Med översvämningar och torka ökar, samhällen ta en ny titt på lagring av vatten under jord

11 juni 2019 – Houston, Texas, har översvämmat varje år under de senaste fem åren. Samtidigt är Texas också känt för svår vattenbrist. Vad händer om människor skulle fånga översvämningsvattnet och lagra det för senare i akviferer — underjordiska lager av permeabel sten, grus och sand som tillåter vatten att passera genom?

en ny studie av forskare från University of Texas i Austin fann att kustvatten från vilka vatten har pumpats för användning i gårdar och städer, har tillräckligt med utrymme för att lagra två tredjedelar av vattnet från högflödeshändelser från 10 Texas floder, vilket minskar effekterna av både översvämningar och torka-om vi räknar ut ett sätt att få överflödigt vatten i dem.

aktivt rörligt vatten under jord, en praxis som kallas managed aquifer recharge (MAR), blir alltmer populär idag. Det finns cirka 1 200 hanterade akviferuppladdningsprojekt i 62 länder, enligt International Earthwater Resources Assessment Centre (Igrac) baserat i Delft, Nederländerna. Förutom att hjälpa till att hantera över – och underleveranser av vatten kan MAR användas för att återställa utarmade akviferer, rehabilitera ekosystem och rengöra förorenat vatten. Men det finns också utmaningar.

vatten i banken

lagring av vatten under jord för framtida bruk blir allt populärare på grund av ökad volatilitet i utbudet på grund av klimatförändringar samt nackdelarna med alternativet: dammar floder för att skapa ytreservoarer.

för en sak, i utvecklade länder är många floder redan dammade. För en annan orsakar dammar otaliga miljöproblem, som att förhindra sediment från att fylla på kuster, blockera fiskmigrationer och förstöra flodhabitat genom att sakta ner vattnet och låta det värma. Reservoarer förlorar upp till en fjärdedel av lagrat vatten till avdunstning, och ibland måste släppa ut vatten för att göra plats för stora stormar. Och ytlagring kan leda till överanvändning av vatten eftersom synen på det ger människor en falsk känsla av vattensäkerhet. Det kostar också ungefär dubbelt priset på grundvattenuppladdning.

att spara tunga flöden under jord för högre efterfrågetider har varit praxis för barriärön Wildwood, New Jersey, sedan 1960-talet, säger Steven Phillips, en hydrologist och grundvattenspecialist med US Geological Survey i Sacramento. Wildwood är ett populärt semesterområde och är värd för många besökare på sommaren. Vattenförvaltare lagrar överskott av vintervatten under jord och pumpar sedan ut det för användning under högsäsong.

Kalifornien är ute efter att skala upp denna strategi. Snöpaketet som historiskt har levererat vatten till den torra våren och sommaren förutspås till stor del försvinna med klimatkrisen. Och dess vinterstormar förutspås växa mer intensiva. Vattenförvaltare och forskare, ledda av California Department of Water Resources, letar efter de bästa platserna att flytta vatten från vinterstormar under jord för användning under de torra somrarna.

andra fördelar

vattnets naturliga tendens, på många ställen under många årstider, är att dröja kvar på landet. När ytvatten saktar ner kan vissa sippra under jord och ladda akviferer.

men på många ställen har vi blockerat möjligheten till naturlig akviferpåfyllning. Vi har avskurna floder från flodslätter med betongkanaler och vallar; dränerade våtmarker och banade över dem med spretande, ogenomträngliga städer; och eliminerade bäver. Som ett resultat hamnar stormvattnet i ytvatten och bort från regionen istället för att blötläggas i akviferer.faktum är att en studie från 2015 av NASA-satellitdata fann att mer än hälften av världens stora akviferer var överdragna eller överbelastade.I kombination med det faktum att grundvatten på många ställen utarbetas för ytanvändning har denna situation medfört en nettoförlust av underjordiskt vatten. Faktum är att en 2015-studie av NASA-satellitdata fann att mer än hälften av världens stora akviferer var överdragna eller överbelastade.

detta hotar inte bara vattensäkerheten, det kan också få landet ovan att sjunka, som det har i Kaliforniens San Joaquin Valley, Peking och Mexico City. Och pumpning från en akvifer nära kusten kan minska vattentrycket till den punkt där saltvatten kan trycka in under jord och smutsar sötvattnet.

