Nu overstromingen en droogtes toenemen, nemen gemeenschappen een nieuwe kijk op de ondergrondse opslag van water

11 juni 2019 — Houston, Texas, heeft de afgelopen vijf jaar elk jaar overstroomd. Op hetzelfde moment, Texas is ook bekend om ernstige watertekorten. Wat als mensen het vloedwater zouden vangen en het voor later opslaan in aquifers — ondergrondse lagen van doorlatend gesteente, grind en zand die water doorlaten?

Een recente studie door onderzoekers van de Universiteit van Texas in Austin toonde aan dat kustwaterlagen waaruit water is gepompt voor gebruik in boerderijen en steden, voldoende ruimte hebben om twee derde van het water van hoogstromende gebeurtenissen uit 10 Texaanse rivieren op te slaan, waardoor de gevolgen van zowel overstromingen als droogtes worden verminderd-als we een manier vinden om het overtollige water erin te krijgen.

actief verplaatsen van water onder de grond, een praktijk die bekend staat als managed aquifer recharge (MAR), wordt tegenwoordig steeds populairder. Volgens het International Groundwater Resources Assessment Centre (IGRAC) in Delft, Nederland, zijn er ongeveer 1.200 beheerde watervoeringsprojecten in 62 landen. MAR kan niet alleen helpen bij het beheer van de over – en ondertoevoer van water, maar kan ook worden gebruikt om uitgeputte watervoerende lagen te herstellen, ecosystemen te herstellen en vervuild water te reinigen. Maar er zijn ook uitdagingen.

Water in de Bank

het opslaan van water onder de grond voor toekomstig gebruik wordt steeds populairder als gevolg van de toenemende volatiliteit van het aanbod als gevolg van klimaatverandering en als gevolg van de nadelen van het alternatief: Dammen van rivieren om oppervlakte reservoirs te creëren.

in ontwikkelde landen zijn vele rivieren al afgedamd. Anderzijds veroorzaken Dammen talloze milieuproblemen, zoals het voorkomen van sediment dat de kusten aanvult, het blokkeren van vismigratie en het vernietigen van rivierhabitats door het water te vertragen en te laten opwarmen. Reservoirs verliezen tot een kwart van het opgeslagen water door verdamping en moeten soms water vrijmaken om ruimte te maken voor grote stormen. En oppervlakteopslag kan leiden tot overmatig gebruik van water omdat de aanblik ervan mensen een vals gevoel van waterveiligheid geeft. Het kost ook ongeveer het dubbele van de prijs van de grondwateraanvulling.het opslaan van zware ondergrondse stromen voor hogere vraag tijden is de praktijk voor de barrier island Wildwood, New Jersey, sinds de jaren 1960, zegt Steven Phillips, een hydroloog en grondwaterspecialist bij de U. S. Geological Survey in Sacramento. Wildwood, een populaire badplaats, biedt in de zomer tal van bezoekers. Waterbeheerders slaan overtollig winterwater ondergronds op en pompen het vervolgens uit voor gebruik tijdens het hoogseizoen.

Californië wil deze strategie opschalen. De sneeuwzak die historisch water heeft geleverd in de droge lente en zomer zal naar verwachting grotendeels verdwijnen met de klimaatcrisis. En de winterstormen zullen intenser worden. Waterbeheerders en wetenschappers, onder leiding van het California Department of Water Resources, zijn op zoek naar de beste plaatsen om water van winterstormen ondergronds te verplaatsen voor gebruik tijdens de droge zomers.

andere voordelen

De natuurlijke neiging van Water, op veel plaatsen in vele seizoenen, is om op het land te blijven hangen. Wanneer het oppervlaktewater vertraagt, kunnen sommige onder de grond sijpelen en aquifers opladen.

maar op veel plaatsen hebben we de mogelijkheid voor natuurlijke aquifer aanvulling geblokkeerd. En wij hebben de rivieren afgesneden van de rivieren, met betonnen kanalen en dijken, en wij hebben het water drooggelegd, en wij hebben er steden overheen geplaveid en wij hebben de bevers geëlimineerd. Als gevolg daarvan loopt het regenwater af in het oppervlaktewater en weg van de regio in plaats van te weken in aquifers.

