Vedci pozorovali vylepšené dobitie vodonosnej vrstvy v delte Arkansasu

dwmru-team-1-w.haigwoodcopy.jpg

Desaťročia čerpania podzemnej vody v delte spôsobili pokles aluviálnej zvodnenej vrstvy v údolí rieky Mississippi (MRVA). Tieto poklesy vo vodonosnej vrstve viedli k kritickým oblastiam podzemnej vody v Arkansase a výskumníci skúmajú, ako ju dobiť.

Oblasť s nádržou na farme v oblasti Cache River Critical Groundwater Area (CRCGA) slúži ako výskumná lokalita a projekt riadi Delta Water Management Research Unit (DWMRU) USDA – Agricultural Research Service (ARS).

Zľava Allegra Pieri, Deborah Leslie a Michele Reba hodnotia plány projektu. (Whitney Haigwood)

Michele Reba, hydrológ a vedúci vedecký pracovník pre DWMRU, sa pripojila k skupine členov tímu, aby poskytli prehľad o projekte Managed Aquifer Recharge (MAR).

„Pozadie je založené na významných poklesoch, ktoré sme zaznamenali v CRCGA od 80. rokov minulého storočia. Veľká časť vodonosnej vrstvy je vyrobená z hrubého materiálu a môže zadržať vodu, ale časti vodonosnej vrstvy už vodu nezadržiavajú.

“Pri spárovaní s prebytočnou povrchovou vodou v oblasti poskytujú charakteristiky vodonosnej vrstvy príležitosť pre tento systém MAR.”

Reba povedal, že vývoj projektu prevzal prácu mnohých zástancov v odvetví ag, vrátane výskumníkov, vlastníkov pôdy, postgraduálnych študentov a financujúcich subjektov vrátane Natural Resources Conservation Service a Cotton Incorporated.

Tom Wimpy, prevádzkovateľ farmy na mieste projektu, povedal:

„Na tejto pôde sme hospodárili posledných 5 desaťročí a s týmto výskumným tímom sme roky spolupracovali pri využívaní ochrany vody,“ povedal Tom Wimpy, prevádzkovateľ farmy na mieste projektu. “Tento projekt prišiel ako príležitosť na dobitie vodonosnej vrstvy dostupnou povrchovou vodou a tešíme sa na výsledky.”

Zásobníkové systémy

Časom bolo v CRCGA zriadených viac ako 140 nádrží na kompenzáciu suchých studní a poklesu hladiny podzemnej vody.

distribučný-systém-w.haigwood.jpg

Miesto Managed Aquifer Recharge (MAR) sa nachádza v oblasti kritickej podzemnej vody Cache River na severovýchode Ark. (Whitney Haigwood)

“V priemere za väčšinu rokov naprší 50 palcov,” povedal Reba. „Systémy nádrží v podstate umožňujú akumuláciu povrchovej vody v zime a na jar. Poľnohospodári môžu túto vodu skladovať a používať pri pestovaní plodín v lete, keď ju najviac potrebujú.“

Dodala, že zavedenie systému nádrží je rozhodnutím vlastníka pôdy, ktoré si môže vyžiadať vyradenie časti poľnohospodárskej pôdy z produkcie. Pre mnohých farmárov to funguje dobre v závislosti od ich polohy a druhu plodín, ktoré pestujú.

Nádrže samozrejme fungujú ako usadzovacie nádrže. Voda je na druhej strane menej zaťažená sedimentmi a poskytuje čistejší zdroj vody na dobíjanie vodonosnej vrstvy.

Výber a vývoj lokality

Výber miesta bol súčasťou základného výskumu pre systém MAR.

Deborah Leslie, odborná asistentka na Katedre vied o Zemi na Univerzite v Memphise, povedala: “Pri výbere lokality sme najprv museli charakterizovať nádrž, aby sme zistili, či ju môžeme použiť ako zdrojovú vodu.”

Výskumný tím študoval realizovateľnosť 70 nádrží v centrálnom CRCGA a hodnotenie zahŕňalo:

  • podpovrchové ložiská
  • vlastnosti hornej nenasýtenej zvodnenej vrstvy
  • monitorovanie kvality vody na pozadí
  • dostupnosť priestoru na výstavbu staveniska

dwmru-working-w.haigwood.jpg

Projekt poháňajú solárne panely a tímová práca. (Whitney Haigwood)

Zúžili to na päť možných lokalít na výber lokality. Leslie opísal hydrológiu vybranej lokality, ktorá leží dlhých 125 stôp nad hladinou podzemnej vody.

“Je tam čiapočka, ktorá je väčšinou hlinená a siaha približne 12 stôp. To je skvelé na zavlažovanie ryže, pretože pôda zadržiava vodu na povrchu. Na druhej strane bráni vode dostať sa do zvodnenej vrstvy.”

“Pod hlineným uzáverom sa stretnete s hornou vodonosnou vrstvou, ktorá je primárne 100 stôp piesku, čo vytvára pekný prírodný filter pre vstrekovanú povrchovú vodu,” povedala.

