Utarmningen av Kaliforniens akviferer genom överpumpning av grundvatten har lett till ett växande intresse för "hanterad vattendragsladdning, "som fyller på utarmade akviferer med tillgängligt ytvatten, såsom höga flöden i floder, avrinning från vinterstormar, eller återvunnet avloppsvatten. På samma gång, det finns en växande oro för förorening av grundvattentillförseln med nitrat från gödningsmedel, septiktankar, och andra källor.

Forskare vid UC Santa Cruz tar upp båda frågorna med ett pågående program i Pajaro -dalen, där de har genomfört och studerat grundvattenladdningsprojekt och utvärderat metoder för att förbättra vattenkvaliteten när den infiltrerar i marken.

"När vi ökar grundvattenspåfyllningsinsatserna, Det är viktigt att undvika att bidra till problem med vattenkvaliteten. Om vi ​​stoppar vatten av god kvalitet i marken, det kommer att späda ut alla föroreningar som redan finns i grundvattnet, "sade Andrew Fisher, professor i jord- och planetvetenskap vid UC Santa Cruz.

I en studie accepterad för publicering i Vattenforskning , Fishers team visade att genom att lägga till ett lager flis där vatten infiltreras i marken kan avlägsna nitrat från vattnet genom att stimulera mikrobiell aktivitet i den underliggande jorden. Sarah Beganskas, som ledde studien som en del av sin doktorsexamen avhandling, sade träflisen ger en källa till kol som behövs för att denitrifiera bakterier i jorden.

"Vi kunde se en ökning av avlägsnandet av nitrat från vattnet och, på samma gång, ökat antal mikrober som utför denna process, "sa hon." Flis ökade nitratavlägsnandet även vid snabba infiltrationshastigheter, vilket är viktigt eftersom laddningsplatser med höga infiltrationshastigheter ofta föredras. "

Lika viktigt är att flis är relativt billigt. "Det måste vara en kostnadseffektiv teknik för att vara praktisk, "Sa Fisher.

Hållbar grundvattenhantering

Fishers grundvattenforskningsprogram ger värdefulla resultat precis som Kalifornien har påbörjat en seriös satsning på hållbar grundvattenhantering i hela staten. Enligt Sustainable Groundwater Management Act (SGMA) som antogs 2014, nya myndigheter etableras i hela staten för att hantera grundvattenresurser.

"Detta är ett fönster för möjligheter för oss att få några av dessa idéer där ute och ge byråerna några val och verktyg de kan använda, "Fisher sa." Kalifornien har ett överflöd av avrinning. Problemet är att vi inte har tillräckligt med platser att placera det på ytan. Vi har mycket utrymme under jorden. "

Fisher och hans studenter har arbetat med Resource Conservation District i Santa Cruz County för att identifiera potentiella platser för grundvattenladdning genom att kartlägga dagvattenavrinning och hydrologiska förhållanden i hela Santa Cruz County och norra Monterey County. Deras analys identifierar platser med både tillräcklig avrinning och bra förutsättningar för infiltrering av vatten i underliggande akviferer. Deras rapport, tillsammans med kartor och annan data från projektet, finns på nätet.

Beganskas noterade att även under ett torrt år, en enda intensiv storm kan skapa mycket avrinning. Vidare, många klimatstudier förutsäger mer extrema nederbördsmönster när de globala temperaturerna ökar. Det betyder mer extremt våta år och extremt torra år. Det betyder också mer intensiv nederbörd, med mer av regnet som springer i stället för att blötlägga i marken.

"Både klimatförändringar och förändringar i markanvändning, där utveckling skapar mer ogenomträngliga ytor, driver ökad avrinning. Så det motiverar verkligen dessa ansträngningar att samla avrinning för laddning av vattenledningen, Sa Beganskas.

Ladda nettomätning

Fisher arbetar också med att ta itu med de ekonomiska utmaningarna för grundvattenladdningsprojekt. Han föreslog ett program för "laddning av nätmätning" för att hjälpa markägare att återställa kostnaderna för att installera och driva grundvattenladdningsbassänger på deras egendom. Det godkändes av styrelsen för Pajaro Valley Water Management Agency 2016 för en femårig prövning, och Fisher sa att han hoppas att programmet kan fungera som en modell för andra regioner som står inför liknande utmaningar.

"Vi har försökt träffa problemet på flera nivåer genom att samarbeta med regionala myndigheter och samarbeta med andra forskare, "sa han. Fisher fungerar som campusledare för UC Water Security and Sustainability Research Initiative (UC Water), som hjälper till att bygga upp samarbeten och partnerskap för att hantera vattenhanteringsfrågor.

Forskningen om nitratborttagning är en del av ett samarbete med mikrobiologen Chad Saltikov, professor och ordförande i mikrobiologi och miljötoxikologi vid UC Santa Cruz, med finansiering från Gordon och Betty Moore Foundation. I pågående studier, forskarna jämför effektiviteten av olika kolkällor som jordändringar för att stimulera nitratborttagning, och de undersöker liknande metoder för att ta itu med andra föroreningar.

"Nitrat är utan tvekan den mest genomgripande grundvattenföroreningen, så det var vår fråga ett, "Sa Beganskas." Vi börjar titta på andra föroreningar också, såsom arsenik, vilket är en växande oro på vissa områden. "

Fisher sa att Pajaro Valley har varit en bra plats både för att testa praktiska lösningar och för att göra intressant vetenskaplig forskning. Området är starkt beroende av grundvatten och står inför allvarliga problem från överpumpning, inklusive intrång från saltvatten från kusten. Som ett resultat, markägare och den regionala vattenmyndigheten är mycket motiverade att testa strategier som hanterad vattendragsladdning.

"Och det finns bra vetenskap att göra, "Fisher sa." Dessa laddningsdammar ger oss en strålkastare på de processer som sker när vatten infiltrerar i marken, och våra resultat hjälper oss att utforma effektiva laddningsstrategier. "