【遙感應(yīng)用】過量抽水導(dǎo)致加州地下水儲存減少
來源：發(fā)布時間：2017-09-27
2017年4月17日
幾十年過度抽取地下水已不可逆轉(zhuǎn)地改變了加州中央谷地下面的粘土層，永久地降低含水層存水能力。這一發(fā)現(xiàn)是加州斯坦福大學(xué)和加州帕薩迪納市美國國家航空航天局（NASA）噴氣推進實驗室（JPL）科學(xué)家一項利用衛(wèi)星遙感研究獲得的新成果。
這項研究在《水資源研究》期刊上在線發(fā)表，研究表明，2007年到2010年間一次近期干旱事件中，過度抽水導(dǎo)致該州San Joaquin河谷土地下沉近3英尺（85厘米）。結(jié)果，地下水庫永久失去了336000至606000英畝英尺（4億到7億立方米）區(qū)間量級的天然水存儲容量。一英畝英尺等于326000加侖。相比之下，提供舊金山灣區(qū)主要水源的Hetch Hetchy水庫的存儲容量約360000英畝英尺（4.3億立方米），相當于永久失去了1個4.3億立方米的水庫存量。
San Joaquin河谷是美國最大的農(nóng)業(yè)中心之一，每年生產(chǎn)估計170億美元（1000億人民幣）的農(nóng)作物。這個研究新發(fā)現(xiàn)正巧出現(xiàn)在該州在經(jīng)歷了多年延續(xù)的創(chuàng)紀錄干旱之后一個最潮濕季節(jié)時期。
論文聯(lián)合作者Rosemary Knight，斯坦福大學(xué)地球、能源和環(huán)境科學(xué)學(xué)院的George L. Harrington教授指出，加州現(xiàn)在下那么多的雨，但中央谷地區(qū)已經(jīng)失去了大量的水資源存儲空間。
Knight及其同事們使用基于日本宇宙航空研究開發(fā)機構(gòu)（JAXA）先進陸地觀測衛(wèi)星相控陣L波段合成孔徑雷達（PALSAR）干涉合成孔徑雷達（InSAR）衛(wèi)星技術(shù)，對San Joaquin河谷進行2007年和2010年間厘米級高程變化測量?？茖W(xué)家對多衛(wèi)星InSAR地表圖像進行比較，計算地面下沉量（沉降）。
JPL科學(xué)家，論文聯(lián)合作者Tom Farr 表示，他們的工作對于利用地球觀測衛(wèi)星闡釋水資源可持續(xù)性現(xiàn)實問題，提供了一個很好的例子。
Knight實驗室博士研究生，論文第一作者Ryan Smith指出，當太多的地下水被抽走，地下水壓力下降到低于臨界水平時沉降發(fā)生，導(dǎo)致沉積物被壓緊。當你從含水層抽取地下水時，沉積物小毛孔的水壓力下降。這就減少了含水層支撐上方地面的能力，導(dǎo)致含水層坍塌。這種坍塌問題表現(xiàn)為地面沉降。
如果抽取太多地下水，尤其是從粘土層抽水，這種土壤壓實變得不可逆轉(zhuǎn)，導(dǎo)致土壤保持水分的能力永久喪失。同時就職于斯坦福伍茲環(huán)境研究所的Knight指出，當過多的水從粘土中取走后，其土壤結(jié)構(gòu)在微觀層面被重新安排，形成一個新的空間配置，存儲空間變得更少。
Knight指出，這不僅使它在未來更加難以進行水儲存，而且使得抽取地下水變得更困難。這就像試圖用一個很細的吸管來吸水一樣。隨著粘土結(jié)構(gòu)的坍塌，需要施加抽水的壓力變得越來越大。
科學(xué)家們只檢驗了2007年到2010年干旱期間收集的InSAR數(shù)據(jù)。從那以后，加州經(jīng)歷了從2012年到2016年更嚴重的一次干旱。Smith表示，雖然他們的論文沒有涉及最近這次干旱事件，但是，可以比較可靠地說，比起最后一次干旱觀測結(jié)果，最新這次干旱事件可能造成該地區(qū)至少和上次一樣程度的干旱問題，甚至更多的地面沉降和永久土壤壓實問題。這是因為在這期間地下水下降的速率增加，導(dǎo)致地下水位降至歷史最低水平。不包括這項研究中的JPL近期關(guān)于InSAR的研究也展示了沉降繼續(xù)以一個類似的速率進行，有些案例中，相比看到的2007年至2010年的沉降問題，沉降速率更快。
Knight提到，該地區(qū)農(nóng)民可以緩解沉降問題的一個途徑是避免從粘土層中抽水，而是從較淺的砂和礫石層中進行抽水，這樣地下水更容易進行補充，也使得土壤永久壓實問題變得不太容易。
然而，直到最近，從地表進行區(qū)分砂石-礫石層和粘土層，需要進行昂貴的水井鉆探。Knight團隊正在測試一種新穎的地球物理電磁方法，利用直升機機載儀器，能夠從空中對地下進行成像，創(chuàng)建一個3維粘土、砂石和礫石沉積物圖像。基于恰當?shù)牡厍蛭锢砉ぞ?，不僅能更好地了解地表下的成分結(jié)構(gòu)，也能幫助指導(dǎo)地下水抽取和補給工作。
原文題目：Overpumping Reduces California's Groundwater Storage
（王化編譯，殷永元審核）
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