研究发现地下水枯竭导致加州农田下沉提出对策

加利福尼亚干旱的中央山谷的地面正在下沉，因为用于农业的地下水抽水和饮用水耗尽了含水层。斯坦福大学的一项新的遥感研究表明，如果地下水位停止下降，地面下沉或沉降可能会持续数十年到数百年。为了阻止下沉，水位需要上升。

“如果你不让这些水位恢复，那么土地将会下沉，可能每年数十厘米，几十年。但如果它们上升，你可以很快得到回报。你几乎立即改善这种情况，”地球物理学博士 Matthew Lees 说。该研究的学生和主要作者，该研究于 6 月 2 日发表在《水资源研究》上。

这项研究是在干旱恶化的情况下进行的，气候变化正在使极端天气更加炎热，降水更加极端。2022 年的前四个月标志着加州自 1895 年以来最干旱的一年。水库水位如此之低，以至于许多灌溉区连续第二年无法从中央山谷项目获得通常分配的水，联邦管理的水库和运河网络，将水输送到约 300 万英亩的农田。

“迫切需要更好地了解控制水位与地表变形之间联系的基本机制，”资深研究作者、斯坦福大学地球、能源与环境科学学院 (Stanford Earth) 地球物理学教授 Rosemary Knight 说。 ) 和斯坦福伍兹环境研究所的高级研究员。

可持续管理

从历史上看，地表水供应减少导致农民严重依赖地下水进行中央山谷的灌溉。该地区生产了全国约四分之一的粮食，现在拥有根据加州具有里程碑意义的 2014 年可持续地下水管理法案 (SGMA) 被指定为严重透支的 21 个地下水盆地中的大部分。

法律要求地方水务机构到 2040 年使地下水流域的取水量和沉积物达到平衡。根据 SGMA，机构还需要制定计划以监测和解决地面沉降问题，这可能会损坏基础设施，并已经降低了关键渡槽的承载能力和运河。

“我们赖以生存的这个看似不可移动的固体表面实际上是一个不断变化的动态、移动物体。这些变化与我们生活的相互作用比我们大多数人意识到的要多得多，”Lees 说。“这个沉降问题就是一个令人难以置信的例子。”

去年提交的第一轮可持续管理计划在处理沉降方面有几个问题。加利福尼亚州水资源部已要求各机构在 2022 年 7 月之前解决缺陷，例如缺乏因地面沉降而可能面临风险的基础设施信息、缺乏证据证明地下水位与地面沉降之间的相关性以及有关地面沉降的历史信息不足。

“这项研究中进行的建模，如果在全州范围内进行，将为可持续管理提供所需的科学依据。可以严格评估一系列减轻沉降的可能行动，”乔治 L 的奈特说. 斯坦福地球的哈灵顿教授。

防止未来沉没

这项新研究模拟了圣华金河谷汉福德镇附近 65 年的沉降，该地区大致构成了广阔的中央山谷的南半部。以 Knight 和 Ryan Smith 博士于 2019 年发表的研究为基础。'18，该模拟结合了可追溯到 1950 年代的基于卫星的沉降数据、私人测井记录和水位测量值，以制作该地区地下的物理模型，包括粗粒沉积物层和粘土层，它们像挤压一样紧实——水位下降时取出海绵。

当地水利机构和保护区提供测井记录和水位测量，并帮助确定未来可持续管理的研究问题。当地管理人员拥有多年观察研究区域水位在潮湿和干燥期间上升和下降的经验，还帮助科学家在模型的早期迭代中发现数据错误。“与当地机构人员的合作使这项研究成为可能，”奈特说。“他们提供的数据和他们对系统的了解是必不可少的。”

与 1970 年代在更密切监测的圣华金河谷西半部进行的建模和观测结果一致，结果表明，在该地区含水层的水位稳定后，整个山谷的厚粘土将继续压实数十年至数百年。“这是一个重要的观察结果，”作者写道，因为为研究区域提交的可持续管理计划假设水位稳定在最近的低点将足以防止未来下沉。“这个假设是错误的，”奈特说。只有当地下水盆地的沉积物——来自降雨和径流或管理的含水层补给项目——开始超过提取量时，土地的沉降才会减缓。

新模型还显示，过去 20 年来，地下水系统最深层的压实占研究区沉降的 90% 以上。“如果你唯一关心的是土地下沉，那么从浅水区抽水比从深水区抽水要好得多，”利斯说。

虽然该研究集中在一个相对较小的区域，但作者表示，结果可能代表了整个圣华金河谷的沉降区域，该方法可用于了解全球类似含水层系统的沉降情况。

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