Bankowość wód podziemnych
Banki wód podziemnych to mechanizm zarządzania wodą mający na celu zwiększenie niezawodności zaopatrzenia w wodę. Wody podziemne można wytworzyć, wykorzystując odwodnioną warstwę wodonośną do magazynowania wody w latach obfitych opadów . Można ją wtedy pompować i użytkować w latach bez nadmiaru wody. Ludzie mogą zarządzać wykorzystaniem wód podziemnych z korzyścią dla społeczeństwa poprzez kupowanie i sprzedawanie tych praw do wód podziemnych. W pierwszej kolejności należy wykorzystać wody powierzchniowe, a następnie, gdy zabraknie wód powierzchniowych, zostaną wykorzystane wody podziemne sprostać wymaganiom. Wody podziemne zmniejszą ryzyko uzależnienia od wód powierzchniowych i zmaksymalizują oczekiwane dochody. Istnieją regulacyjne systemy odzyskiwania i magazynowania warstw wodonośnych typu magazynowego, które po wtłaczaniu do nich wody dają prawo do późniejszego poboru wody. Bankowość wód podziemnych została wdrożona w półpustynnych i suchych południowo-zachodnich Stanach Zjednoczonych, ponieważ tam jest największe zapotrzebowanie na dodatkową wodę. Ogólnym celem jest przeniesienie wody z zastosowań o niskiej wartości do zastosowań o wysokiej wartości poprzez zbliżenie kupujących i sprzedających.
Koncepcje magazynowania wód podziemnych
Ławica jest warstwą wodonośną wykorzystywaną jako podziemny zbiornik retencyjny, a doładowanie wody powoduje zwiększenie objętości wody zmagazynowanej w warstwie wodonośnej, co powoduje wzrost poziomu wody. W przypadku wycofania nastąpiłby spadek poziomu wody. Ilość wody zależy również od kilku innych czynników, w tym pompowania wód gruntowych przez innych użytkowników, wycieków i naturalnego zasilania. Uzupełnianie wody przez aplikację gruntową lub wtryskiwanie zwiększa objętość wody, a następnie część wody zostanie wykorzystana w przyszłości. Można to postrzegać jako wkłady wody pomniejszone o wyjścia, które są równe zmianie w magazynowaniu wody.
Innym aspektem jest hydrologia , która jest różnicą między dynamiczną a statyczną reakcją na ładowanie i abstrakcję. Poziom wody w studni będzie się podnosił lub opadał podczas ładowania i regeneracji. Gdy ładowanie i regeneracja zatrzymają się, poziomy wody powracają do poziomów tła, a jednym z głównych problemów jest zmiana statycznych poziomów wody po zaniku dynamicznej odpowiedzi z ładowania lub regeneracji.
Mogą wystąpić pewne problemy techniczne z reakcją warstwy wodonośnej na zarządzanie ładowaniem i odzyskiwaniem. Jeśli warstwa wodonośna jest hydraulicznie połączona z akwenem na powierzchni, w wyniku zarządzanego zasilania dochodzi do podwyższenia poziomu zwierciadła wody. Może to zwiększyć szybkość rozładowania lub zmniejszyć ilość indukowanego ładowania, a oba te czynniki powodują, że woda opuszcza basen. Uzupełnianie i odzyskiwanie może również wpływać na boczny i pionowy przepływ wód gruntowych do warstwy wodonośnej. Nie zawsze istnieje zgodność jeden do jednego między objętością wody a zmianą w przechowywaniu.
Metody spiętrzenia wód podziemnych
Spiętrzanie wód podziemnych odbywa się na dwa sposoby: poprzez zasilanie zastępcze i bezpośrednie. Uzupełnianie zastępcze polega na magazynowaniu wody poprzez wykorzystanie wód powierzchniowych „zamiast” pompowania wód gruntowych, a tym samym magazynowanie równej ilości w zlewni wód podziemnych. Doładowanie zastępcze to odnawialna woda powierzchniowa używana do nawadniania pól uprawnych zamiast zwykłych wód gruntowych. Pomaga to zaoszczędzić więcej wód gruntowych, ponieważ woda pozostaje w warstwie wodonośnej do późniejszego wykorzystania. Bezpośrednie zasilanie polega na magazynowaniu wody poprzez umożliwienie jej przesiąkania bezpośrednio do zbiornika wód gruntowych. Dzięki bezpośredniemu ładowaniu zalewa obszar, tak że woda przesiąka przez ziemię, aby dostać się do warstw wodonośnych . Woda jest następnie wypompowywana przy większym zapotrzebowaniu za pomocą studni rekuperacyjnych.
