orientar la gestión de las inundaciones y combatir la sequía
Una herramienta diseñada por Stanford podría orientar la gestión de las inundaciones y combatir la sequía en curso
Utilizando un nuevo marco informático, los científicos pueden proyectar futuras inundaciones en un clima cambiante. El enfoque podría ayudar a los administradores del agua de California a planificar y redirigir las inundaciones hacia los acuíferos subterráneos, aliviando tanto los riesgos de inundaciones como de sequías.
Las inundaciones no son lo que la mayoría de la gente considera una bendición. Pero podrían ayudar a remediar los sistemas de agua subterránea cada vez más resecos de California, según un nuevo estudio dirigido por Stanford. La investigación , publicada en Science Advances , desarrolla un marco para calcular los futuros volúmenes de agua de inundación bajo un clima cambiante e identifica áreas donde las inversiones en la infraestructura de agua envejecida de California podrían amplificar la recarga de agua subterránea. A medida que el estado se enfrenta a tormentas y sequías más intensas, el almacenamiento de las aguas de las inundaciones no solo reduciría los riesgos de inundaciones, sino que también crearía más reservas de agua para épocas más secas.
Xiaogang He
“Esta es la primera evaluación integral del potencial de recarga de agua de inundación en California bajo el cambio climático”, dijo el autor principal del estudio, Xiaogang He , profesor asistente de ingeniería civil y ambiental en la Universidad Nacional de Singapur que realizó la investigación como becario postdoctoral en el Programa de Stanford. sobre el agua en el oeste .
Ya se trate de ríos que se desbordan en las llanuras del Valle Central, tormentas de marea alta que azotan las zonas costeras de las tierras bajas, inundaciones repentinas que inundan los desiertos del sur o ciudades impermeables cargadas de hormigón que se acumulan con agua, California es susceptible a las inundaciones. Alternativamente, las sequías que se avecinan a menudo generan preocupación sobre el suministro de agua, ya que la disminución del agua subterránea hunde la tierra, contamina el agua potable y reduce los suministros superficiales. Estas reservas en declive también obstaculizan la resiliencia climática: durante los períodos de sequía, hasta el 60 por ciento del agua del estado proviene del agua subterránea y el 85 por ciento de los californianos depende del recurso para al menos una parte de su suministro de agua.
Banco de agua
A medida que el cambio climático intensifica la gravedad y la frecuencia de estos eventos extremos, la amplificación de las tasas de recarga podría ayudar al estado a alcanzar un presupuesto de agua subterránea más equilibrado. Una práctica, denominada banco de agua o recarga gestionada de acuíferos, implica aumentar la infraestructura de superficie, como embalses o tuberías, con infraestructura subterránea, como acuíferos y pozos, para aumentar la transferencia de agua de inundación para su almacenamiento en cuencas de agua subterránea.
Una estrategia más nueva para la gestión de aguas superficiales, en comparación con métodos más tradicionales como embalses y represas, el almacenamiento de agua presenta múltiples beneficios, incluida la reducción del riesgo de inundaciones y la mejora de los servicios de los ecosistemas. Si bien las cuencas de agua subterránea ofrecen una amplia red para la conservación del agua, la identificación de las áreas principales para el reabastecimiento, la infraestructura de medición necesaria y la cantidad de agua disponible sigue siendo clave, especialmente en un clima cálido e incierto.
David Freyberg
“La integración de la recarga gestionada de los acuíferos con las inundaciones en la ya compleja infraestructura de gestión del agua ofrece muchos beneficios, pero requiere una consideración cuidadosa de las incertidumbres y limitaciones. Nuestra creciente comprensión del cambio climático hace que este sea un momento oportuno para examinar el potencial de estos beneficios ”, dijo el autor principal David Freyberg , profesor asociado de ingeniería civil y ambiental en Stanford.
Los investigadores diseñaron un marco para estimar la disponibilidad futura de agua de inundación en todo el estado. Al desarrollar un modelo informático híbrido utilizando simulaciones hidrológicas y climáticas y herramientas estadísticas, el equipo calculó el agua disponible para recarga en diferentes escenarios de cambio climático hasta 2090. También identificaron áreas donde las inversiones en infraestructura deben priorizarse para aprovechar el potencial de inundaciones y aumentar la recarga.
Resumen
groundwater Foto a traves de iStock
La recolección de aguas de inundación para recargar los acuíferos subterráneos agotados puede reducir simultáneamente los riesgos de inundaciones y sequías y mejorar la sostenibilidad de las aguas subterráneas. Sin embargo, el despliegue de esta opción de adaptación multi-beneficiosa está fundamentalmente restringido por la cantidad de agua disponible para recarga (WAFR) en el presente y bajo el cambio climático futuro. Aquí, desarrollamos un marco relevante para las políticas y con información climática para cuantificar el WAFR, su incertidumbre y las acciones políticas asociadas. A pesar de los aumentos sólidos y generalizados en el WAFR proyectado para el futuro en nuestro estudio de caso de California (para el 56/80% de las subcuencas en 2070-2099 bajo RCP4.5 / RCP8.5), las fuertes interacciones no lineales entre la infraestructura de desvío y las incertidumbres de las políticas limitan la cantidad de WAFR puede ser capturado. Para aprovechar el futuro potencial de recarga elevado a través de la expansión de la infraestructura bajo profundas incertidumbres, describimos una nueva tipología de políticas basada en la robustez para identificar áreas prioritarias de necesidades de inversión. Nuestro análisis WAFR puede informar decisiones de inversión efectivas para adaptarse a futuros riesgos de sequía e inundaciones provocados por el clima sobre acuíferos agotados, en California y más allá. orientar
Futuras inundaciones
El equipo descubrió que California experimentará un aumento de las inundaciones debido a patrones de lluvia más intensos y al deshielo más temprano debido a las temperaturas más cálidas, bajo una ventana cada vez más estrecha de clima húmedo concentrado.
