droogtes te vullen die de Californische dorst naar grondwater blootleggen. Nu hoopt de staat zijn watervoerende lagen te vullen

California ’s Central Valley—een van de rijkste agrarische regio’ s ter wereld—is aan het zinken. Tijdens een recente intense droogte, van 2012 tot 2016, zijn delen van het dal tot 60 centimeter per jaar gezonken. “Het is niet als een aardbeving; het gebeurt niet, boom,” zegt Claudia Faunt, een hydroloog bij de U. S. Geological Survey. Maar het is het bewijs van een slow-motion ramp, het gevolg van de onverzadigbare dorst naar grondwater in de regio.,sinds tientallen jaren pompen boeren onophoudelijk grondwater om hun gewassen te irrigeren, waarbij ze dikke, waterdragende kleilagen diep onder de grond afvoeren. Als de klei comprimeren, wegen, bruggen,en irrigatiekanalen hebben gebarsten, waardoor uitgebreide en dure schade. In 2014, toen NASA-wetenschappers radarapparatuur vlogen over het Californische aquaduct, een cruciaal onderdeel van de waterinfrastructuur, ontdekten ze dat één sectie 20 centimeter was gedompeld in 4 maanden., Een dergelijke verzakking kan kanalen met minder water achterlaten—een “ultieme ironie”, zegt Graham Fogg, een hydrogeoloog aan de Universiteit van Californië (UC), Davis, omdat ze deels zijn gebouwd om de vraag naar grondwater te verminderen. Overmatig pompen brengt ook de waterkwaliteit in gevaar, aangezien verontreinigende stoffen zich in het grondwater ophopen en de klei arseen vrijmaakt. Het ergste van alles, de aanhoudende pompen betekent dat, op een dag, aquifers zou kunnen raken van bruikbaar water. “Als je te hard pompt, “zegt Fogg,” speel je met vuur.”

nu heeft Californië een mijlpaal bereikt om zijn grondwater te redden., In 2014 heeft de staat, diep in de droogte, een wet aangenomen om zijn watervoerende lagen te beschermen; sindsdien hebben lokale waterbeheerders duurzaamheidsplannen ontwikkeld voor degenen die het meest in gevaar worden geacht. In de plannen voor een aantal bijzonder zwaar getroffen regio ‘ s, die zojuist zijn vrijgegeven voor publiek commentaar, wordt opgeroepen om het grondwatertekort te beëindigen, voornamelijk door toe te staan dat er neerslag wordt gebruikt om watervoerende lagen te vullen, maar ook door de vraag te beperken. De staat financiert wetenschappers om betere gegevens over de crisis te verzamelen; onderzoekers schatten dat in de Central Valley de helft van de watervoerende lagen gevaarlijk uitgeput is, maar ze weten niet hoe groot de schade is., Ondertussen zijn geologen bezig om de beste plaatsen te identificeren om aquifers aan te vullen door landbouwvelden te overspoelen, waaronder sommige met bijzonder doorlaatbare geologie.de Grondwaterwetenschap krijgt een nieuwe urgentie nu Californië en andere regio ‘ s over de hele wereld geconfronteerd worden met toenemende droogte—en steeds meer putten boren om ontbrekende regen en sneeuw in te halen. Wereldwijd worden aquifers “sterk benadrukt” in 17 landen die een kwart van de wereldbevolking bevatten, volgens het World Resources Institute. Water-en voedselvoorraden voor miljarden mensen worden bedreigd.,

Californië is een casestudy over de uitdagingen om deze hulpbronnen te beschermen. Landbouwbelangen, die het meeste grondwater gebruiken, verzetten zich vaak tegen het beperken van onttrekkingen, terwijl milieuactivisten eisen dat meer water wordt teruggevoerd naar rivieren en de Sacramento-San Joaquin delta; de eerste rechtszaak tegen de Californische duurzaamheidsplannen werd vorige maand ingediend. De vraag naar grondwater neemt toe in gebieden met weinig oppervlaktewater. Overal in de staat maakt klimaatverandering neerslag minder betrouwbaar., “Veel mensen kijken naar Californië om te zien hoe de wet uitpakt”, zegt Ellen Hanak van het Public Policy Institute of California (PPIC). De hoop, voegt ze toe, is “er is gewoon zoveel lokale innovatie in Californië dat het een model kan zijn voor mensen elders.”

