Sedan 1920-talet, överdriven pumpning av grundvatten vid tusentals brunnar i Kaliforniens San Joaquin Valley har fått mark i delar av dalen att sjunka, eller sjunka, med så mycket som 28 fot (8,5 meter). Denna sättning förvärras under torka, när bönder är mycket beroende av grundvatten för att upprätthålla en av de mest produktiva jordbruksregionerna i landet.

Långsiktiga sättningar är ett allvarligt och utmanande problem för Kaliforniens vattenförvaltare, sätta statliga och federala akvedukter, vallar, broar och vägar riskerar att skadas. Redan, landsättningar har skadat tusentals offentliga och privata grundvattenbrunnar i hela San Joaquin-dalen. Vidare, sättningen kan permanent minska lagringskapaciteten för underjordiska akviferer, hotar framtida vattenförsörjning. Det är också dyrt. Även om det inte finns någon omfattande uppskattning av skadekostnaderna i samband med sjunkande, statliga och federala vattenmyndigheter har spenderat uppskattningsvis 100 miljoner dollar på sättningsrelaterade reparationer sedan 1960-talet.

För att bestämma i vilken utsträckning ytterligare grundvattenpumpning i samband med Kaliforniens nuvarande historiska torka, som började 2012, har påverkat landsättningen i Central Valley, Kaliforniens Department of Water Resources (DWR) beställde NASA:s Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, Kalifornien, att använda sin expertis för att samla in och analysera luftburen och satellitradardata. En första rapport av JPL-fynden (aug. 2015) analyserade radardata från flera olika sensorer mellan 2006 och början av 2015. På grund av den fortsatta torkan, DWR gav därefter JPL i uppdrag att samla in och analysera nya radarbilder från 2015 och 2016 för att uppdatera DWR om landsättningen.

Hur mycket sjunker?

Flera problemställen som identifierades i den första rapporten fortsätter att avta med hastigheter så höga som 0,6 meter per år. Betydande sättningar mättes i två sättningsskålar belägna nära städerna Chowchilla, söder om Merced; och Corcoran, norr om Bakersfield. Dessa skålar täcker hundratals kvadratkilometer och fortsatte att växa sig bredare och djupare mellan maj 2015 och september 2016. Maximal sättning under denna tidsperiod var nästan 2 fot (0,6 meter) i Corcoran-området och cirka 16 tum (41 centimeter) nära Chowchilla . Säkningen intensifierades också nära Tranquility i Fresno County under det senaste året, där landytan har lagt sig upp till 20 tum (51 centimeter) i ett område som sträcker sig 7 miles (11 kilometer). Säkning i dessa områden påverkar akvedukter och översvämningskontrollstrukturer.

Små mängder av landsättningar identifierades också i Sacramento Valley nära Davis och Arbuckle. Ett litet område observerat för första gången i Sierra Valley, norr om Lake Tahoe, visar cirka 6 tum (15 centimeter) sättningar.

JPL-forskare plottade historien om sättningar av flera platser i de kartlagda områdena och fann att för vissa områden i San Joaquin Valley, sättningen avtog under vintern 2015-16 när nederbörden matchade grödans vattenbehov.

"Medan vi kan se effekten som regn har på sättningar, vi vet att vi har haft ett grundvattenunderskott under en tid, så det kommer att ta lång tid att fylla på reservoarerna, " sa JPL-rapportens medförfattare Tom Farr.

Rapportuppdateringen undersökte också Kaliforniens södra centrala kust, inklusive Ventura, Oxnard, Santa Barbara och norrut till San Joaquin Valley, samt Santa Clara Valley. Den hittade inga större områden med sättningar i dessa regioner, även om ett känt område av sättningar i Cuyamadalen observerades ha fortsatt landsättning.

JPL-rapportens medförfattare Cathleen Jones sa att att kunna fastställa var sättningar sker hjälper vattenresursförvaltare att avgöra varför det händer.

"Om du ser en sänkningsskål, då händer något i mitten av skålen som får landet att sjunka – till exempel, höga nivåer av grundvattenpumpning, " sa Jones. "Vi kan lokalisera problemställen så att staten kan fokusera på dessa områden, spara pengar och resurser. Vi hittar nålen i höstacken, så att säga."