Kvalita nad kvantitu

Výskumný tím musel získať povolenie od ministerstva kvality životného prostredia v Arkansase (ADEQ). Schválenie umožňuje každoročné vstrekovanie vysoko nad hladinu podzemnej vody na výskumnom mieste od novembra. 1 do 30. apríla.

Povolené načasovanie zaisťuje, že projekt neovplyvní zavlažovanie pomocou vody zo zásobníka počas sezóny pestovania plodín. Okrem toho načasovanie predstavuje menšie riziko odtoku živín a chemikálií v povrchovej vode.

Reba dôrazne vyjadril, že kvalita vody je hlavnou zložkou projektu.

„Pri dopĺňaní vodonosnej vrstvy sme veľmi opatrní a uvedomujeme si kvalitu. Ak vstrekovanie spôsobí akýkoľvek problém s kvalitou vody, budeme to musieť prehodnotiť,“ povedala.

Nabíjanie vodonosnej vrstvy

Vsakovacie štôlne sú štrkom vysypané ryhy vybudované v hornom nenasýtenom piesku MRVA s vodovodným potrubím, ktoré ich spája s odtokom zdrojovej vody. Na tomto mieste sú dve priekopy.

Výstavba sa začala v októbri 2020. Kvôli meškaniu počasia trvalo vykopanie miesta a inštalácia vodovodného systému šesť mesiacov.

Allegra Pieri je postgraduálnou študentkou environmentálnej vedy na štátnej univerzite v Arkansase a technikom pre DWMRU. Bola vedúcou na mieste pri výstavbe vsakovacej galérie a opísala proces.

Výstavba prebiehala na voľnej ploche vedľa hrádze nádrže. Dve priekopy boli vyhĺbené 17 stôp pod povrchom. Každá priekopa má lichobežníkový tvar, v hornej časti má rozmery 60 x 20 stôp a smerom dole sa zužuje.

“Počas procesu výkopu na odstránenie hlineného uzáveru bola potrebná značná miera bezpečnosti výkopu,” pripomenul Pieri.

Priekopa bola vysypaná štrkom a boky a vrch boli vyložené filtračnou tkaninou a v galérii bol umiestnený vodovodný systém.

„Naprieč vrchom štrku bola položená horizontálna rozvodná rúra a na ňu boli pripevnené vertikálne injektážne rúry. Tieto injektážne rúry boli predĺžené na povrch pôdy, keď sa vykopaný materiál počas procesu zásypu presúval späť cez výkop,“ vysvetlila.

Po boji s ďalšími meškaniami počasia bola galéria úplne uzavretá a zasypaná vo februári 2021. Pieri povedal, že konfigurácia distribučných, energetických a čerpacích systémov trvala ďalší rok.

Systém MAR beží na solárnu energiu a námorné batérie. Tri čerpadlá v nádrži posielajú zdrojovú vodu do veľkej záchytnej nádrže na vrchu hrádze.

Vodná gravitácia preteká centrálnym vedením a je rozptýlená do podzemného potrubia. Potom sa filtruje, keď sa pohybuje cez galériu a do zvodnenej vrstvy.

Monitorovanie a výsledky

V minulej sezóne bol tím zameraný na konštrukčný a prevádzkový výkon. Počiatočné čerpanie sa začalo vo februári 2022. Aj keď malo krátke trvanie kvôli načasovaniu povolenému ADEQ, Pieri zaznamenal potvrdený posun nasýtenia sledovaný vodivosťou pôdy.

V tejto sezóne bude tím čerpať a vstrekovať povrchovú vodu pre celé povolené okno. Cieľom je vidieť odraz vo vodnej hladine a kvantifikovať ho.

Prietokomer zaznamenáva objem vstrekovanej vody.

Okolo galérie sú tri triangulované monitorovacie studne. Tieto studne sú vybavené prístrojmi na meranie zmien hladiny podzemnej vody.

Na ochranu bezpečnosti a integrity projektu sa bude kvalita vody merať vo všetkých bodoch systému vyhodnotením vody v nádrži, nenasýtenej zóny pod galériou a miestnej podzemnej vody.

Leslie poznamenal: “Podzemná voda má vyššie zložky v porovnaní s vodou v nádrži, takže dôkladne monitorujeme vzorky, aby sme sa uistili, že do podzemnej vody nevkladáme nič, čo tam ešte nebolo.”

Veľkým problémom je potenciálne upchatie galérie materiálom naloženým sedimentmi v povrchovej vode. Ak sa tak stane, do vodonosnej vrstvy sa bude môcť dostať menej vody a v konečnom dôsledku to ovplyvní životnosť systému MAR. Reba tvrdil, že o tejto možnosti sa dá zistiť viac.

„Ešte nie je pripravený na umiestnenie na farmu. Nemôžeme s istotou povedať, čo z tohto systému získame. Preto prijímame opatrenia na kvantifikáciu každého kroku. Ak to bude fungovať tu, možno sa nám to podarí rozšíriť na iných miestach.“

Vedci pozorovali vylepšené dobitie vodonosnej vrstvy v delte Arkansasu

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *