دانشمندان برای جبران منابع آب زیرزمینی از یک جفت ماهواره جدید استفاده می کنند. در جنوب غربی نبراسکا، شکوفایی حاصل از آبهای زیرزمینی رو به افول است. در دهه 1970، فناوری نوین آبیاری امکان پرورش ذرت را فراهم کرد که بسیار سودآورتر از گندم دیم است، در این منطقه شنی. کشاورزان به آنجا نقل مکان کردند، چاه هایی حفر کردند و مزارع ذرت جدید کاشتند. اما در اواخر دهه 1970، سطح آبهای زیرزمینی در حال کاهش بود. سی سال بعد، با کم شدن مزارع و ترک خانواده ها به مراتع سرسبز، شهرها کمرنگ می شوند.

شان سوانسون، محقق در برنامه مطالعات پیشرفته در مرکز ملی تحقیقات جوی (NCAR)، گفت: "در سراسر جهان، در دسترس بودن آب های زیرزمینی در موفقیت اقتصادی یا شکست یک منطقه تأثیر گذاشته است." "طبق نظرسنجی زمین شناسی ایالات متحده 50 درصد آب شیرین مردم از آب زیرزمینی موجود در چاه ها تأمین می شود. در مناطق روستایی این میزان به 90 درصد می رسد." چه برای استفاده شخصی و چه تجاری، بشر به میزان زیادی به در دسترس بودن آب زیرزمینی بستگی دارد.

با توجه به میزان آب شیرین، مدتهاست که مقامات محلی و ملی نیاز به اندازه گیری منابع آب زیرزمینی را تشخیص داده اند. در برخی مناطق، آنها یک برنامه منظم مشاهده آبهای زیرزمینی ایجاد کرده اند. با این وجود منابع آب زیرزمینی در بخشهای عظیمی از زمین پراکنده می شوند، از مرزهای جامعه و سیاسی عبور می کنند و درک اینکه چه مقدار آب در واقع در زیر یک بخش خاص از زمین جریان دارد، دشوار است. برای درک بهتر این منبع اساسی، محققان مدلی ابتکاری برای ارزیابی میزان آب زیرزمینی موجود در مناطق وسیع ایجاد کرده اند. این مدل با استفاده از داده های موجود در یک جفت ماهواره جدید، تغییرات گرانش زمین را اندازه گیری می کند.

آبیاری به کشاورزان امکان می دهد ذرت تشنه به آب را در دشت های نسبتاً خشک غرب و میانه غربی ایالات متحده پرورش دهند. اما استفاده بیش از حد از منابع آب زیرزمینی می تواند به سرعت منابعی مانند آبخوان اوگالالا را که زیربنای بسیاری از دشت های بزرگ است، تخلیه کند.

یک منبع تجدید پذیر در خطر است

در ماه مه 2006، مهندس ایالتی کلرادو، هال سیمپسون، دستور داد که 400 حلقه چاه در شهرستان پلات، کلرادو خاموش شود، تا اطمینان حاصل شود که آب برای قراردادهای پایین دست تأمین می شود. در نتیجه، کشاورزان کلرادو که برای محصولات خود به این چاه ها تکیه می کردند، برای آن سال فعالیت خود را از دست دادند.

سوانسون گفت: "در بعضی از نقاط، مشخص نیست که چه میزان آب زیرزمینی وجود دارد و مشخص نیست که با چه سرعتی تمام می شود." "شما هر سال مقدار مشخصی شارژ دریافت می کنید، و اگر بیش از این مقدار باشید، در نهایت تمام منابع خود را استفاده خواهید کرد. از بین خواهد رفت. "

با وجود حدود 16 میلیون کیلومتر مکعب (3.8 میلیون مایل مکعب) آب زیرزمینی که در زیر سطح زمین جریان دارد، چاه ها و چشمه ها اغلب نمی توانند آب کافی را در زمان و مکان مورد نیاز تأمین کنند. در سطح ملی، USGS تأمین آب کشور را ارزیابی می کند، اما تعیین اینکه آیا منبع آب منطقه ای با نیاز منطقه ای مطابقت دارد آژانس های محلی، ایالتی و ملی را به چالش می کشد. بیل آلی، رئیس دفتر آبهای زیرزمینی USGS، گفت: "برای برخی سفره های زیرزمینی، ما برنامه خوبی برای ردیابی آنچه در آن سیستم اتفاق می افتد در دست اجرا است، اما مناطق دیگری وجود دارد که ما اطلاعات سازگار بسیار کمی را در طول یک دوره داریم از زمان. "