Hur studien gick till

För att få sättningsmått, JPL-forskare jämförde flera satellit- och luftburna interferometriska syntetiska aperture-radarbilder (InSAR) av jordens yta som tagits så tidigt som 2006 för att producera kartor som visar hur sättningar varierar över tid och rum. InSAR används rutinmässigt för att producera kartor över ytdeformation med ungefär halvtumsnivå (centimeternivå) noggrannhet.

Säkningskartorna i den nya rapporten skapades genom att analysera satellitdata från European Space Agencys Sentinel-1A-satellit från mars 2015 till september 2016, och från NASA:s luftburna Uninhabited Aerial Vehicle Synthetic Aperture Radar (UAVSAR) från mars 2015 till juni 2016. De nya uppgifterna kompletterar de data som användes i den tidigare rapporten från Japans PALSAR (2006 till 2010), Kanadas Radarsat-2 (maj 2014 till januari 2015) och UAVSAR (juli 2013 till mars 2015).

Hur sättningar påverkar viktiga vattenförsörjningsvägar i Kalifornien

Den högupplösta luftburna UAVSAR-radarkartläggningen var fokuserad på Kaliforniens akvedukt, huvudpulsådern för State Water Project, som förser 25 miljoner kalifornier och nästan en miljon hektar jordbruksmark. Akvedukten är ett system av kanaler, rörledningar och tunnlar som transporterar vatten 444 miles (715 kilometer) från dalarna Sierra Nevada och Northern/Central California till södra Kalifornien.

JPL-rapporten visar att lokaliserade sättningar som direkt påverkar akvedukten pågår, med maximal sättning av strukturen som når 25 tum (64 centimeter) nära Avenal i Kings County. Som ett resultat av sättningar i detta område sedan den första akvedukten byggdes, akvedukten där kan nu bära ett reducerat flöde på endast 6, 650 kubikfot (188 kubikmeter) per sekund – 20 procent mindre än dess designkapacitet på 8, 350 kubikfot per sekund (236 kubikmeter per sekund). Vattenprojektoperatörer måste minska flödena i de sektioner som har sjunkit för att undvika att överta akveduktens betongbankar.

DWR, som driver Statens vattenprojekt, analyserar huruvida den sättningsskapade nedgången i Kaliforniens akvedukt kommer att påverka leveranserna till vattendistrikt i Kern County och södra Kalifornien. Om tilldelningen för statligt vattenprojekt är 85 procent eller mer, leverans kan försämras i år på grund av kumulativa sättningseffekter i området Avenal-Kettleman City.

Den nya NASA-analysen fann också sättningar på upp till 22 tum (56 centimeter) längs Delta-Mendota-kanalen, en huvudartär i Central Valley Project (CVP), drivs av U.S. Bureau of Reclamation. CVP levererar vatten till cirka tre miljoner hektar jordbruksmark och mer än två miljoner kalifornier.

Också oroande är Eastside Bypass, ett system utformat för att bära översvämningsflöden från San Joaquin-floden i Fresno County. Förbifarten går genom ett område med sättningar där landytan har sänkts mellan 16 och 20 tum (41 och 51 centimeter) sedan maj 2015, ovanpå flera fot av sättningar uppmätt mellan 2008 och 2012. DWR arbetar med lokala vattendistrikt för att analysera om ytdeformation kan störa översvämningsbekämpningen, särskilt som ett tungt Sierra snöpack smälter i vår. En 5-mil (8-kilometer) räckvidd av Eastside Bypass höjdes 2000 på grund av sättningar, och DWR uppskattar att det kan kosta i storleksordningen 250 miljoner dollar att förvärva flödesservitut och förbättringar av vallar för att återställa designkapaciteten för det sjunkna området.

"Säkringstakten i San Joaquin Valley som dokumenterats sedan 2014 av NASA är oroande och ohållbar, " sade DWR-direktör William Croyle. "Sänkning har länge plågat vissa regioner i Kalifornien. Men de nuvarande priserna äventyrar infrastruktur som betjänar miljontals människor. Grundvattenpumpning äventyrar nu själva systemet som för vatten till San Joaquin-dalen. Situationen är ohållbar."

Det kommande radaruppdraget från NASA och ISRO (Indian Space Research Organisation), NISAR, kommer systematiskt att samla in data över Kalifornien och världen och kommer att vara idealisk för att mäta och spåra förändringar av landsättningar i samband med grundvattenpumpning, samt höjning i samband med naturlig och assisterad grundvattentillförsel.