Le acque sotterranee costituiscono dal 30 al 50 percento dell'approvvigionamento idrico della California, ma fino a poco tempo fa c'erano poche restrizioni al suo recupero. Poi nel 2014 la California è diventata l'ultimo stato occidentale a richiedere la regolamentazione delle sue acque sotterranee. Con le scadenze a partire da quest'anno, per la prima volta i gestori dell'acqua nella principale regione agricola della nazione, la Central Valley dello stato, hanno il compito di stimare le acque sotterranee disponibili. È una sfida tecnologica scoraggiante.

Ora un nuovo approccio computazionale sviluppato dagli scienziati del Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) del Dipartimento dell'Energia offre un metodo high-tech ma semplice:accoppia immagini ad alta risoluzione derivate dal satellite con modellazione computerizzata avanzata per stimare il cambiamento di volume della falda acquifera osservato deformazione del terreno. Il metodo potrebbe aiutare a semplificare il monitoraggio delle acque sotterranee in una regione, una volta che più agenzie di gestione locali iniziano a presentare piani di gestione delle acque per conformarsi al Sustainable Groundwater Management Act del 2014 (o SGMA, pronunciato "sigma).

"La siccità è stata prevalente nella storia della California ed è inevitabile in futuro. I metodi tradizionali per misurare i livelli delle acque sotterranee hanno limitazioni per il tipo di gestione integrata richiesta dalla SGMA, " disse Pietro Nico, un geochimico ambientale del Berkeley Lab, e ricercatore coinvolto nello sforzo. "Utilizzando questa tecnica, è possibile creare un modello "vivente" delle risorse idriche sotterranee per la Central Valley che potrebbe essere aggiornato frequentemente e utilizzato su scala molto locale o su scala molto ampia".

Il metodo applica uno dei punti di forza chiave di Berkeley Lab, l'informatica, a un'area che rappresenta un punto di riferimento significativo per il laboratorio:la sostenibilità dell'acqua. Gli scienziati ritengono che potrebbe gettare il quadro necessario per i gestori idrici per rappresentare le risorse idriche sotterranee della Central Valley in un piccolo, scala locale e anche su una scala più ampia che tenga conto delle risorse aggregate provenienti da varie giurisdizioni vicine.

Cosa dice la deformazione del terreno sul volume della falda acquifera

In questo progetto, gli scienziati hanno sfruttato i dati ottenuti dai satelliti del radar ad apertura sintetica (SAR) che rappresentano la subsidenza della superficie osservata, o dove la terra sta sprofondando e la capacità di stoccaggio delle acque sotterranee si è ridotta. Tali dati forniscono un'istantanea molto più dettagliata e a livello macro della compattazione della falda acquifera, un processo sensibile ai livelli delle acque sotterranee in tutta la Central Valley. Hanno abbinato le osservazioni satellitari a un database pubblico di pozzi perforati in California per stimare la distribuzione spaziale del volume della falda acquifera che si perde ogni mese nello stato a causa del pompaggio.

Le loro scoperte, pubblicato di recente sulla rivista Nature Rapporti scientifici , suggeriscono che il volume dell'acquifero è influenzato dalle variazioni della pressione effettiva nel terreno circostante i pozzi documentati. Per i periodi studiati, i modelli spaziali dei cambiamenti nel volume della falda acquifera variano in modo significativo tra gli anni che rappresentano la siccità (da ottobre 2015 a 2016), precipitazioni (2017), e precipitazioni quasi medie (2018), riflettendo le deviazioni nel pompaggio delle acque sotterranee, che cambiano a seconda delle consegne di acqua superficiale agli agricoltori.

I ricercatori ritengono che i loro metodi potrebbero essere relativamente semplici da implementare per le agenzie locali per la sostenibilità delle acque sotterranee perché le stime spazialmente esplicite della perdita di volume della falda acquifera sono relativamente poco costose da ottenere, e può essere utilizzato dalle agenzie locali per stimare aree localizzate di pompaggio intensivo e consumo eccessivo di acque sotterranee.

