Naukowcy z WAT proponują, by wykorzystać GPS w monitorowaniu poziomu wód podziemnych

Wyniki badań opublikowali w prestiżowym czasopiśmie "Remote Sensing of Environment" https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0034425723001487.

"Obecnie wody gruntowe są źródłem około 33 proc. wód całkowitych dostarczanych gospodarstwom domowym i przedsiębiorstwom, stanowią około 30 proc. globalnej zawartości wody słodkiej, a ich zasoby w pierwszym okresie XXI wieku mają aż 25-procentowy udział we wzroście globalnego średniego poziomu morza. Według najnowszych badań obecnie prawie 5 miliardów ludzi mieszka na obszarach zagrożonych brakiem dostępu do wody słodkiej. W ciągu ostatnich kilku dekad na skutek gwałtownego wzrostu zapotrzebowania na wodę tempo ubożenia wód gruntowych wzrosło ponad dwukrotnie, a w efekcie ubożenie wód gruntowych uznano za zjawisko globalne" - czytamy w komunikacie prasowym WAT.

Na razie - jak wyjaśniono w informacji - globalne i regionalne magazynowanie wód gruntowych i ich zmienność są badane w oparciu o pomiary wykonywane przy pomocy tradycyjnych instrumentów, takich jak radar penetrujący grunt czy sieć czujników bezprzewodowych. Pomiary wykonywane są in situ, czyli na miejscu, w terenie, ale ich dostępność jest ograniczona ze względu na m.in. wysokie koszty pomiarów.

Mimo że techniki teledetekcyjne się rozwijają, a obserwacje naziemne stają się coraz dokładniejsze, modele opisujące poziom wód gruntowych nadal nie są w pełni wiarygodne - oceniają przedstawiciele WAT. Z badań geodezyjnych wiadomo już, że zmiany w zasobach wodnych prowadzą bezpośrednio do przemieszczeń skorupy ziemskiej z uwagi na wymianę mas oraz tzw. efekt obciążeniowy.

"Dlatego w celu monitorowania globalnych i regionalnych zmian poziomu wód gruntowych zaczęto z powodzeniem wykorzystywać obserwacje dostarczane przez geodezyjne techniki pomiarowe, choć stanowią one grupę pośrednich technik pomiarowych. Zagadnieniami wykorzystania geodezyjnych technik pomiarowych do analizy rozmieszczenia i ruchu wody lądowej na i tuż pod powierzchnią Ziemi zajmuje się stosunkowo nowy obszar nauk o Ziemi – hydrogeodezja" – wyjaśnia współautor artykułu dr inż. Artur Leńczuk.

Badania pokazały, że do oceny zmian magazynowania wód w kontynentach mogą być wykorzystywane prowadzone od 2002 r. obserwacje geodezyjne z misji grawimetrycznej GRACE (ang. Gravity Recovery and Climate Experiment) oraz GRACE Follow-On. Jednakże wykorzystywanie danych GRACE do określenia zasobów wód gruntowych jest nadal w pewnym stopniu ograniczone ze względu na niską rozdzielczość przestrzenną udostępnianych danych (siatka 3 stopnie x 3 stopnie).

Precyzyjne informacje o wszelkich zmianach lokalnych można natomiast uzyskać, wykorzystując obserwacje dostarczane przez geodezyjną technikę nawigacyjną GPS (ang. Global Positioning System), która wrażliwa jest nie tylko na zmiany związane z hydrosferą lądową, ale także na inne efekty lokalne, często traktowane jako szum obserwacyjny.

"W artykule udowodniliśmy ogromny potencjał techniki GPS dla lokalnych badań związanych z przestrzenno-czasowymi zmianami wód gruntowych w regionach z brakującym dostępem do pomiarów in situ. Dotyczy to m.in. Brazylii, środkowej Afryki, Jordanii czy Bangladeszu. Wykazaliśmy, że pracujące w trybie ciągłym anteny systemu GPS, których obecnie na całym świecie jest ponad 20 tys., są wrażliwe na ekstremalne cykle sezonowe spowodowane opadami lub suszami, podkreślając dużą spójność obserwacji GPS z okresami mokrymi i suchymi wychwytywanymi przez dane hydrologiczne i klimatyczne" – mówi dr inż. Artur Leńczuk.

Autorzy publikacji wykazali również, że na ponad 40 proc. obszarów kontynentalnych (w tym Europa) obserwowany jest stan alarmowy z powodu zmniejszającego się stanu magazynowania wód gruntowych powodujących trwałe wypiętrzenie skorupy ziemskiej związane z jej reakcją elastyczną.

Autorami publikacji są pracownicy Wydziału Inżynierii Lądowej i Geodezji WAT: dr Artur Leńczuk, dr hab. Anna Kłos, prof. WAT i prof. Janusz Bogusz. (PAP)

lt/ agt/