Grundvatten - vattnet som finns i porösa och spruckna stenar under jorden - är den största sötvattenkällan på jorden bortsett från istapparna och glaciärerna. Den matas in i floder, sjöar och andra ytvattenförekomster och är avgörande för ekosystemen. Dessutom är grundvattensystem en integrerad del av jordbruksbevattning, särskilt i regioner med knappa ytvattenresurser.

Befintliga storskaliga modeller tenderar att förenkla grundvattenflödet, integrerar ofta inte mänskligt vattenhantering på ett tillfredsställande sätt och arbetar med grövre upplösningar än vad som behövs för att modellera småskaliga hydrologiska processer. I en ny studie i Geoscientific Model Development , kopplade ett team av IIASA-forskare Community Water Model (CWatM) (Burek et al., 2020) med grundvattenflödesmodellen MODFLOW, vilket möjliggör reproduktion av vattentabeller med mycket fina rumsliga upplösningar.

Den integrerade modellen simulerar hydrologiska processer som förekommer i jord- och ytvattenförekomster i sluttningsskala, med rutnätsceller mindre än 1 km. Den kan användas för att modellera vattenkretslopp på olika geografiska nivåer, allt från små bassänger till hela länder.

Genom att jämföra den österrikiska Seewinkel-regionen och den indiska Bhima-bassängen, som sträcker sig över 573 respektive 46 000 km², testade forskarna modellens förmåga att adekvat reproducera grundvattennivåer under olika klimatiska, geologiska och socioekonomiska förhållanden. De simulerade resultaten validerades med observerade grundvattennivåer och fluktuationer under en period av 35 år i Seewinkel och 16 år i Bhima.

"Dessa biofysiska modeller är viktiga eftersom vattenkretslopp måste kvantifieras för korrekt vattenförvaltning. Vi kan studera hur lokala och regionala vattenprocesser interagerar genom att länka modeller i olika skalor. I synnerhet är en modell som CWatM-MODFLOW ett användbart verktyg för att projektera effekterna av framtida vattenförvaltningsplaner, förändringar i marktäcket eller klimatförändringar", säger Luca Guillaumot, studiens huvudförfattare och forskare i IIASA Water Security Research Group.

Dessutom använde författarna modellen för att bedöma effekten av grundvattenbaserad bevattning på vattnets kretslopp i de två undersökta regionerna. De fann att bevattning ökar mängden vatten som rör sig in i atmosfären genom avdunstning från jord och transpiration genom växtvävnader, men minskar grundvattenstödet till floder och fuktiga områden, särskilt under torra årstider. Resultaten indikerar också att grundvattenytan är djupare i områden med intensiv bevattningspumpning.

Trots ihållande utmaningar när det gäller att reproducera mönster för grundvattenytans djup och kalibrera modellen vid så fina upplösningar som möjligt (~100m), representerar studien en betydande förbättring av storskalig hydrologisk modellering.

"Människor förvandlar jordens vattensystem. IIASA-vattenmodeller kan svara på viktiga frågor om hur vi påverkar regionala och globala vattensystem i olika rumsliga och tidsmässiga skalor. Regionala intressenter, inklusive beslutsfattare, kan använda denna information för att konstruera realistiska scenarier för vattenförvaltning." avslutar studiens medförfattare och IIASA Biodiversity and Natural Resources Program Director Yoshihide Wada. + Utforska vidare

Hur vi omformar global vattenlagring