地下水抽水顯著減少了美國的河流流量

根據(jù)亞利桑那大學(xué)水文學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)的一項(xiàng)新研究，上個(gè)世紀(jì)的地下水抽取了美國一些河流流量下降的50%。

這項(xiàng)新研究對管理美國水資源具有重要意義。規(guī)范地下水和地表水使用的法律因州而異。其中一些西部州，其中包括亞利桑那州，分別管理地下水和地表水。

“我們正在試圖弄清楚地下水枯竭實(shí)際上是如何重塑我們的水文景觀的，”第一作者，亞利桑那大學(xué)水文和大氣科學(xué)助理教授Laura Condon說。“這對我們意味著什么，以及持久的影響是什么?”

康登表示，這是第一項(xiàng)研究過去地下水對整個(gè)美國的影響的研究。其他研究人員研究了地下水如何影響地表水，但規(guī)模較小。

使用計(jì)算機(jī)模型，康登和她的合著者，金礦科羅拉多礦業(yè)學(xué)院的里德麥克斯韋確定了美國地表水沒有顯著消耗用途的情況，并將其與地表水變化進(jìn)行了比較，因?yàn)殚_始大規(guī)模地下水開采在20世紀(jì)50年代。

科學(xué)家們特別關(guān)注科羅拉多州和密西西比河流域，并專門研究過去地下水抽水的影響，因?yàn)檫@些損失已經(jīng)發(fā)生。

美國地質(zhì)調(diào)查局計(jì)算出20世紀(jì)地下水損失為800立方千米，即649萬英畝 - 英尺。這一數(shù)量的水將覆蓋蒙大拿州，愛達(dá)荷州，懷俄明州，內(nèi)華達(dá)州，猶他州，科羅拉多州，亞利桑那州和新墨西哥州以及加利福尼亞州的大部分地區(qū)，水深一英尺。

“我們證明了這一點(diǎn)，因?yàn)槲覀円呀?jīng)將所有這些水從地下采集出來，這對我們的地表水文行為的表現(xiàn)產(chǎn)生了很大的影響，”她說。“我們可以在我們的模擬中表明，通過取出這些地下水，我們已經(jīng)在美國各地干掉了許多小溪，因?yàn)檫@些河流將由地下水排放。”

康登說，地下水有助于為包括農(nóng)作物在內(nèi)的現(xiàn)有植被提供水源。

水位下降和溪流逐漸減少會使灌溉作物變得更加困難和昂貴。如果地下水位低于根部，一些原生植被，包括三葉楊樹最終會死亡。

康登說，地下水通常是陸地水文系統(tǒng)中最慢的一部分，可以從損失中恢復(fù)過來。

麥克斯韋說：“通過這項(xiàng)研究，我們不僅能夠重建歷史抽水對河流枯竭的影響，而且我們還可以在預(yù)測意義上使用它，以幫助可持續(xù)地管理地下水向前推進(jìn)。”

Condon和Maxwell的文章“模擬蒸發(fā)蒸騰和流量對大規(guī)模地下水枯竭的敏感性”計(jì)劃于6月19日在Science Advances上發(fā)表。美國能源部資助了這項(xiàng)研究。

該團(tuán)隊(duì)的計(jì)算機(jī)模型將地下水和地表水映射到一個(gè)0.6英里的廣場網(wǎng)格上，該網(wǎng)格覆蓋了大部分連續(xù)的美國。該模型不包括沿海地區(qū)，包括所有地下水，最低可達(dá)328英尺(100米) )在地表以下。

麥克斯韋說：“我們可以用這些在現(xiàn)實(shí)生活中無法做到的模型模擬來做。我們可以問，'如果我們根本沒有抽水怎么辦?有什么區(qū)別?'”

康登表示，僅僅進(jìn)行一年前后地下水抽水方案，就會從超級計(jì)算機(jī)中獲得大量的計(jì)算能力。

“我們在模型中需要解決大約3200萬個(gè)網(wǎng)箱，”她說。

她說，對降低地下水位最敏感的地區(qū)位于落基山脈以東，最初地下水位較淺，深度為6-33英尺(2-10米)。在這些地區(qū)，地下水和地表水的聯(lián)系更緊密，地下水枯竭對植被，溪流和河流的破壞更大。

在美國西部，地下水已經(jīng)很深，因此減少地下水對地表水沒有那么大的影響。

他說，其他研究表明，中西部地區(qū)的降水量與蒸發(fā)需求量相等 - 意味著植物不需要灌溉 - 正在變得更加干旱。這些是地下水抽取減少地表水的一些地區(qū)。

“在西方，我們擔(dān)心水的供應(yīng)很多，并且有許多系統(tǒng)來處理和管理缺水問題，”康登說。“當(dāng)你搬到東方，那里的東西更潮濕，我們沒有那么多的系統(tǒng)。”