MAR kan hjälpa till att minska sådana problem. San Jose, Kalifornien, började använda MAR många decennier sedan efter centrum sjönk runt 13 fot (4 meter). Och Los Angeles och Orange län var bland de första platserna att använda MAR för att driva tillbaka saltvattenintrång. I Hampton Roads-området i Virginia planerar tjänstemän en ”ganska storskalig grundvattenuppladdning för att driva tillbaka saltvatten som kommer in i grundvattnet”, säger Bill Alley, chef för vetenskap och teknik för National Grundvattenförening. Saltvattenintrång beror delvis på snabb havsnivåhöjning.eftersom ytvatten och grundvatten ofta är kopplade av gravitation och hydrauliskt tryck kan laddning också ge nytt liv till våtmarker, fjädrar, bäckar och andra ytvattenekosystem som torkar upp, blir för varma eller kvävs av alger efter att människor tömmer ytvattnet eller grundvattnet som matar dem. I Sacramento Valley, Nature Conservancy skära ett gap i en levee så höga flodflöden skulle återigen översvämma Cosumnas River Preserve och sippra ner i akvifären, där vattnet kan ge pågående näring för ekosystemet.

att flytta vatten i marken kan ofta rengöra det, beroende på föroreningarna och substratets sammansättning.Men ibland är det för sent. I vissa delar av San Joaquin Valley har vattentabeller fallit mer än 500 fot (150 meter) under marken från överpumpning, säger Phillips. ”Vattennivåerna är djupa nog att vi inte kommer att se floder som drar nytta av grundvattentillförsel för eventuellt någonsin.”Sådana akviferer kan fortfarande användas för vattenlagring — även om det inte alltid är möjligt eftersom ibland sänkning orsakar permanent kapacitetsförlust i en akvifer.

att flytta vatten i marken kan ofta rengöra det, beroende på föroreningarna och substratets sammansättning. Gilbert, Arizona, utsläpp avloppsvatten i Ladda dammar, inklusive en strandreservat som erbjuder rekreationsutrymme för människor och livsmiljö för vilda djur, där det percolates ner i akvifären för framtida bruk. Dammvatten används också direkt för bevattning och andra icke-potable användningsområden, vilket minskar efterfrågan på dricksvatten.

hur det görs

ett långt använt tillvägagångssätt för att flytta vatten under jord, som fortfarande praktiseras på landsbygden runt om i världen, är att skörda eller tratta regn i ett grunt bassäng eller gräv och låta det suga in i jorden.

under 2011, på ett projekt i Tigray, Etiopien, ett bergigt landsbygdsområde, såg igrac hydrogeolog Arnaud Sterckx människor bygga kontrolldammar i raviner, återplantera branta dalflankar, bygga terrasser för jordbruk och gräva dammar för att fånga regnvatten. Sådana projekt visas vanligtvis inte i Mar global inventory, säger han, eftersom dessa traditionella metoder inte kräver tillstånd, genomförbarhetsstudier eller miljökonsekvensbedömningar.

Sterckx säger att det corralled vattnet inte ens behöver filtrera ner till en akvifer för att göra detta till en användbar övning. Genom att dröja kvar i jorden kan det hjälpa grödor att växa med minskat behov av bevattning.

en urban version av detta tillvägagångssätt är städernas ökande användning av grön infrastruktur. Tillägg som gröna tak, bioswales, permeabel trottoar och parker längs flodbankerna absorberar dagvatten, minskar översvämningar och för att behålla vatten lokalt för framtida leverans.

Vattenförvaltare bygger också stora infiltrationsbassänger, såsom Arizona 38 tunnland (15 hektar) hieroglyfiska berg ladda anläggning, som lagrar Colorado River vatten för senare användning. Sådana bassänger är byggda ovanför lämplig geologi för infiltration, vanligtvis en blandning av sand, grus och lera. Men laddningsbassänger kan täppa till om vattnet har mycket sediment och därför måste rengöras regelbundet, varnar Sterckx.

ett mer naturligt sätt att lagra vatten under jord är att hjälpa bäckar och floder som har konstruerats för att hålla sig inom sina banker för att sprida sig tillbaka ut i sina historiska flodslätter.i ett tidigt exempel byggde lokala ledare i Los Gatos, Kalifornien, partiella dammar över en bäck på 1920-talet med säckvävssäckar fyllda med smuts för att få vattnet att sakta ner och sprida sig över platta områden intill bäcken. Idag distribueras uppblåsbara dammar i flera norra och södra Kalifornien län för att sakta ner floder och strömmar under höga flöden för att möjliggöra mer infiltration i den naturliga kanalen, säger Phillips.

det mest industriella tillvägagångssättet är att injicera överskott av vatten i marken via en brunn eller borrhål. Det är dyrare än passiva metoder på grund av den energi som krävs. Ändå kan det vara användbart för att flytta vatten genom ett icke-absorberande lerlager i en akvifer nedan, eller på platser där det inte finns plats för ett spridningsbassäng. Detta tillvägagångssätt har använts i Rio Rancho, en förort till Albuquerque, New Mexico, säger Alley.