جستجوی آب از فضا

بخشی از این دلیل که نظارت بر آب زیرزمینی در مقیاس منطقه ای دشوار است، مربوط به روش های اندازه گیری است. اسونسون گفت، "روش سنتی برای اندازه گیری آب های زیرزمینی حفر چاه و نظارت بر سطح آب در چاه است، اما سطح آب چاه دقیقاً به ذخیره آب زیرزمینی تبدیل نمی شود. شما باید از خصوصیات سطح زیرین خاک و ترکیب آبخوان بدانید تا در واقع این مسئله را تعیین کنید. " این جنبه های سیستم آب زیرزمینی به تعیین میزان آب زیرزمینی که به طور معمول یک منطقه ذخیره خواهد کرد، کمک می کند. وی گفت: "اساساً سفره های زیرزمینی مختلف مقادیر مختلف آب را ذخیره می کنند."

ماهواره های دوقلوی بازیابی جاذبه و آزمایش آب و هوا (GRACE) ناسا می توانند با اندازه گیری تغییرات ظریف گرانش زمین، آب های زیرزمینی را تشخیص دهند. این تصویر متوسط ​​چرخه سالانه ذخیره آب جهان در زمین را نشان می دهد که از چهار سال داده جاذبه GRACE محاسبه شده است. رنگ ها نشان می دهد که هر سال آب های زیرزمینی در مناطق مختلف چقدر می آید و می رود. رنگ قرمز نشان دهنده سطح بالایی از نوسانات سالانه، درجه بندی به رنگ آبی است که نشان دهنده سطوح پایینتری از نوسان است.

تا همین اواخر، آژانس های منابع آب و دانشمندان فقط از داده های جمع آوری شده با روش های سنتی برای توسعه مدل های استفاده از آب یا تعیین استفاده واقعی محلی استفاده می کردند. اما از سال 2002، این تغییر کرد. ناسا و انستیتوی تحقیقات هواپیمایی و پرواز فضایی آلمان (Deutsche Forschungsanstalt für Luft und Raumfahrt) دو ماهواره جدید را پرتاب کردند که در یک مسیر تقریباً 220 کیلومتری (137 مایل) از هم دور و 500 کیلومتری (310 مایل) بالاتر از زمین پرواز می کردند. این پروژه با عنوان بازیابی جاذبه و آزمایش آب و هوا (GRACE) تغییرات گرانش زمین را اندازه گیری می کند.

اما چگونه اختلاف گرانش به دانشمندان در مورد وجود آب های زیرزمینی می گوید؟ اگر زمین کاملاً کره ای گرد باشد، هر نقطه از سطح سیاره همان میدان ثقل متوسط ​​را خواهد داشت. با این حال، کوه ها، سنگرهای عمیق اقیانوسی و سایر ویژگی ها باعث تغییرات جزئی در گرانش زمین می شوند. همانطور که این کوهها و سنگرهای عمیق میدان جاذبه زمین را تغییر می دهند، میزان آبهای زیرزمینی نیز تغییر می کند. مدار ماهواره ای بالاتر از زمین تا حدی توسط گرانش تعیین می شود. بنابراین، تغییرات جزئی در فاصله ماهواره های دوقلوی GRACE هنگام عبور از روی ویژگی های زمین، نشان دهنده تغییر در میدان گرانشی زمین است. سپس دانشمندان می توانند اختلافات موجود در میدان گرانش زمین را از داده های بازیابی شده از ماهواره های GRACE ردیابی کنند و درک آنها را از نحوه حرکت آب و چرخش در اطراف سیاره بهبود دهند.

همانطور که این نمودار نشان می دهد، ماموریت بازیابی جاذبه و آزمایش آب و هوا (GRACE) از دو ماهواره در مدار پشت سر هم پرواز می کند. دانشمندان می توانند با اندازه گیری تغییرات فاصله بین ماهواره جلویی و ماهواره عقبس، تغییرات گرانش زمین را تعیین کنند.

