Wraz z rosnącymi powodziami i suszami społeczności przyjrzały się magazynowaniu wody pod ziemią

Czerwiec 11, 2019 — Houston, Teksas, zalewało co roku przez ostatnie pięć lat. W tym samym czasie Teksas jest również znany z poważnych niedoborów wody. Co by było, gdyby ludzie uchwycili powódź i przechowali ją na później w warstwach wodonośnych-podziemnych warstwach przepuszczalnych skał, żwiru i piasku, które przepuszczają wodę?

ostatnie badania naukowców z University of Texas at Austin wykazały, że przybrzeżne warstwy wodonośne, z których woda została pompowana do użytku w gospodarstwach i miastach, mają wystarczająco dużo miejsca, aby przechowywać dwie trzecie wody z wydarzeń o dużym przepływie z 10 rzek Teksasu, zmniejszając skutki Zarówno powodzi, jak i susz-jeśli znajdziemy sposób na dostanie się do nich nadmiaru wody.

aktywne przenoszenie wody pod ziemię, praktyka znana jako zarządzane Ładowanie warstw wodonośnych (MAR), jest dziś coraz bardziej popularna. Według Międzynarodowego Centrum oceny zasobów wód podziemnych (igrac) z siedzibą w Delft w Holandii, w 62 krajach zarządzanych jest około 1200 projektów ładowania warstw wodonośnych. Oprócz pomocy w zarządzaniu nadmiernym i niedostatecznym zaopatrzeniem w wodę, MAR może być stosowany do przywracania zubożonych warstw wodonośnych, rehabilitacji ekosystemów i oczyszczania zanieczyszczonej wody. Ale są też wyzwania.

woda w banku

magazynowanie wody pod ziemią do wykorzystania w przyszłości jest coraz bardziej popularne ze względu na rosnącą zmienność podaży spowodowaną zmianami klimatycznymi, a także na wady alternatywy: spiętrzanie rzek w celu utworzenia zbiorników powierzchniowych.

Po pierwsze, w krajach rozwiniętych wiele rzek jest już zaporowanych. Z drugiej strony zapory powodują niezliczone problemy środowiskowe, takie jak zapobieganie uzupełnianiu osadów przez wybrzeża, blokowanie migracji ryb i niszczenie siedlisk rzecznych poprzez spowolnienie wody i umożliwienie jej ogrzania. Zbiorniki tracą do jednej czwartej zmagazynowanej wody do odparowania, a czasami muszą uwalniać wodę, aby zrobić miejsce dla dużych burz. A przechowywanie na powierzchni może prowadzić do nadużywania wody, ponieważ jej widok daje ludziom fałszywe poczucie bezpieczeństwa wody. Kosztuje również około dwukrotnie więcej niż cena doładowania wód gruntowych.

Oszczędzanie ciężkich przepływów pod ziemią dla wyższych czasów popytu jest praktyką dla bariery Wyspa Wildwood, New Jersey, od 1960 roku, mówi Steven Phillips, hydrolog i specjalista wód gruntowych z US Geological Survey w Sacramento. Popularny kurort, Wildwood gości wielu turystów w lecie. Zarządcy wody przechowują nadmiar zimowej wody pod ziemią, a następnie pompują ją do użytku w sezonie.

Przewiduje się, że śnieżyca, która dostarczała wodę do suchej wiosny i lata, w znacznym stopniu zniknie wraz z kryzysem klimatycznym. Przewiduje się, że jego zimowe burze będą bardziej intensywne. Zarządcy wody i naukowcy, kierowani przez Kalifornijski Departament Zasobów Wodnych, szukają najlepszych miejsc do przenoszenia wody z burz zimowych pod ziemią do użytku podczas suchego lata.

