Per la prima volta, gli ingegneri del Caltech hanno sviluppato un modello empirico in tutto lo stato della rete di serbatoi della California. Il modello è stato costruito dai dati raccolti in un periodo di 13 anni che include l'ultima siccità, consentendo ai ricercatori di fare osservazioni su come 55 dei principali bacini idrici dello stato rispondono a una varietà di condizioni esterne come un sistema unificato.
I bacini idrici fungono da cuscinetto dello stato contro la variabilità climatica, accumulare acqua durante la stagione delle piogge per utilizzarla durante la stagione secca. L'acqua può essere rilasciata per generare energia idroelettrica, e possono essere dirottati verso l'agricoltura e il consumo residenziale. Nel frattempo, un serbatoio stesso è spesso utilizzato per scopi ricreativi, come il nuoto e il canottaggio. Gli invasi sono interconnessi in quanto collocati lungo i principali corsi d'acqua, con alcuni a valle di altri, e anche perché possono ricevere quantità simili di acqua in ingresso e possono essere soggetti a decisioni di gestione simili.
I gestori di queste strutture devono mantenere una quantità di acqua di base in ciascun serbatoio. Quando il livello dell'acqua si avvicina a quel segno minimo, riducono la quantità di acqua rilasciata, che a sua volta interessa tutti i serbatoi a valle. I gestori dei serbatoi cercano di evitare di dover chiudere completamente il rilascio dell'acqua, poiché ciò può avere conseguenze catastrofiche per le aziende agricole e le comunità che dipendono dall'acqua. Il comportamento di un serbatoio - l'innalzamento e l'abbassamento del livello dell'acqua - è determinato in parte dai cambiamenti climatici e in parte dagli esseri umani che gestiscono il deflusso del serbatoio. Questi due componenti possono rendere difficile prevedere lo stoccaggio del serbatoio.
"Il pane quotidiano dell'idrologia sta usando leggi fisiche per descrivere i fenomeni dell'acqua. Ma il comportamento di questi serbatoi non è determinato esclusivamente dalle leggi fisiche del ciclo dell'acqua, ma anche dalle richieste e dall'uso di questi serbatoi, " dice lo studente laureato Caltech Armeen Taeb, autore principale di un articolo sul modello che sarà pubblicato online il 22 novembre sulla rivista Ricerca sulle risorse idriche . "La significativa componente umana nel comportamento dei serbatoi significa che la modellazione basata sulla fisica diventa rapidamente intrattabile in ambienti con un gran numero di serbatoi".
Per risolvere questo problema, Taeb e i suoi colleghi, Venkat Chandrasekaran, professore di informatica e scienze matematiche e ingegneria elettrica al Caltech, e John Reager e Michael Turmon del JPL, hanno utilizzato tecniche statistiche per imparare dal passato per far luce su come i bacini idrici risponderanno ai diversi modelli climatici in futuro. Hanno confrontato le fluttuazioni dei livelli dell'acqua del serbatoio tra il 2003 e il 2016 con una varietà di fattori, come le precipitazioni, la gravità della siccità, i livelli del manto nevoso nelle Sierras, e livelli di altri bacini idrici della California. I ricercatori hanno scoperto che il più grande predittore di cambiamenti nella rete di serbatoi era l'indice di gravità della siccità di Palmer, che è stato sviluppato dal National Weather Service nel 1965.
Con questo modello empirico, Taeb dice, i gestori possono avere un quadro più chiaro delle richieste che saranno poste sui loro serbatoi, e possono regolare il loro comportamento prima riducendo i rilasci d'acqua in modo più graduale, riducendo la possibilità di dover interrompere del tutto i rilasci d'acqua.
"Diciamo che sei in un periodo di siccità e hai una previsione avanzata del valore dell'indice di siccità in due mesi, " Dice Taeb. "Puoi guardare la nostra trama e chiedere, 'Va bene, qual è la probabilità di esaurimento del serbatoio se ci limitiamo a fare le cose come al solito?' E se vedi che è alto, devi uscire dalla tua routine e fare qualcosa adesso prima di metterti nei guai".
Per analogia, pensa alla risposta di un guidatore a un semaforo rosso. Se il conducente vede il semaforo rosso con molto tempo per reagire, può rallentare lentamente i freni, il che è più sicuro per tutti i piloti dietro di lui. Se, Invece, aspetta fino all'ultimo minuto e sbatte a terra il pedale del freno, è più probabile che causi un incidente a tutti quelli dietro di lui.
La siccità del 2012-2015, che ha ispirato Taeb e i suoi colleghi a proseguire questa ricerca, è stato tra i più intensi verificatisi nel passato 1, 200 anni. "Alla fine del periodo di siccità eravamo davvero vicini al disastro. Infatti, due dei 55 serbatoi studiati nel nostro lavoro hanno avuto un rilascio d'acqua nullo o minimo nel 2014, " dice Taeb. In futuro, lo stato sperimenterà periodicamente siccità mentre la domanda di acqua è in costante aumento in mezzo a una popolazione in crescita, e quindi è probabile che la tensione esercitata sulla rete di serbatoi della California si ripeta, dice Taeb, che crede che siano necessarie linee guida per garantire che lo stato non affronti una catastrofe a livello di sistema.
"A causa della frequente penuria di acque superficiali, La California deve ricorrere a pompare acqua dal suolo, ma non è sostenibile perché non c'è abbastanza pioggia per ricostituire la quantità che stiamo prelevando. non durerà, " dice. Taeb e i suoi co-autori ritengono che il loro modello sia un importante strumento di analisi dei dati che dovrebbe essere utilizzato come input nel processo decisionale quando si applica un'applicazione efficace, politiche sostenibili di gestione dell'acqua.
Taeb afferma che lo stesso tipo di modellizzazione empirica potrebbe essere utilizzato anche in altri stati che affrontano sfide simili.
Lo studio è intitolato "A Statistical Graphic Model of the California Reservoir System".