Plusy i minusy
Odzyskiwanie tych wód gruntowych ma pewne wady. Gdy woda gruntowa jest usuwana spod powierzchni, grunt powyżej osiada. To osiadanie gruntu, znane jako osiadanie, może spowodować pęknięcie dróg i fundamentów budynków oraz pęknięcie przewodów wodociągowych, kanalizacyjnych i gazowych. Ta metoda nie została jeszcze dobrze przetestowana, więc może mieć pewien negatywny wpływ na środowisko. Woda jest zasobem publicznym, co może sprawić, że woda stanie się przemysłem prywatnym.
Bankowość wód podziemnych można porównać i skontrastować z wykorzystaniem zbiorników powierzchniowych. Spiętrzenie wód podziemnych ma wiele zalet w porównaniu z wykorzystaniem zbiorników powierzchniowych. Projekty nie kosztują tak dużo, aby zbudować i przechowywać taką samą ilość, jeśli nie więcej, niż zbiorniki powierzchniowe. Ławica będzie miała mniejszy wpływ na środowisko niż zbiornik powierzchniowy. Woda znajdująca się w brzegu nie będzie już narażona na parowanie , ale w zbiornikach traci się kilka metrów wody rocznie. Jest bardziej niezawodny w użyciu, gdy klimat i może lepiej reagować na zmiany sezonowe w zarządzaniu wodą niż zbiorniki powierzchniowe.
Istnieją również wady spiętrzenia wód podziemnych nad zbiornikami powierzchniowymi. Odzyskiwanie wody wiąże się z kosztami energii, które są zwykle wyższe niż koszty zbiorników. Istnieje również wydajność pompowania, a gdy wymagania zmieniają się w ciągu roku, wydajność może być ograniczona.
Nie wszystkie wody gruntowe są wykorzystywane podczas sprzedaży. Niektóre wody gruntowe są badane pod kątem korzyści. Badane są systemy magazynowania wód podziemnych i warstw wodonośnych w celu kontrolowania powodzi w okresach dużych opadów.
Handel wodami gruntowymi odbywa się w wielu regionach. Handel odbywa się nawet w Stanach Zjednoczonych. Miasto San Antonio w Teksasie jest największym miastem w Stanach Zjednoczonych, którego zaopatrzenie komunalne opiera się wyłącznie na wodach gruntowych.
Możliwość zasilania wód podziemnych na gruntach rolnych
Nie przeprowadzono wielu udanych prób gromadzenia wód gruntowych na gruntach rolnych, ponieważ grunty te są zwykle własnością prywatną. Właściciele muszą być na pokładzie z praktyką gromadzenia wód podziemnych, wiedząc, jakie ryzyko i najlepsze praktyki pociągają za sobą. Przeprowadzono badanie w celu znalezienia indeksu banków wód podziemnych w rolnictwie glebowym (SAGBI), który ocenia gleby do wykorzystania zlewni wód gruntowych w Kalifornii . Istnieje pięć czynników, które określają wykonalność zasilania wód gruntowych na gruntach rolnych: głębokie przesiąkanie, czas przebywania w strefie korzeniowej, topografia , ograniczenia chemiczne i stan powierzchni gleby. Pięć czynników zostało wymodelowanych przy użyciu danych z cyfrowych badań gleby Departamentu Rolnictwa Stanów Zjednoczonych (USDA-NRCS).
W przypadku współczynnika perkolacji głębokiej kluczem do udanego spiętrzenia wód podziemnych jest wysoka szybkość przenikania wody przez profil glebowy do warstwy wodonośnej poniżej. Staje się ważniejsza w przypadku powodzi, ponieważ może być wykorzystywana jako główne źródło wody. Wynika to z nasyconego przewodnictwa hydraulicznego warstwy granicznej. Nasycone przewodnictwo hydrauliczne mierzy przepuszczalność gleby, gdy gleba jest nasycona.
Przyglądając się czynnikowi czasu przebywania w strefie korzeniowej stwierdzono, że przedłużony czas trwania nasycenia w strefie korzeniowej może powodować szkody w uprawach wieloletnich. Jeśli gleba powoduje pękanie pąków, bardziej prawdopodobne jest uszkodzenie upraw. Większość upraw nie jest w stanie wytrzymać długich okresów nasyconych warunków w strefie korzeniowej. Czas przebywania w strefie korzeniowej szacuje prawdopodobieństwo wystarczająco dobrego drenażu w strefie korzeniowej po zastosowaniu wody.