"Questa tecnica consente di valutare le risorse idriche sotterranee non solo a livello molto locale, ma su scala più ampia, al fine di essere a vantaggio di più parti interessate, " disse Nico.

L'approccio iperlocale rischia di conteggiare due volte l'acqua disponibile

Per molto tempo, le acque sotterranee venivano regolarmente pompate in California per soddisfare il fabbisogno idrico quando l'acqua di superficie proveniva da fiumi, laghi, e i corsi d'acqua erano inadeguati, tanto che durante i molti anni di persistente siccità il massiccio sovraffollamento ha spinto lo stato ad approvare la legislazione SGMA.

La SGMA richiede agli utenti dell'acqua di fermare lo scoperto e portare i bacini di acque sotterranee in eccesso critico a livelli equilibrati di pompaggio e ricarica entro il 2040. Le agenzie locali per la sostenibilità delle acque sotterranee incaricate di sviluppare politiche di gestione sostenibile per i bacini di acque sotterranee sovraffollate ora devono affrontare il difficile compito di stimare l'uso delle acque sotterranee e la capacità di stoccaggio delle falde acquifere senza un monitoraggio sistematico e quantitativo sufficiente, secondo i ricercatori del Berkeley Lab.

Sfortunatamente, non esiste un metodo conveniente che si sia dimostrato utile per monitorare lo stoccaggio della falda acquifera con una risoluzione sufficientemente alta ma oltre le estensioni spaziali necessarie, anche in aree agricole altamente sviluppate come la Central Valley della California, secondo don Vasco, Scienziato senior del Berkeley Lab e autore principale dell'articolo per Rapporti scientifici .

Per esempio, un approccio che utilizza i livelli dell'acqua osservati nel monitoraggio dei pozzi in tutta la Central Valley per indicare lo stato della falda acquifera è in gran parte inefficace, perché i pozzi sono generalmente poco profondi e potrebbero non rappresentare accuratamente la salute delle falde acquifere più profonde. Né i pozzi di trivellazione tipicamente distribuiti in modo sparso fornirebbero informazioni su estensioni spaziali sufficienti per rilevare aree localizzate di alto consumo di acqua.

"Il monitoraggio è fondamentale per valutare la perdita di capacità di stoccaggio in una data falda acquifera e per determinare il tasso di esaurimento delle acque sotterranee, con una risoluzione che corrisponda alle esigenze delle agenzie responsabili della gestione delle acque sotterranee, da pochi chilometri a decine di chilometri, " disse Vasco.

Il Public Policy Institute of California ha recentemente valutato 36 piani di sostenibilità delle acque sotterranee presentati allo stato per 11 bacini in condizioni critiche nella San Joaquin Valley, la più grande regione agricola della California. La loro revisione ha identificato le potenziali insidie ​​della gestione iperlocale, mostrando che mentre le stime della fornitura di acqua possono sembrare ragionevoli quando i piani sono considerati individualmente, la revisione dei piani in aggregato espone il potenziale che esiste per il doppio conteggio delle forniture idriche adottando un approccio così localizzato.

Questa prospettiva evidenzia la necessità di uno strumento di monitoraggio integrato che possa essere applicato su piccola scala, ma che fornisca anche uno sguardo integrato su grandi giurisdizioni che comprendano più aree di gestione per evitare che eventuali impatti cadano attraverso le fessure.

"Se adottato in tutto lo stato, l'approccio informatico che abbiamo sviluppato potrebbe consentire alle nuove agenzie locali per la sostenibilità delle acque sotterranee (GSA) istituite sotto SGMA di stimare la variazione spaziale dell'utilizzo delle acque sotterranee per la propria area e la regione più ampia allo stesso tempo, " disse Nico.

La tecnica potrebbe anche diventare un nuovo approccio che le parti interessate in altri stati degli Stati Uniti e in altre nazioni potrebbero considerare come parte delle loro strategie di gestione delle acque, hanno detto i ricercatori.