Dürre ist im Westen der USA ein weit verbreitetes Problem, und Wassermanager in der gesamten Region entwickeln Grundwassermanagementpläne, um die lebenswichtige Ressource zu erhalten. Grundwasser wird oft an die Oberfläche gepumpt, um Felder zu bewässern, und Messgeräte, die den Durchfluss des gepumpten Wassers messen, haben in der Vergangenheit die besten Informationen über die Nutzung des Grundwassers geliefert. Diese Messgeräte sind jedoch selten, daher wollten die Wissenschaftler des DRI herausfinden, ob OpenETeine Plattform, die die Evapotranspiration anhand von Satellitendaten misst, könnte helfen, diese Informationslücke zu schließen.
Die neue Studie veröffentlicht 8. August in einer Sonderausgabe von Landwirtschaftliches Wassermanagementverglich Daten von Grundwasserzählern mit Schätzungen von OpenET für landwirtschaftliche Felder in Nevada und Oregon.
Die Ergebnisse zeigen, dass OpenET verwendet werden kann, um die Menge des für die Bewässerung von Nutzpflanzen verwendeten Grundwassers auf Ebene einzelner Felder genau abzuschätzen. Dies ist die erste Untersuchung, die den Wasserfluss von einem Grundwasserbrunnen bis zu einem einzelnen Feld verfolgt, ermittelt, wie viel Wasser die Nutzpflanzen verbraucht haben, und gleichzeitig Einblicke in die Bewässerungseffizienz liefert. Die Methode kann die Wassernutzung für die Planung des Grundwassermanagements im ganzen Land unterstützen.
„Wir wussten, woher das Wasser stammte und wo es eingesetzt wurde, und wir konnten zeigen, dass die Satellitendaten uns sagen konnten, wie viel Wasser für die einzelnen Felder verbraucht und wie viel gepumpt wurde“, sagte Thomas Ott, wissenschaftlicher Mitarbeiter für Hydrologie am DRI und Hauptautor der Studie. Der Zugang zu detaillierten Zählerdaten sei selten, fügt Ott hinzu, daher konzentrierten sich frühere Studien auf größere Regionen und konnten den Wasserverbrauch nicht auf der Ebene einzelner Felder bewerten.
Evapotranspiration bezeichnet die kombinierten Prozesse von Verdunstung und Transpiration oder die Rückführung von Wasser in die Atmosphäre von der Erdoberfläche und durch die Photosynthese von Pflanzen. OpenET verwendet Daten von Landsat-Satelliten der NASA und des US Geological Survey in Kombination mit Wettervariablen wie Luftfeuchtigkeit, Lufttemperatur und Sonneneinstrahlung, um die Evapotranspiration für Landschaften auf der ganzen Welt zu schätzen.
Die Studie konzentrierte sich auf zwei landwirtschaftliche Regionen mit Bewässerungswasserdurchflussmessern, die mit den OpenET-Daten verglichen werden konnten: Diamond Valley, Nevada und Harney Basin, Oregon. In beiden Regionen werden Tausende Hektar Luzerne und Heu bewässert und sie sind stark auf Grundwasser angewiesen.
In Diamond Valley gab es einen Unterschied von 7 % zwischen den gemessenen Daten und den OpenET-Schätzungen für den Wasserverbrauch, während Harney Basin mit einem Unterschied von 17 % eine geringere Genauigkeit aufwies. Die Forscher wollten untersuchen, wie sich die OpenET-Ergebnisse bei verschiedenen Bewässerungssystemen auswirken würden, wobei Diamond Valley auf Kreisberegnungsanlagen und Harney Basin auf eine Mischung aus Flutbewässerung und Sprinklern setzte.
„Unsere Studie zeigt, dass OpenET unser Verständnis des landwirtschaftlichen Wasserverbrauchs wirklich verbessern kann, insbesondere in Becken ohne Überwachung“, sagt Ott. „Traditionelle Methoden verwenden oft eine Schätzung des maximalen Wasserverbrauchs für ein typisches gesundes Feld in einem typischen Jahr, aber viele Faktoren können diese Zahl nach unten ziehen. Die Verwendung von Satellitendaten liefert einen realistischeren Wert.“
Tatsächlich stellte die Studie durch den Vergleich der gemessenen Daten und der Schätzungen von OpenET fest, dass die angenommenen Werte für den Wasserverbrauch im Diamond Valley weitaus höher waren als die tatsächlich verbrauchte Wassermenge, sagt Sayantan „Monty“ Majumdar, Assistenzprofessor für Hydrologie und Fernerkundung am DRI und einer der Hauptautoren der Studie.
Mithilfe von Informationen über die Gesamtmenge des auf ein Feld gepumpten Grundwassers und der OpenET-Schätzung des von den Pflanzen verbrauchten Wassers stellten die Forscher außerdem fest, dass die Wassernutzung in den beiden Untersuchungsgebieten hocheffizient war: Im Diamond Valley verbrauchten die Pflanzen 90 % des Bewässerungswassers, im Harney Basin dagegen nur 83 %.
Ott, Majumdar und der Rest des DRI OpenET-Teams planen, diese Forschung auszuweiten, um die Wassermenge zu quantifizieren, die in der Landwirtschaft in Nevada verwendet wird, als Teil der Nevada Water Initiative.
Nevada ist der trockenste Bundesstaat der USA und stützt sich derzeit auf Schätzungen der Wasserverfügbarkeit und -nutzung, die Jahrzehnte alt sind. Die Initiative wird Fortschritte in Forschungsmethoden und Technologie nutzen, um eine robustere Einschätzung für die zukünftige Wasserbewirtschaftung zu liefern. Das Projekt ist eine Zusammenarbeit zwischen DRI, der Nevada Division of Water Resources und dem USGS Nevada Water Science Center sowie landwirtschaftlichen Interessenvertretern im gesamten Bundesstaat.
„Die Einbindung der Interessenvertreter ist für diese Arbeit so wichtig“, sagt Ott. „Da ich selbst auf einer Milchfarm aufgewachsen bin, war es großartig, in verschiedene Teile Nevadas zu reisen und zu sehen, wie die Bauern arbeiten. Ein Bauer war so freundlich, mich einen Monat lang aufzunehmen, während ich Felduntersuchungen von Messgeräten und Bewässerungssystemen durchführte. Der Aufbau dieser Beziehungen ist für unsere zukünftige Arbeit wirklich wichtig.“
Weitere Informationen:
Thomas J. Ott et al, Auf dem Weg zur Grundwasserförderung im Feldmaßstab und zu einem verbesserten Grundwassermanagement durch Fernerkundung und Klimadaten, Landwirtschaftliches Wassermanagement (2024). DOI: 10.1016/j.agwat.2024.109000