Le pompage excessif des aquifères souterrains peut entraîner l'affaissement des terres environnantes et endommager les rues, ponts et autres infrastructures, stockage réduit des eaux souterraines, et de l'eau potable contaminée, selon des chercheurs du Missouri S&T. Ils utilisent une forme d'intelligence artificielle connue sous le nom d'apprentissage automatique pour cartographier le naufrage, appelé affaissement des terres, afin d'aider les responsables de la politique de l'eau à prendre des décisions éclairées.

Dr Ryan Smith, professeur assistant d'hydrologie au département des géosciences et génie géologique et pétrolier de S&T, dit la hausse des températures, l'évolution des régimes de précipitations et la demande croissante d'eau douce exercent une pression supplémentaire sur les aquifères. Des sécheresses plus fréquentes et extrêmes ainsi que des inondations réduisent la capacité de capter et de stocker l'eau. L'ouest des États-Unis a été particulièrement touché en raison de la disponibilité limitée des eaux de surface, des populations en croissance rapide et des cultures de grande valeur qui nécessitent de grandes quantités d'eau.

Les méthodes traditionnelles de mesure de l'affaissement des terres dans les zones d'extraction des eaux souterraines prennent non seulement du temps, mais aussi coûteux et pourrait entraîner des erreurs ou des lacunes, dit Smith. Inversement, L'apprentissage automatique quantifie la relation entre les données largement disponibles sur les eaux souterraines et l'affaissement des sols et peut être utilisé pour prédire l'affaissement futur. Les données comprennent les taux d'évaporation de la surface terrestre et des plantes, l'utilisation des terres et l'épaisseur des sédiments.

Pour mener à bien leurs recherches, Smith et son doctorat. étudiant, Sayantan Majumdar, compilé des données hydrologiques et d'affaissement à partir de satellites et de stations GPS au sol dans l'ouest des États-Unis, dont la Californie, Arizona, et du Nevada.

La Californie représente 75 % de l'affaissement total de l'ouest des États-Unis. Les eaux souterraines irriguent des millions d'acres de terres cultivées dans la vallée centrale de Californie, une bande de 450 milles de terres agricoles où un tiers des fruits et légumes du pays sont cultivés. C'est l'une des zones les plus touchées par l'affaissement. Le modèle de Smith et Majumdar estime que la terre s'enfonce de plus de deux pouces par an sur une grande partie de la vallée, et les taux d'affaissement dans certaines parties de la vallée ont été mesurés à près d'un pied par an.

« Cela affecte les infrastructures—les maisons, ponts et canaux, " dit Smith. " Les canaux se fissurent ou ne fonctionnent pas correctement. La Californie construit également un train à grande vitesse à travers la vallée, donc cette information pourrait les aider à planifier.

Le potentiel de lixiviation de l'arsenic est un problème indirect avec l'affaissement, dit Smith. Comme le pompage abaisse les niveaux d'eau dans les aquifères peu profonds utilisés pour l'irrigation, les habitants se tournent vers des eaux plus profondes pour leur approvisionnement en eau potable. Pompage de plus en plus profond, les aquifères sous pression peuvent entraîner le compactage de l'argile contenant de l'arsenic et la libération de contaminants dans l'aquifère, élever l'arsenic dans l'eau potable à des niveaux dangereux. Ces aquifères contiennent de l'eau vieille de plusieurs milliers d'années, et ils ne se reconstituent pas rapidement, dit Smith.

Smith et Majumdar étendent leur méthode pour estimer d'autres conditions hydrologiques, comme la demande en eaux souterraines dans les aquifères à forte utilisation, y compris l'aquifère des hautes plaines au Kansas, les aquifères du bassin et de l'aire de répartition en Arizona et l'aquifère alluvial du fleuve Mississippi dans le sud des États-Unis. Les résultats pourraient affecter la gestion des eaux souterraines dans le monde et au Missouri.

"La région humide du sud-est du Missouri a une forte demande en eau souterraine pour les cultures, " Smith dit. "Les fonctionnaires de la plaine alluviale du Mississippi pourraient utiliser ce que nous avons appris pour planifier à l'avance les besoins en eau souterraine. Nous voulons travailler avec la communauté agricole pour un gagnant-gagnant. »

Smith et Majumdar ont écrit un article sur la recherche. Leurs conclusions sont publiées dans Recherche sur les ressources en eau , une publication de l'American Geophysical Union (AGU).