Topografia terenu do rozprowadzania wody po polach ma najlepsze wyniki, gdy występuje topografia pozioma. Topografia poziomu działa najlepiej, ponieważ lepiej zatrzymuje wodę w krajobrazie, co umożliwia infiltrację na dużych obszarach. Infiltracja zmniejsza tworzenie się zastoisk i minimalizuje erozję spowodowaną spływem.
Czynnik ograniczeń chemicznych związany jest z zasoleniem , które zagraża trwałości rolnictwa i wód podziemnych. Współczynnik ten został określony na podstawie elektrycznej (EC) gleby, która jest miarą zasolenia gleby . Najlepsza gleba ma najniższy poziom zasolenia. Gleba zawiera również pestycydy i azotany, ale nie można jej ocenić ze względu na zależność od historii gospodarowania.
Czynnikiem stanu powierzchni jest sytuacja, w której brzegi w wyniku rozprzestrzeniania się powodzi mogą zmienić warunki fizyczne powierzchni gleby. Ograniczenia infiltracji mogą być spowodowane jakością i głębokością wody, co może prowadzić do niszczenia agregatów, tworzenia się fizycznych skorup i zagęszczania. W celu określenia stanu gleby zbadano dwa czynniki: współczynnik erozji gleby oraz współczynnik absorpcji sodu (SAR).
Aby określić wykonalność gromadzenia się wód gruntowych, każdemu z pięciu czynników przypisano wagę określającą, jak bardzo był on istotny, a następnie obliczono wynik SAGBI. Wagi obejmowały 27,5% głębokiego przesiąkania, 27,5% czasu przebywania w strefie korzeniowej, 20% topografii, 20% ograniczeń chemicznych i 5% warunków powierzchniowych. Z 17,5 miliona akrów zbadanych gruntów rolnych tylko 5 milionów akrów uznano za gleby o doskonałej, dobrej i średnio dobrej przydatności.
Rolnicze bankowanie wód podziemnych może wiązać się z ryzykiem finansowym, które może spowodować utratę plonów, więc ostatecznie strata może przewyższyć korzyści płynące z oszczędzania wody. Przyjęcie tej praktyki wymagałoby wsparcia w celu ochrony plantatorów przed ryzykiem nieurodzaju.
System rozliczania wód podziemnych
System rozliczeniowy śledzi uzupełnianie i pobór zmagazynowanej wody i może obejmować system rynkowy do rezerwowania magazynowanej wody. Deponenci mogli otrzymać kredyty za uzupełnienie wody, które można później wykorzystać na wodę odzyskaną z banku. Można by wtedy skonfigurować system bankowy, aby umożliwić handel kredytami. Istnieje kilka celów systemu rozliczeniowego banku wody: śledzenie depozytów i pobrań wody oraz kontrola ilości, czasu i miejsca pobrań przez uczestników. Jeśli wody gruntowe nie są uregulowane, istnieje większa szansa na freeride i nadużycia . Musi istnieć trwałość systemu, aby kontynuować działanie systemu, w przeciwnym razie nie byłoby sensu z niego korzystać.
Stosowana metoda księgowania to metoda podwójnego księgowania, więc każda transakcja jest rejestrowana jako obciążenie i uznanie na oddzielnych kontach księgowych . Pozwala to również na śledzenie zapasów na kontach aktywów i roszczeń do zapasów na kontach własności. Osady powstają, gdy w warstwie wodonośnej gromadzi się więcej wody niż powinno. Doładowanie wody przez członka byłoby uznaniem na koncie członka i zobowiązaniem na koncie banku. Aby bank odniósł sukces, obie księgi muszą być zrównoważone, a więc prawo do wody na rachunkach członka powinno być równe ilości wody, którą można odzyskać z systemu. Jeśli prawo do wody jest większe niż zobowiązania, to bank jest niewypłacalny, a to stanie się problemem, gdy nadejdzie susza.
