O bombeamento excessivo de aquíferos subterrâneos pode fazer com que o terreno circundante afunde e danifique as ruas, pontes e outras infraestruturas, armazenamento de água subterrânea reduzido, e água potável contaminada, de acordo com pesquisadores do Missouri S&T. Eles estão usando uma forma de inteligência artificial conhecida como aprendizado de máquina para mapear o afundamento - chamado de subsidência da terra - para ajudar os funcionários da política de água a tomar decisões informadas.

Dr. Ryan Smith, professor assistente de hidrologia no departamento de geociências e geologia e engenharia de petróleo da S&T, diz aumento das temperaturas, a mudança nos padrões de precipitação e o aumento da demanda por água doce estão colocando pressão adicional sobre os aqüíferos. Secas mais frequentes e extremas, bem como inundações, reduzem a capacidade de captar e armazenar água. O oeste dos Estados Unidos foi particularmente atingido por causa da disponibilidade limitada de água de superfície, populações de rápido crescimento e safras de alto valor que requerem grandes quantidades de água.

Os métodos tradicionais de medição de subsidência de terras em áreas de extração de água subterrânea não são apenas demorados, mas também caro e pode resultar em erros ou lacunas, Smith diz. Por outro lado, O aprendizado de máquina quantifica a relação entre os dados de água subterrânea amplamente disponíveis e a subsidência da terra e pode ser usada para prever a subsidência futura. Os dados incluem taxas de evaporação da superfície da terra e plantas, uso da terra e espessura de sedimentos.

Para realizar suas pesquisas, Smith e seu Ph.D. aluna, Sayantan Majumdar, compilou dados hidrológicos e de subsidência de satélites e estações GPS terrestres em todo o oeste dos EUA, incluindo Califórnia, Arizona, e Nevada.

A Califórnia é responsável por 75% da subsidência total no oeste dos EUA. A água subterrânea irriga milhões de hectares de terras agrícolas no Vale Central da Califórnia, uma faixa de 450 milhas de terras agrícolas onde um terço das frutas e vegetais do país são cultivados. É uma das áreas de subsidência mais afetadas. O modelo de Smith e Majumdar estima que a terra está afundando mais de cinco centímetros por ano em uma grande área do Vale, e as taxas de subsidência em algumas partes do Vale foram medidas em quase trinta centímetros por ano.

"Isso afeta a infraestrutura - casas, pontes e canais, "diz Smith." Os canais racham ou não funcionam corretamente. A Califórnia também está construindo ferrovias de alta velocidade através do Vale, para que esta informação possa ajudá-los a planejar. "

O potencial de lixiviação de arsênio é um problema indireto com subsidência, Smith diz. Como o bombeamento reduz os níveis de água em aquíferos rasos usados ​​para irrigação, os locais recorrem a águas mais profundas para o abastecimento de água. Bombeando mais fundo, aqüíferos pressurizados podem fazer com que argila contendo arsênio se compacta e libere contaminantes para o aqüífero, elevando o arsênico na água potável a níveis perigosos. Esses aquíferos contêm água com milhares de anos, e eles não são reabastecidos rapidamente, Smith diz.

Smith e Majumdar estão estendendo seu método para estimar outras condições hidrológicas, como a demanda de água subterrânea em aquíferos de alto uso, incluindo o Aquífero de High Plains no Kansas, the Basin and Range Aquifers no Arizona e o Aquífero aluvial do rio Mississippi no sul dos EUA. Os resultados podem afetar a gestão das águas subterrâneas em todo o mundo e no Missouri.

"A região úmida do sudeste do Missouri tem alta demanda de água subterrânea para as plantações, "Smith diz." As autoridades na planície aluvial do Mississippi poderiam usar o que aprendemos para planejar com antecedência as necessidades de água subterrânea. Queremos trabalhar com a comunidade agrícola para uma situação em que todos saiam ganhando. "

Smith e Majumdar escreveram um artigo sobre a pesquisa. Suas descobertas são publicadas em Pesquisa de Recursos Hídricos , uma publicação da American Geophysical Union (AGU).