De nouveaux travaux de l'UC San Diego pourraient être révolutionnaires pour la gestion de l'utilisation des eaux souterraines dans les régions agricoles du monde, car la surveillance et la gestion des eaux souterraines ont été notoirement difficiles à réaliser en raison du manque de données fiables. Crédits :adamkaz
Des chercheurs de l'Université de Californie à San Diego rapportent dans une nouvelle étude un moyen d'améliorer la surveillance des eaux souterraines en utilisant une technologie de télédétection (connue sous le nom d'InSAR), en conjonction avec les données sur le climat et l'occupation du sol, combler les lacunes dans la compréhension des eaux souterraines durables dans la vallée de San Joaquin en Californie.
Leur travail pourrait être révolutionnaire pour gérer l'utilisation des eaux souterraines dans les régions agricoles du monde entier, car la surveillance et la gestion des eaux souterraines ont été notoirement difficiles à réaliser en raison du manque de données fiables.
Le satellite InSAR (radar interférométrique à ouverture synthétique) est utilisé pour créer des cartes haute résolution des mouvements de la surface terrestre dans l'espace et le temps, y compris la mesure de l'affaissement (ou de l'affaissement). L'affaissement peut se produire lorsque de grandes quantités d'eau souterraine sont retirées des réserves souterraines, appelés aquifères.
L'étude, publié dans la revue Lettres de recherche environnementale , a profité de la résolution incroyablement fine de l'InSAR pour évaluer les modèles d'affaissement selon le type de culture, révélant des résultats surprenants. Par exemple, malgré les rapports de forte consommation d'eau par les cultures de fruits et de noix en Californie, les types de cultures avec les taux d'affaissement les plus élevés, et par association les taux les plus élevés d'utilisation des eaux souterraines, étaient des cultures de plein champ comme le maïs et le soja, suivi de cultures de pâturage comme la luzerne, cultures maraîchères comme les tomates, et enfin, les cultures de fruits et de noix comme les amandes et les raisins.
"Notre hypothèse initiale était que les cultures de fruits et de noix seraient associées à certains des taux d'affaissement les plus élevés, mais nous avons trouvé le contraire, " a déclaré l'auteur principal de l'étude, Morgan Levy, un professeur assistant avec une nomination conjointe avec l'Institut d'océanographie Scripps et l'École de politique et de stratégie mondiales de l'UC San Diego.
Parce que le déplacement est une réponse au changement de stockage des eaux souterraines dans des endroits avec une géologie variable, sols et végétation, l'interprétation de l'InSAR varie selon les lieux, contrairement aux mesures satellitaires du climat qui ont la même interprétation dans n'importe quel endroit. Par conséquent, InSAR doit être combiné avec d'autres sources de données géophysiques pour obtenir un aperçu spécifique à l'emplacement de l'utilisation des eaux souterraines.
Au cours de la période d'étude, il y avait une médiane de 272 millimètres (ou 16 pouces) d'affaissement cumulatif total pour les grandes cultures (comme le maïs et le soja). Pour les cultures de fruits et de noix, (comme les amandes et les raisins) il y avait une moyenne de 62 millimètres (2,5 pouces) d'affaissement total. Crédit :UC San Diego
En combinant InSAR avec d'autres ensembles de données de surface terrestre, y compris la couverture terrestre, évapotranspiration potentielle (une mesure de la demande en eau des plantes), et la localisation des réseaux d'adduction d'eau de surface, Des chercheurs de l'UC San Diego ont découvert qu'entre 2015 et 2017, l'affaissement s'est produit à des taux beaucoup plus élevés dans les terres cultivées irriguées par rapport aux terres non aménagées, et dans les années sèches où les eaux de surface sont limitées par rapport aux années humides.
Au cours de la période d'étude, il y avait une médiane de 272 millimètres (ou 16 pouces) d'affaissement cumulatif total pour les grandes cultures (comme le maïs et le soja), et un taux d'affaissement par année d'eau sèche de 131 millimètres (5 pouces) par an. Pour les cultures de fruits et de noix, (comme les amandes et les raisins) il y avait une moyenne de 62 millimètres (2,5 pouces) d'affaissement total au cours de la période d'étude, et un taux d'affaissement par année d'eau sèche de 31 millimètres (1 pouce) par an.
"Le résultat pourrait s'expliquer par deux choses. Premièrement, en moyenne, les fruits et les noix nécessitent moins d'eau physiologiquement, par rapport aux cultures de plein champ et de pâturage. Seconde, les cultures de plein champ et de pâturage ont tendance à utiliser des méthodes d'irrigation moins efficaces et plus volumineuses que celles utilisées pour les cultures de fruits et de noix, " dit Levy. " Cependant, les fruits et les noix peuvent encore consommer des volumes totaux d'eau plus importants car ils occupent une plus grande superficie, même si leur intensité d'utilisation des eaux souterraines est moindre."
