Många år sedan, samtidigt som man studerar miljöpåverkan från storskaliga solgårdar i Nevadas öken, Desert Research Institute (DRI) forskare Yuan Luo, Ph.D. och Markus Berli, Ph.D. blev intresserad av en speciell fråga:hur påverkar närvaron av tusentals solpaneler ökenhydrologin?

Denna fråga ledde till fler frågor. "Hur förändrar solpaneler hur vatten träffar marken när det regnar?" de frågade. "Var tar vattnet vägen? Hur mycket av regnvattnet stannar i jorden? Hur djupt går det ner i jorden?"

"För att förstå hur solpaneler påverkar ökenhydrologi, vi behövde i princip en bättre förståelse för hur ökenjordar fungerar hydrauliskt, " förklarade Luo, postdoktor vid DRI:s avdelning för hydrologiska vetenskaper och huvudförfattare till en ny studie i Vadose Zone Journal .

I studien, Luo, Berli, och kollegor Teamrat Ghezzehei, Ph.D. vid University of California, Merced, och Zhongbo Yu, Ph.D. vid University of Hohai, Kina, göra viktiga förbättringar av vår förståelse av hur vatten rör sig igenom och lagras i torra jordar genom att förfina en befintlig datormodell.

Modellen, kallas HYDRUS-1D, simulerar hur vatten omfördelas i en sandig ökenjord baserat på data om nederbörd och avdunstning. En första version av modellen utvecklades av en tidigare DRI-student vid namn Jelle Dijkema, men fungerade inte bra under förhållanden där markfuktighetsnivåerna nära markytan var mycket låga.

För att förfina och utöka användbarheten av Dijkemas modell, Luo analyserade data från DRI:s SEPHAS Lysimeter-anläggning, ligger i Boulder City, Never här, stor, underjordiska, jordfyllda ståltankar har installerats över lastbilsvågar för att tillåta forskare att studera naturliga vattenvinster och förluster i en jordpelare under kontrollerade förhållanden.

Med hjälp av data från lysimetrarna, Luo utforskade användningen av flera hydrauliska ekvationer för att förfina Dijkemas modell. Slutresultatet, som beskrivs i den nya tidningen, var en förbättrad förståelse och modell av hur fukt rör sig igenom och lagras i de övre lagren av torra ökenjordar.

"Den första versionen av modellen hade några brister, " Luo förklarade. "Det fungerade inte bra för mycket torra jordar med volymetrisk vattenhalt lägre än 10 procent. SEPHAS-lysimetrarna försåg oss med riktigt bra data för att hjälpa oss att förstå fenomenet hur vatten rör sig genom torra jordar som ett resultat av nederbörd och avdunstning."

I ökenmiljöer, att förstå vattenrörelsen genom jordar är till hjälp för en mängd praktiska användningsområden, inklusive markrestaurering, erosion och dammhantering, och minska risken för översvämningar. Till exempel, denna modell kommer att vara användbar för ökenrestaureringsprojekt, där projektledare behöver veta hur mycket vatten som kommer att finnas tillgängligt i jorden för växter efter en ökenregnstorm, sa Berli. Det är också en viktig pusselbit som behövs för att svara på deras ursprungliga fråga om hur solenergiparker påverkar ökenhydrologin.

"Modellen är väldigt teknisk, men allt det här tekniska är bara ett matematiskt sätt att beskriva hur regnvatten rör sig i jorden när vattnet träffar jorden, " sa Berli. "I den större bilden, denna studie motiverades av den mycket praktiska frågan om vad som händer med regnvatten när det faller på solparker med tusentals och tusentals solpaneler i öknen - men för att svara på sådana frågor, ibland måste man gräva djupt och svara på mer grundläggande frågor först."