Vatten är en livsviktig resurs för människor och miljö. En av de viktigaste källorna är grundvatten som förnyas från nederbörd eller ytvatten. Befolkningstillväxten samt jordbruk och industri påverkar i hög grad kvantiteten och kvaliteten på grundvattnet. För att lättare kunna undersöka grundvattenresurser, kostnadseffektivt och heltäckande än tidigare, forskare vid Karlsruhe Institute of Technology (KIT) har utvecklat en ny metod tillsammans med australiensiska kollegor som de nu avslöjar i Recensioner av geofysik tidning.

Enligt den tyska miljömyndigheten, mer än 70 procent av dricksvattnet kommer från grundvattnet bara i Tyskland. Produktionen ökar så snabbt över hela världen att grundvattennivåerna sjunker, kvaliteten försämras och hela städer står inför grundvattenrelaterad sättning. Därför, det är viktigt att utforska underjordiska egenskaper för att hushålla resurser mer hållbart.

"Nuvarande testmetoder kräver aktiv pumpning av vatten från en specialdesignad vattenutvinningsbrunn samtidigt som man observerar vattennivån i andra brunnar i närheten, " säger Dr. Gabriel Rau från Institute of Applied Geosciences (AGW) vid KIT. För att göra detta, två eller tre personer skulle behöva sätta upp ett pumptest och övervaka mätningar under en längre tid. Denna metod är mycket dyr, kan pågå allt från några timmar till flera månader beroende på egenskaperna under ytan, och resultatet är endast giltigt för den testade platsen. "Underjordiska akvifärer varierar mycket i rymden, och det är alldeles för dyrt och påträngande att bygga utvinningsbrunnar överallt."

Tillsammans med University of New South Wales (UNSW) i Sydney och Deakin University i Melbourne, KIT har nu utvecklat en ny metod som utvärderar information om tidvatteneffekter på grundvattennivåer. Liknar tidvatten i havet, grundvattennivån påverkas av tidvattenkrafter, med gravitationsförändringen som klämmer de porösa bergarterna i underytan och orsakar mätbara tryckförändringar. Dessutom, det finns atmosfäriska tidvatten som cykliskt förändrar trycket under ytan. "Vi kan mäta denna förändring till låg kostnad och med mindre komplexa procedurer och färre personal för att kvantifiera underjordiska egenskaper, " säger Rau. Ingenjörer kräver inga speciella utsugsbrunnar för detta men kan placera en automatiserad vattentrycksdatalogger vid en konventionell grundvattenmätpunkt. Trycksensorn mäter sedan grundvattennivån regelbundet under minst en månad. Med hjälp av mätningarna, forskare kan beräkna de fysikaliska egenskaperna hos underytan som porositet, hydraulisk ledningsförmåga och kompressibilitet och översätta resultaten till hållbar användning av grundvattenresurser. "Eftersom det är mycket billigare att borra övervakningsborrhål än att skapa hela brunnar, vi kan utföra mätningar på fler platser, avsevärt öka antalet och täckningen av de beräknade underjordiska fastigheterna, säger Rau.

Forskarna har studerat och sammanfattat internationella studier och artiklar från olika discipliner för sin metod:"Vi har sett att de senaste framstegen inom grundvattenforskning visar potential för mycket billigare långsiktiga grundvattenstudier, " säger Timothy McMillan från Connected Waters Initiative Research Center vid UNSW Sydney. "I vår metod använder vi en kombination av ingenjörskonst, naturvetenskap och matematik, och tidvattens inverkan på grundvattnet för att beräkna egenskaperna under ytan." Dessa fynd kan också bidra till att förutsäga rumsliga och tidsmässiga fluktuationer i klimatsystemet och dess påverkan på grundvattenresurserna. "Vi står inför enorma utmaningar i framtiden. Vår metod gör det enklare att undersöka resurser under ytan och därmed att hantera dem mer hållbart, säger Rau.