Исследователи отслеживали чистое потребление подземных вод в Центральной долине с 2002 по 2016 годы, включая две засухи, одну с 2007 по 2009 год и более сильную засуху с 2012 по 2016 год. Центральная долина Калифорнии находится на расстоянии более 18 000 квадратных миль от побережья до Сьерра-Невады.
Горы и является одним из крупнейших сельскохозяйственных центров США, обеспечивая более половины урожая фруктов, овощей и орехов в США.Согласно исследованию, опубликованному в Geophysical Research Letters, за два периода засухи было потеряно в общей сложности 16,5 кубических километров и 40 кубических километров воды соответственно. В результате недавней засухи ежегодно терялось более 10 кубических километров воды. Исследователи объясняют это уменьшением количества осадков и таяния снега, изменением типа выращиваемых культур и более высокими температурами.
«Для сравнения: количество материала, связанного с извержением вулкана Сент-Хеленс в 1980 году, составляло около одного кубического километра», — сказал Деннис Леттенмайер, профессор географии Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, руководивший исследованием. «Итак, во время недавней засухи мы говорим о 40-кратном увеличении».Во время засух фермеры Центральной долины вынуждены использовать колодцы для замены воды, которая обычно поступает из бассейна реки Колорадо и гор Сьерра-Невада. В дополнение к серьезности истощения грунтовых вод засуха 2012–2016 годов совпала с переходом фермеров Центральной долины от пропашных культур к более дорогостоящим культурам, вызывающим сильную жажду, таким как миндаль, фисташки и грецкие орехи, которые выращиваются в рощах. В отличие от пропашных культур, древесные культуры нельзя оставлять под паром в засушливые годы, не подвергая опасности деревья и, следовательно, будущие посевы.
Увеличение потерь грунтовых вод произошло даже при сокращении площади орошаемых земель, которая уменьшилась на 7 процентов с 2007 по 2009 год по сравнению с засухой 2012-2016 годов. По словам Леттенмайера, более высокие температуры во время недавнего засушливого периода и переход от пропашных к древесным культурам составили большую часть увеличения потерь грунтовых вод между двумя засухами и более чем компенсировали последствия сокращения орошаемых земель.
Использование подземных вод для орошения сельскохозяйственных культур в Центральной долине — хорошо задокументированная и острая проблема в Калифорнии. По оценкам, в этом районе имеется около 100 000 или более частных колодцев, некоторые из которых были построены в 1930-х годах, а многие из них не контролируются государственными или федеральными агентствами.По словам Леттенмайера, использование грунтовых вод для орошения сельскохозяйственных культур имеет экологические и экономические последствия.
Проседание вызывает беспокойство, потому что по мере того, как уровень грунтовых вод понижается, почва уплотняется. А более низкий уровень грунтовых вод увеличивает затраты фермеров на перекачивание.
«Откачка грунтовых вод во время засухи — не безосновательная стратегия», — сказал Леттенмайер. «Но проблема в том, что для того, чтобы иметь устойчивую систему, вы должны в какой-то момент пополнить ее, и, по сути, для этого нет никакого плана».В сложной системе прав на воду в Калифорнии, некоторые из которых находятся в ведении федерального правительства, использование подземных вод в значительной степени не регулируется. Но в 2014 году Калифорния приняла закон, который требует от местных землеустроителей и фермеров создать (или присоединиться к существующей) организации по устойчивости грунтовых вод до конца этого года.
До 2022 года у них есть планы по стабилизации бассейнов подземных вод к 2040 году.«Справедливо предположить, что будет еще одна засуха, и справедливо предположить, что в этой засухе также будут использоваться грунтовые воды; колодцы уже есть», — сказал Леттенмайер. «Теперь, когда эта последняя засуха отражается в зеркале заднего вида, все еще остаются вопросы о том, сколько естественного восстановления мы можем ожидать в грунтовых водах и как управлять водой в Центральной долине».
В исследовании учитывалась эвапотранспирация, то есть вода, попадающая в воздух в результате транспирации растений и испарения почвы, а также осадки и поверхностные воды, текущие в Центральную долину и из нее.Исследователи использовали два метода для отслеживания уровней грунтовых вод: традиционные оценки водного баланса, которые учитывают приток поверхностных вод, такие как осадки и таяние снега, влагоемкость почвы и суммарное испарение, и данные двойной спутниковой системы НАСА под названием GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment ).«Для этого исследования GRACE послужила уникальным инструментом, который предоставил информацию об изменениях объема воды прямо из космоса и подтвердил оценки водного баланса», — сказал Хёнки Ли, соавтор исследования и профессор гражданской и экологической инженерии в Хьюстонский университет.
Оценки GRACE совпадают с оценками водного баланса с некоторыми отклонениями. По оценкам GRACE, потеря грунтовых вод с 2012 по 2016 год составила 11,2 кубических километров в год по сравнению с оценками водного баланса в 10 кубических километров в год. И хотя данные водного баланса показали некоторое восстановление запасов подземных вод в не засушливые годы, данные GRACE этого не отражают. Размеры GRACE охватывают территорию, примерно в четыре раза превышающую площадь Центральной долины.
«Хотя оценки объема подземных вод на основе водного баланса и GRACE подвержены ошибкам, относительно небольшая площадь Центральной долины в глазах GRACE также может быть причиной этого несоответствия по восстановлению», — сказал Ли.Исследователи надеются, что в будущих исследованиях будет выяснено, сколько фактических восстановлений произошло между засухами и будет ли восстановление после последней засухи для пополнения системы.