Inne Korzyści

naturalną tendencją wody, w wielu miejscach o wielu porach roku, jest pozostawanie na lądzie. Kiedy wody powierzchniowe zwalniają, niektóre mogą przedostać się pod ziemię i naładować warstwy wodonośne.

ale w wielu miejscach zablokowaliśmy możliwość naturalnego uzupełniania warstw wodonośnych. Odcięliśmy rzeki od terenów zalewowych betonowymi kanałami i wałem; osuszyliśmy tereny podmokłe i utwardziliśmy je rozległymi, nieprzepuszczalnymi miastami; i wyeliminowaliśmy bobry. W rezultacie woda opadowa spływa do wód powierzchniowych i z dala od regionu, zamiast zanurzać się w warstwach wodonośnych.

w rzeczywistości badanie danych satelitarnych NASA z 2015 r.wykazało, że ponad połowa głównych warstw wodonośnych na świecie była przeciążona lub przeciążona.W połączeniu z faktem, że w wielu miejscach wody gruntowe są przygotowywane do użytku powierzchniowego, sytuacja ta spowodowała straty netto wód podziemnych. W rzeczywistości badanie danych satelitarnych NASA z 2015 r. wykazało, że ponad połowa głównych warstw wodonośnych na świecie była przeciążona lub przeciążona.

to nie tylko zagraża bezpieczeństwu wodnemu, ale może również spowodować, że ziemia nad ziemią zatonie, tak jak ma to miejsce w kalifornijskiej Dolinie San Joaquin, Pekinie i Meksyku. A pompowanie z warstwy wodonośnej w pobliżu wybrzeża może zmniejszyć ciśnienie wody do punktu, w którym słona woda może wcisnąć się pod ziemię, zanieczyszczając słodką wodę.

MAR może pomóc zmniejszyć takie problemy. San Jose, Kalifornia, zaczął używać MAR wiele dekad temu po centrum zatonął około 13 stóp (4 metry). Hrabstwa Los Angeles i Orange były jednymi z pierwszych miejsc, w których wykorzystano MAR do odparcia inwazji słonej wody. W rejonie Hampton Roads w Wirginii urzędnicy planują „dość duże doładowanie wód gruntowych, aby odepchnąć słoną wodę wpadającą do ich wód gruntowych”, mówi Bill Alley, dyrektor ds. nauki i technologii w National Groundwater Association. Wtargnięcie słonej wody jest częściowo spowodowane szybkim wzrostem poziomu morza.

ponieważ wody powierzchniowe i gruntowe są często połączone grawitacją i ciśnieniem hydraulicznym, ładowanie może również przynieść nowe życie mokradłom, źródłom, potokom i innym ekosystemom wód powierzchniowych, które wysychają, stają się zbyt ciepłe lub dławią się glonami po tym, jak ludzie wyczerpują wodę powierzchniową lub wodę gruntową, która je karmi. W Sacramento Valley, natura Conservancy przeciął lukę w zaporze tak wysokie przepływy rzeki po raz kolejny zalały Rezerwat rzeki Cosumnas i przedostały się do warstwy wodonośnej, gdzie woda mogła zapewnić stałe pożywienie dla ekosystemu.

przenoszenie wody do podłoża często może ją oczyścić, w zależności od zanieczyszczeń i składu podłoża.Ale czasami jest za późno. W niektórych częściach doliny San Joaquin stoły wodne spadły ponad 500 stóp (150 metrów) pod ziemią z powodu przepompowywania, mówi Phillips. „Poziom wody jest na tyle głęboki, że prawdopodobnie nigdy nie zobaczymy rzek korzystających z dopływu wody gruntowej.”Takie warstwy wodonośne mogą być nadal używane do magazynowania wody-chociaż nie zawsze jest to możliwe, ponieważ czasami osiadanie powoduje trwałą utratę zdolności w warstwie wodonośnej.

przenoszenie wody do podłoża często może ją oczyścić, w zależności od zanieczyszczeń i składu podłoża. Gilbert w Arizonie odprowadza ścieki do stawów, w tym do rezerwatu łęgowego, który oferuje przestrzeń rekreacyjną dla ludzi i środowisko dla dzikiej przyrody, gdzie przenika do warstwy wodonośnej w celu wykorzystania w przyszłości. Woda w stawie jest również wykorzystywana bezpośrednio do nawadniania i innych zastosowań nieprzewodzących, zmniejszając zapotrzebowanie na wodę pitną.

