枯竭的地下水可以透過借鑑太陽能的一個技巧來補充

在世界許多地方,地下水的抽取速度快於自然補給的速度。一項新的模型指出了一種可能的解決方案

Desilting pond's zigzag design helps slow down water, allowing silt to settle before water is directed toward the infiltration basin

一個沉沙池有助於減緩水流速度,使沉積物在水被引導到洛杉磯縣聖加布裡埃爾蔓延地的滲透池之前沉澱出來。

加利福尼亞州中部海岸的帕哈羅谷地表水很少,因此當地農民依靠抽取地下水來種植綠葉蔬菜和漿果以供應全球市場。但與世界許多地方一樣,這些農民的抽水速度快於自然的補給速度。在不同的地方,地下水下降會造成各種影響:它會導致地面下沉,溪流、溼地和水井榦涸,以及海水倒灌到地下。而且由於大部分抽取的地下水用於灌溉農作物,可用量的嚴重下降可能會導致全球糧食危機。

在一些地方,水資源管理者積極回灌地下水以改善這種公地悲劇。一種方法是將雨水徑流 diverted 到挖空的盆地中,這些盆地建在多孔地面上,水可以迅速滲入其中。但這些努力規模相對較小且集中化,使其無法應對當前的挑戰。加利福尼亞州中央山谷枯竭的含水層有大量的空隙:是該州1400多個地上水庫總容量的三倍。然而,加利福尼亞州浪費了最近異常溼潤冬季的大部分恩惠,因為堤壩、渠道化的河流和鋪砌的城市將大部分徑流排入海洋,而不是將其收集起來。加州大學戴維斯分校水文地質學榮譽教授格雷厄姆·福格說,我們需要的是一種分散式解決方案:許多小型專案分散在整個景觀中,減緩水流速度,使其滲透到地下儲存起來。這將重現自然界補充地下水的方法,而人類發展在很大程度上已經消除了這種方法。

帕哈羅谷的一項倡議已經開展了十多年,旨在展示如何將這一願景變為現實。這項名為補給淨計量(ReNeM)的想法在某些方面類似於屋頂太陽能淨計量,後者補償房主將任何多餘的能源輸送到電網。使用ReNeM,帕哈羅谷水資源管理局會補償土地所有者一定比例的地下滲透水量。一旦進入地下,水可以留在當地使用,也可以進入更廣泛的地下水系統。


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丹尼斯·勒博是農業集團 Reiter Affiliated Companies 的土地經理,他負責監督參與該倡議的一個農場。九年來,該農場一直將一個 170 英畝山坡的徑流滲透到一個四英畝的補給盆地中。研究人員測量從山坡流入盆地的水量。為了計算有多少水滲入地下,他們使用了流量計和壓力計,以及插入盆地底部淺層土壤的熱探針。“滲透的水會攜帶熱量,”加州大學聖克魯茲分校的水文地質學家、該專案的聯合創始人安德魯·費舍爾說。“透過測量向下傳遞的熱量,我們可以確定流速。”

長期以來,加利福尼亞州的土地所有者擁有從其土地下抽水的權利。2014 年,一項州法律開始改變這種計算方式,該法律現在要求社群在州政府幹預的威脅下實現地下水使用的平衡。儘管如此,隨著加利福尼亞州各地的人們開始考慮大規模的地下水補給,一個大問題仍然存在:是什麼可以激勵個體土地所有者幫助回灌共享的含水層?

10 月 18 日發表在《自然·水》雜誌上的一篇論文詳細介紹了科學家如何在帕哈羅谷地願意合作的土地所有者的土地上選擇補給地點,計算淨滲透量,併為土地所有者提供這項社群服務的補償。該論文解釋了 ReNeM 如何輕鬆調整以適應世界各地各種景觀和社群,以及如何使用各種經濟激勵措施,例如減免抽水費、直接付款或房產稅折扣。

而且,像勒博土地上的那種補給盆地並不是唯一一種蓄水的方法。滲透井覆蓋面積小得多,但深度更深,這使得水可以穿過井壁滲入。恢復本地植物和溼地有助於減緩水在陸地上的流動速度,使其有時間滲入地下。此外,將堤壩移離河岸更遠的地方可以讓水像自然那樣蔓延並流過漫灘,從而減緩水流速度並補充地下水。

“ReNeM 是一種建立對共同資源集體責任的機制,”加州大學伯克利分校惠勒水研究所的研究員、新論文的主要作者莫莉·布魯斯說。(費舍爾是共同作者。)ReNeM 的概念代表了一種文化轉變,即從將水視為商品轉變為將其視為集體利益,因為滲透的水不僅提高了地下水位,還可以支援更廣泛的系統,為地表徑流提供水源並阻止海水入侵。“補給淨計量不會賦予獨立土地所有者滲透水的權利,”布魯斯說。“回扣付款象徵性地切斷了這種權利。”

沒有參與該論文的福格表示,他認為為補給付費是“文明的一個重大轉變。這是我見過的唯一看起來可以激勵足夠多的人轉移水源用於補給的方法。”但他確實對這個想法發出了一條警告:“轉移過多的水可能會產生意想不到的後果,”他說,例如減少附近水道的流量。福格建議監測影響,並在必要時調整專案。

此外,經濟效益可能尚未具有吸引力。勒博說,對他來說,補給盆地“不是一項商業決策”。他花費在疏浚沉積物的費用大致相當於他每年 12,000 美元的回扣,這些沉積物是水流過受擾動的地面時收集起來的。但他說,他的公司有動力保持當地農業的可持續發展,並獲得保持當地水資源控制權的額外好處。勒博的盆地每年補給的水量大致平衡了他土地灌溉所需的水量。“我們幾乎可以實現可持續發展,”他說。

隨著氣候變化和過度使用使世界許多糧倉獲得水的機會越來越不安全,“我們必須朝著量入為出的生活方式邁進,”費舍爾說。“帕哈羅谷是加利福尼亞州的未來。該州的其他地區只是尚未意識到這一點。”

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