p A Califórnia depende da neve acumulada em Sierra Nevada para uma parte significativa de suas necessidades de água, no entanto, os cientistas entendem muito pouco sobre como as mudanças futuras no volume e no tempo da neve acumulada influenciarão as águas superficiais e subterrâneas. Agora, pesquisadores do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley do Departamento de Energia (Berkeley Lab) estão desenvolvendo um modelo hidrológico avançado para estudar como as mudanças climáticas podem afetar as bacias hidrográficas da Califórnia. p O novo estudo colaborativo, com US $ 3,7 milhões em financiamento do Programa de Pesquisa de Taxas de Laboratório da UC, irá melhorar a projeção dos recursos hídricos em uma série de cenários futuros. O objetivo do projeto é fornecer informações que possam ser usadas para otimizar o armazenamento de água, qualidade da água, e a sustentabilidade da água subterrânea conforme a precipitação varia, temperaturas quentes, e a população cresce.

p "Usaremos uma abordagem de modelagem numérica de alta resolução e com base física para simular como a água se move da atmosfera para as águas superficiais e subterrâneas, "disse a cientista Erica Woodburn da Área de Ciências Ambientais e da Terra do Berkeley Lab." A gestão da água em todo o estado atualmente depende de modelos mais simples que foram calibrados e feitos para funcionar corretamente com dados históricos. Mas porque provavelmente estamos nos movendo para um futuro onde o fornecimento de água pode ser muito diferente dos anos anteriores, há uma incerteza significativa no uso desses modelos atuais para prever a distribuição de água no futuro. "

p O projeto de três anos, intitulado "Headwaters to Groundwater:Resources in a Changing Climate, "é liderado por Jeff Dozier da UC Santa Barbara, e inclui pesquisadores do Laboratório Nacional Lawrence Livermore, UC Davis, UC Irvine, UCLA, e UC Merced.

p Woodburn, um hidrogeologista por treinamento, junto com Carl Steefel, chefe do Departamento de Geoquímica do Berkeley Lab, desenvolverá um modelo numérico mecanicista da bacia do rio Consumnes, que se estende da Sierra Nevada ao sul de Sacramento, em última análise, alimentando o Delta do Rio Sacramento-San Joaquin e o Projeto de Água do Estado da Califórnia, a principal fonte de água para grande parte do sul da Califórnia.

p "É um divisor de águas muito interessante porque é um dos poucos, se não o único grande rio que flui da cordilheira de Sierra Nevada sem uma grande barragem, "Woodburn disse." Portanto, é um experimento natural raro onde podemos isolar os efeitos da mudança climática e gestão da água porque não tem grandes atividades de gestão da água. Podemos empregar o modelo para explorar os efeitos das mudanças climáticas ou do uso da terra nos sistemas hidrológicos e ecológicos. "

p O modelo da equipe irá abranger desde a baixa atmosfera até unidades geológicas subterrâneas profundas, uma região cunhada como "a zona crítica" pelos cientistas da Terra devido ao seu importante papel em muitos processos ambientais. O modelo incluirá fluxos de água subterrânea 3-D, a interação entre as águas subterrâneas, água da superfície, e coberturas de vegetação, bem como processos antropogênicos, como bombeamento de água subterrânea, gestão de reservatórios, e uso urbano da água.

p "Embora a Califórnia tenha historicamente períodos de anos secos e úmidos, não existe um análogo para extremos climáticos como os que observamos nos últimos anos, como aqueles períodos prolongados de seca recordes seguidos por períodos de pulsos de precipitação intensa que causam inundações, "Woodburn disse." A necessidade de modelos precisos para orientar o gerenciamento futuro da água, a probabilidade de um "novo ciclo normal" da água na Califórnia, e a crescente disponibilidade de abordagens computacionais de alto desempenho para simular fisicamente como a água se move na superfície e no subsolo tornam este novo projeto muito oportuno. "

p Um efeito hipotético de um clima mais quente é que ele muda o tempo do ciclo hidrológico. "Com o derretimento da camada de neve no início do ano, que tem um efeito cascata sobre quando começa a estação de crescimento dos ambientes montanhosos, "Woodburn disse." À medida que a vegetação se torna mais ativa no início da temporada, mais água sairá do sistema na forma de evapotranspiração mais cedo, o que poderia potencialmente criar muita incerteza na disponibilidade de água. Estes são os tipos de feedbacks que podemos investigar com um modelo numérico baseado em física que considera conjuntamente as interações das águas superficiais e subterrâneas. "

p A bacia hidrográfica do Rio Cosumnes atravessa uma ampla faixa do terreno do estado, das montanhas às terras agrícolas do Vale Central e às áreas urbanas. "As trocas de água subterrânea-superfície nessas interfaces são realmente importantes e amplamente desconhecidas, "disse ela." A novidade do nosso modelo é que ele leva em conta algumas transferências interdisciplinares de água, tais como feedbacks entre o armazenamento de água subterrânea e, por exemplo, vegetação na superfície da terra. A física desses processos é realmente difícil de incorporar em modelos de alta resolução e requer o uso de computação de alto desempenho. "

p A equipe realizará as simulações no Centro Nacional de Computação Científica de Pesquisa Energética (NERSC) do Berkeley Lab, um DOE Office of Science User Facility. Depois que a equipe valida se o modelo está funcionando corretamente, os cientistas serão capazes de executar cenários. "Por exemplo, como podem os níveis de água subterrânea e a descarga do fluxo de água mudar se tivermos um inverno mais quente com menos neve acumulada, e como isso poderia ser diferente se o ano anterior foi muito seco ou muito úmido? ", disse Woodburn." Você poderia usar o modelo para fazer essas projeções. "

p Os cientistas do Berkeley Lab usaram uma técnica semelhante para desenvolver um modelo para uma bacia hidrográfica de Fukushima no Japão para estudar o transporte de césio após o desastre nuclear em 2011.

p Eles pretendem usar o novo modelo para estudar também como estratégias de gestão de reposição de água subterrânea - como bancos de água e recarga de aquíferos gerenciados, técnicas para capturar pulsos de chuva de alta intensidade e infiltrá-las nas águas subterrâneas em vez de permitir que escoe para o oceano - podem ser implementadas da melhor forma.

p Alguns dos colaboradores dos campi da UC irão analisar o componente de custo de energia, por exemplo, colocando um valor em dólares no custo de extração de água subterrânea; essas estimativas podem ser combinadas com as projeções dos modelos hidrológicos integrados para fornecer melhores informações para a tomada de decisões.