地下水对于灌溉农田至关重要。NASA 科学家设计了一种新方法，有望改善地下水管理。这对干旱地区的生活和农业都至关重要。
新方法可以确定有多少地下水损失来自于粘土中的含水层，以及多少来自未限制在含水层中的土壤。
该研究最近发表在《自然科学报告》杂志上。
什么是含水层?
含水层是含有地下水的岩石或沉积物。有两种类型的含水层，承压和非承压。含水层必须具有渗透性和多孔性，包括砂岩、砾岩、裂隙石灰岩以及松散的沙子和砾石等岩石类型。
限制在粘土中的含水层与来自土壤的地下水有何不同
研究称，限制在粘土中的含水层可以排干到无法恢复的程度，而来自土壤且未限制在含水层中的地下水可以通过几年的正常降雨来补充。
加利福尼亚州的 Tulare 盆地是中央山谷的一部分，进行了研究。研究称，科学家们发现，区分这些地下水源的关键与这个重度灌溉农业区的地面下沉和上升模式有关。
尽管中央山谷仅占美国农田的 1%，但它每年种植全国 40% 的水果、蔬菜和坚果。
由于农民通过大量抽取地下水来增加山谷 5 到 10 英寸的年降雨量，因此这种生产力是可能的。在干旱年份，80% 以上的灌溉水来自地下。
然而，地下水资源正在减少。为了找到足够的水，Tulare 盆地的井钻了 3,500 英尺。地下水管理涉及监测水是来自含水层还是来自松散的土壤，即地下水位。由于有数以万计的未计量井，使用卫星数据是监测地下水的唯一实用方法。无法测量地下剩余的水量。
美国宇航局科学家如何设计改善地下水管理的方法
NASA 位于南加州的喷气推进实验室和美国能源部位于北加州的劳伦斯伯克利实验室的研究人员试图通过将 NASA 的重力恢复和气候实验 (GRACE) 和 GRACE 后续卫星的失水数据与数据相结合来解决这个问题研究称，来自欧洲航天局(ESA)Sentinel-1 卫星的地面变化。
当地面排水时，它最终会一起坍塌并沉入曾经有水的空间。这个过程被称为沉降，图莱里盆地的地表变化往往与这个过程有关。
根据这项研究，图莱里盆地正在急剧下沉，目前的下沉速度约为每年一英尺。
然而，研究人员在研究中指出，从一个月到下个月，地面可能会下降、上升或保持不变。此外，这些变化并不总是与预期的原因相关。
例如，大雨过后地下水位会上升。虽然预计这会使地面上升，但有时反而会下沉。
共同撰写该研究的 JPL 研究员 Kyra Kim 说，主要问题是人们如何解释在这些较短时间尺度上发生的变化。
不同种类的土壤如何决定地面是上升还是下降
研究人员认为，这些变化与盆地中不同种类的土壤有关。含水层被一层层坚硬、不透水的粘土所限制，而非承压土壤则较松散。
当人们从含水层抽水时，粘土需要一些时间来压缩以响应从上方压下的土地质量。另一方面，不受约束的土壤会因降雨或抽水而更快地上升或下降。
科学家们为图莱里盆地的这两层土壤设计了一个简单的数值模型，并制作了一个仅包含每月变化的数据集。
科学家们观察到，所有地面变化都可以用含水层的变化来解释，而不是地下水位的变化。
例如，中央山谷春季降雨量很少，因此地下水位通常会下沉。然而，内华达山脉的雪径流为含水层补给，导致地面上升。
如果含水层由于在前一个旱季抽水而压缩，同时降雨导致地下水位上升，地面水平将会下降。
该模型与 Wells 和 GPS 的少量可用数据相匹配，并正确再现了 2016-17 年水中强降雨等天气事件的影响。
据 Kim 介绍，新模式也可用于其他农业地区。计划于 2023 年发射的 NASA-ISRO(印度空间研究组织)合成孔径雷达 (NISAR) 任务将以比 Sentinel-1 更高的分辨率测量地面变化。
