Tulvien ja kuivuuden lisääntyessä yhteisöt tarkastelevat uudelleen veden varastointia maan alle

11.kesäkuuta 2019 — Houston Texasissa on tulvinut joka vuosi viimeisten viiden vuoden ajan. Samaan aikaan Texas tunnetaan myös pahasta vesipulasta. Entä jos ihmiset ottaisivat tulvaveden talteen ja varastoisivat sen myöhemmäksi pohjavesikerroksiin-maanalaisiin, läpäiseviin Kallio -, sora-ja hiekkakerroksiin, joiden läpi vesi pääsee?

Austinin yliopiston tutkijoiden hiljattain tekemässä tutkimuksessa todettiin, että rannikon pohjavesimuodostumissa, joista on pumpattu vettä maatilojen ja kaupunkien käyttöön, on riittävästi tilaa varastoida kaksi kolmasosaa vedestä 10 Texasjoen virtaamissa, mikä vähentää sekä tulvien että kuivuuden vaikutuksia-jos keksimme keinon saada ylimääräinen vesi niihin.

veden Aktiivinen liikuttaminen maan alle, joka tunnetaan nimellä managed aquifer recharge (MAR), on nykyään yhä suositumpaa. Delftissä, Alankomaissa sijaitsevan kansainvälisen pohjavesivarojen arviointikeskuksen (IGRAC) mukaan hoidettuja akviferin uudelleenlataushankkeita on noin 1 200 62 maassa. Yli – ja alijännitevesien hallinnan lisäksi MAR: ia voidaan käyttää tyhjentyneiden pohjavesiesiintymien kunnostamiseen, ekosysteemien kunnostamiseen ja saastuneen veden puhdistamiseen. Mutta haasteitakin on.

rantavedet

veden varastoiminen maan alle tulevaa käyttöä varten on yhä suositumpaa johtuen ilmastonmuutoksen aiheuttamasta tarjonnan epävakaudesta sekä vaihtoehdon varjopuolista: patoamme jokia pinta-altaiden luomiseksi.

ensinnäkin kehittyneissä maissa monet joet on jo padottu. Toisaalta padot aiheuttavat lukemattomia ympäristöongelmia, kuten sen, että sedimentti ei pääse täydentymään rannikoilla, estää kalojen vaelluksia ja tuhoaa jokien elinalueita hidastamalla vettä ja antamalla sen lämmetä. Vesialtaat menettävät jopa neljänneksen varastoidusta vedestä haihtumiseen, ja joskus niiden on vapautettava vettä tehdäkseen tilaa suurille myrskyille. Ja pintasäilytys voi johtaa veden liikakäyttöön, koska sen näkeminen antaa ihmisille väärän tunteen vesiturvallisuudesta. Se maksaa myös noin kaksinkertaisen hinnan pohjaveden latautumisesta.

raskasvirtojen säästäminen maan alle suurempien kysyntäaikojen varalle on ollut New Jerseyn Wildwoodin sulkusaarella käytäntö 1960-luvulta lähtien, kertoo hydrologi ja pohjavesiasiantuntija Steven Phillips Yhdysvaltain geologian tutkimuskeskuksesta Sacramentosta. Suosittu lomakohde, Wildwood isännöi lukuisia kävijöitä kesällä. Vesihuoltomiehet varastoivat ylimääräisen talviveden maan alle ja pumppaavat sen sitten pois käytettäväksi sesonkiaikana.

Kalifornia pyrkii laajentamaan tätä strategiaa. Kuivaan kevääseen ja kesään vettä historiallisesti tuoneen lumipesän ennustetaan suurelta osin katoavan ilmastokriisin myötä. Sen talvimyrskyjen ennustetaan voimistuvan. Vesijohtajat ja tutkijat etsivät Kalifornian vesivarojen laitoksen johdolla parhaita paikkoja siirtää talvimyrskyjen vettä maan alle käytettäväksi kuivina kesinä.

muita etuja

veden luontainen taipumus, monin paikoin monina vuodenaikoina, on viipyä maalla. Kun pintavedet hidastuvat, osa niistä voi tihkua maan alle ja ladata pohjavesivarastoja.

mutta monin paikoin olemme estäneet luonnollisen pohjavesialueen täydennysmahdollisuuden. Olemme eristäneet joet tulvatasangoilta betonikanavilla ja tulvavalleilla, ojittaneet kosteikkoja ja päällystäneet niiden päälle rönsyileviä, läpäisemättömiä kaupunkeja ja hävittäneet majavia. Tämän seurauksena hulevedet päätyvät valumaan pintavesiin ja pois alueelta sen sijaan, että ne imeytyisivät pohjavesiesiintymiin.

