Den allmänna långsiktiga prognosen för Kalifornien när klimatförändringarna intensifieras:tätare torka, intermittent avbrutna av år då stora stormar ger regn snabbare än vatteninfrastrukturen klarar.

Detta bipolära väder kommer att ha djupgående konsekvenser för statens jordbruksindustri på 50 miljarder dollar och det utarbetade nätverket av reservoarer, kanaler, och akvedukter som lagrar och distribuerar vatten. Ett system byggt för bevattning och översvämningsskydd måste anpassas för att rymma mer bevarande. "Effekterna av klimatförändringar kräver stora förändringar i hur vatten hanteras i Kalifornien, " skrev det statliga departementet för vattenresurser i en vitbok från juni 2018.

Under torka, bönder och kommuner pumpade grundvatten för att öka glesa ytförsörjning. Efter nästan ett sekel av tung användning, många akviferer är svårt utarmade. Och Kaliforniens fem år gamla lag som reglerar grundvattenbassänger närmar sig ett sanningens ögonblick:2020, hållbarhetsplaner kommer från myndigheter som hanterar kritiskt utarmade akviferer. De måste antingen hitta mer vatten för att stödja akvifärerna eller ta odlingsmarken ur bruk. Lagen - Sustainable Groundwater Management Act, eller SGMA — börjar bita. En studie från 2019 från Public Policy Institute of California förutspådde att minst 500, 000 hektar jordbruksmark kommer så småningom att stå på tomgång.

För att lindra smärtan, ingenjörer vill utnyttja en okonventionell och otymplig vattenkälla:de stormiga stormarna som ibland blåser över Stilla havet och blöter Kalifornien. "Vi måste fånga de atmosfäriska floderna, sa Tim Quinn, tidigare chef för Association of California Water Agencies. Men, han lade till, "Vi har inte rätt transportmöjligheter. Det finns inte tillräckligt med förvaring för att fånga de atmosfäriska floderna." Quinn vill fånga dagvatten och leda det till vattenparkeringar, "som han kallar dem, där vatten kan sippra tillbaka i utarmade akviferer. Detta tjänar flera syften:att återställa en uttömd naturresurs, minska landsättningen och sörja för framtida vattenförsörjning.

Efter lagens antagande, grupper inklusive statliga och lokala vattenmyndigheter, ideella organisationer, bönder, och jordbruksgrupper som Almond Board, driver på för att öka möjligheterna till laddning. "SGMA är en stor drivkraft, sa Ashley Boren, verkställande direktör för Sustainable Conservation, en ideell organisation som arbetar med bönder och lokala vattenmyndigheter runt om i staten. "Det finns ett mycket större intresse för omladdning än det var före SGMA."

I Tulare-bassängen i söder, bevattningsdistrikt har länge riktat vatten till speciella fält som är utformade för att tillåta det att snabbt sjunka ner och ladda akviferer. Nu, "Istället för att hålla fast vid de ursprungliga laddningsplanerna, vi laddar aggressivt, " sa Aaron Fukuda, generaldirektör för Tulare Irrigation District. "Om någon kan peka på ett hål en fot för en fot för en fot, Jag går och lägger vatten i den."

"Istället för att hålla fast vid de ursprungliga laddningsplanerna, vi laddar aggressivt. Om någon kan peka på ett hål en fot för en fot för en fot, Jag går och lägger vatten i den."

Borens kollega på Sustainable Conservation, Daniel Mountjoy, sade att mer än 120 miljoner tunnland av grundvatten "har pumpats ut ur Kaliforniens akviferer" i Central Valley under de senaste 70 eller 80 åren. Han lade till, "Jag tänker på det som en gigantisk underjordisk reservoar som redan har byggts." Om du tänker på kostnaden för att bygga en reservoar" - och kostnaden för miljötillstånd - varför skulle vi göra det när vi har tillgång till 120 miljoner hektar kapacitet?"

Att göra Central Valley översvämning igen

Hur man utnyttjar de atmosfäriska floderna? Fråga Don Cameron, av Helm, som förvaltar Terranova Farm på North Fork of the Kings River. Han har översvämmat sina vingårdar sedan 2011. Han har investerat 14 miljoner dollar – 5 miljoner dollar från ett DWR-bidrag och ytterligare 9 miljoner dollar från Terranova – i avledningsstrukturer som kommer att öka mängden han kan ladda upp i Kings akvifärs underbassäng från 14 kubikfot per sekund till 500 cfs, eller 1, 000 tunnland per dag. (En hektarfot motsvarar cirka 326, 000 liter; genomsnittliga hushåll i Kalifornien använder upp till en tunnland per år.)

