L'épuisement des aquifères californiens par pompage excessif des eaux souterraines a suscité un intérêt croissant pour la « recharge gérée des aquifères, " qui reconstitue les aquifères épuisés en utilisant les eaux de surface disponibles, comme les débits élevés des rivières, ruissellement des tempêtes hivernales, ou des eaux usées recyclées. À la fois, on s'inquiète de plus en plus de la contamination des nappes phréatiques par les nitrates provenant des engrais, fosses septiques, et d'autres sources.

Les chercheurs de l'UC Santa Cruz abordent les deux problèmes avec un programme en cours dans la vallée de Pajaro, où ils ont mis en œuvre et étudié des projets de recharge des eaux souterraines et évalué des méthodes pour améliorer la qualité de l'eau à mesure qu'elle s'infiltre dans le sol.

« Alors que nous intensifions les efforts de recharge des eaux souterraines, il est important d'éviter de contribuer aux problèmes de qualité de l'eau. Si nous mettons de l'eau de bonne qualité dans le sol, il diluera tous les contaminants qui se trouvent déjà dans les eaux souterraines, " a déclaré Andrew Fisher, professeur de sciences de la Terre et des planètes à l'UC Santa Cruz.

Dans une étude acceptée pour publication dans Recherche sur l'eau , L'équipe de Fisher a montré que le simple ajout d'une couche de copeaux de bois là où l'eau s'infiltre dans le sol peut éliminer les nitrates de l'eau en stimulant l'activité microbienne dans le sol sous-jacent. Sarah Beganskas, qui a dirigé l'étude dans le cadre de son doctorat. recherche de thèse, a déclaré que les copeaux de bois fournissent une source de carbone nécessaire aux bactéries dénitrifiantes dans le sol.

"Nous avons pu constater une augmentation de l'élimination des nitrates de l'eau et, à la fois, abondance accrue des microbes qui effectuent ce processus, " dit-elle. " Les copeaux de bois ont augmenté l'élimination des nitrates même à des taux d'infiltration rapides, ce qui est important car les sites de recharge avec des taux d'infiltration élevés sont souvent préférés."

Tout aussi important est que les copeaux de bois sont relativement peu coûteux. « Ce doit être une technologie rentable pour être pratique, " dit Fisher.

Gestion durable des eaux souterraines

Le programme de recherche sur les eaux souterraines de Fisher donne des résultats précieux au moment même où la Californie a lancé une campagne sérieuse pour une gestion durable des eaux souterraines dans tout l'État. En vertu de la loi sur la gestion durable des eaux souterraines (SGMA) adoptée en 2014, de nouvelles agences sont créées dans tout l'État pour gérer les ressources en eaux souterraines.

"C'est une fenêtre d'opportunité pour nous de faire connaître certaines de ces idées et de donner aux agences des choix et des outils qu'elles peuvent utiliser, " Fisher a déclaré. "La Californie a une abondance de ruissellement. Le problème, c'est que nous n'avons pas assez d'endroits pour le mettre en surface. Nous avons beaucoup d'espace sous terre."

Fisher et ses étudiants ont travaillé avec le district de conservation des ressources du comté de Santa Cruz pour identifier les sites potentiels de recharge des eaux souterraines en cartographiant le ruissellement des eaux pluviales et les conditions hydrologiques dans tout le comté de Santa Cruz et le nord du comté de Monterey. Leur analyse identifie des sites avec à la fois un ruissellement suffisant et de bonnes conditions pour l'infiltration de l'eau dans les aquifères sous-jacents. Leur rapport, ainsi que des cartes et autres données du projet, est disponible en ligne.

Beganskas a noté que même dans une année sèche, une seule tempête intense peut créer beaucoup de ruissellement. Par ailleurs, de nombreuses études climatiques prédisent davantage d'extrêmes dans les régimes de précipitations à mesure que les températures mondiales augmentent. Cela signifie plus d'années extrêmement humides et d'années extrêmement sèches. Cela signifie également des précipitations plus intenses, avec plus de pluie qui s'écoule plutôt que de s'infiltrer dans le sol.

« Le changement climatique et les changements dans l'utilisation des terres, où le développement crée des surfaces plus imperméables, entraînent une augmentation du ruissellement. Cela motive donc vraiment ces efforts de collecte des eaux de ruissellement pour recharger les aquifères, " a déclaré Beganskas.

Recharger le net metering

Fisher s'efforce également de relever les défis économiques des projets de recharge des eaux souterraines. Il a proposé un programme de "recharge net metering" pour aider les propriétaires fonciers à récupérer les coûts d'installation et d'exploitation des bassins de recharge des eaux souterraines sur leur propriété. Il a été approuvé par le conseil d'administration de la Pajaro Valley Water Management Agency en 2016 pour un essai de cinq ans, et Fisher a déclaré qu'il espère que le programme pourra servir de modèle pour d'autres régions confrontées à des défis similaires.

« Nous avons essayé de résoudre le problème à plusieurs niveaux en nous associant à des agences régionales et en collaborant avec d'autres chercheurs, ", a-t-il déclaré. Fisher est responsable du campus de l'UC Water Security and Sustainability Research Initiative (UC Water), qui aide à établir des collaborations et des partenariats pour résoudre les problèmes de gestion de l'eau.

La recherche sur l'élimination des nitrates fait partie d'une collaboration avec le microbiologiste Chad Saltikov, professeur et président de microbiologie et de toxicologie environnementale à l'UC Santa Cruz, grâce au financement de la Fondation Gordon et Betty Moore. Dans les études en cours, les chercheurs comparent l'efficacité de différentes sources de carbone en tant qu'amendements du sol pour stimuler l'élimination des nitrates, et ils étudient des approches similaires pour traiter d'autres contaminants.

« Le nitrate est sans doute le contaminant le plus répandu des eaux souterraines, c'était donc notre préoccupation numéro un, " a déclaré Beganskas. " Nous commençons également à examiner d'autres contaminants, comme l'arsenic, ce qui est une préoccupation croissante dans certains domaines."

Fisher a déclaré que la vallée de Pajaro était un bon site à la fois pour tester des solutions pratiques et pour faire des recherches scientifiques intéressantes. La région dépend fortement des eaux souterraines et est confrontée à de graves problèmes de surpompage, y compris l'intrusion d'eau salée de la côte. Par conséquent, les propriétaires fonciers et l'agence régionale de l'eau sont très motivés pour essayer des stratégies telles que la recharge gérée des aquifères.

"Et il y a de la bonne science à faire, " a déclaré Fisher. " Ces étangs de recharge nous donnent un coup de projecteur sur les processus qui se produisent lorsque l'eau s'infiltre dans le sol, et nos découvertes nous aident à concevoir des stratégies de recharge efficaces."