itse asiassa vuonna 2015 julkaistussa Nasan satelliittidatan tutkimuksessa havaittiin, että yli puolet maailman tärkeimmistä pohjavesiesiintymistä oli ylijääneitä tai ylijääneitä.Yhdessä sen kanssa, että pohjavettä vedetään monin paikoin pintakäyttöön, tämä tilanne on aiheuttanut nettohävikin pohjavedelle. Vuonna 2015 julkaistussa Nasan satelliittitietojen tutkimuksessa havaittiin, että yli puolet maailman tärkeimmistä pohjavesiesiintymistä oli ylijääneitä tai ylijääneitä.

Tämä ei ainoastaan uhkaa vesiturvallisuutta, vaan se voi myös saada yllä olevan maan vajoamaan, kuten se on tehnyt Kalifornian San Joaquinin laaksossa, Pekingissä ja Mexico Cityssä. Ja lähellä rannikkoa sijaitsevasta pohjavesialueesta pumppaaminen voi laskea veden painetta siinä määrin, että suolavesi voi työntyä maan alle ja saastuttaa makean veden.

MAR voi auttaa vähentämään tällaisia ongelmia. Kalifornian San Jose alkoi käyttää Maria vuosikymmeniä sitten sen jälkeen, kun keskusta vajosi noin 4 metriä. Los Angelesin ja Orangen piirikunnat olivat ensimmäisiä paikkoja, joissa MAR torjui suolaisen veden tunkeutumisen. Hampton Roadsin alueella Virginiassa viranomaiset suunnittelevat ”melko laajamittaista pohjaveden latautumista työntääkseen takaisin heidän pohjaveteensä tulevaa suolavettä”, sanoo Bill Alley, kansallisen Pohjavesiyhdistyksen tiede-ja teknologiajohtaja. Suolaisen veden tunkeutuminen johtuu osittain nopeasta merenpinnan noususta.

koska pintavedet ja pohjavedet ovat usein sidoksissa toisiinsa painovoiman ja hydraulisen paineen vuoksi, latautuminen voi myös tuoda uutta eloa kosteikkoihin, lähteisiin, puroihin ja muihin pintavesien ekosysteemeihin, jotka kuivuvat, lämpenevät liikaa tai tukehtuvat levään, kun ihmiset kuluttavat pintaveden tai pohjaveden, joka ruokkii niitä. Sacramenton laaksossa Luonnonsuojelulaitos leikkasi aukon tulvavalliin niin, että korkeat jokivirrat tulvasivat jälleen Cosumnas-joen suojelualueelle ja tihkuivat pohjavesialueelle, jossa vesi voisi tarjota jatkuvaa ravintoa ekosysteemille.

veden liikuttaminen maahan voi usein puhdistaa sen, riippuen saasteista ja substraatin koostumuksesta.Mutta joskus on liian myöhäistä. Joissakin osissa San Joaquinin laaksoa vedenpinnat ovat pudonneet yli 150 metriä maanpinnan alle ylipumputuksesta, Phillips kertoo. ”Vedenkorkeudet ovat niin syvällä, että emme todennäköisesti näe jokien hyötyvän pohjaveden syöttämisestä mahdollisesti koskaan.”Tällaisia pohjavesimuodostumia voitaisiin edelleen käyttää veden varastointiin — vaikka se ei aina ole mahdollista, koska joskus vajoaminen aiheuttaa pysyvän kapasiteetin menetyksen pohjavesimuodostumassa.

veden liikuttaminen maahan voi usein puhdistaa sen, riippuen saasteista ja substraatin koostumuksesta. Gilbertissä, Arizonassa, jätevedet johdetaan uudelleenlastattaviin altaisiin, mukaan lukien rantasuojelualue, joka tarjoaa virkistystilaa ihmisille ja elinympäristöä villieläimille, missä ne suodattuvat pohjavesialtaaseen tulevaa käyttöä varten. Lampivettä käytetään myös suoraan kasteluun ja muihin ei-kasteltaviin käyttötarkoituksiin, mikä vähentää juomaveden kysyntää.

miten se tehdään

kauan käytetty menetelmä veden siirtämiseksi maan alle, jota yhä harjoitetaan maaseudulla ympäri maailmaa, on kerätä tai suppiloida sade matalaan altaaseen tai kaivantoon ja antaa sen imeytyä maaperään.

vuonna 2011 IGRAC hydrogeologi Arnaud Sterckx näki tigrayssa Etiopiassa vuoristoisella maaseudulla tekemässään hankkeessa ihmisten rakentavan tarkistuspatoja rotkoihin, kunnostavan jyrkkiä laaksojen reunoja, rakentavan pengerryksiä maataloutta varten ja kaivavan lampia sadeveden talteenottamiseksi. Tällaiset hankkeet eivät hänen mukaansa yleensä näy MAR global inventaariossa, koska nämä perinteiset menetelmät eivät vaadi lupia, toteutettavuustutkimuksia tai ympäristövaikutusten arviointeja.