En particular, el río Sacramento y la costa norte, junto con la región norte y central de Sierra Nevada, verán volúmenes de agua de inundación más sustanciales. Estos diluvios podrían sobrecargar la infraestructura hídrica actual, como embalses y acueductos. Sin embargo, si la región está preparada con infraestructura adicional de desviación de aguas de inundación, como canales o tuberías, podría maximizar el potencial de recarga y transferir más hacia el árido sur de California.
Las proyecciones futuras encuentran condiciones inalterables o, en algunos casos, incluso más secas en el sur de California. Esta brecha cada vez mayor es una mala noticia para la región, que actualmente tiene mayores necesidades de recarga y agotamiento de las aguas subterráneas que su contraparte del norte. Este desajuste entre la abundancia de agua y la necesidad revela un desafío profundo para las prácticas de recarga, en términos de mover grandes volúmenes de agua desde donde estará disponible en el norte de California hasta donde se necesitará hacia el sur.
Los investigadores también encontraron estimaciones de recarga para el Valle de San Joaquín, una de las regiones agrícolas más productivas del mundo, que podrían ayudar a reabastecer una gran parte de los acuíferos subterráneos agotados. Situada en la base de las montañas de Sierra Nevada, esta región necesitará acomodar mayores volúmenes de agua tanto por encima como por debajo de la superficie para maximizar el potencial de recarga. Los administradores del agua deberán expandir los proyectos de transporte y reabrir los reservorios allí.
Si bien los impactos climáticos son la influencia más dominante, los investigadores señalan que otros factores, incluida la capacidad de la infraestructura, las limitaciones de las políticas, las preocupaciones financieras y ambientales deben considerarse conjuntamente durante el proceso de planificación.
el estudio es adaptable y escalable para gestionar la sequía, las inundaciones y los acuíferos subterráneos agotados en todo el mundo.
“A escala mundial, solo el 1 por ciento de la recarga de agua subterránea se produce a partir de la recarga gestionada de los acuíferos”, dijo. “Este trabajo se puede aplicar para ayudar a otros acuíferos agotados, como la llanura del norte de China o el Alto Ganges de la India, a alcanzar y mantener niveles sostenibles de agua subterránea”.
David Freyberg también es investigador principal del Instituto para el Medio Ambiente de Stanford Woods . Otros autores son Benjamin P. Bryant, colaborador de investigación de WitW que actualmente trabaja en Millennium Challenge Corporation; Tara Moran, colaboradora de investigación de WitW y presidenta del Consorcio de Datos de Agua de California; Katharine J. Mach, profesora asociada, Universidad de Miami; y Zhongwang Wei, profesor asociado de la Universidad Sun Yat-Sen.
Fig. 1 Evaluación multiescala del potencial WAFR máximo histórico y futuro proyectado para el año hídrico (octubre a septiembre) ( maceta WAFR ).
Estimaciones de nivel de subcuencas a nivel estatal de la olla WAFR de año de agua a largo plazo durante el período histórico (1976-2005) ( A y B ) y sus cambios relativos en el futuro lejano (2070-2099) bajo RCP4.5 ( C ) y RCP8 .5 ( D ) escenarios. La eclosión representa cambios robustos ( P <0.05). ( A ) Olla WAFR estimada sobre subcuencas calibradas (delineadas en color gris) y no calibradas (consulte la clasificación de subcuencas en Materiales y métodos). (B) Estimaciones medianas de la olla WAFR de conjuntos multimodelo. La barra de colores en (A) representa el sesgo porcentual de la olla WAFRentre simulaciones de modelos y observaciones. El tamaño de las gotas de agua en (A) y (B) representa el valor absoluto de WAFR pero representa cambios relativos en (C) y (D). ( E ) Serie de tiempo que muestra la mediana del conjunto multimodelo (línea continua) y las incertidumbres del modelo asociado (dispersión del 25 al 75%) de la maceta WAFR por año de agua desde 1976 a 2099 agregada sobre el Valle de San Joaquín (SJV). Los diagramas de caja muestran la distribución de la maceta WAFR en diferentes modelos climáticos durante períodos históricos (1976–2005), de futuro cercano (2021–2050) y de futuro lejano (2070–2099) bajo RCP4.5 (color azul) y RCP8. 5 escenarios (color naranja). La línea discontinua horizontal es la olla WAFR histórica estimada a partir del caudal observado. Nota: olla WAFRen (A) a (E) se calcula utilizando un umbral de flujo de alta magnitud del 90%. El límite de SJV cubre dos cuencas fluviales: la cuenca del río San Joaquín y la cuenca del Tulare. El sur de California se refiere a los 10 condados más al sur del estado. WAFR, agua disponible para recarga; RCP, vía de concentración representativa. OBS, observación; HIST, histórico.
Este trabajo fue apoyado por la Fundación SD Bechtel, Jr., la Fundación Ishiyama, el proyecto Tier-1 del Fondo de Investigación Académica del Ministerio de Educación de Singapur (R-302-000-265-133) y la Escuela Rosenstiel de Marina y Atmosférico de la Universidad de Miami. Ciencias.
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