Jak to się robi

od dawna stosowane podejście do przemieszczania wody pod ziemią, nadal praktykowane w wiejskich miejscach na całym świecie, jest zbieranie lub odprowadzanie opadów do płytkiego basenu lub rowu i umożliwienie mu zanurzenia się w glebie.

w 2011 roku, w ramach projektu w Tigray w Etiopii, na górzystym, wiejskim obszarze, Hydrogeolog igrac Arnaud Sterckx widział ludzi budujących zapory w wąwozach, zalesiających strome zbocza doliny, budujących tarasy dla rolnictwa i kopających stawy w celu przechwytywania wody deszczowej. Takie projekty zazwyczaj nie pojawiają się w globalnej inwentaryzacji MAR, mówi, ponieważ te tradycyjne metody nie wymagają pozwoleń, studiów wykonalności ani ocen oddziaływania na środowisko.

Sterckx mówi, że woda nie musi nawet filtrować do warstwy wodonośnej, aby to było użyteczne. Utrzymując się w glebie, może pomóc uprawom rosnąć przy zmniejszonym zapotrzebowaniu na nawadnianie.

miejską wersją tego podejścia jest coraz większe wykorzystanie zielonej infrastruktury przez miasta. Dodatki takie jak zielone dachy, bioswales, przepuszczalna nawierzchnia i parki wzdłuż brzegów rzek pochłaniają wodę opadową, zmniejszając powodzie i zatrzymując wodę lokalnie na potrzeby przyszłych dostaw.

zarządcy wody budują również duże baseny infiltracyjne, takie jak 38-hektarowy (15-hektarowy) Hieroglyphic Mountains Recharge facility, który przechowuje wodę Rzeki Kolorado do późniejszego wykorzystania. Takie baseny są zbudowane powyżej odpowiedniej geologii do infiltracji, zazwyczaj mieszanką piasku, żwiru i gliny. Ale baseny do ładowania mogą się zatykać, jeśli woda ma dużo osadu, a zatem muszą być okresowo czyszczone, ostrzega Sterckx.

bardziej naturalnym sposobem przechowywania wody pod ziemią jest pomoc potokom i rzekom, które zostały zaprojektowane tak, aby pozostały w ich brzegach, aby rozprzestrzeniły się z powrotem na ich historyczne tereny zalewowe.

we wczesnym przykładzie, lokalni przywódcy w Los Gatos w Kalifornii, zbudowali częściowe zapory w poprzek potoku w 1920 roku, używając worków jutowych wypełnionych brudem, aby spowodować spowolnienie wody i rozłożenie jej na płaskich obszarach przylegających do potoku. Obecnie nadmuchiwane zapory są rozmieszczone w kilku hrabstwach Północnej i południowej Kalifornii, aby spowolnić rzeki i strumienie podczas dużych przepływów, aby umożliwić większą infiltrację w naturalnym kanale, mówi Phillips.

najbardziej przemysłowym podejściem jest wstrzykiwanie nadmiaru wody do ziemi przez studnię lub otwór wiertniczy. Jest to bardziej kosztowne niż metody pasywne ze względu na wymaganą energię. Niemniej jednak może być przydatny do przenoszenia wody przez niewchłanialną warstwę gliny do warstwy wodonośnej poniżej lub w miejscach, w których nie ma miejsca na rozłożenie basenu. Takie podejście zostało zastosowane w Rio Rancho, na przedmieściach Albuquerque w Nowym Meksyku, mówi Alley.

inną metodą MAR jest wywołana filtracja Bankowa. Ludzie wykopują studnię kilkadziesiąt metrów od rzeki, więc ciśnienie hydrauliczne przyciągnie wodę z rzeki, przenosząc ją przez piasek i muł, które mają dobre właściwości filtracyjne, mówi Sterckx. Niemcy i Holandia mają wiele tych projektów i zazwyczaj wykorzystują je jako wstępną obróbkę wody pitnej. Węgry otrzymują w ten sposób około połowę swoich dostaw publicznych-mówi Alley.

wyzwania

pomimo wielu zalet MAR, mogą być również wady. Głównym problemem jest zanieczyszczenie. Chociaż umieszczenie wody pod ziemią może ją oczyścić, w niektórych przypadkach MAR może zanieczyszczać wody gruntowe z powodu zanieczyszczeń w wodzie lub glebie. „Dlatego potrzebujesz wiedzy na temat warstw wodonośnych, hydrogeologii, kierunku przepływu wód gruntowych, jakości wody, którą przenikasz”, mówi Sterckx. „W przeciwnym razie możesz mieć poważne problemy.”