en annan Mar-metod kallas inducerad bankfiltrering. Människor gräver en brunn flera tiotals meter från floden så det hydrauliska trycket kommer att locka vatten från floden och flytta det genom sand och silt, som har goda filtreringsegenskaper, säger Sterckx. Tyskland och Nederländerna har många av dessa projekt och använder det vanligtvis som förbehandling för dricksvatten. Ungern får ungefär hälften av sin offentliga försörjning på detta sätt, säger Alley.

utmaningar

trots de många fördelarna med MAR kan det också finnas nackdelar. Det största problemet är föroreningar. Även om att sätta vatten under jord kan rengöra det, kan MAR i vissa fall förorena grundvatten på grund av föroreningar i vattnet eller jorden. ”Det är därför du behöver kunskap om akviferer, hydrogeologi, riktningen för grundvattenflödet, kvaliteten på vattnet du infiltrerar”, säger Sterckx. ”Annars kan du ha allvarliga problem.”

föroreningar kan komma från stadsavrinning eller från jordbrukets användning av gödselmedel och bekämpningsmedel. Nära Wichita, Kansas, säger Alley, människor har dragit höga flöden från Little Arkansas River för att fylla på Equus Beds akviferer från vilka de drar sitt vatten. ”De har haft att göra med att ta bort atrazin från vattnet innan de injicerar det.”

andra föroreningar förekommer naturligt, såsom arsenik, som finns i Floridas Geologi. När du laddar vatten där är det möjligt att förhindra grundvattenförorening, men det är komplicerat, säger Alley. ”I Everglades hade de denna massiva uppfattning om hanterad akviferuppladdning , och de har inte följt igenom det till stor del på grund av kemiproblemen med arsenik.”

i vissa fall kan förorenat grundvatten spädas med laddat sötvatten och rengöra det till en nivå där det är lämpligt för vissa applikationer. I San Joaquin Valley, där vissa grundvatten är förorenat med nitrater från gödsel, bönder mäta nivåerna i grundvattnet de pumpar för att bevattna sina grödor och minska sina gödnings applikationer i enlighet därmed, en praxis som kan förbättra grundvattenkvaliteten över tiden. Vatten kan också rengöras för att dricka efter att ha pumpats från en brunn, även om ”det tenderar att vara dyrt”, säger Phillips.

laddning av vatten för senare användning kan också orsaka bestörtning över ägandet. Att få tillgång till vattenförsörjning för laddning kan vara ett annat problem. Även om mycket vatten som används för att fylla på akviferer kommer från våta säsongsöverskott, kan det i vissa jurisdiktioner vara komplicerat på grund av juridiska eller politiska överväganden att få rättigheter till det vattnet eller för att säkerställa att det är av lämplig kvalitet, säger Jim LaMoreaux, president för den amerikanska grenen av International Association of Hydrogeologists.

laddning av vatten för senare användning kan också orsaka bestörtning över ägandet. Andra människor kan pumpa ut vatten som du injicerar, till exempel i El Paso och San Antonio, Texas, där, säger Alley, det är ”lagen om den största pumpen” — vilket i huvudsak innebär att vem som helst kan pumpa underjordiskt vatten om det ligger under deras egendom. Så var fallet tills nyligen i Kalifornien också. Men statens 2014 Sustainable grundvatten Management Act kräver nu vattenanvändare i en vattendelare att arbeta tillsammans för att använda sitt grundvatten hållbart, en utmaning som motiverar vissa distrikt att använda MAR. De delar resursen och är därför ansvariga för varandra.

också, beroende på geologin, kan en del av vattnet som flyttas under jord ”förloras” till den bredare miljön. Att acceptera viss förlust kräver en liknande förändring i tänkandet från en ägarmentalitet till en fokuserad hållbarhet, där laddning av vatten stöder ekosystemhälsa, vilket eventuellt kräver färre mänskliga ingrepp för att avvärja kollaps. Och det är värt att säga igen att reservoarer över marken förlorar upp till en fjärdedel av lagrat vatten till avdunstning, och ibland måste släppa ut vatten för att göra plats för stora stormar — så ”förlust” är redan en del av status quo.

världens blomstrande mänskliga befolkning och våra byggda miljöer förändrar alltmer den naturliga vattencykeln. Effekterna av dessa förändringar förvärras eftersom klimatkaos ger större översvämningar och längre torka. Som en metod för att reparera vattencykeln kommer MAR sannolikt att spridas, särskilt när människor lär sig av erfarenhet hur man mildrar potentiella problem med processerna.