Californië diende ooit als een wereldwijd model voor een ander type innovatie: massive water projects. Los Angeles en andere steden riepen om meer water dan ze lokaal konden krijgen., De San Joaquin Valley in de southern Central Valley, de grootste en meest lucratieve agrarische zone van de staat, had vruchtbare grond en veel zon, maar nooit genoeg water. Boeren moesten het doen met wat de natuur bood—en wat ze uit de grond konden pompen.in de jaren dertig begon de federale overheid een netwerk van dammen, pijpleidingen en kanalen te bouwen die water van het natter noorden van de staat naar boerderijen in het semi-aride zuiden verplaatsten. Lokale projecten stuurden water naar stedelijke centra. Met de kranen ingeschakeld, Californië boerderijen en steden bloeide.,

maar het geïmporteerde water verlichtte de druk op het grondwater niet lang. Dankzij de elektrificatie op het platteland konden meer boeren zoveel pompen als ze wilden. Er waren geen regels, geen grenzen. En pompen zijn steeds krachtiger geworden, met de beste mogelijkheid om maximaal 5000 liter per minuut uit aquifers te zuigen. Nu, in een nat jaar, komt ongeveer 40% van het water dat in de staat wordt gebruikt uit de grond; tijdens een droogte zwelt het aandeel op tot 60%. In sommige landbouwgebieden is de afhankelijkheid tijdens droge jaren nog groter (Zie kaart).,

percentages van grondwaterwinning zijn in veel delen van de staat onhoudbaar, zegt Jay Famiglietti, een hydroloog aan de Universiteit van Saskatchewan. Tijdens natte jaren, genoeg water uit regen en stromende beken zinkt in de grond om gedeeltelijk te vullen aquifers, zegt hij, maar niveaus kunnen zelfs lager dalen tijdens de volgende droogte. “Het is als een tennisbal die de trap af stuitert, hij gaat gewoon in één richting”, zegt Famiglietti.,

de trend werd vooral zorgwekkend tijdens de droogte van 2012-16. In de San Joaquin vallei daalden diepe irrigatieputten het grondwaterpeil-al op sommige plaatsen 250 meter onder het oppervlak—waardoor het buiten het bereik kwam van ondiepere putten die duizenden mensen van drinkwater voorzien. Elders vreesden milieugroepen dat bronnen, beken en rivieren zouden opdrogen als de grondwaterstand zou dalen.

in reactie hierop hebben de wetgevers van de staat voorstellen ingediend om het uit de markt nemen van grondwater te reguleren. De rekeningen werden fel tegengewerkt door boerengroepen, die zich zorgen maakten over dalende grondwaarden., Maar de duw kreeg momentum van nieuwe satelliet radarbeelden die dramatisch de verzakkingsproblemen van de staat weergaven. “De beelden vestigden de aandacht op een systeem dat uit balans is”, zegt Rosemary Knight, geofysicus aan de Stanford University.wetgevers werden ook gealarmeerd door beelden van waterverlies (hierboven) van NASA ‘ s Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE), dat oppervlakte-en grondwater onderzoekt door te meten hoe de massa ervan op een paar satellieten trekt., GRACE metingen, gecombineerd met andere gegevens, gaven aan dat in 2010 Central Valley aquifers hield 20 kubieke kilometer minder water dan ze hadden in 2003.

De Wet duurzaam grondwaterbeheer, die in September 2014 van kracht werd, was “een ongelooflijke stap” voor een staat die zich al lang tegen grondwaterregulering had verzet, zegt Famiglietti. Maar het vereist alleen dat de ongeveer 260 bureaus voor de duurzaamheid van grondwater in Californië (nieuwe organisaties die onder de wet zijn opgericht, vaak bestaande uit lokale waterdistricten) het grondwaterniveau stabiliseren, niet verhogen., En het maakt meer pompen mogelijk indien nodig tijdens droogte, zolang er geen grote problemen ontstaan. Toch heeft de wet een staatsbreed heroverwegen van het grondwaterbeleid gedwongen. In Januari moesten de nieuwe agentschappen in 21 stroomgebieden die als ernstig rood staan beschouwd plannen indienen om binnen 20 jaar “duurzaamheid” van het grondwater te bereiken. (Andere agentschappen moeten hun plannen uiterlijk in 2022 indienen.)

De push om de plannen te ontwikkelen heeft op sommige plaatsen een verbazingwekkend gebrek aan gegevens aan het licht gebracht., Veel districten, bijvoorbeeld, zijn niet zeker hoeveel water er van de grond wordt verwijderd omdat Californië niet vereist dat alle pompen meters hebben. (Lokale regels of gerechtelijke bevelen vereisen metering in sommige bekkens om geschillen te helpen oplossen.) Bij gebrek aan harde gegevens hebben onderzoekers jarenlang de stromen geschat door elektriciteitsrecords te onderzoeken—grondwaterpompen zijn energievarkens—en door de omvang en de soorten geïrrigeerde gewassen in kaart te brengen. Informatie over bodemdaling is ook nuttig. “Het is verbazingwekkend”, zegt hydrogeoloog Andrew Fisher van UC Santa Cruz., “We zitten nu in een positie dat we niet weten wat veel van de grote grondwaterstromen zijn of hoe ze variëren.”