zanieczyszczenia mogą pochodzić z wycieków miejskich lub ze stosowania nawozów i pestycydów w rolnictwie. W pobliżu Wichita, Kansas, mówi Alley, ludzie ciągną wysokie strumienie z małej rzeki Arkansas, aby uzupełnić warstwy wodonośne Equus Beds, z których czerpią wodę. „Musieli poradzić sobie z usuwaniem atrazyny z wody przed wstrzyknięciem.”

inne zanieczyszczenia występują naturalnie, takie jak arsen, który znajduje się w geologii Florydy. Podczas ładowania tam wody można zapobiec zanieczyszczeniu wód gruntowych, ale jest to skomplikowane, mówi Alley. „W Everglades mieli ogromny pomysł na zarządzanie ładowaniem warstw wodonośnych, a nie przeszli do tego głównie z powodu problemów chemicznych z arsenem.”

w niektórych przypadkach zanieczyszczone wody gruntowe można rozcieńczać ładowaną wodą słodką, czyszcząc ją do poziomu, w którym nadaje się do niektórych zastosowań. W Dolinie San Joaquin, gdzie niektóre wody gruntowe są zanieczyszczone azotanami z nawozów, rolnicy mierzą poziom wód gruntowych, które pompują, aby nawadniać swoje uprawy i odpowiednio zmniejszyć zużycie nawozów, co może poprawić jakość wód gruntowych w czasie. Woda może być również czyszczona do picia po wypompowaniu ze studni, chociaż „jest to zwykle drogie”, mówi Phillips.

Ładowanie wody do późniejszego wykorzystania może również powodować konsternację nad posiadaniem. Uzyskanie dostępu do wody do ładowania może być kolejnym problemem. Chociaż wiele wody używanej do uzupełniania warstw wodonośnych pochodzi z nadmiaru pory deszczowej, w niektórych jurysdykcjach uzyskanie praw do tej wody lub zapewnienie jej odpowiedniej jakości może być skomplikowane ze względów prawnych lub politycznych, mówi Jim LaMoreaux, prezes amerykańskiego oddziału Międzynarodowego Stowarzyszenia Hydrogeologów.

Ładowanie wody do późniejszego wykorzystania może również powodować konsternację nad posiadaniem. Inni ludzie mogą pompować wodę, którą wstrzykujesz, na przykład w El Paso i San Antonio w Teksasie, gdzie, jak mówi Alley, jest to „prawo największej pompy” – co zasadniczo oznacza, że każdy może pompować wodę podziemną, jeśli leży ona pod ich własnością. Tak było do niedawna również w Kalifornii. Ale stan 2014 Sustainable Groundwater Management Act teraz wymaga użytkowników wody w dziale wodnym do współpracy, aby korzystać z ich wód gruntowych w sposób zrównoważony, wyzwanie, które motywuje niektóre dzielnice do korzystania z MAR. Dzielą się zasobami i dlatego są odpowiedzialni przed sobą.

również, w zależności od geologii, część wody przemieszczonej pod ziemią może zostać „utracona” na rzecz szerszego środowiska. Zaakceptowanie pewnych strat wymaga podobnej zmiany myślenia z mentalności własności na skoncentrowany zrównoważony rozwój, w którym Ładowanie wody wspomaga zdrowie ekosystemu, prawdopodobnie wymagając mniejszej liczby interwencji ludzkich, aby powstrzymać upadek. I warto jeszcze raz powiedzieć, że zbiorniki naziemne tracą do jednej czwartej zmagazynowanej wody na odparowanie, a czasami muszą uwalniać wodę, aby zrobić miejsce na wielkie burze-więc „strata” jest już częścią status quo.

dynamicznie rozwijająca się populacja ludzi na świecie i nasze środowiska zbudowane w coraz większym stopniu zmieniają naturalny obieg wody. Skutki tych zmian nasilają się, ponieważ chaos klimatyczny powoduje większe powodzie i dłuższe susze. Jako jedna z metod naprawy cyklu wodnego, Mar prawdopodobnie się rozprzestrzeni, zwłaszcza że ludzie uczą się z doświadczenia, jak złagodzić potencjalne problemy z procesami.