Sterckxin mukaan aallotetun veden ei tarvitse edes suodattua pohjavesialueelle, jotta tämä olisi hyödyllinen käytäntö. Viipymällä maaperässä se voi auttaa viljelyksiä kasvamaan, jolloin kastelun tarve vähenee.

urbaani versio tästä lähestymistavasta on kaupunkien lisääntyvä vihreän infrastruktuurin käyttö. Lisäykset, kuten viherkatot, bioswales, läpäisevä jalkakäytävä ja puistot joen rannoilla imevät hulevesiä, vähentävät tulvia ja pidättävät vettä paikallisesti tulevaa tarjontaa varten.

Vesijohtajat rakentavat myös suuria soluttautumisaltaita, kuten Arizonan 38 hehtaarin Hieroglyfivuorten Recharge facility, joka varastoi Coloradojoen vettä myöhempää käyttöä varten. Tällaiset altaat on rakennettu yli sopiva geologia tunkeutumisen, tyypillisesti sekoitus hiekkaa, soraa ja savea. Mutta latausaltaat voivat tukkeutua, jos vedessä on paljon sedimenttiä ja siksi se täytyy puhdistaa pois määräajoin, varoittaa Sterckx.

luonnollisempi tapa varastoida vettä maan alle on auttaa puroja ja jokia, jotka on suunniteltu pysymään niiden rannoilla, levittäytymään takaisin historiallisille tulvatasangoilleen.

varhaisemmassa esimerkissä paikalliset johtajat Los Gatosissa Kaliforniassa rakensivat 1920-luvulla osittaisia patoja puron poikki käyttäen säkkisäkkejä, jotka oli täytetty mullalla, jotta vesi hidastuisi ja levittäytyisi puron viereisille tasaisille alueille. Nykyään useissa pohjois-ja Etelä-Kalifornian piirikunnissa on käytössä puhallettavia patoja, joiden tarkoituksena on hidastaa jokien ja purojen kulkua suurten virtausten aikana, jotta ne pääsisivät paremmin tunkeutumaan luonnolliseen uomaan, Phillips sanoo.

teollisin tapa on ruiskuttaa ylijäämävettä maahan kaivon tai porakaivon kautta. Se on kalliimpaa kuin passiiviset menetelmät, koska energiaa tarvitaan. Siitä voi kuitenkin olla hyötyä veden siirtämisessä ei-imeytyvän savikerroksen läpi alla olevaan pohjavesialtaaseen tai paikkoihin, joissa ei ole tilaa leviämisaltaalle. Tätä lähestymistapaa on käytetty Rio Ranchossa, Albuquerquen esikaupungissa New Mexicossa, Alley kertoo.

toinen MAR-menetelmä on nimeltään induced bank filtration. Ihmiset kaivavat kaivon useiden kymmenien metrien päähän joesta, joten hydraulinen paine houkuttelee vettä joesta liikuttamalla sitä hiekalla ja lietteellä, joilla on hyvät suodatusominaisuudet, Sterckx sanoo. Saksassa ja Alankomaissa on paljon tällaisia hankkeita, ja niitä käytetään tyypillisesti juomaveden esikäsittelynä. Unkari saa näin noin puolet julkisesta tarjonnastaan, Alley sanoo.

haasteita

Marin monista hyödyistä huolimatta voi olla myös varjopuolia. Suurin huolenaihe on saastuminen. Vaikka veden laskeminen maan alle voi puhdistaa sen, joissakin tapauksissa vesi tai maaperä voivat saastuttaa pohjaveden. ”Siksi tarvitaan tietoa pohjavesikerroksista, hydrogeologiasta, pohjaveden virtauksen suunnasta, veden laadusta, johon on tunkeutunut”, Sterckx sanoo. ”Muuten sinulla voi olla vakavia ongelmia.”