Istnieją pewne problemy, które mogą wynikać z korzystania z tego systemu rachunkowości banku wody. Problemy te zostały ocenione dla banku wód gruntowych w dorzeczu Las Posas, a Agencja Zarządzania Wodami Gruntowymi Fox Canyon (FCGMA) ma jurysdykcję nad projektem. FCGMA poinformowała, że akumulacja kredytów dla banków wzrasta. Może się zdarzyć, że skumulowane kredyty mogą przekroczyć roczny wskaźnik absorpcji. Ilość zgromadzonych kredytów przekracza ilość wody, którą można pobrać w krótkim czasie. Spowoduje to zagrożenie dla regionalnych zasobów wód podziemnych, a nawet obniżenie poziomu wód gruntowych, osiadanie terenu i intruzję wody morskiej.
Ramy prawne
Systemy bankowe potrzebują kontroli regulacyjnej nad basenem, aby wprowadzić stawki wycofania i zapewnić, że inni uczestnicy nie będą wydobywać zbyt dużej ilości zmagazynowanej wody. Najlepszym scenariuszem byłoby, gdyby właściciel banku lub uczestnicy byli głównymi użytkownikami w celu zapewnienia kontroli poboru. Jeśli tak nie jest, musi istnieć inny sposób kontrolowania liczby i ilości abstrakcji. Musi być jasne, kto ma pierwszeństwo przed zmagazynowaną wodą, tak aby w przypadku ograniczenia poboru było wiadomo, kto pierwszy otrzyma wodę. Mogą wystąpić problemy, gdy wiele podmiotów ma jurysdykcję nad projektem, a to może powodować wyzwania regulacyjne i organizacyjne. Istnieją pewne ogólnie przyjęte zasady, a także wiele kwestii jest rozwiązywanych za pomocą koncepcji specyficznych dla danego stanu. Jednym z głównych wymagań jest podjęcie działań, aby zmagazynowana woda nie była pobierana przez innych użytkowników, którzy nie są zaangażowani w system. Ramy te opierają się na wiedzy nt hydrogeologii , aby określić sukces systemu, a systemy muszą zapewniać korzyści, aby udowodnić, że warto było je zbudować.
Ekonomia
Różne projekty mogą stać się efektywne ekonomicznie poprzez maksymalizację korzyści płynących z ograniczonego zasobu (wody). Aby zmaksymalizować wydajność, użytkownicy muszą znaleźć miejsce, w którym koszt krańcowy jest równy korzyści krańcowej . Ważne jest, aby podaż zrównała się z popytem, jak na poniższym rysunku. Korzystanie z wody staje się negatywnym efektem zewnętrznym , gdy istnieje rywalizacja, a prawa własności nie są dobrze zdefiniowane. Sposobem na wyeliminowanie niektórych negatywnych efektów zewnętrznych jest wprowadzenie podatku umieszczony na zasobie w celu zwiększenia kosztu krańcowego. Kiedy opodatkują odpowiednią kwotę, użytkownik będzie korzystał z zasobów na społecznie akceptowalnym poziomie. Innym sposobem wpływania na efekt zewnętrzny jest stworzenie dotacji . Dotacja zwiększy korzyść krańcową, aby osiągnąć społecznie akceptowany poziom wykorzystania zasobu.
Woda nie jest towarem jednorodnym z kilku powodów, które obejmują wrażliwość na lokalizację, czas użytkowania, postać wody i reakcje administracyjne. Wykorzystanie banków wód podziemnych może sprawić, że woda stanie się bardziej jednorodnym towarem. Może to stworzyć wartość rynkową, która zwiększy inwestycje prywatne, zwiększając korzyści. Dostosuje również krańcową korzyść do krańcowego kosztu, powodując, że rynek osiągnie ekonomicznie efektywny poziom.
Woda wiąże się z wysokimi kosztami transakcyjnymi i tworzy bariery rynkowe, które obniżają jej wartość dla społeczeństwa, ograniczając realokację zasobów. Popyt nie zmienia się, gdy istnieje bariera rynkowa, więc będzie wielu nieprzyjemnych ludzi, jeśli nie dostaną swojej części wody. Jeśli bank jest w trakcie tworzenia, usunięcie barier w dostępie do rynku może być częścią negocjacji, ale niekoniecznie sam bank jest przyczyną. Bankowość wód podziemnych może obniżyć koszty transakcji, ponieważ każda osoba nie będzie musiała analizować każdej transakcji.
Zobacz też
- Handel wodą
- Magazynowanie i odzyskiwanie warstwy wodonośnej : magazynowanie wody w warstwach wodonośnych za pomocą studni