Los científicos del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley del Departamento de Energía (Berkeley Lab) pasaron una década desarrollando capacidades de modelado y monitoreo de clase mundial para identificar los factores detrás del éxito del sistema de filtración de ribera de Sonoma. Estaban centrando su atención en investigar el impacto potencial de los eventos extremos, como tormentas e incendios forestales, cuando ocurrió el desastre. Repentinamente, sus enfoques experimentales para predecir cómo respondería el sistema a situaciones hipotéticas se están utilizando para explorar perturbaciones de la vida real.

Los incendios catastróficos en el norte de California quemaron más de 110, 000 acres en los condados de Sonoma y Napa el mes pasado, incluido el 8 por ciento de la cuenca del río Russian. Ahora, con la temporada de lluvias en marcha, la investigación de Berkeley Lab, que busca comprender cómo la hidrología y la microbiología del sistema de aguas superficiales y subterráneas responden a los eventos extremos, se ha vuelto aún más crítica.

"Estábamos estudiando el impacto potencial de los incendios en el nutriente, sustancia disoluta, y entrega de metales al río, ", dijo la investigadora del Berkeley Lab, Michelle Newcomer." Con este desafortunado giro de los acontecimientos, nuestros enfoques desarrollados están listos para abordar preguntas reales sobre la disponibilidad y la calidad del agua ".

La Agencia del Agua del Condado de Sonoma está apoyando a Berkeley Lab para evaluar el impacto de los incendios recientes y las tormentas posteriores al incendio en las condiciones hidrológicas y biogeoquímicas de la calidad del agua a medida que se mueve a través del río Ruso y el sistema de aguas subterráneas. la principal fuente de agua potable para 600, 000 residentes en los condados de Sonoma y Marin.

Berkeley Lab ha estado colaborando con la Agencia del Agua y científicos del Servicio Geológico de EE. UU. (USGS), que están ayudando a recolectar muestras y realizar análisis de calidad del agua, respectivamente.

"El momento de los incendios ha presentado un gran desafío. Al acercarse tanto a la temporada de lluvias, las personas que obtienen su agua del río Russian están preocupadas por los posibles impactos de la escorrentía de las miles de casas destruidas y miles de acres marcados, "dijo Jay Jasperse, ingeniero jefe y gerente del programa de aguas subterráneas de la Agencia del Agua. "La asociación con Berkeley Lab y USGS proporcionará información vital".

Los datos recopilados de este programa también serán útiles para evaluar los impactos potenciales en otros sistemas de suministro de agua dentro y aguas abajo de las áreas afectadas. así como los posibles efectos del ecosistema.

"Tan pronto como ocurrió el incendio, nos movilizamos la semana siguiente para identificar una serie de nodos de medición en ubicaciones clave en la cuenca para recolectar una serie de tiempo de muestras de agua, "dijo Susan Hubbard, el Director Asociado de Laboratorio del Área de Ciencias Ambientales y de la Tierra de Berkeley Lab. "Estamos trabajando para comprender cómo los cambios en las condiciones hidrológicas influyen en las interacciones entre los microbios, minerales, y fluidos en las aguas superficiales y subterráneas, es decir, cómo cambian estas interacciones antes, durante, y después de las tormentas y lo que significa para la disponibilidad y la calidad del agua ".

Los cauces de los ríos como filtros naturales

El sistema de filtración de ribera de la Agencia del Agua, ubicado en el río Ruso cerca de Forestville, Bombea agua subterránea desde aproximadamente 20 metros debajo del río que ha sido filtrada naturalmente por sedimentos y microbios en el ecosistema. La ventaja de un sistema de este tipo es que reduce en gran medida o incluso elimina la necesidad de un pretratamiento químico para eliminar patógenos y contaminantes. "Es natural, forma sostenible de filtrar el agua, "Dijo el recién llegado.

Los científicos del laboratorio de Berkeley han estado estudiando procesos hidrológico-biogeoquímicos que son fundamentales para el éxito de los sistemas de filtración de riberas. A través de modelos avanzados de superficie-subsuelo que pueden simular interacciones complejas, El recién llegado ha identificado varios controles clave.

"Creemos que la infiltración exitosa de la ribera requiere dos cosas:el acuífero debajo y adyacente al río debe tener sedimentos del tipo y tamaño adecuados, compuesto por los minerales adecuados; y el ecosistema del río debe proporcionar una gran cantidad de alimento sustentador para los microbios en esos sedimentos, ", dijo." Es la combinación de estas dos cosas lo que ayuda a este sistema de filtración a mantener su productividad, y estos dos factores cambian con las prácticas estacionales y operativas ".

La investigación de Berkeley Lab ha podido modelar los factores clave para mantener una producción de agua de alta calidad mientras se optimiza la infiltración y el bombeo de agua. Los investigadores encontraron que los microbiomas son un factor de control clave, y han publicado una serie de estudios a lo largo de los años basados ​​en el sitio de la Agencia del Agua, como uno sobre bioabsorción de ribera, un proceso donde el crecimiento microbiano puede bloquear la infiltración de agua a los pozos colectores.

Newcomer ha desarrollado un modelo numérico de transporte reactivo y de flujo de agua y constituyentes geoquímicos en el subsuelo. "Es un modelo de última generación y es el primero de su tipo en tener capacidades microbianas integradas en el modelo, ", dijo." Con la información microbiana, así como el flujo y la información geoquímica, puede ayudar a guiar a una agencia con sus decisiones de bombeo, y ahora estamos usando el modelo para explorar las respuestas al fuego ".

Investigación post-incendio

La fase actual de la investigación se centra en recopilar datos de toda la cuenca y utilizar los modelos para comprender cómo el carbono generado por las cenizas generado por los incendios y movilizado por las tormentas invernales afectará las tasas de infiltración y el crecimiento microbiano. El carbono es una fuente de energía para los microorganismos del lecho de los ríos y, por lo tanto, influye en la cantidad de agua que puede infiltrarse en los acuíferos y la rapidez con que se degradan los contaminantes.

El peligro es que los productos químicos potencialmente tóxicos que se encuentran en una gran cantidad de artículos del hogar lleguen al agua subterránea después de un incendio. "Principalmente nos preocupan los productos químicos de los artículos domésticos como retardante de fuego en muebles, pintura, pesticidas, y artículos que se quemaron en los hogares de las personas, ", Dijo Newcomer." También nos preocupa que los metales se movilicen, como el mercurio, que se encuentra comúnmente en baterías y bombillas ".

El equipo de Berkeley Lab no está involucrado en la respuesta de emergencia a los incendios recientes. Bastante, su investigación científica y sus capacidades numéricas permitirán a la Agencia del Agua tomar decisiones más informadas sobre cómo administran su sistema de filtración de ribera, tanto a corto como a largo plazo. Los enfoques deben ser transferibles a otros sitios, y también puede allanar el camino para un diseño más eficiente de sistemas de filtración de ribera que sean resistentes a eventos extremos.

"Estamos encapsulando nuestro conocimiento sobre las conexiones entre hidrología, carbono derivado del fuego, geoquímica, y biología en un modo predictivo que puede permitir a la Agencia del Agua tomar las mejores decisiones sobre cómo optimizar su sistema de filtración de ribera y entregar agua a sus clientes, "Dijo Hubbard.