Översvämningsvatten är inte vad de flesta anser som en välsignelse. Men de kan hjälpa till att åtgärda Kaliforniens alltmer uttorkade grundvattensystem, enligt en ny Stanford-ledd studie. Forskningen, publiceras i Vetenskapens framsteg , utvecklar ett ramverk för att beräkna framtida översvämningsvolymer under ett föränderligt klimat och identifierar områden där investeringar i Kaliforniens åldrande vatteninfrastruktur kan förstärka grundvattentillförseln. När staten brottas med mer intensiva stormar och torka, Att stuva undan översvämningsvatten skulle inte bara minska översvämningsriskerna utan också bygga upp fler vattenreserver för torrare tider.

"Detta är den första heltäckande bedömningen av översvämningspotentialen i Kalifornien under klimatförändringar, " sa studiens huvudförfattare Xiaogang He, en biträdande professor i civil- och miljöteknik vid National University of Singapore som drev forskningen som postdoktor vid Stanfords Program on Water in the West.

Oavsett om det är floder som svämmar över i Central Valley Flatlands, högvattenstormar som drabbar låglänta kustområden, översvämningar som dränker södra öknar eller ogenomträngliga betongbelastade städer som samlas av vatten, Kalifornien är känsligt för översvämningar. Växelvis, hotande torka väcker ofta oro för vattenförsörjningen, när minskat grundvatten sjunker land, förorenar dricksvatten och minskar yttillförseln. Dessa minskande reserver hämmar också klimatmotståndskraften – under perioder med torka kommer upp till 60 procent av statens vatten från grundvatten och 85 procent av kalifornier är beroende av resursen för åtminstone en del av sin vattenförsörjning.

Vattenbanker

När klimatförändringarna intensifierar svårighetsgraden och frekvensen av dessa extrema händelser, ökade påfyllningshastigheter skulle kunna hjälpa staten att nå en mer balanserad grundvattenbudget. En övning, kallas vattenbank eller hanterad akviferuppladdning, involverar förstärkning av ytinfrastruktur, såsom reservoarer eller rörledningar, med underjordisk infrastruktur, såsom akviferer och brunnar, att öka överföringen av översvämningsvatten för lagring i grundvattenbassänger.

En nyare strategi för att hantera ytvatten, jämfört med mer traditionella metoder som reservoarer och dammar, vattenbanker innebär flera fördelar, inklusive minskning av översvämningsrisker och förbättrade ekosystemtjänster. Medan grundvattenbassänger erbjuder ett stort nätverk för vattenförvaring, hitta områden som är lämpliga för påfyllning, mäta infrastruktur som behövs och mängden tillgängligt vatten är fortfarande nyckeln, speciellt i ett värmande och osäkert klimat.

"Att integrera hanterad akviferpåfyllning med översvämningsvatten i redan komplex vattenhanteringsinfrastruktur erbjuder många fördelar, men kräver noggrant övervägande av osäkerheter och begränsningar. Vår växande förståelse för klimatförändringar gör detta till en lämplig tidpunkt att undersöka potentialen för dessa fördelar, " sa seniorförfattaren David Freyberg, en docent i civil- och miljöteknik vid Stanford.

Forskarna utformade ett ramverk för att uppskatta framtida översvämningsvattentillgänglighet över hela staten. Utveckla en hybrid datormodell med hjälp av hydrologiska och klimatsimuleringar och statistiska verktyg, Teamet beräknade vatten tillgängligt för påfyllning under olika klimatförändringsscenarier fram till 2090. De identifierade också områden där infrastrukturinvesteringar borde prioriteras för att tappa översvämningsvattenpotentialen och öka påfyllningen.

Framtida översvämningsvatten

Teamet fann att Kalifornien kommer att uppleva ökat översvämningsvatten från både kraftigare regnmönster och tidigare snösmältning på grund av varmare temperaturer, under ett avsmalnande fönster av koncentrerat vått väder. Särskilt, Sacramento River och North Coast, tillsammans med norra och centrala Sierra Nevada-regionen, kommer att se mer betydande översvämningsvattenvolymer. Dessa översvämningar kan överbelasta nuvarande vatteninfrastruktur, såsom reservoarer och akvedukter. Dock, om regionen står redo med ytterligare infrastruktur för avledning av översvämningsvatten, som kanaler eller rörledningar, den skulle kunna maximera laddningspotentialen och överföra mer av den till det torra södra Kalifornien.

Framtida prognoser finner oföränderliga eller i vissa fall till och med torrare förhållanden i södra Kalifornien. Denna växande klyfta är dåliga nyheter för regionen, som för närvarande har större grundvattenutarmning och påfyllningsbehov än sin norra motsvarighet. Denna bristande överensstämmelse mellan vattenöverflöd och behov avslöjar en djupgående utmaning för laddningsmetoder, när det gäller att flytta stora volymer vatten från där det kommer att finnas tillgängligt i norra Kalifornien till där det kommer att behövas söderut.

Forskarna fann också uppskattningar av uppladdning för San Joaquin-dalen - en av världens mest produktiva jordbruksregioner - kan hjälpa till att återuppbygga en stor del av utarmade grundvattenakviferer. Sitter vid foten av Sierra Nevada-bergen, denna region kommer att behöva rymma större volymer vatten både över och under ytan för att maximera påfyllningspotentialen. Vattenförvaltare kommer att behöva utöka transportprojekt och återöppna reservoarer där.

Även om klimatpåverkan är den mest dominerande påverkan, forskarna påpekar att andra faktorer, inklusive infrastrukturkapacitet, politiska begränsningar, ekonomiska och miljömässiga hänsyn måste övervägas gemensamt under planeringsprocessen.

Studiens ramverk är anpassningsbart och skalbart för att hantera torka, översvämningar och utarmade grundvattenakviferer över hela världen.

"I global skala sker endast 1 procent av grundvattentillförseln från hanterad akviferpåfyllning, " Han sa. "Detta arbete kan användas för att hjälpa andra utarmade akviferer, såsom norra Kinaslätten eller Indiens övre Ganges, nå och upprätthålla hållbara grundvattennivåer."