在加州史诗般的干旱期间，地表水日益减少，绝望的农民和市政当局开始争夺其他水源：该州巨大的地下水文储蓄库，例如萨克拉门托河和圣华金河流域下方的蓄水层。在大旱之前，加州约 40% 的供水来自这些地下水库。但到 2015 年，这一比例已跃升至 75%。
重新注满这些蓄水层并非易事，因为它们已被过度消耗。 在加州中央谷，地下水位已降至比之前记录的低 100 英尺。加州大学圣克鲁兹分校的水文地质学家安德鲁·费舍尔说，补充蓄水层也很困难，因为蓄水层“更像是一个滤锅，而不是银行”。当一些水渗入时，另一些水会渗出——流入溪流、湖泊和湿地。
但地下水补给至关重要，因此费舍尔制定了一项计划来增加注入的水量。这个想法是抓住通常会冲入水道并流入太平洋的雨水。费舍尔计划在特殊的水塘和水井中捕获部分雨水，这些水塘和水井旨在让水滴入土壤，流入下方的蓄水层。土壤中的颗粒和微生物应有助于净化水中拾取的污染物，例如农业径流中的氮污染。
支持科学新闻事业
如果您喜欢这篇文章，请考虑订阅我们的服务，以支持我们屡获殊荣的新闻事业 订阅。通过购买订阅，您将有助于确保未来能够继续报道关于塑造我们当今世界的发现和想法的具有影响力的故事。
一项试点项目已在该州中央海岸展开，当地水务管理机构将于 3 月 16 日决定是否批准另外三个修复项目。
为了找到最佳的雨水收集项目地点，费舍尔和他的同事在加利福尼亚州蒙特雷县和圣克鲁斯县采取了双管齐下的方法。他们使用地理信息系统绘图来分析土地坡度、可能的集水区大小以及下方蓄水层的状况等因素。他们还使用计算机建模来确定可能存在足够雨水径流的区域。
最终目标不仅是帮助需要灌溉用水的农民，还要通过增加陆地地下蓄水层中的淡水来对抗来自海洋的盐水入侵——这是一个威胁市政和农业供水的迫在眉睫的问题。这种方法还可以帮助生活在溪流和湿地沿岸的动植物，它们在干燥的夏季依赖于蓄水层的水。
费舍尔说：“我们正在努力使水文系统恢复到以前的状态，以便它可以更好地运作。”
加州风暴模式的变化使此举恰逢其时。由于气候变化，雨云正在倾泻更强烈的阵雨。费舍尔及其同事的一项研究表明，虽然旧金山湾区 120 年来的总降水量变化不大，但降雨变得更加集中，强度更大。
科罗拉多州博尔德市国家大气研究中心的气候科学家凯文·特伦伯斯说，这种局部趋势在全球范围内都有体现。“干旱地区变得更加干旱，潮湿地区变得更加潮湿，”他说。“随着气候变化的持续，这种情况只会变得更糟。”
不幸的是，更强烈的降雨并不会自动转化为更多蓄水层的水。“随着更大比例的降水在更短、更强烈的风暴中下降，水渗入地下的机会往往会减少，”费舍尔说。相反，它会迅速流入河流并流向大海。
特伦伯斯和费舍尔一样，看到了这里的机会损失。他说，即使地下水开采仍在继续，“也没有系统地尝试将一些多余的雨水导入地下”。
这正是费舍尔试图改变的，首先从他在帕哈罗谷地区中央海岸的试点项目开始。费舍尔说，该地区以沃森维尔市为中心，“是高价值农作物的中心地带，例如有机浆果、优质蔬菜和沙拉作物”。与此同时，“它完全依赖当地地下水”。费舍尔说，帕哈罗谷农业的高价值，加上不可持续的地下水开采，使该地区成为一个很好的起点。
在过去的四年里，他的团队在山谷中的一块土地上运营着一个约 180 英亩的田间站点，该站点部分是一个正在运营的牧场。研究人员建造了一个两英亩的渗水池——基本上是一个改造过的池塘——一条简单的沟渠将雨水导入其中。所需要的只是重力。“这涉及到一些工程，但技术含量很低，”费舍尔说。重点是“保持简单”。
他说：“我们正在研究如何帮助将更多的水导入水池，找出管理方法以防止系统堵塞，例如，以及提高水质。”
在某些地点，池塘可能不合适，例如在高度发达的地区，或者可能存在积水可能造成公共健康问题的地方。对于这些地点，费舍尔的团队正在研究替代方案：干井的变体，干井已广泛用于处理停车场等地方的雨水径流。
在该系统中，雨水通过入口进入地下室，碎屑在此沉淀，水被过滤。然后水进入第二个室，该室可以延伸到地下 100 英尺或更深的地方。从这里，水被释放。“这个想法是将水放入蓄水层材料的顶部，但在实际水位之上，这样水在向下渗入蓄水层时可以得到一些净化。”为了帮助过滤污染物，研究人员一直在试验不同的材料，例如木屑和木炭，这些材料可用于渗水池底部和干井内部。
如果帕哈罗谷水务管理局董事会在 3 月中旬的投票中批准了他的扩建计划，费舍尔将尝试利用该项目来证明这些方法可以降低地主的水费。这三个额外的区域将配备正反双向运行的用水量计量表。换句话说，计量表不仅会测量农民灌溉所用的地下水，还会倒转以计算从房产上的渗水池中补充的水量。这类似于光伏系统使用的净计量。
费舍尔说：“采用这些系统的土地所有者的水费将被这种方法抵消。” “这在地下水方面是从未有过的。”
在帕哈罗谷，他的长期目标是安装八到十个系统，总共将约 1,000 英亩英尺的额外水渗入下方的蓄水层。一英亩英尺约为 326,000 加仑，足以覆盖一英亩地面，深度为一英尺。平均而言，加州家庭每年室内和室外用水量在 0.5 到 1 英亩英尺之间（但某些地区的用水量要高得多）。
总的来说，费舍尔认为这些系统可以将该地区的地下水补给量提高 10%。费舍尔说：“对于这个盆地来说，这将是一项重大成就。”
尽管如此，这个相对较低的数字也突显了更可持续地利用地下水的挑战。费舍尔说：“我们需要一套解决方案”——包括加强保护工作。“没有一种解决方案能让我们达到 100%。我们必须这里做一点，那里做一点。”