Het verminderen van de druk op het grondwater is niet eenvoudig of snel. Een voor de hand liggende tactiek is om de vraag te verminderen. Sommige delen van Californië hebben hun afhankelijkheid van grondwater verminderd door het stimuleren van efficiëntie en het opleggen van eisen zoals waterbesparende douchekoppen en toiletten. Het planten van water-efficiënte gewassen helpt-druiven en jonge amandelbomen gebruiken veel minder water dan bijvoorbeeld alfalfa. Zo ook het verlaten van velden Braak, een strategie die boeren hebben gebruikt om te gaan met droogtes in het verleden.,

maar voor sommige delen van Californië zijn dergelijke maatregelen niet praktisch, deels vanwege een enorme uitbreiding van winstgevende wijngaarden en boomgaarden—alleen al het areaal van noten is tussen 2008 en 2018 met 85% gestegen. De bossen en wijngaarden kunnen niet worden Braak als andere velden, hoewel ze kunnen overleven met minder water dan normaal. En boeren zijn terughoudend om ze eruit te rukken, omdat ze duur zijn om te planten, kan jaren duren om te rijpen, en hebben relatief lange levensduur.,

toch zeggen onderzoekers dat een echte bescherming van het grondwater in Californië bezuinigingen zal vereisen in de landbouw, die gemiddeld ongeveer 80% van de commerciële en residentiële consumptie uitmaakt., Om het grondwater in de San Joaquin-vallei te stabiliseren, zullen boeren waarschijnlijk geïrrigeerde akkerland met meer dan 200.000 hectare moeten verminderen, ofwel 10%, volgens een rapport uit 2019 van PPIC. Het is niet verrassend dat dergelijke vooruitzichten boeren in de hele staat zorgen baren, zegt Chris Scheuring, een wateradvocaat bij de California Farm Bureau Federation. “We hopen absoluut op verzachtende resultaten die ons naar duurzaam beheer brengen zonder veel pijn te veroorzaken.”

om de snelheid van depletie met minder pijn te vertragen, rekenen enkele districten op bewezen methoden voor het opladen van aquifers., Al tientallen jaren vullen sommige waterdistricten speciale vijvers in natte jaren, zodat het water in de grond sijpelt. Anderen overspoelen landbouwvelden als er genoeg water is. Wijngaarden kunnen de lente overstromingen verdragen, en sommige gewassen, zoals alfalfa, doen het goed met overstroming irrigatie. Het bouwen van duikers en bermen om het water te verplaatsen en vast te houden kan echter duur zijn. In stedelijke gebieden, waar land schaars is of de bovenste lagen van sediment of gesteente niet erg doorlatend zijn, pompen ambtenaren water in de grond in plaats van het te verwijderen.,

om dergelijke praktijken uit te breiden, zijn onderzoekers op zoek gegaan naar gebieden die rijp zijn om te worden aangevuld, op basis van factoren zoals bodemtype, landgebruik en geologie van aquifer. Een UC Davis-team identificeerde 1,5 miljoen veelbelovende hectaren door bestaande gegevens te herzien, rapporteerden ze in Californië landbouw in 2015. Enkele van de beste plaatsen zijn valleien, nu begraven, die ooit bestonden in de Central Valley en werden gevuld met grove sedimenten tijdens de laatste ijstijd. Deze sweet spots kunnen 60 keer zoveel water afvoeren als gemiddelde sites, zegt Fogg., Onderzoekers hebben slechts drie van deze begraven valleien ontdekt, maar Fogg zegt dat er vele andere moeten bestaan gezien de geologische geschiedenis van de regio.

Knight gebruikt geofysische technieken om dergelijke veelbelovende oplaadgebieden te vinden. Een op een helikopter gemonteerd instrument stuurt elektromagnetische signalen de grond in en meet de elektrische eigenschappen van begraven sediment om 3D-kaarten te maken van geologische formaties die wel 300 meter diep zijn. Daarna kunnen kleinere apparaten door velden of boomgaarden worden gesleept voor afbeeldingen met een hogere resolutie., De kaarten kunnen managers helpen om gebieden te identificeren waar water snel zal binnendringen—het vermijden van overpeinzingen die kunnen leiden tot gewasziekten of bomen ondermijnen.

de kaarten laten ook zien waar water het meest waarschijnlijk diepe lagen bereikt waar pompen verzakking veroorzaakt. “Het niveau van complexiteit dat we vastleggen is verbazingwekkend,” zegt Knight. California ‘ s water resources agency heeft onlangs $12 miljoen toegezegd voor het gebruik van het Helikopter-gemonteerde systeem in grondwaterbekkens in de hele staat.