epäpuhtaudet voivat olla peräisin kaupunkien valumista tai maatalouden lannoitteiden ja torjunta-aineiden käytöstä. Alley kertoo, että lähellä Wichitaa Kansasissa ihmiset ovat vetäneet suuria virtauksia Little Arkansas-joesta täydentääkseen Equus Bedsin pohjavesimuodostumia, joista he ammentavat vetensä. ”He ovat joutuneet käsittelemään atratsiinin poistamista vedestä ennen sen pistämistä.”

luonnossa esiintyy muitakin epäpuhtauksia, kuten arseenia, jota esiintyy Floridan geologiassa. Kun siellä lataa vettä, on mahdollista estää pohjaveden saastuminen, mutta se on monimutkaista, Alley sanoo. ”Evergladesissa heillä oli valtava ajatus hallitusta akviferin latautumisesta, ja he eivät ole toteuttaneet sitä suurelta osin arsenikin kemiaongelmien takia.”

joissakin tapauksissa pilaantunut pohjavesi voidaan laimentaa uudelleen ladattavalla makealla vedellä puhdistaen sen tasolle, jossa se soveltuu tiettyihin käyttötarkoituksiin. San Joaquin Valleyssa, jossa osa pohjavedestä on saastunut lannoitteista peräisin olevilla nitraateilla, maanviljelijät mittaavat pumppaamansa pohjaveden pitoisuudet kastellakseen satonsa ja vähentääkseen lannoitteiden käyttöä vastaavasti, mikä voisi parantaa pohjaveden laatua ajan myötä. Vettä voidaan puhdistaa juomakelpoiseksi myös sen jälkeen, kun se on pumpattu kaivosta, vaikka ”se on yleensä kallista”, Phillips sanoo.

veden lataaminen myöhempää käyttöä varten voi myös aiheuttaa tyrmistystä omistuksesta. Pääsy vesihuoltoon latausta varten voi olla toinen asia. Vaikka suuri osa pohjavesiesiintymien täyttämiseen käytetystä vedestä on peräisin märkäkauden ylilyönneistä, joillakin lainkäyttöalueilla voi olla hankalaa saada oikeuksia tuohon veteen tai varmistaa sen sopiva laatu, sanoo Jim LaMoreaux, kansainvälisen Hydrogeologien yhdistyksen Yhdysvaltain-osaston puheenjohtaja.

veden lataaminen myöhempää käyttöä varten voi myös aiheuttaa tyrmistystä omistuksesta. Toiset ihmiset saattavat pumpata vettä, jota ruiskutat, kuten El Pasossa ja San Antoniossa, Texasissa, jossa Alley sanoo, että se on ”suurimman pumpun laki” – mikä tarkoittaa käytännössä sitä, että kuka tahansa voi pumpata maanalaista vettä, jos se on heidän omaisuutensa alla. Näin oli viime aikoihin asti myös Kaliforniassa. Mutta valtion vuoden 2014 kestävän pohjaveden hoitolaki edellyttää nyt vedenjakajan vedenkäyttäjien yhteistyötä pohjavesiensä kestävään käyttöön, mikä on haaste, joka motivoi joitakin piirejä käyttämään MAR: ia. Ne jakavat resurssin ja ovat siksi tilivelvollisia toisilleen.

myös geologiasta riippuen osa maan alle siirretystä vedestä voi ”kadota” laajempaan ympäristöön. Joidenkin menetysten hyväksyminen edellyttää samanlaista ajattelutavan siirtymistä omistusajattelusta yhteen keskittyneeseen kestävyyteen, jossa veden lataaminen tukee ekosysteemin terveyttä ja mahdollisesti vaatii vähemmän ihmisen toimenpiteitä romahduksen estämiseksi. Ja on syytä todeta jälleen, että maanpäälliset säiliöt menettävät jopa neljänneksen varastoidusta vedestä haihtumiseen, ja joskus niiden on vapautettava vettä tehdäkseen tilaa suurille myrskyille — joten ”menetys” on jo osa vallitsevaa tilannetta.

maailman kukoistava ihmispopulaatio ja rakennetut ympäristöt muuttavat yhä enemmän veden luonnollista kiertokulkua. Muutosten vaikutukset pahenevat, kun ilmastokaaos tuo mukanaan isompia tulvia ja pidempiä kuivuuskausia. Yhtenä keinona korjata veden kiertokulkua MAR todennäköisesti leviää, varsinkin kun ihmiset oppivat kokemuksesta, miten prosessien mahdollisia ongelmia voidaan lieventää.