I 38 år, Cameron har skött gården, som odlar 25 olika grödor, från tomater och vitlök till vindruvor och, senast, mandelträd. "Jag märkte för ett tag sedan att grundvattennivån sjönk två fot per år, " sa han. "Vi insåg att vi behövde göra något." Hans första ansträngningar att bygga uppladdningsinfrastruktur - ett rör, en kanal, och en plats utsedd för uppladdning – utökades för nio år sedan när han fick en $75, 000 bidrag från den federala jordbruksavdelningens naturresursbevarande tjänst. Detta lät honom övervaka "om vi kunde ladda grundvatten på arbetslandskap - översvämma hans fält, både de som läggs i träda och de där permanenta grödor, som vinrankor, växte.

"Vi började svämma över vindruvorna. Vi höll vattnet på från februari till slutet av juni. Grannarna trodde att vi var galna, att vi förstörde våra druvor." Det var han inte. Nu översvämmar han inte bara vingårdar utan nötträd. Han arbetar med DWR, lovar att ta överflödigt vatten under översvämningsår för att förhindra översvämningar nedströms och har avsatt 400 tunnland som en permanent laddningsplats och 1, 200 tunnland mer för säsongsuppladdning.

Hans nya system inkluderar en stor struktur med portar som öppnas för att släppa ut vatten från Kings Rivers norra del till en kanal och den stora pumpstationen för att utvinna ytvattnet från kanalen, plus en struktur med portar som öppnas för att släppa ut vatten från fyra nya 72-tumsrör och in i en kanal, på väg mot laddningsområden. Han förväntar sig att kunna ladda upp med en hastighet av 500 kubikfot per sekund, vilket skulle vara lika med 1, 000 tunnland per dag, in i det utarmade akvifären. "Lagringskapaciteten under våra fötter är mellan 2 och 3 miljoner tunnland, " sa han. "Vi har en enorm potential under våra fötter."

Han är inte ensam. Anthea Hansen, generaldirektör för Del Puerto Water District, vill också använda översvämningsbevattning för att utnyttja atmosfäriska floder; hennes distrikt samarbetar med ett annat i ett pilotprojekt på 2 miljoner dollar för att ladda upp akviferer. Aaron Fukuda i Tulare hjälper till att driva ett distrikt genom att använda en del av ett federalt anslag på 1,95 miljoner dollar för att bygga en ny laddningsbassäng och studera sätt att utöka befintliga laddningsanläggningar. Under det våta året 2017, hans distrikt gav billigt vatten till bönder som var villiga att lägga tillbaka det i akvifären. Men för en enskild bonde, att skapa en laddningsbassäng kan bli kostsamt. Räknar priset på mark, kostnader för konstruktion och grävning, en rörledning för att flytta vattnet, och rättegångskostnader, ett laddningsprojekt på ett tunnland kan kosta 100 USD, 000, Fukuda uppskattar.

För byråer eller individer som vill skapa nya laddningsbassänger, en ny Stanford-studie erbjuder ett verktyg. Studien, gjort av Rosemary Knight, en geovetenskapsprofessor, och en före detta Ph.D. student Ryan Smith-nu en biträdande professor vid Missouri University of Science and Technology-kan hjälpa dem som bygger laddningsdammar att undvika de problem som plågar leveranssystemet i Friant-Kern-kanalen. Överpumpning fick marken under den att sjunka, att vrida strukturen och minska dess kapacitet. Studien visar hur en kombination av satellit- och flygfjärranalys, som kartlägger de underjordiska sand- och lerlagren, kan användas för att förutsäga hur uppladdning kan minska sättningar. Genom att kombinera datakällorna kan man skapa kartor över kopplingen mellan påfyllning – eller fortsatt grundvattenpumpning – och sättningar.

Laddningsoperationer är inget nytt; särskilda bassänger har prickade San Joaquin Valley och Sacramento Valley i flera år. Kern Countys Rosedale-Rio Bravo Water Storage District dateras till 1959. Sådana operationer bidrog till att höja den totala mängden vatten som laddades för San Joaquin Valley till 6,5 miljoner tunnland 2017 – ett år, som den nuvarande, genomdränkt av atmosfäriska floder. Men den totala mängden inflöde till ytvatten var närmare 30 miljoner acre-fot, PPIC rapporterat. Även om mängden regn och laddningsvolymen var exceptionell, forskare säger att mer laddning var möjlig. Ett årligt genomsnitt på cirka 500, 000 hektar fot laddningspotential finns tillgänglig-ungefär en fjärdedel av det genomsnittliga årliga underskottet i grundvatten från överpumpning.

