Introduzione al monitoraggio dell'esaurimento dell'aquifero

Le strategie di monitoraggio delle acque reflue, le formazioni geologiche di subsuperficie che immagazzinano e trasmettono le acque sotterranee, forniscono quasi la metà dell’acqua potabile del mondo e oltre il 40% dell’acqua di irrigazione. Tuttavia, queste risorse vitali sono esaurite più velocemente di quanto possano essere naturalmente rifornite in molte regioni aride e semi-aride.

Il ruolo della telerilevamento nel monitoraggio delle acque sotterranee

Il rilevamento remoto comporta l’acquisizione di informazioni sulla superficie terrestre senza contatto fisico diretto, tipicamente attraverso satelliti o sensori basati su aerei. Questi sensori catturano le radiazioni elettromagnetiche attraverso varie lunghezze d’onda, rivelando cambiamenti nella copertura spaziale, nell’umidità del suolo, nella salute della vegetazione e nella misura dell’acqua superficiale.

Sistemi di informazione geografica (GIS) come piattaforma di integrazione

GIS fornisce un quadro per l'organizzazione, l'analisi e la visualizzazione di queste informazioni. GIS è un sistema basato su computer che cattura, memorizza, gestisce e analizza i dati geograficamente riferiti. Nel contesto del monitoraggio dell'aquicoltura, gli strati di GIS rilevano le uscite remote con altri set di dati rilevanti: registri di pozzo, registri di precipitazioni, mappe di uso del suolo e indagini geologiche.

Combinazione di rilevamento remoto e GIS per l'analisi di Aquifer

I sistemi di rilevamento remoto offrono il flusso di dati; GIS fornisce il motore analitico. Ad esempio, le mappe di subsidenza in SAR possono essere importate in un ambiente GIS e si uniscono a un sistema di simulazione di posizioni di un database di acqua di terra.

Tecniche di rilevamento remoto chiave per il monitoraggio dell'assegno

Le diverse tecniche di telerilevamento sono particolarmente rilevanti per il monitoraggio della deplezione dell'aquilo, che sfrutta i diversi segnali superficiali per indurre i cambiamenti della subsuperficie.

Indice di Vegetazione di Differenze Normalizzate (NDVI)

Il NDVID calcola la differenza tra la vegetazione quasi infrarossa (fortemente riflessa da una vegetazione sana) e la luce rossa (asciutta da clorofilla). L'indice risultante varia da -1 a 1, con valori più elevati che indicano la vegetazione più densa e più verde. Nelle regioni agricole che si basano su acque sotterranee, un declino persistente in NDVI può segnalare la disponibilità di acqua ridotta, soprattutto durante le stagioni secche quando si prevede l'irrigazione è prevista per mantenere la salute delle colture.

Temperatura di superficie terrestre (LST)

LST misura la temperatura della superficie terrestre come rilevato dai sensori a infrarossi termici. La vegetazione esercita un effetto di raffreddamento attraverso la traspirazione; quando le piante sperimentano lo stress idrico, riducono la traspirazione, causando la superficie fogliare e del terreno per riscaldarsi. Di conseguenza, le aree con anomalie superficiali esaurite presentano spesso l’LSM elevato rispetto all’ambiente.

Radar apertura sintetico interferometrico (InSAR)

InSAR utilizza due o più immagini radar di apertura sintetica (SAR) della stessa area per generare interferogrammi che mappano la deformazione della superficie del terreno. Quando l'acqua viene estratta da un aquilo, la matrice di roccia porosa compressa, causando il terreno sopra a affondare - spesso da centimetri all'anno in bacini fortemente pompati.

Gravimetria satellitare GRACE

Il Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE), una missione congiunta del Centro Aerospaziale della NASA-Germania, misura i cambiamenti nel campo della gravità della Terra in orbita. Poiché la ridistribuzione della massa dell'acqua altera la gravità, GRACE può rilevare variazioni nella conservazione totale dell'acqua, comprese le acque sotterranee, l'umidità del suolo e l'acqua di superficie, oltre i passi mensili a una risoluzione grossola (circa 150.000 chilometri quadrati).

Studi e applicazioni dei casi

Le implementazioni del mondo reale dimostrano il valore pratico del telerilevamento e del GIS per il monitoraggio delle deplezioni di aquiferi.

High Plains Aquifer, Stati Uniti

I ricercatori hanno combinato le stime di evapotraggio basato su Landsat con le misurazioni e i dati GRACE per mappare i tassi di esaurimento. I modelli GIS hanno identificato che circa il 30% dell’azione dell’aquifero è stato esaurito fin dalla pre-sviluppo, con i più gravi decrementi nella regione centrale di conservazione.

Cina settentrionale Plain

Nella pianura della Cina settentrionale, l’irrigazione intensiva per il grano e il mais ha abbassato i tavoli d’acqua fino a 50 metri in alcune aree. Gli scienziati hanno usato InSAR per rilevare i tassi di sottospecie superiori a 100 mm all’anno vicino a Pechino, correlando con la pompaggio delle acque sotterranee urbane.

Paesi del Consiglio di cooperazione del Golfo

In regioni aride come l'Arabia Saudita e gli Emirati Arabi Uniti, gli aquiferi fossili (acqua sotterranea non rinnovabile) sono stati estratti per l'irrigazione. I dati GRACE documentati rapida perdita di massa nel sistema aquifero arabo, una tendenza di deplezione che ha accelerato negli anni 2000.

Vantaggi di rilevamento remoto e GIS per la gestione dell'acqua

In primo luogo, l'efficienza dei costi: l'immagine satellitare copre grandi aree ad una frazione del costo di installazione e mantenimento di reti fitte di pozzo. In secondo luogo, la completezza spaziale: il rilevamento remoto fornisce dati coerenti tra i confini internazionali e i terreni remoti, consentendo valutazioni trasversali dell'aquilo.

Sfide e limitazioni

La risoluzione spaziale rimane un ostacolo: GRACE osserva solo le scale regionali, mentre i sensori di risoluzione moderata (ad esempio, Landsat a 30 metri) non possono rilevare le singole deplezioni di livello agricolo. La risoluzione temporale varia anche: il ciclo di misurazione dell’umidità di 16 giorni può perdere i cambiamenti rapidi durante le stagioni di pompaggio.

Le direzioni future

I progressi nella tecnologia promettono di superare molte limitazioni attuali. L'imminente Sentinel-2 mission offre una risoluzione temporale più alta (5 giorni di rivisit) e dettagli spaziali (10-20 metri) rispetto a Landsat. Nuovi record di acqua satellitare con sensori radar e termici stanno avviando, aumentando la frequenza di osservazioni InSAR e LST.

Conclusioni

La valutazione dei rischi di depletion e di depletion è un'analisi di tipo di tipo di tipo di tipo di tipo di tipo di tipo di tipo di tipo di tipo di tipo di tipo di tipo, che si basa su un'analisi di tipo di tipo di tipo di tipo di tipo di tipo di tipo di tipo di tipo di tipo di tipo di tipo di tipo di tipo di tipo di tipo, che è un'analisi di tipo di tipo di tipo di tipo di tipo di tipo di tipo di tipo di tipo di tipo di tipo di tipo di tipo di tipo di tipo di tipo di tipo di tipo di tipo di tipo di tipo di tipo.