【遥感应用】过量抽水导致加州地下水储存减少
来源: http://www.aerotechnews.com/blog/2017/04/12/overpumping-reduces-californias-groundwater-storage/?feedsort=related
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2017-09-27

2017年4月17日

   

几十年过度抽取地下水已不可逆转地改变了加州中央谷地下面的粘土层,永久地降低含水层存水能力。这一发现是加州斯坦福大学和加州帕萨迪纳市美国国家航空航天局(NASA)喷气推进实验室(JPL)科学家一项利用卫星遥感研究获得的新成果。

这项研究在《水资源研究》期刊上在线发表,研究表明,2007年到2010年间一次近期干旱事件中,过度抽水导致该州San Joaquin河谷土地下沉近3英尺(85厘米)。结果,地下水库永久失去了336000至606000英亩英尺(4亿到7亿立方米)区间量级的天然水存储容量。一英亩英尺等于326000加仑。相比之下,提供旧金山湾区主要水源的Hetch Hetchy水库的存储容量约360000英亩英尺(4.3亿立方米),相当于永久失去了1个4.3亿立方米的水库存量。

San Joaquin河谷是美国最大的农业中心之一,每年生产估计170亿美元(1000亿人民币)的农作物。这个研究新发现正巧出现在该州在经历了多年延续的创纪录干旱之后一个最潮湿季节时期。

论文联合作者Rosemary Knight,斯坦福大学地球、能源和环境科学学院的George L. Harrington教授指出,加州现在下那么多的雨,但中央谷地区已经失去了大量的水资源存储空间。

Knight及其同事们使用基于日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)先进陆地观测卫星相控阵L波段合成孔径雷达(PALSAR)干涉合成孔径雷达(InSAR)卫星技术,对San Joaquin河谷进行2007年和2010年间厘米级高程变化测量。科学家对多卫星InSAR地表图像进行比较,计算地面下沉量(沉降)。

JPL科学家,论文联合作者Tom Farr 表示,他们的工作对于利用地球观测卫星阐释水资源可持续性现实问题,提供了一个很好的例子。

Knight实验室博士研究生,论文第一作者Ryan Smith指出,当太多的地下水被抽走,地下水压力下降到低于临界水平时沉降发生,导致沉积物被压紧。当你从含水层抽取地下水时,沉积物小毛孔的水压力下降。这就减少了含水层支撑上方地面的能力,导致含水层坍塌。这种坍塌问题表现为地面沉降。

如果抽取太多地下水,尤其是从粘土层抽水,这种土壤压实变得不可逆转,导致土壤保持水分的能力永久丧失。同时就职于斯坦福伍兹环境研究所的Knight指出,当过多的水从粘土中取走后,其土壤结构在微观层面被重新安排,形成一个新的空间配置,存储空间变得更少。

Knight指出,这不仅使它在未来更加难以进行水储存,而且使得抽取地下水变得更困难。这就像试图用一个很细的吸管来吸水一样。随着粘土结构的坍塌,需要施加抽水的压力变得越来越大。

科学家们只检验了2007年到2010年干旱期间收集的InSAR数据。从那以后,加州经历了从2012年到2016年更严重的一次干旱。Smith表示,虽然他们的论文没有涉及最近这次干旱事件,但是,可以比较可靠地说,比起最后一次干旱观测结果,最新这次干旱事件可能造成该地区至少和上次一样程度的干旱问题,甚至更多的地面沉降和永久土壤压实问题。这是因为在这期间地下水下降的速率增加,导致地下水位降至历史最低水平。不包括这项研究中的JPL近期关于InSAR的研究也展示了沉降继续以一个类似的速率进行,有些案例中,相比看到的2007年至2010年的沉降问题,沉降速率更快。

Knight提到,该地区农民可以缓解沉降问题的一个途径是避免从粘土层中抽水,而是从较浅的砂和砾石层中进行抽水,这样地下水更容易进行补充,也使得土壤永久压实问题变得不太容易。

然而,直到最近,从地表进行区分砂石-砾石层和粘土层,需要进行昂贵的水井钻探。Knight团队正在测试一种新颖的地球物理电磁方法,利用直升机机载仪器,能够从空中对地下进行成像,创建一个3维粘土、砂石和砾石沉积物图像。基于恰当的地球物理工具,不仅能更好地了解地表下的成分结构,也能帮助指导地下水抽取和补给工作。

 

原文题目:Overpumping Reduces California's Groundwater Storage

资料来源:http://www.aerotechnews.com/blog/2017/04/12/overpumping-reduces-californias-groundwater-storage/?feedsort=related

 

(王化编译,殷永元审核)