in feite bleek uit een studie van 2015 van NASA-satellietgegevens dat meer dan de helft van ‘ s werelds belangrijkste watervoerende lagen rood of overbelast waren.In combinatie met het feit dat op veel plaatsen grondwater wordt aangelegd voor gebruik aan de oppervlakte, heeft deze situatie geleid tot een nettoverlies aan ondergronds water. In feite, een 2015 studie van NASA satellietgegevens bleek dat meer dan de helft van ‘ s werelds belangrijkste watervoerende lagen waren rood of overbelast.

Dit vormt niet alleen een bedreiging voor de waterveiligheid, het kan ook ertoe leiden dat het land erboven zinkt, zoals in de Californische San Joaquin Valley, Beijing en Mexico City. En pompen vanuit een aquifer in de buurt van de kust kan de waterdruk verlagen tot het punt waar zout water ondergronds kan duwen, waardoor het zoetwater wordt aangetast.

MAR kan dergelijke problemen helpen verminderen. San Jose, Californië, begon met behulp van MAR vele decennia geleden nadat de binnenstad zonk ongeveer 13 voet (4 meter). En Los Angeles en Orange counties waren de eerste plaatsen om MAR te gebruiken om zoutwater binnendringen terug te dringen. In de Hampton Roads gebied van Virginia, ambtenaren zijn van plan een “vrij grootschalige grondwateraanvulling terug te duwen zoutwater dat in hun grondwater,” zegt Bill Alley, directeur van wetenschap en technologie voor de National Groundwater Association. Het binnendringen van zoutwater is deels te wijten aan de snelle stijging van de zeespiegel.

omdat oppervlaktewater en grondwater vaak met elkaar verbonden zijn door zwaartekracht en hydraulische druk, kan bijvullen ook nieuw leven brengen in wetlands, bronnen, kreken en andere oppervlaktewaterecosystemen die opdrogen, te warm worden of door algen worden verstikt nadat mensen het oppervlaktewater of grondwater dat hen voedt hebben uitgeput. In de Sacramento vallei, de natuur Conservancy sneed een kloof in een dijk zodat hoge rivier stromen zou opnieuw overstroming Cosumnas River Preserve en sijpelt naar beneden in de aquifer, waar het water kan voortdurende voeding voor het ecosysteem.

water in de grond brengen kan het vaak reinigen, afhankelijk van de verontreinigende stoffen en de samenstelling van het substraat.Maar soms is het te laat. In sommige delen van de San Joaquin vallei zijn grondwaterstanden meer dan 150 meter onder de grond gevallen door overpumping, zegt Phillips. “Het waterpeil is diep genoeg dat we waarschijnlijk nooit zullen zien dat rivieren profiteren van grondwaterinput.”Dergelijke aquifers kunnen nog steeds worden gebruikt voor waterberging — hoewel dat niet altijd mogelijk is omdat bodemdaling soms permanent capaciteitsverlies in een aquifer veroorzaakt.

water in de grond brengen kan het vaak reinigen, afhankelijk van de verontreinigende stoffen en de samenstelling van het substraat. Gilbert, Arizona, loost afvalwater in recharge vijvers, met inbegrip van een oeverreservaat dat recreatieruimte biedt voor mensen en habitat voor wilde dieren, waar het sijpelt naar beneden in de aquifer voor toekomstig gebruik. Vijverwater wordt ook direct gebruikt voor irrigatie en andere niet-poteerbare toepassingen, waardoor de vraag naar drinkwater afneemt.

hoe het wordt gedaan

een al lang gebruikte aanpak om water ondergronds te verplaatsen, die nog steeds wordt toegepast op landelijke plaatsen over de hele wereld, is het oogsten of trechter van regenval in een ondiep bekken of geul en het in de bodem laten weken.in 2011, op een project in Tigray, Ethiopië, een bergachtig, landelijk gebied, zag IGRAC hydrogeoloog Arnaud Sterckx mensen controledammen bouwen in geulen, steile valleiflanken herbebossen, terrassen bouwen voor landbouw, en vijvers graven om regenwater op te vangen. Dergelijke projecten komen doorgaans niet voor in de MAR global inventory, zegt hij, omdat deze traditionele methoden geen vergunningen, haalbaarheidsstudies of milieueffectrapportages vereisen.

