Forskare från universitetets institution för ingenjörsvetenskap och Institutionen för geografi och miljö tror att de har upptäckt ett nytt sätt att noggrant uppskatta grundvattenresurserna i Afrika, med hjälp av billiga mobila tekniker monterade på befintliga handpumpar.
Omkring en miljon handpumpar levererar grundvatten till människor på landsbygden i Afrika. Grundvatten används av cirka 200 miljoner landsbygdsafrikaner varje dag eftersom det är allmänt tillgängligt, pålitlig och säker dricksvattenkälla. Men enligt en ny forskningsartikel från University of Oxford, även om grundvatten är avgörande för Afrikas tillväxt och utveckling, det finns för närvarande för lite data för att effektivt hantera denna kritiska resurs. Forskare har funnit att mätning av vibrationerna när pumphandtaget går upp och ner ger ny information om grundvattnets djup. Forskarna säger att studien har potential att skalas upp över Afrika, vilket betyder att varje gång en bybor pumpade vatten, data kan skördas från handtagets vibrationer. Data från ett nätverk av handpumpar över hela regionen kan överföras och lagras i molnet, skapa en offentlig datauppsättning som för första gången övervakar grundvattenreserver över hela Afrika. Forskningen stöds av Department for International Development, Storbritanniens forskningsråd och UNICEF.
Oxford-teamet började testa "smarta handpumpar" i 60 byar på landsbygden i Kenya 2012. De upptäckte att datasändare fästa vid handpumparnas handtag gjorde det möjligt för dem att uppskatta mängden vatten som extraherades från varje pump på timbasis. De har nu utvecklat ett nytt sätt att analysera data som produceras av handtagets vibrationer. Forskare tog inspelningar av pumpning i mellan 20 sekunder till tre minuter på platser i Kenya och i Oxford. Avläsningarna överfördes till en bärbar dator från en accelerometer monterad på pumphandtaget. De fann att när pumpen används för att hämta vatten från en djup akvifer, den ger andra vibrationsmönster än när vattennivån är grundare. Skillnaderna i handpumpens dynamik analyserades med hjälp av maskininlärningstekniker, som kan ta upp subtila mönster i vibrationsdata för att ge uppskattningar av djupet av akviferer vid tidpunkten för upptagning av vatten.
Huvudförfattare Dr David Clifton, Docent i ingenjörsvetenskap vid University of Oxford, sa:"Detta projekt är ett bra exempel på att använda den senaste utvecklingen inom billiga mobila sensorer och maskininlärning; i nära samarbete med utvecklingsexperter, vi kan hjälpa till med vattensäkerhet, vilket är en fråga av enorm betydelse i utvecklingsländerna. Detta visar vad vi kan göra för att både bygga kapacitet inom brittisk vetenskap och även hjälpa länder att uppfylla FN:s mål för hållbar utveckling för att säkerställa tillgång till rent vatten.
Mängden grundvatten i Afrika uppskattas vara över 100 gånger större än årliga förnybara sötvattenkällor i regionen, säger tidningen. Forskningen varnar beslutsfattare för att det finns en "ökande angelägenhet" för åtgärder eftersom regionen står inför ökade krav på vatten från hushållen, industri- och jordbrukssektorer. Ändå säger tidningen att kontrollerna över hur vattenresurserna bevaras och förvaltas antingen är svaga eller helt frånvarande. Oförutsägbara klimatförändringar förvärrar situationen, vilket gör denna forskning ännu viktigare eftersom den har visat att detta system har potential att hantera, regelbundna och övervaka grundvattenresurser i stor skala, säger studien.
Medförfattare, Dr Rob Hope, Docent från universitetets institution för geografi och miljö, sa:'Över fyra av fem människor utan tillgång till rent dricksvatten bor på landsbygden och är beroende av grundvatten. Detta exempel på "oavsiktlig infrastruktur" gynnar landsbygdssamhällen genom att tillhandahålla kritisk data som hjälper till att uppfylla nationella och globala mål för vattensäkerhet. Smarta handpumpar har redan hjälpt till att minska driftstopp i trasiga handpumpar från över en månad till under tre dagar. Denna innovation erbjuder nya, värdefulla data som gör det möjligt för dem att förutse och reagera på oförutsägbara torkahändelser som för närvarande kostar enorma sociala och ekonomiska kostnader för människor i Kenya och grannländerna.'
