地下水是加利福尼亚中央谷地的用水者的重要资源，加利福尼亚中部谷是一个主要的农业枢纽，每年的经济产出达数百亿美元。中央山谷的地表变形长期以来一直与地下水储量的变化有关，但由于缺乏可靠的数据，人们对地表以下水流的时机和运动知之甚少。

现在，加利福尼亚大学圣地亚哥分校斯克里普斯海洋学研究所和全球政策与战略学院以及地质调查局的科学家们首次使用先进的卫星数据来绘制流经该地区的地下水流的“脉动”。圣华金山谷，中央山谷的南部。

在4月7日发表在《水资源研究》上的一项新研究中，跨学科研究人员描述了遥感技术的最新进展如何实现了对圣华金河谷地表变形和地下水资源相关变化的详细测绘。

这项研究是第一个研究该地区地下水补给的地点和时间的过程。在这一过程中，地表水向下穿过土壤和浅层岩石，最后被添加到称为蓄水层的地下仓库中。由于蓄水量的增加，随着含水层的膨胀，这种补给导致地表上升。

随着加利福尼亚州实施《可持续地下水管理法案》以更好地了解和保护其地下水资源，这些发现特别及时。

“研究地下水运动就像一个黑匣子，我们正试图获取有关地下水的状况的任何信息，”博士韦斯利·尼利(Wesley Neely)说。Scripps海洋学的候选人和该研究的主要作者。“我们在这项研究中正在寻找的数据集正在帮助我们填补一些空白，现在我们能够在与政策相关的尺度上绘制出流经中央谷地的地下水特征。”

根据卫星观测，随着一年中地下水位的增加和减少，中央山谷中的地球表面高度会变化正负2.75英寸。在干旱期间，该地区的地面每年可能下沉达13.7英寸。

使用来自Sentinel-1任务的基于卫星的InSAR(干涉式合成孔径雷达)和连续的全球定位系统(cGPS)数据进行了新颖的观测。研究人员使用卫星对地表运动的观察来可视化地下水的运动，从而有效地绘制了重要的地球物理过程，而这在其他情况下是很难且昂贵的。

这项研究的共同作者之一，加州大学圣地亚哥分校斯克里普斯海洋学与海洋学院合任命的助理教授摩根·莱维说：“这项研究具有重要意义，因为这些发现为我们提供了记录和理解地表水和地下水系统变化的新工具。”全球政策和战略。

这项工作是基于Levy和加州大学圣地亚哥分校的其他研究人员的最新研究得出的，他们使用基于卫星的成像技术来监测中央谷地的沉降或下沉，当从含水层中去除大量地下水时，这种沉降或下沉可能会发生。

圣华金河谷是一个沉积盆地，由砾石与粘土和淤泥层混合而成，在这种物质的颗粒之间夹有几袋水。当水从系统中抽出时，压力的变化会导致谷物彼此塌陷，这可能导致永久性沉降，这是该地区的主要问题。

内利说：“这就像一堆纸牌倒下。” “一旦发生崩溃，再次开放该空间可能非常困难。”

但是，通过查看2016年(干燥年份)和2017年(潮湿年份)的卫星数据，Neely在圣华金河谷发现了一些特定区域，这些区域的地表抬升暗示了含水层补给的途径-地表水何时何地进入地下水水库。

雷达在该区域的视野为Neely及其合作者提供了建立可以详细研究的图像时间序列的机会。研究人员没有关注地下水开采产生的大沉陷信号，而是调查了隐藏在时间序列中的季节性信号。季节性信号提供有关在任何给定年份中地面上的某个点何时和何处具有相对峰值升高的信息，该信息转化为该点处的地下水峰值。

他们绘制了整个山谷的时间，他们发现了峰隆起与水输入时间相对应的区域，例如内华达山脉的河流径流。考虑到隆升的时机以及它们与河流和溪流的距离，这表明在大量水从邻近的内华达山脉分水岭流出的地方发生了含水层补给。

此外，他们发现，远离假定补给位置的地方，隆起的时间以可能暗示地下水流动路径的方式发生了变化。

尼利说：“这就像观察脉动穿过含水层一样。” “我们不仅位于发生季节性地下水补给的区域，而且可以估计补给事件的时间，地下水进入地下后可能流入的时间以及这种响应在干水和湿水年份如何变化。”

这项研究为可用于约束地下水和沉降模型的含水层系统提供了新颖的见解。

“研究中最有趣的部分只是在时空上看到了地表水网络与地下水驱动的土地表面变化之间的物理系。我们知道地表水和含水层是相互系的，但是传统的数据来源却不允许这样做。您可以非常清楚地观察到这些系，”利维说。

他们在圣华金河谷中地下水补给分布不均的发现与地下水管理机构目前的运作方式背道而驰。当前的准则假定每个人都获得同等的充值量。

研究人员说，他们的发现对水务机构应如何考虑协调其努力以达到国家设定的可持续发展目标具有严重的意义。虽然这项研究基于加利福尼亚，但所概述的方法学广泛适用于全球的区域含水层系统。