Cientistas do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley do Departamento de Energia (Berkeley Lab) passaram uma década desenvolvendo modelagem de classe mundial e capacidades de monitoramento para identificar os fatores por trás do sucesso do sistema de filtragem da margem do rio de Sonoma. Eles estavam voltando sua atenção para investigar o impacto potencial de eventos extremos, como tempestades e incêndios florestais, quando o desastre aconteceu. De repente, suas abordagens experimentais para prever como o sistema responderia a situações hipotéticas estão sendo usadas para explorar perturbações da vida real.

Incêndios catastróficos no norte da Califórnia queimaram mais de 110, 000 acres nos condados de Sonoma e Napa no mês passado - incluindo 8% da bacia hidrográfica do Rio Russo. Agora, com a estação chuvosa em andamento, a pesquisa do Berkeley Lab - que busca entender como a hidrologia e a microbiologia do sistema de águas superficiais e subterrâneas respondem a eventos extremos - tornou-se ainda mais crítica.

"Estávamos estudando o impacto potencial de incêndios sobre os nutrientes, soluto, e entrega de metal para o rio, "disse a pesquisadora do Berkeley Lab, Michelle Newcomer." Com essa infeliz reviravolta nos acontecimentos, nossas abordagens desenvolvidas estão prontas para responder a questões reais sobre a disponibilidade e qualidade da água ".

A Sonoma County Water Agency está apoiando o Berkeley Lab para avaliar o impacto dos recentes incêndios e quaisquer tempestades pós-incêndio nas condições hidrológicas e biogeoquímicas da qualidade da água à medida que ela se move através do Rio Russo e do sistema de águas subterrâneas. a principal fonte de água potável para 600, 000 residentes nos condados de Sonoma e Marin.

O Berkeley Lab tem colaborado com a Agência de Água e cientistas do U.S. Geological Survey (USGS), que estão ajudando a coletar amostras e realizar análises de qualidade da água, respectivamente.

“O momento dos incêndios apresentou um grande desafio. Chegando tão perto da estação das chuvas, as pessoas que obtêm água do Rio Russo estão preocupadas com os impactos potenciais do escoamento das milhares de casas destruídas e milhares de hectares marcados, "disse Jay Jasperse, engenheiro-chefe e gerente do programa de águas subterrâneas da Agência de Águas. "A parceria com o Berkeley Lab e o USGS fornecerá informações vitais."

Os dados coletados a partir deste programa também serão úteis na avaliação de impactos potenciais para outros sistemas de abastecimento de água dentro e a jusante das áreas afetadas, bem como os potenciais efeitos do ecossistema.

"Assim que o incêndio aconteceu, mobilizamos na próxima semana para identificar uma série de nós de medição em locais-chave na bacia hidrográfica para coletar uma série temporal de amostras de água, "disse Susan Hubbard, o Diretor Associado do Laboratório da Área de Ciências Ambientais e da Terra do Berkeley Lab. "Estamos trabalhando para entender como as mudanças nas condições hidrológicas influenciam as interações entre os micróbios, minerais, e fluidos nas águas superficiais e subterrâneas, isso é, como essas interações mudam antes, no decorrer, e depois de tempestades e o que isso significa para a disponibilidade e qualidade da água. "

Leitos de rios como filtros naturais

O sistema de filtragem da margem do rio da Agência de Água, localizado no rio russo perto de Forestville, bombeia água subterrânea de aproximadamente 20 metros abaixo do rio que foi naturalmente filtrada por sedimentos e micróbios no ecossistema. A vantagem de tal sistema é que ele reduz muito ou até mesmo elimina a necessidade de pré-tratamento químico para eliminar patógenos e contaminantes. "É natural, maneira sustentável de filtrar a água, "Recém-chegado disse.

Os cientistas do Berkeley Lab têm estudado processos hidrológico-biogeoquímicos que são essenciais para o sucesso de sistemas de filtragem de margens de rios. Por meio de modelos avançados de superfície-subsuperfície que podem simular interações complexas, Newcomer identificou vários controles principais.

"Acreditamos que a infiltração bem-sucedida nas margens do rio requer duas coisas:o aquífero abaixo e adjacente ao rio deve ter sedimentos do tipo e tamanho corretos, feito dos minerais certos; e o ecossistema do rio deve fornecer uma grande quantidade de alimento de sustentação para os micróbios nesses sedimentos, "disse ela." É a combinação dessas duas coisas que estão ajudando este sistema de filtração a manter sua produtividade, e esses dois fatores mudam com as práticas sazonais e operacionais. "

A pesquisa do Berkeley Lab foi capaz de modelar os fatores-chave na manutenção da produção de água de alta qualidade e, ao mesmo tempo, otimizar a infiltração e o bombeamento da água. Os pesquisadores descobriram que os microbiomas são um fator-chave de controle, e eles publicaram uma série de estudos ao longo dos anos com base no site da Agência de Água, como um sobre o bioclogging nas margens do rio, um processo em que o crescimento microbiano pode bloquear a infiltração de água nos poços coletores.

A Newcomer desenvolveu um fluxo numérico e um modelo de transporte reativo de água e constituintes geoquímicos no subsolo. "É um modelo de última geração e o primeiro de seu tipo a ter recursos microbianos integrados ao modelo, "disse ela." Com as informações microbianas, bem como as informações de fluxo e geoquímicas, isso pode ajudar a orientar uma agência em suas decisões de bombeamento, e agora estamos usando o modelo para explorar as respostas ao fogo. "

Pesquisa pós-fogo

A fase atual da pesquisa está se concentrando na coleta de dados em toda a bacia hidrográfica e no uso de modelos para entender como o carbono baseado em cinzas gerado pelos incêndios e mobilizado pelas tempestades de inverno afetará as taxas de infiltração e o crescimento microbiano. O carbono é uma fonte de energia para os microrganismos do leito do rio e, portanto, influencia a quantidade de água que pode infiltrar nos aquíferos e a rapidez com que os contaminantes podem se degradar.

O perigo é que produtos químicos potencialmente tóxicos comuns em uma infinidade de itens domésticos encontrem seu caminho para as águas subterrâneas após um incêndio. "Principalmente, estamos preocupados com os produtos químicos de utensílios domésticos pessoais, como retardante de fogo em móveis, pintar, pesticidas, e itens que queimaram nas casas das pessoas, "Newcomer disse." Também estamos preocupados com a mobilização de metais, como mercúrio, que é comumente encontrado em baterias e lâmpadas. "

A equipe do Berkeley Lab não está envolvida na resposta de emergência aos recentes incêndios. Em vez, sua investigação científica e capacidades numéricas permitirão que a Agência de Águas tome decisões mais informadas sobre como administrar seu sistema de filtragem de margens do rio, tanto no curto quanto no longo prazo. As abordagens devem ser transferíveis para outros sites, e também pode preparar o caminho para um projeto mais eficiente de sistemas de filtragem de margens de rios que sejam resistentes a eventos extremos.

"Estamos encapsulando nosso entendimento sobre as conexões entre hidrologia, carbono derivado do fogo, geoquímica, e biologia em um modo preditivo que pode permitir que a Agência de Águas tome as melhores decisões sobre como otimizar seu sistema de filtragem de margens do rio e fornecer água a seus clientes, "Hubbard disse.