加利福尼亚州地下水抽水导致快速下沉

加利福尼亚州地下水抽水导致快速下沉

一段10英里长的新运河（左）与Friant Kern运河的旧段（右）平行，该运河为农田提供灌溉用水，为圣华金河谷居民提供饮用水。沉陷造成的破坏使运河的流量减少了60%。

简而言之

自2006年以来，过度抽取地下水导致圣华金河谷部分地区的土地多年来每年下沉超过一英尺。

快速而不均匀的下沉迫使数百万美元的基础设施维修，并加剧了世界上农业生产力最高的地区之一的供水问题。

加利福尼亚州有足够的地表水来补充圣华金河谷的关键含水层，以阻止沉船。

一项新的研究表明，在过去的二十年里，由于地下水开采超过了自然补给，加利福尼亚州圣华金河谷的土地一直在以创纪录的速度下沉。

研究人员发现，2006年至2022年间，整个山谷的平均下沉速度达到每年近一英寸。

研究人员和水资源管理人员已经知道，在过去的20年里，下沉（技术上称为“下沉”）一直在发生。但真正的影响并没有得到充分认识，因为总沉降量还没有被量化。这在一定程度上是由于数据差距造成的。提供最精确高程变化测量的卫星雷达系统在2011年至2015年期间没有持续监测圣华金河谷。斯坦福大学的研究人员现在估计了这四年里陆地下沉了多少。

斯坦福大学多尔可持续发展学院地球物理学教授、高级研究作者Rosemary Knight说：“我们的研究是第一次尝试真正量化过去二十年山谷范围内的沉降程度。”。“有了这些发现，我们可以看到缓解这种破纪录沉降的大局。”

这项新研究于11月19日发表在《自然通讯地球与环境》杂志上，为如何通过战略性区域水补给和其他管理方法阻止沉船提供了思路。

土地高度的快速和不均匀下降迫使数百万美元的运河和渡槽修复，这些运河和渡槽将关键的水通过圣华金河谷输送到南加州的主要城市。通过破坏当地的水井和灌溉沟渠，这种沉降也加剧了世界上农业生产力最高的地区之一的供水问题。

“修复Friant Kern运河和加利福尼亚渡槽等主要渡槽的费用非常高，”主要作者Matthew Lees博士说，他是曼彻斯特大学的研究助理，在斯坦福大学攻读地球物理学博士学位时参与了这项研究。“但沉陷也有其他影响。去年的洪水因沉陷而恶化了多少？农民花了多少钱来重新平整土地？沉陷的许多成本尚不清楚。”

历史重演

当水从称为含水层的天然水库中排出时，就会发生沉降，含水层中的水储存在地下沉积物中，包括沙子、砾石和粘土。沉积物像海绵一样充满了孔隙。随着这些空间被清空，沉积物会压实——在某些情况下是永久性的，改变未来的载水能力——并导致地面下降。

在从旧金山湾区东部一直延伸到洛杉矶北部山区的圣华金谷，1925年至1970年间，蓬勃发展的农业和人口增长促使人们积极抽取地下水。结果：4000多平方英里（面积为新泽西州的一半）的土地下沉了12英寸以上，在某些地方达到了约30英尺，这是一次深刻的景观变化，1999年的一份政府报告称其为“人类造成的陆地表面最大的变化之一”。

在安装了新的渡槽后，这个问题在20世纪70年代有所缓解。但在21世纪初，在一系列干旱、地下水开采加剧、土地利用变化和北加州河流输送减少的情况下，它又卷土重来。“山谷中的沉降有两件令人惊讶的事情。第一，1970年之前发生的沉降幅度很大。其次，它今天再次发生，”奈特说。

理解问题

为了测量最近的沉降率，Lees和Knight转向了一种称为干涉合成孔径雷达（InSAR）的技术。该技术通过从轨道发射雷达信号，捕捉大致足球场大小的陆地上的海拔变化，现在频率高达每月几次。信号从地面反射回卫星，对接收到的信号的分析揭示了地面海拔的变化。

由于卫星覆盖范围有限，2011年至2015年期间，圣华金河谷的InSAR数据记录不完整。为了填补这一空白，Lees和Knight使用了分散在整个地区的全球定位系统（GPS）站的高程数据。他们识别了InSAR记录中的空间模式，并利用这些模式插值GPS站之间广大地区的海拔。

研究人员的进一步分析表明，圣华金河谷含水层每年需要大约2200亿加仑的水——通过自然或工程过程——来防止未来的沉降。

这比在满足所有环境需求后，圣华金河谷平均每年剩余的地表水量少约70亿加仑。奈特说：“我乐观地认为，我们可以采取措施解决沉降问题。”。“我的团队和其他人已经研究这个问题一段时间了，这项研究是找出如何可持续解决这个问题的关键。”

补充含水层以防止下沉

加利福尼亚州广泛采用的一种名为洪水管理含水层补给（洪水MAR）的水管理方法可能会有所帮助。它涉及将降水和融雪中多余的地表水转移到水可以向下渗透并补充含水层的地方。

通过MAR洪水浇灌整个山谷是不可行的。奈特说：“我们应该把目标对准沉降将造成最大社会和经济成本的地方。”。“因此，例如，我们研究了沉降会损坏小型社区的渡槽或家庭水井的地方。”

奈特补充道：“从山谷规模的角度来看，我们可以开始思考可行的解决方案。”