L'esaurimento delle falde acquifere della California a causa dell'eccessivo pompaggio delle acque sotterranee ha portato a un crescente interesse per la "ricarica gestita della falda acquifera, " che reintegra le falde acquifere esaurite utilizzando le acque superficiali disponibili, come alte portate nei fiumi, deflusso dalle tempeste invernali, o acque reflue riciclate. Allo stesso tempo, vi è una crescente preoccupazione per la contaminazione delle acque sotterranee con nitrati provenienti da fertilizzanti, fosse settiche, e altre fonti.

I ricercatori della UC Santa Cruz stanno affrontando entrambi i problemi con un programma in corso nella Valle del Pajaro, dove hanno implementato e studiato progetti di ricarica delle acque sotterranee e valutato metodi per migliorare la qualità dell'acqua mentre si infiltra nel terreno.

"Mentre aumentiamo gli sforzi di ricarica delle acque sotterranee, è importante evitare di contribuire a problemi con la qualità dell'acqua. Se mettiamo acqua di buona qualità nel terreno, diluirà eventuali contaminanti già presenti nelle acque sotterranee, " ha detto Andrew Fisher, professore di Scienze della Terra e planetarie all'UC Santa Cruz.

In uno studio accettato per la pubblicazione in Ricerca sull'acqua , Il team di Fisher ha dimostrato che la semplice aggiunta di uno strato di trucioli di legno in cui l'acqua si infiltra nel terreno può rimuovere i nitrati dall'acqua stimolando l'attività microbica nel terreno sottostante. Sarah Beganskas, che ha guidato lo studio come parte del suo dottorato di ricerca. ricerca di tesi, ha affermato che i trucioli di legno forniscono una fonte di carbonio necessaria per la denitrificazione dei batteri nel terreno.

"Siamo stati in grado di vedere un aumento della rimozione di nitrati dall'acqua e, allo stesso tempo, aumento dell'abbondanza dei microbi che svolgono questo processo, " ha detto. "I trucioli di legno hanno aumentato la rimozione dei nitrati anche a velocità di infiltrazione elevate, il che è importante perché spesso si preferiscono siti di ricarica con alti tassi di infiltrazione."

Altrettanto importante è che i trucioli di legno siano relativamente economici. "Deve essere una tecnologia conveniente per essere pratica, " disse Fisher.

Gestione sostenibile delle acque sotterranee

Il programma di ricerca sulle acque sotterranee di Fisher sta dando risultati preziosi proprio mentre la California ha avviato una seria spinta per la gestione sostenibile delle acque sotterranee in tutto lo stato. Ai sensi della legge sulla gestione sostenibile delle acque sotterranee (SGMA) approvata nel 2014, nuove agenzie vengono istituite in tutto lo stato per gestire le risorse idriche sotterranee.

"Questa è una finestra di opportunità per noi per diffondere alcune di queste idee e offrire alle agenzie alcune scelte e strumenti che possono utilizzare, " Fisher ha detto. "La California ha un'abbondanza di deflusso. Il problema è che non abbiamo abbastanza posti per metterlo in superficie. Abbiamo molto spazio sottoterra".

Fisher e i suoi studenti hanno lavorato con il Distretto di conservazione delle risorse della contea di Santa Cruz per identificare potenziali siti per la ricarica delle acque sotterranee mappando il deflusso delle acque piovane e le condizioni idrologiche in tutta la contea di Santa Cruz e nel nord della contea di Monterey. La loro analisi identifica i siti con un deflusso sufficiente e buone condizioni per l'infiltrazione di acqua nelle falde acquifere sottostanti. Il loro rapporto, insieme a mappe e altri dati del progetto, è disponibile in linea.

Beganskas ha notato che anche in un anno secco, una singola tempesta intensa può creare molti deflussi. Per di più, molti studi climatici prevedono più estremi nei modelli di precipitazioni man mano che le temperature globali aumentano. Ciò significa più anni estremamente umidi e anni estremamente secchi. Significa anche precipitazioni più intense, con più pioggia che scorre via piuttosto che inzupparsi nel terreno.

"Sia i cambiamenti climatici che i cambiamenti nell'uso del suolo, dove lo sviluppo crea superfici più impermeabili, stanno guidando un maggiore deflusso. Quindi questo motiva davvero questi sforzi per raccogliere il deflusso per ricaricare le falde acquifere, " ha detto Beganskas.

Ricaricare lo scambio sul posto

Fisher sta anche lavorando per affrontare le sfide economiche dei progetti di ricarica delle acque sotterranee. Ha proposto un programma di "scarico della rete di ricarica" ​​per aiutare i proprietari terrieri a recuperare i costi di installazione e gestione dei bacini di ricarica delle acque sotterranee sulla loro proprietà. È stato approvato dal Consiglio di amministrazione della Pajaro Valley Water Management Agency nel 2016 per una prova quinquennale, e Fisher ha detto che spera che il programma possa servire da modello per altre regioni che affrontano sfide simili.

"Abbiamo cercato di affrontare il problema a più livelli collaborando con agenzie regionali e collaborando con altri ricercatori, " ha affermato. Fisher è responsabile del campus per la UC Water Security and Sustainability Research Initiative (UC Water), che sta aiutando a costruire collaborazioni e partenariati per affrontare i problemi di gestione dell'acqua.

La ricerca sulla rimozione dei nitrati fa parte di una collaborazione con il microbiologo Chad Saltikov, professore e cattedra di microbiologia e tossicologia ambientale presso l'UC Santa Cruz, con il finanziamento della Fondazione Gordon e Betty Moore. Negli studi in corso, i ricercatori stanno confrontando l'efficacia di diverse fonti di carbonio come ammendanti del suolo per stimolare la rimozione dei nitrati, e stanno studiando approcci simili per affrontare altri contaminanti.

"Il nitrato è probabilmente il contaminante più pervasivo delle acque sotterranee, quindi questa era la nostra preoccupazione numero uno, " Ha detto Beganskas. "Stiamo iniziando a esaminare anche altri contaminanti, come l'arsenico, che è una preoccupazione crescente in alcune aree".

Fisher ha affermato che la Pajaro Valley è stata un buon sito sia per testare soluzioni pratiche che per fare interessanti ricerche scientifiche. L'area è fortemente dipendente dalle acque sotterranee e affronta gravi problemi di sovrapompaggio, compresa l'intrusione di acqua salata dalla costa. Di conseguenza, i proprietari terrieri e l'agenzia idrica regionale sono fortemente motivati ​​a provare strategie come la ricarica gestita della falda acquifera.

"E c'è una buona scienza da fare, " Fisher ha detto. "Questi stagni di ricarica ci danno un riflettore sui processi che si verificano quando l'acqua si infiltra nel terreno, e i nostri risultati ci stanno aiutando a progettare strategie di ricarica efficaci."