Projeto de baixo impacto: Sensores validam o gerenciamento de recursos hídricos subterrâneos da Califórnia

Low impact design: Sensors validate California groundwater resource management

A cientista de pesquisa do laboratório de Berkley, Dra. Michelle Newcomer, queria saber qual era a eficácia dos projetos de baixo impacto na infiltração e no armazenamento de água da chuva em climas secos , Por isso, ela instalou sensores METER de umidade do solo e potencial hídrico em jardins de chuva e trincheiras de infiltração ao redor do sistema aquífero da California Coastal Westside Basin como parte de um estudo para descobrir isso.

Estruturas de design de baixo impacto

Os recursos hídricos subterrâneos globais em ambientes urbanos e costeiros são altamente vulneráveis ao aumento das pressões humanas e à variabilidade climática. Superfícies impermeáveis, como prédios, estradas e estacionamentos, impedem a infiltração, reduzem a recarga dos aquíferos subjacentes e aumentam os contaminantes no escoamento superficial que, muitas vezes, transborda dos sistemas de esgoto. Para atenuar esses efeitos, cidades do mundo todo estão adotando abordagens de projeto de baixo impacto (LID) para direcionar o escoamento para sistemas naturais com vegetação, como jardins de chuva, que reduzem, filtram e retardam o escoamento de águas pluviais. O LID hipoteticamente aumenta as taxas de infiltração e recarga dos aquíferos.

Infiltração e recarga

Michelle e a equipe da San Francisco State University, orientada pelo Dr. Jason Gurdak, perceberam que os efeitos da LID sobre as taxas e a qualidade da recarga eram desconhecidos, principalmente durante eventos de precipitação intensa em cidades ao longo da costa do Pacífico, em resposta à variabilidade interanual do El Niño Southern Oscillation (ENSO). Usando os sensores de potencial hídrico e de conteúdo de água do METER, ela conseguiu quantificar as taxas atuais e projetadas de infiltração e recarga do sistema aquífero da California Coastal Westside Basin. A equipe comparou uma trincheira de infiltração LID cercada por um jardim de chuva com um cenário tradicional de gramado em São Francisco.

Ela diz: "Cidades como São Francisco estão implementando essas estruturas LID, e queríamos testar a quantidade de água que passava por elas. Estávamos interessados especificamente em diferentes cenários climáticos, como El Niño versus La Niña, porque os eventos de chuva são muito mais intensos durante os anos de El Niño e podem causar inundações repentinas ou problemas de transbordamento de poluentes de superfície."

schematic depiction of the instrumentation used to measure infiltration in trench and lawn sites

Representação esquemática (não desenhada em escala) da instrumentação e das localizações dos núcleos ao longo da (a) seção transversal longitudinal A-A' (veja a inserção) do local da trincheira de infiltração e sob o (b) local do gramado irrigado na rede de pesquisa de desenvolvimento de baixo impacto (LID) da Universidade Estadual de São Francisco (SFSU). A seção transversal lateral B-B' (veja a inserção) foi usada para as simulações do modelo Hydrus 2-D.

 

Os sensores contam a história

A equipe de pesquisa analisou as diferenças na quantidade de água que as estruturas de LID podiam deixar passar. Michelle diz: "Os sensores de potencial hídrico e de umidade do solo produziram dados que comprovam que as áreas LID eram eficazes na captura da água, infiltrando-a mais lentamente e, essencialmente, armazenando-a no aquífero." A equipe testou como uma trincheira de infiltração no estilo de desenvolvimento de baixo impacto se comparava a um gramado irrigado e descobriu que a eficiência de recarga da trincheira de infiltração, de 58% a 79%, era muito maior do que a do gramado, de 8% a 33%.

Descubra qual sensor de umidade do solo é adequado para sua aplicação

graph showing a daily time series of precipitation and volumetric water content measurements at the study trench site

Série temporal diária de precipitação e conteúdo volumétrico de água (m3m3) dos cinco sensores de umidade do solo METER sob o cascalho no local da trincheira de infiltração

 

graph showing a daily time series of precipitation and volumetric water content measurements at the study irrigated lawn site

Série temporal diária de precipitação e conteúdo volumétrico de água (m3m3) dos cinco sensores de umidade do solo METER sob a superfície da terra no gramado irrigado

 

Os pluviômetros trazem surpresas

Embora isso não fizesse parte do plano original dos pesquisadores, eles usaram pluviômetros para medir a precipitação, o que produziu alguns dados surpreendentes.

Michelle comenta: "Nós íamos usar apenas o banco de dados de São Francisco, mas foi necessário usar os pluviômetros por causa de toda a neblina. A neblina trouxe consigo muita precipitação que não veio na forma de gotas de chuva. À medida que se condensava nas folhas, fornecia uma parte substancial da água no orçamento, o que foi surpreendente para mim. O pluviômetro capturou o condensado no funil do instrumento, de modo que pudemos ver que uma certa quantidade de água estava chegando, o que normalmente é negligenciado em muitos estudos."

Precipitação futura do El Niño

Michelle também encontrou alguns resultados realmente interessantes sobre El Niño e La Niña. Ela diz: "Fiz uma análise histórica para estabelecer linhas de base para a frequência, intensidade e duração dos eventos de precipitação durante os anos de El Niño e La Niña. Em seguida, executei dados climáticos projetados por meio de um modelo Hydrus-2D, e os modelos mostraram que, com as futuras intensidades do El Niño, as taxas de recarga eram efetivamente mais altas para um determinado evento de precipitação. Durante esses eventos, em ambientes urbanos típicos, a água escorre tão rapidamente que somente esses jardins de chuva e trincheiras seriam capazes de capturar a chuva que, de outra forma, seria perdida para o oceano. Isso contrasta com um cenário climático de La Niña, em que normalmente há menos chuva, que é mais difusa. A maior parte dessa chuva pode acabar sendo perdida por evaporação durante os anos secos. Portanto, usando sensores e modelagem 2D, validamos a hipótese de que as estruturas LID fornecem um serviço de armazenamento de água, especialmente durante os anos de El Niño, em que há tempestades mais intensas."

A pesquisa de Michelle foi divulgada pela imprensa on-line e também foi destaque no AGU EOS Editor's spotlight. Seus resultados foram publicados na revista Water Resources Research.

Faça o download do "Guia completo do pesquisador para o potencial hídrico"

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