دانشمندان مانند اسونسون داده های GRACE را از مرکز بایگانی فعال توزیع شده اقیانوس شناسی فیزیکی ناسا (PO.DAAC) بارگیری و تجزیه و تحلیل می کنند تا آبهای زیرزمینی را در سطح جهان در مناطق وسیع اندازه گیری کنند. اسونسون با تجزیه و تحلیل داده های GRACE و استفاده از مدل هایی برای تخمین و کسر سطح رطوبت خاک، سطح آب زیرزمینی را محاسبه کرد. اسونسون گفت، "داده های GRACE تصویری گسترده از منابع آب زیرزمینی را ارائه می دهد که اندازه گیری چاه های محلی را تکمیل می کند."

طی دو سال گذشته، اسونسون بارها تأیید کرده است که ماهواره ها می توانند روشی را برای اندازه گیری آبهای زیرزمینی در کل مناطق ارائه دهند. موفقیت این رویکرد می تواند به سرعت بخشیدن به توسعه یک سیستم نظارت ملی کمک کند. با ترکیب مشاهدات زمینی و فضایی، USGS و سایر آژانس های ملی می توانند تصویر جامع تری از دسترسی آب های زیرزمینی در سراسر ایالات متحده به دست آورند. با این تصویر بزرگتر، USGS، ایالت و تصمیم گیرندگان محلی می توانند برای حفظ آبهای زیرزمینی جمع شده با یکدیگر همکاری کنند. "در نهایت، محققان می خواهند ببینند که داده ها به طریقی اعمال می شوند. ما می خواهیم برای افرادی که تصمیم می گیرند مفید باشد."

مدتهاست که مردم برای آب آشامیدنی، کشاورزی و مصارف تجاری به آبهای زیرزمینی وابسته اند. با خشک شدن آب های زیرزمینی، جوامعی که به آن وابسته هستند نیز می توانند. آسیاب های بادی که در سراسر دشتهای بزرگ پراکنده شده اند، جایی است که مردم آبهای زیرزمینی را به سطح زمین آورده اند.

آب زیرزمینی ملی: بازی آخر

در دفتر آبهای زیرزمینی USGS، آلی همچنان به تدوین دستور کار شبکه ملی نظارت منظم می پردازد. با این حال، او موانع زیادی را بر سر راه یک برنامه ملی پیدا کرده است. وی گفت، "نصب چاه ها برای نظارت بسیار گران است و چاه های موجود محدود است، که توسعه یک برنامه خوب را دشوار می کند. نظارت ماهواره ای بر تغییرات ذخیره آب زیرزمینی در مناطق بزرگ مکمل امیدوارکننده ای برای روش های نظارت زمینی است. "

هنوز چالش دیگری برای آلی در ماهیت آبهای زیرزمینی وجود دارد. "مقدار آب زیرزمینی ذخیره شده بین دوره های شارژ و تخلیه در نوسان است. داده های GRACE راهی جدید برای دستیابی به برآورد دقیق از تغییرات فصلی و بین سالی ذخیره آب زیرزمینی در حوضه های رودخانه های بزرگ یا سفره های زیرزمینی در سراسر جهان فراهم می کند، تخمین هایی که قبلاً در دسترس نبوده اند."

علیرغم چالش ها، آلی معتقد است که مقامات منطقه ای و محققان علمی همچنان در مورد نیاز به اندازه گیری منبع ضروری آب زیرزمینی تأمین می شوند. آلی گفت: "ما باید تأثیری که بر روی آبهای زیرزمینی ناشی از فعالیت های پمپاژ و استفاده از زمین داریم و نحوه تأثیر آن در طول زمان را درک کنیم." "با این اطلاعات، ما می توانیم منابع را بهتر مدیریت کنیم."

اطلاعات بیشتر:

مرکز بایگانی فعال توزیع شده اقیانوس شناسی فیزیکی ناسا (PO.DAAC)

بازیابی جاذبه و آزمایش اقلیم (GRACE)

انجمن ملی آبهای زیرزمینی

سازمان زمین شناسی ایالات متحده اطلاعات آب های زیرزمینی

ایالات متحده دفتر تحقیقات زمین شناسی آبهای زیرزمینی

مدیر سایت: بهزاد سرهادی

شماره تلفن: 09190622992

شناسه تلگرام مدیر سایت: SubBasin@

نشانی ایمیل: behzadsarhadi@gmail.com

(سوالات تخصصی را در گروه تلگرام ارسال کنید)

_______________________________________________________

×

 براي پيوستن به بزرگترين گروه تلگرام علوم و مهندسي آب با امکان تبادل نظر بين اعضاء کليک کنيد

کتاب کاربرد مدل QUAL2KW

کتاب کاربرد GIS در منابع آب

کتاب محاسبه سيل طرح