Фермеры близ Микера, на северо-западе Колорадо, более ста лет отводят воду из реки Уайт для затопления своих полей. Для этого они используют систему оросительных канав, по которым огромные объёмы воды направляются прямо к посевам, вместо того чтобы полагаться на более эффективные спринклерные системы.
Хотя такой подход может показаться расточительным, новое исследование, проведённое под руководством учёных из Университета штата Колорадо, показывает, что около 75% воды, используемой в Микер для затопления полей, в конечном итоге возвращается в реку через пополнение подземных вод.
Работа также подчёркивает, как давно сложившийся подход к ирригации поддерживает близлежащие естественные водно-болотные угодья, которые имеют решающее значение для среды обитания диких животных и рекреационной деятельности.
Комплексная модель исследования
Комплексная модель, лежащая в основе исследования, была описана в Journal of Hydrology и теперь используется для помощи в принятии решений по управлению водными ресурсами в этом районе.
Профессор Райан Бейли руководил опубликованным исследованием через Департамент гражданской и экологической инженерии Университета штата Колорадо. Он сказал, что проект начался как партнёрство с округами охраны природы рек Уайт и Дуглас-Крик и стал небольшим, но убедительным примером для лучшего понимания важных скрытых связей между методами орошения, уровнем грунтовых вод в регионе и временем речного стока как частью более крупного водного цикла.
«Работая над этим проектом, я понял, насколько зависима река Уайт от этого подземного возвратного потока, который поступает из-за затопления полей», — сказал он.
«Из-за обширного затопления полей этот район фактически насыщен водой. С годами это повысило уровень грунтовых вод, что имеет множество последствий для региона, включая прямое влияние на время сезонных речных потоков».
Исследование сосредоточено на 33-мильном участке реки, где вода отводится в сеть распределительных канав, которые затем питают сельскохозяйственные поля. Команда объединила данные, такие как исторические показатели расхода воды в реке, а также измерения высоты уровня грунтовых вод в этом районе путём изучения данных из грунтовых колодцев.
Дополнительные сведения о геологии района, включая типы почв и их проницаемость, также были учтены в комплексной модели.
Бейли сказал, что около 20% отведённой воды для ирригации просачивается обратно в водоносный горизонт через дно канав, прежде чем достигнет поля. Остальная часть либо используется посевами, либо просачивается через почву в водоносный горизонт, либо стекает с поля и попадает в низменные районы, прежде чем снова присоединиться к реке.
Всё это в летние месяцы способствует постепенному пополнению запасов воды в водоносном горизонте региона, где вода хранится, а затем поступает в близлежащие русла рек, прежде чем снова войти в реку Уайт.
На практике только около 25% воды, используемой для затопления полей, идёт на поддержание посевов, а остальные 75% так или иначе возвращаются в речную систему. Спринклерная система орошения была бы более эффективной для поддержки роста растений. Однако модель команды показывает, что такой подход изменит время ключевых сезонных речных потоков, которые питаются за счёт активности пополнения подземных вод в регионе.
В осенние месяцы, когда речной сток должен быть чрезвычайно низким, он, напротив, оказывается умеренным из-за поступления грунтовых вод в реку с полей.
Эти возвратные потоки в конце сезона являются результатом орошения, которое происходит в летние и осенние месяцы. По словам Бейли, если будет внедрена спринклерная система орошения, летом речной сток может увеличиться из-за уменьшения количества отводов воды через канавы, но зато в осенние и зимние месяцы речной сток может снизиться из-за уменьшения поступления грунтовых вод в реку Уайт. Это может повлиять на популяции рыб и гидроэнергетику ниже по течению.
«Процесс орошения поддерживает высокий уровень грунтовых вод. Это способствует развитию водно-болотных угодий на краях полей, вдоль канав и на берегах реки, которые в противном случае могли бы не существовать, и создаёт естественную среду для хранения воды для использования позже в цикле», — сказал Бейли.
«Наша модель показывает, как компромиссы, такие как переход на спринклеры, негативно повлияют на эти зоны и снизят уровень грунтовых вод в регионе на 10–15 футов в некоторых местах в течение пятилетнего периода».
Бейли добавил, что модель предлагает сообществу возможность делать осознанный выбор в отношении методов управления водными ресурсами, которые, вероятно, придётся применять в течение многих лет и которые могут измениться в случае засухи или увеличения запросов на сток воды вниз по реке.
Он сказал, что создал упрощённую таблицу, позволяющую заинтересованным сторонам работать с цифрами, чтобы увидеть, как изменения повлияют на экономию воды, урожайность и окружающую среду ниже по течению, среди прочих переменных.
Бейли сказал, что это исследование широко применимо к другим сообществам, которые стремятся понять, как изменения климата могут изменить их сельскохозяйственную деятельность и деятельность по управлению водными ресурсами. Он сказал, что команда планирует аналогичный проект в близлежащей долине реки Ямпа и уже начала переговоры с партнёрами на юго-востоке Вайоминга.
Райан Бейли — окружной менеджер по дикой природе в Colorado Parks and Wildlife в этом районе. Он работал с командой CSU над проектом и сказал, что работа иллюстрирует, насколько важны методы затопления для поддержания источников и водно-болотных угодий в верховьях и прибрежных коридорах, которые приносят пользу многим различным видам диких животных.
«Без затопления многие из этих источников и водно-болотных угодий просто пересохли бы, поэтому косвенные выгоды от затопления для ландшафта и среды обитания диких животных часто не признаются», — сказал он.
Райан Бейли сказал, что проекты, основанные на предоставлении услуг, подобные этому, которые напрямую помогают жителям Колорадо, лежат в основе миссии университета, основанной на предоставлении земельных участков.
«Я думаю, что преподаватели CSU обязаны помогать людям в штате, разрабатывая доступные решения для общих проблем, таких как управление водными ресурсами», — сказал он.