Het herstel van grondwater kan door de klimaatverandering nog belangrijker worden., De staat heeft lang vertrouwd op overvloedige bergsneeuw om een betrouwbare, het hele jaar door bron van oppervlaktewater te bieden. De vele reservoirs werden ontworpen om te vullen met sneeuwsmelt in Juli, en vervolgens het water vrij te geven om te voldoen aan de piekvraag tijdens de hete zomer. Maar door een opwarmingstendens wordt het jaarlijkse snowpack al dunner en smelt het sneller. Klimaatwetenschappers voorspellen dat meer en meer neerslag in Californië zal vallen als regen, in plaats van als sneeuw in de bergen., Dat alles betekent dat reservoirs sneller zullen vullen en dat water eerder in het voorjaar moet worden vrijgegeven, voordat het nodig is. In de zomer zouden boeren waarschijnlijk nog meer afhankelijk zijn van grondwater.

om zich aan die toekomst aan te passen, overwegen ambtenaren een nieuwe regeling waarbij damexploitanten vóór regenbuien water vrijgeven. Dat zou ruimte maken voor het stormwater, en de lozing zou downstream sites in staat stellen om meer in de grond te zetten. Het idee klinkt eenvoudig, maar gaat gepaard met aanzienlijke veranderingen in regelgeving, operaties, en in sommige gevallen infrastructuur, Fogg zegt., Toch zijn er verschillende proefprojecten aan de gang. In de waterscheiding van de Amerikaanse rivier wil een agentschap voor overstromingscontrole een aantal hogere reservoirs uitrusten. Als de strategie daar en in een aangrenzend stroomgebied van de Sierra Nevada wordt uitgevoerd, schatten Fogg en collega ‘ s dat elk jaar ongeveer een derde van een kubieke kilometer water ondergronds kan worden opgeslagen. Dat is 10% tot 25% van het jaarlijkse overheidstekort, zegt Fogg.,

Laad water dat afkomstig is van bergbekkens heeft vaak een hoge kwaliteit., Maar een andere bron, het afvloeien van regenwater uit stedelijke of beheerde Landschappen, kan een probleem vormen: voorkomen dat verontreinigingen—waaronder landbouwmest-in het grondwater sijpelen. Fisher heeft manieren bestudeerd om bepaalde verontreinigende stoffen te verwijderen door biomatter zoals hout mulch en amandelschelpen aan de grond bij laadplaatsen toe te voegen. Zijn team heeft ontdekt dat de materialen de groei kunnen bevorderen van microben die nitraat verwijderen, een veel voorkomende verontreinigende stof., “Als we gaan om te zetten honderdduizenden of miljoenen hectare water in de grond elk jaar, moeten we elke gelegenheid te nemen om dat water schoner te maken op de weg naar binnen,” Fisher zegt.

opladen is niet de hele oplossing. In de San Joaquin vallei, wetenschappers schatten oplaad alleen kan elimineren, op zijn best, slechts 25% van het grondwatertekort—deels omdat er zo weinig oppervlaktewater om te beginnen in de regio., Dus, eventuele extra besparingen zal waarschijnlijk moeten komen van verminderde pompen, met zijn politieke uitdagingen, evenals het verschuiven van water naar de meest productieve akkers, terwijl anderen onbebouwd. Dat vereist nieuwe kanalen en andere infrastructuur en een nieuw niveau van coördinatie. In de hele staat zullen meerdere overheids-en particuliere entiteiten moeten samenwerken bij het beheer van vraag en aanbod op de schaal van volledige bekkens, om de economische kosten van minder watergebruik te minimaliseren., “Er moet beleidsinnovatie of financiële innovatie zijn om mensen weg te krijgen van deze mythe dat we nog steeds een onbeperkte grondwatervoorziening hebben en dat we gewoon nooit de bodem zullen raken”, zegt Famiglietti.Bridget Scanlon, een hydroloog aan de Universiteit van Texas, Austin, is optimistisch dat innovatie zal plaatsvinden. “Californië heeft mogelijkheden om over te stappen naar duurzamer beheer, en ik denk dat ze dat zijn,” zegt ze. Fogg is ook hoopvol, maar voegt een voorzichtige noot toe. “De beschaving is nooit erg succesvol geweest in het beheersen van de watervraag”, merkt hij op.,

gelukkig hebben de recente winters in Californië voldoende neerslag opgeleverd om aquifers een beetje te laten herstellen. De staat mag er niet achter komen of hij de lessen van de laatste droogte heeft geleerd tot de volgende.