Vatteningenjörer från UNSW i Sydney har avslöjat att undersökning och hantering av grundvattenresurser mer hållbart kan uppnås till lägre kostnad genom att använda befintliga jord- och atmosfäriska tidvattendata.

Grundvattenutforskning kan uppnås till mycket lägre kostnad och med mindre invasiva förfaranden tack vare en ny passiv teknik som förespråkas av UNSW -ingenjörer.

I en artikel som ska publiceras i Reviews of Geophysics, forskargruppen från UNSW Sydney, Karlsruhe Institute of Technology (KIT) i Tyskland och Deakin University pekar på ett nytt sätt att undersöka grundvattentillgångar genom att analysera förändringar i grundvattennivån på grund av påverkan från jorden och atmosfäriska tidvatten. Dessa effekter kan mätas vid övervakning av borrhål globalt.

Dr Gabriel Rau, som är ingenjörsgeolog vid KIT och ansluten till UNSW:s Connected Waters Initiative Research Center, säger att nuvarande testmetoder kräver aktiv pumpning av vatten från en specialdesignad vattenuttagsbrunn samtidigt som man observerar vattennivåresponsen i andra brunnar i närheten. .

"Detta kostar mycket pengar och ger bara ett resultat för just den platsen, " han säger.

"Egenskaperna hos grundvattenreservoarer – även kända som akviferer – varierar mycket i rymden, och det är alldeles för dyrt och påträngande att bygga utvinningsbrunnar överallt.

"Den nya metoden, å andra sidan, innebär att man använder tidvatteninformation inbäddad i vattennivåer från övervakningsborrhål. Det är en passiv teknik och enklare att utföra än nuvarande praxis för pump- och akvifertestning."

Medförfattare Timothy McMillan – från UNSW Connected Waters Initiative Research Center och School of Minerals and Energy Resources Engineering – säger att artikeln sammanställer studier från flera discipliner, inklusive några tidigare utförda av UNSW-forskare om en underutnyttjad grundvattenundersökningsmetod.

"Vårt arbete har avslöjat att de senaste framstegen inom detta område, utvecklat både här på UNSW och utomlands visar en potential för betydligt billigare långsiktiga grundvattenundersökningar, " han säger.

"Denna metod har fördelen av att kunna beräkna underytans fysikaliska egenskaper från bara de uppmätta vattennivåerna."

Ingenjörerna säger att normalt för att beräkna tillgängligt grundvatten, ett stort hål måste borras vilket sedan kräver att en besättning på två till tre personer hanterar borriggen för att pumpa ut vatten, allt från några dagar till flera månader.

Dock, som McMillan förklarar, det passiva tillvägagångssättet som de rekommenderar kräver att bara ett litet hål borras, därefter ska en automatiserad vattentrycksdatalogger placeras i hålet i en månad, som ger samma resultat.

"En ytterligare fördel med vårt nya tillvägagångssätt ligger i det faktum att vi kan analysera om decennier av befintliga vattennivådata för att beräkna underjordiska egenskaper som förändras över tiden, " han säger.

"Medan pumpmetoden skulle kräva att pumpteamet skulle komma tillbaka och pumpa hålet igen under samma tid som de tidigare gjorde för att få ett värde till."

Dr Rau beskriver den passiva metoden som "paradigmskifte" i forskning om underjordiska resurser.

"Vi kan använda jordens och atmosfäriska tidvattens inverkan på allmänt förvärvat atmosfärs- och grundvattentryck för att få oöverträffad kunskap om underjordiska egenskaper till låg kostnad, " han säger.

"Liknande tidvatten i havet, grundvattennivån påverkas av tidvattenkrafter som pressar de porösa stenarna i underjorden och orsakar mätbara tryckförändringar. "

En annan fördel med den kostnadsbesparande aspekten av det passiva tillvägagångssättet är förmågan att snabbt utöka vår kunskap om underjordiska egenskaper för att på ett hållbart sätt hantera grundvattenresurser. Grundvattenutvinning ökar snabbt i hela världen och är kopplat till fallande grundvattennivåer, markytans sättningar, försämring av vattenkvaliteten och minskning av bäckens basflöde.

Ingenjörerna säger att genom att använda en kombination av kunskap från ingenjörskonst, vetenskap och matematik, Jordens och tidvattnets påverkan på grundvattnet kan användas för att göra beräkningar för att förutsäga grundvattenresurser kopplade till klimatvariation.

"Vår nya metod låter oss använda befintliga data för att komma till samma egenskaper [som aktiv utforskning], säger medförfattaren, Professor Wendy Timms, från Deakin University.

"Och eftersom vi också kan använda de billigare övervakningsborrhålen, vi får många fler platser i rymden. Också, vi kan nu övervaka förändringar i fastigheter över tid."

Det nya tillvägagångssättet belyser det enorma värdet av befintliga nätverk för övervakning av grundvatten, såsom de som finansieras av den australiensiska regeringens National Collaborative Research Infrastructure Strategy.

"Vi står inför enorma utmaningar relaterade till vattenresurser i framtiden, " säger Dr Rau.

"Med resultaten, vi kan bättre hantera resurser under ytan och göra det mycket mer hållbart."

Docent Martin Andersen som är chef för Connected Waters Initiative och medförfattare till tidningen säger att "om grundvattenindustrin antar vår föreslagna undersökningsteknik kommer vi att ta ett stort steg framåt i karakteriseringen av de vattenförande lagren i underytan och avsevärt förbättra vår förmåga att hantera denna värdefulla resurs."