Les méthodes et les résultats de cette recherche pourraient être utilisés pour soutenir les efforts continus de l'État pour empêcher le dépassement des aquifères souterrains. Les eaux souterraines sont une ressource essentielle à la fois au niveau national et mondial :aux États-Unis, l'eau souterraine est une source d'eau potable pour environ la moitié de la population, et constitue la plus grande source d'eau d'irrigation pour l'agriculture. L'irrigation représente environ 70 pour cent du total des prélèvements d'eau souterraine aux États-Unis, et la Californie a les taux de pompage d'eaux souterraines les plus élevés du pays.
"Nos résultats indiquent que dans la vallée centrale, les coûts et les avantages des transitions des grandes cultures vers les cultures de fruits et de noix ces dernières années sont plus complexes qu'on ne le pense généralement, " Levy a ajouté. " Nos résultats suggèrent la possibilité que les transitions vers la culture des fruits et des noix soient souhaitables, au moins du point de vue de la durabilité des eaux souterraines, bien que des recherches supplémentaires soient nécessaires pour le confirmer. »
Des chercheurs de l'UC San Diego ont découvert qu'entre 2015 et 2017, l'affaissement s'est produit à des taux beaucoup plus élevés dans les terres cultivées irriguées par rapport aux terres non aménagées, et dans les années sèches où les eaux de surface sont limitées par rapport aux années humides. Crédit :UC San Diego
Potentiel mondial pour faire progresser la surveillance et la gestion des eaux souterraines
La Californie est un exemple de climat semi-aride et dépendant de l'irrigation pour l'agriculture. Les efforts coordonnés de l'équipe de climatologues et de géophysiciens de l'UC San Diego pour lier la subsidence, utilisation des eaux souterraines et des eaux de surface, et les données de production agricole à des échelles de temps et d'espace comparables ont un potentiel énorme pour faire progresser la surveillance et la gestion des eaux souterraines dans les régions agricoles d'autres parties du monde, disaient les auteurs.
Dans la vallée de San Joaquin pendant les années humides, les agriculteurs peuvent recevoir jusqu'à 100 pour cent de leurs allocations d'eau de surface, tandis que dans les années extrêmement sèches, ils peuvent n'en recevoir aucun. Lorsque les approvisionnements en eau de surface ne sont pas disponibles, les agriculteurs extraient les eaux souterraines. Ainsi, les eaux souterraines sont devenues de plus en plus importantes sous le changement climatique, car la Californie et de nombreuses régions du monde ont connu des pénuries d'eau de surface. Cependant, un pompage excessif se produit, même les années relativement humides. Et, les aquifères peuvent s'épuiser.
En 2014, La Californie a adopté une loi imposant un changement mené localement vers une utilisation durable des eaux souterraines, la ressource dont dépendent 85 pour cent de sa population et une grande partie de son industrie agricole de 50 milliards de dollars. Les données de l'InSAR peuvent être essentielles aux efforts de l'État pour effectuer une surveillance et une gestion efficaces en réponse au changement climatique.
Alors que la législation a encouragé les agences locales à commencer à utiliser InSAR pour documenter les affaissements de terrain, les utilisations de l'InSAR pour la surveillance directe de l'utilisation des eaux souterraines en sont à leurs débuts. Les efforts de recherche de l'UC San Diego fournissent un exemple de la façon dont les gestionnaires de l'eau pourraient utiliser les sources de données satellitaires, dont InSAR, suivre directement les relations locales entre affaissement, pompage des eaux souterraines et portefeuilles de cultures.
"La promesse d'InSAR réside dans notre capacité à le combiner avec d'autres sources de données géophysiques et sociales pour répondre aux questions relatives à la politique de l'eau, " Levy et ses co-auteurs ont écrit. " Nous donnons un aperçu de la puissance d'une telle synthèse, démontrant que les modèles spatiaux d'affaissement et leur relation avec la culture agricole et la demande en eau associée sont clairs et robustes."
Ils ont conclu, "Nos résultats suggèrent que les leviers politiques soutenant la gestion durable des eaux souterraines pourraient bénéficier de la prise en compte de l'intensité d'utilisation des eaux souterraines de la sélection des cultures, pas seulement la durabilité difficile à définir des volumes d'extraction d'eau souterraine au-dessus des limites des aquifères souterrains qui restent incertaines et qui sont coûteuses à délimiter. »