Sterckx zegt dat het stromende water niet eens naar een aquifer hoeft te filteren om dit een nuttige praktijk te maken. Door in de bodem te blijven hangen, kan het gewassen helpen groeien met minder behoefte aan irrigatie.

een stedelijke versie van deze aanpak is het toenemende gebruik van groene infrastructuur door steden. Toevoegingen zoals groene daken, bioswales, doorlaatbare bestrating en parken langs rivieroevers absorberen regenwater, verminderen overstromingen en houden water Lokaal vast voor toekomstige voorziening.

waterbeheerders bouwen ook grote infiltratiebekkens, zoals de 15 hectare grote Hiëroglyfic Mountains Recharge facility in Arizona, die het water van de Colorado River opslaat voor later gebruik. Dergelijke bekkens zijn gebouwd boven geschikte geologie voor infiltratie, meestal een mix van zand, grind en klei. Maar herladen bekkens kunnen verstoppen als het water veel sediment heeft en moeten daarom periodiek worden gereinigd, waarschuwt Sterckx.

een meer natuurlijke manier om water ondergronds op te slaan is om kreken en rivieren die ontworpen zijn om binnen hun oevers te blijven te helpen om zich terug te verspreiden naar hun historische uiterwaarden.

in een vroeg voorbeeld bouwden lokale leiders in Los Gatos, Californië, in de jaren 1920 gedeeltelijke Dammen over een kreek met behulp van jute zakken gevuld met vuil om het water te vertragen en te verspreiden over vlakke gebieden grenzend aan de kreek. Tegenwoordig worden opblaasbare Dammen ingezet in verschillende provincies in Noord-en Zuid-Californië om rivieren en beken te vertragen tijdens hoge stromen om meer infiltratie in het natuurlijke kanaal mogelijk te maken, zegt Phillips.

de meest industriële aanpak is het injecteren van overtollig water in de grond via een put of boorgat. Het is duurder dan passieve methoden vanwege de energie die nodig is. Toch kan het nuttig zijn voor het verplaatsen van water door een niet-absorberende kleilaag in een aquifer eronder, of op plaatsen waar er geen ruimte is voor een verspreidingsbekken. Deze aanpak is gebruikt in Rio Rancho, een voorstad van Albuquerque, New Mexico, zegt Alley.

een andere MAR-methode wordt geïnduceerde bankfiltratie genoemd. Mensen graven een put Enkele tientallen meters van de rivier, zodat de hydraulische druk water uit de rivier zal aantrekken, het verplaatsen door zand en slib, die goede filtratie-eigenschappen hebben, zegt Sterckx. Duitsland en Nederland hebben veel van deze projecten en gebruiken het meestal als voorbehandeling voor drinkwater. Hongarije krijgt zo ongeveer de helft van zijn publieke aanbod, zegt Alley.

uitdagingen

ondanks de vele voordelen van MAR, kunnen er ook nadelen zijn. De grootste zorg is de vervuiling. Hoewel het onder de grond zetten van water het kan reinigen, kan MAR in sommige gevallen het grondwater aantasten door verontreinigende stoffen in het water of de bodem. “Daarom heb je kennis nodig over aquifers, hydrogeologie, de richting van de grondwaterstroom, de kwaliteit van het water dat je infiltreert”, zegt Sterckx. “Anders heb je misschien ernstige problemen.”

