вод» планируется опубликовать в журнале Science Advances 19 июня. Министерство энергетики США профинансировало исследование.
Компьютерная модель команды наносит грунтовые и поверхностные воды на сетку из квадратов 0.6 миль по стороне, покрывающей большую часть прилегающих территорий США. Модель, которая не включает прибрежные районы, включает все подземные воды на глубине до 328 футов (100 метров) ниже поверхности земли.
Максвелл сказал: «С помощью этих моделей мы можем делать то, что не можем сделать в реальной жизни. Мы можем спросить: «А что, если бы мы вообще никогда не качались? Какая разница?»
Кондон сказал, что простое выполнение сценария откачки грунтовых вод до и после в течение одного года потребовало огромной вычислительной мощности суперкомпьютеров.
"У нас есть около 32 миллионов ячеек сетки, которые мы должны решить в нашей модели", - сказала она.
Регионы, наиболее чувствительные к понижению уровня грунтовых вод, находятся к востоку от Скалистых гор, где изначально уровень грунтовых вод был неглубоким, на глубине от 6 до 33 футов (2-10 метров), сказала она. В этих регионах подземные и поверхностные воды более тесно связаны, и истощение подземных вод более разрушительно для растительности, ручьев и рек.
На западе США уровень грунтовых вод уже был глубоким, поэтому уменьшение уровня грунтовых вод не оказало такого сильного влияния на поверхностные воды.
Другие исследования показали, что районы Среднего Запада, где количество осадков раньше равнялось потребности в испарении, то есть растения не нуждались в поливе, становятся более засушливыми, сказала она. Это некоторые из регионов, где откачка подземных вод привела к сокращению поверхностных вод.
«На Западе мы очень беспокоимся о наличии воды, и у нас есть много систем для обработки и управления нехваткой воды», - сказал Кондон. «По мере продвижения на восток, где более влажно, у нас не так много установленных систем».