State Department of Water Resources har ett program som ägnas åt att förbättra laddningen på gården som kallas Flood Managed Aquifer Recharge, eller FloodMAR. Kamyar Guivetchi vid DWR sa att de arbetar med Merced Irrigation District för att ta reda på hur mycket vatten som kan laddas på jordbruksmarker i Merced Rivers vattendelare. Bortom det, han sa, "Vi vill bredda fotavtrycket" av nya projekt. Hindren han ser går bortom infrastruktur. "Det handlar inte om stor infrastruktur, det handlar om stort samarbete" mellan privata, allmänna och ideella intressen.

Buzz Thompson, en juridikprofessor i Stanford, fokuserar på problemet med att flytta vattnet. "Sammanfattningen är att under de riktigt våta åren, vi har inte möjlighet att lagra allt vatten som finns, ", sa han. Rättsliga hinder inkluderar det 120 år gamla systemet med etablerade individuella rättigheter till specifika mängder vatten. Dessa måste uppfyllas innan överskottet kan tas för omladdning. Det måste också krav på miljövattenleveranser som säkerställer att fisken får tillräckligt med vatten. Mest problematisk:"Just nu finns den största mängden ytvatten tillgänglig norr om Bay Delta och några av de bästa lagringsplatserna är söder om Delta, " sa han. Så länge deltat är en transportflaskhals, som begränsar mängden som kan lagras."

Ett problem:Vem äger det laddade vattnet?

Ett incitament som knuffar bönderna att ladda om är kunskapen om att de under torra år kommer att ha tillgång till vattnet som de deponerade under våta år. Bevattningsdistrikt och byråer för hållbarhet i grundvatten har inte en gemensam syn på frågan om kredit. "Med SGMA, varje byrå kommer att fastställa sina egna regler, ", sa Mountjoy av Sustainable Conservation. "Tillhör det bonden eller bevattningsdistriktet som har rätt att skicka det till bonden?"

En skola föredrar kollektivt ägande. "Vattendistriktet har rätt att ta det vattnet - det förblir bevattningsdistriktets, till gagn för alla användare, "Sa Mountjoy. Ett andra alternativ är" ge bonden rätt att fånga den och sälja den. … De betalade för att lägga den i jorden. Det är nu deras. De kunde pumpa upp det ur marken under ett torrt år eller sälja det till en granne. Man skapar i princip en vattenmarknad."

Kern Countys Semitropic Water Storage District tillämpar en variant av detta. "Våra bönder kan banka" laddat vatten "enligt distriktets fastställda program. De har ett bankkonto för deras användning, sa Jason Gianquinto, distriktets generaldirektör. "Vi har inte bestämt om de kan göra något annat än att behålla det för eget bruk. Jag kan inte säga att man kan flytta vatten utanför vårt distrikt till ett annat område."

En annan taktik:släppa ut vatten från behållare när en storm närmar sig

Ett sätt att fånga mer av de atmosfäriska floderna är att låta dammar släppa ut reservoarvatten i väntan på en storm. Army Corps of Engineers, som driver reservoarerna, har strikta regler för hur mycket vatten som ska hållas och när det får släppas ut. Nu arbetar kåren med verktyg utvecklade av Scripps Institute of Oceanography vid University of California i San Diego som underlättar vad som kallas Prognos-Informed Reservoir Operations.

Turlock Irrigation District använder verktygen. "År 2017, när vi hade för mycket vatten, vi kunde veta vad som skulle komma. Vi kan börja göra utsläpp före översvämning, "sa Josh Weimer, distriktets regeringschef. Förskottssläppen, varav några kan laddas, innebar att översvämningen 2017 på sin höjd var 25 procent av översvämningen som orsakades av liknande starka stormar två decennier tidigare.

Över Kaliforniens jordbruksland, den hårda verkligheten med en framtid utan garanterad tillgång till grundvatten håller på att sjunka in. Jerry Gragnani, en granne till Don Cameron som är 70 år gammal, nyligen sålt 8, 000 hektar av hans gård, hålla 3, 000 hektar för permanenta grödor som nötträd. "Det finns ingen framtid utan laddning, " sa han. "Jag tror inte att det finns en bonde här som inte inser det. Vi vet att om du inte laddar vattnet, det kommer att ta slut. När akvifären är stängd, den är stängd för alltid." tillade han, "Det är en bra tid att komma ut."