contaminanten kunnen afkomstig zijn van stedelijk afvalwater of van het gebruik van meststoffen en pesticiden in de landbouw. In de buurt van Wichita, Kansas, zegt Alley, mensen hebben hoge stromen getrokken uit de kleine Arkansas rivier om de Equus bedding aquifers aan te vullen waaruit ze hun water putten. “Ze hebben te maken gehad met het verwijderen van atrazine uit het water voordat ze injecteren.”

andere verontreinigende stoffen komen van nature voor, zoals arseen, dat in de geologie van Florida wordt aangetroffen. Bij het opladen van water daar, is het mogelijk om grondwaterverontreiniging te voorkomen, maar het is ingewikkeld, zegt Alley. “In de Everglades hadden ze het enorme idee van managed aquifer recharge , en ze hebben niet doorgezet op dat grotendeels vanwege de chemie problemen met arseen.”

in sommige gevallen kan verontreinigd grondwater worden verdund met opgeladen zoet water en zo worden gereinigd dat het geschikt is voor bepaalde toepassingen. In de San Joaquin Valley, waar een deel van het grondwater vervuild is met nitraten uit kunstmest, meten boeren de niveaus in het grondwater die ze pompen om hun gewassen te irrigeren en verminderen ze hun bemestingstoepassingen dienovereenkomstig, een praktijk die de grondwaterkwaliteit in de loop van de tijd kan verbeteren. Water kan ook worden gereinigd om te drinken nadat het uit een put is gepompt, hoewel “het meestal duur is”, zegt Phillips.

Oplaadwater voor later gebruik kan ook consternatie over eigendom veroorzaken. Toegang krijgen tot watervoorziening voor opladen kan een ander probleem zijn. Hoewel veel water dat wordt gebruikt om aquifers te vullen afkomstig is van natte seizoen excessen, kan het in sommige jurisdicties vanwege juridische of politieke overwegingen ingewikkeld zijn om rechten op dat water te krijgen of om ervoor te zorgen dat het van geschikte kwaliteit is, zegt Jim LaMoreaux, president van de Amerikaanse tak van de International Association of Hydrogeologists.

Oplaadwater voor later gebruik kan ook consternatie over eigendom veroorzaken. Andere mensen kunnen water pompen dat u injecteert, zoals in El Paso en San Antonio, Texas, waar, zegt Alley, het is de” wet van de grootste pomp ” — wat in wezen betekent dat iedereen ondergronds water kan pompen als het onder hun eigendom ligt. Dat was tot voor kort ook het geval in Californië. Maar de wet duurzaam grondwaterbeheer 2014 van de staat vereist nu dat watergebruikers in een stroomgebied samenwerken om hun grondwater duurzaam te gebruiken, een uitdaging die sommige districten motiveert om MAR te gebruiken. Zij delen de middelen en zijn daarom aan elkaar verantwoording verschuldigd.

ook kan, afhankelijk van de geologie, een deel van het water dat onder de grond wordt verplaatst, worden “verloren” in de bredere omgeving. Het accepteren van enig verlies vereist een soortgelijke verschuiving in het denken van een eigendomsmentaliteit naar een gerichte duurzaamheid, waarbij het opladen van water de gezondheid van het ecosysteem ondersteunt, waarbij mogelijk minder menselijke ingrepen nodig zijn om instorting tegen te gaan. En het is de moeite waard om opnieuw te zeggen dat bovengrondse reservoirs verliezen tot een kwart van opgeslagen water verdamping, en soms moeten water vrij te maken om ruimte te maken voor grote stormen — dus “verlies” is al onderdeel van de status quo.

de groeiende menselijke bevolking en onze gebouwde omgevingen veranderen steeds meer de natuurlijke watercyclus. De gevolgen van deze veranderingen worden verergerd doordat de klimaatchaos Grotere overstromingen en langere droogtes met zich meebrengt. Als een methode om de watercyclus te herstellen, zal MAR zich waarschijnlijk verspreiden, vooral als mensen uit ervaring leren hoe ze potentiële problemen met de processen kunnen verminderen.