Separating secular depletion from drought: a detrended storage-deficit characterization of groundwater across Arizona’s Active Management Areas from GRACE observations (2002–2023)

Water is de levensader van Arizona, een staat waar de zon neerdaalt op uitgestrekte woestijnen en de Colorado River een verre, soms onbetrouwbare belofte is. Decennialang hebben de mensen die daar wonen zwaar vertrouwd op het water dat verborgen ligt onder hun voeten, waarbij ze het uit diepe ondergrondse reservoirs pompen om te drinken, voedsel te verbouwen en hun steden draaiende te houden. Maar deze verborgen voorraad is niet oneindig, en het verandert op manieren die moeilijk zichtbaar zijn vanaf het oppervlak. Om te begrijpen wat er aan de hand is, hebben wetenschappers zich tot een uniek instrument gewend: satellieten die de aarde kunnen wegen. Deze satellieten, onderdeel van een missie genaamd GRACE, maken geen foto's van de grond; in plaats daarvan meten ze minuscule veranderingen in de zwaartekracht die worden veroorzaakt door de beweging van water. Wanneer een regio een enorme hoeveelheid water verliest, wordt het land iets lichter, en de satellieten kunnen die verschuiving detecteren. Dit vermogen om de onzichtbare waterstroom door hele landschappen heen te zien, heeft een nieuw venster geopend op hoe de watersystemen van onze planeet zich gedragen.

Het bekijken van deze gegevens vormt echter een lastige puzzel. Wanneer wetenschappers een gestage daling van de grondwaterstanden over twintig jaar zien, is het moeilijk te zeggen of een droge periode slechts een tijdelijke droogte is — een kortetermijntekort vergeleken met normaal — of dat het deel uitmaakt van een veel dieper, langdurig probleem waarbij het water simpelweg voorgoed verdwijnt. Stel je voor dat je probeert te luisteren naar een enkele trommelslag in een lied dat elke seconde zachter wordt; zonder rekening te houden met het afnemende volume, zou je kunnen denken dat elke slag zwak is, terwijl in werkelijkheid sommige slagen net zo luid zijn als vroeger, maar de achtergrondruis is veranderd. In Arizona is deze verwarring van groot belang, omdat de oplossingen voor een tijdelijke droogte heel anders zijn dan de oplossingen voor een permanent waterverlies. Als beheerders een langdurige daling behandelen als een tijdelijke droogte, kunnen ze wachten op regen die nooit komt. Als ze een tijdelijke droge periode behandelen als een permanent verlies, kunnen ze in paniek raken en onnodige beperkingen opleggen aan de watertoevoer.

Een nieuwe studie onder leiding van Md Rayhan van de Bangladesh University of Engineering and Technology pakt precies dit probleem aan door naar zes specifieke regio's in Arizona te kijken, bekend als Active Management Areas. Deze gebieden, die grote steden zoals Phoenix en Tucson omvatten evenals landelijke zones zoals Douglas en Prescott, zijn de plaatsen waar de staat het watergebruik strikt reguleert. De onderzoeker analyseerde eenentwintig jaar aan gegevens, van 2002 tot 2023, om de langzame, gestage daling van het grondwater te scheiden van de scherpe, tijdelijke dalingen veroorzaakt door droogte. De studie bevestigt wat velen al vermoedden: elk van deze zes regio's verliest grondwater met een aanzienlijke snelheid. De waterstanden dalen met hoeveelheden variërend van ongeveer vijf tot acht millimeter per jaar, een gestage daling die plaatsvindt ongeacht of het regent of niet. Dit is de seculaire uitputting, het langdurige verlies van opslag dat zich in de loop van de tijd opstapelt.

Maar het echte doorbraakmoment van de studie komt voort uit de manier waarop de onderzoeker de gegevens heeft bekeken nadat de langetermijnontwikkeling was verwijderd. Door de gestage daling wiskundig te verzachten, kon de wetenschapper de ware vorm van de droogtes zien die eronder verborgen lagen. Zonder deze aanpassing zou een standaard manier van droogtemeting hebben gesuggereerd dat de gehele periode na 2019 één ononderbroken ramp was. Nadat de langetermijntrend was weggefilterd, kwam er een ander beeld naar voren. De gegevens onthulden dat hoewel het water op de lange termijn inderdaad verdwijnt, de droogtes zelf afzonderlijke gebeurtenissen zijn die komen en gaan. Sommige regio's ervaren droogtes die frequent maar relatief kort en mild zijn, terwijl andere regio's te maken krijgen met minder vaak voorkomende droogtes die veel langer en heviger zijn.

De studie vond dat de zes regio's niet allemaal op dezelfde manier lijden. De gebieden rond Prescott en Phoenix ervaren bijvoorbeeld minder droogtegebeurtenissen, maar wanneer ze plaatsvinden, duren ze langer en slaan ze harder toe. De diepste droogtes in deze gebieden zagen de waterstanden dalen tot bijna vier keer de normale variatie onder de trendlijn. In contrast hiermee kampen de regio's Douglas, Tucson en Santa Cruz met droogtes die vaker voorkomen, maar deze gebeurtenissen zijn doorgaans korter en minder intens. Ondanks deze verschillen in hoe de droogtes aanvoelen, laat de studie zien dat de regio's nog steeds verbonden zijn; wanneer het ene gebied droog wordt, volgen de anderen vaak, wat suggereert dat een grootschalig weerpatroon het hele staat gebied beïnvloedt. Toch varieert de lokale reactie, wat betekent dat een eenheidsbenadering voor waterbeheer er niet in zou slagen de specifieke behoeften van elke gemeenschap aan te pakken.

Misschien wel de belangrijkste bevinding is dat de rangschikking van welke gebieden het meest in nood zijn, verandert afhankelijk van hoe je naar het probleem kijkt. Als je alleen kijkt naar de snelheid van de langetermijnontwikkeling, is Douglas het meest bedreigde gebied, dat sneller water verliest dan enig ander gebied. Echter, als je kijkt naar de ernst van de tijdelijke droogtes, klimt Phoenix op de lijst van bezorgdheid. Phoenix heeft de traagste snelheid van langetermijnwaterverlies, maar kampt met enkele van de meest intense en langdurige droogtegebeurtenissen wanneer de langetermijntrend wordt meegerekend. Dit onderscheid is essentieel voor waterbeheerders. Het betekent dat een stad als Phoenix, die veiliger lijkt omdat de grondwaterstand langzaam daalt, in werkelijkheid een hoog risico loopt op ernstige, tijdelijke tekorten die directe noodplanning vereisen. Daarentegen staat Douglas voor een onverbiddelijke, gestage drainage die langetermijnstrategieën vereist om het waterverbruik permanent te verminderen.

Het onderzoek introduceerde ook een manier om de totale hoeveelheid water te meten die verloren is gegaan en nooit is hersteld. Door bij te houden hoe ver de huidige waterstanden zijn gedaald ten opzichte van de hoogste ooit gemeten niveaus, toonde de studie aan dat sommige gebieden, met name Prescott en Douglas, meer dan tweehonderd millimeter onder hun historische hoogtes zijn gezakt. Dit is niet slechts een tijdelijke dip; het is een cumulatief verlies dat een fundamentele verschuiving vertegenwoordigt in de gezondheid van de aquifer. De studie concludeert dat om water wijs te beheren in Arizona, functionarissen moeten stoppen met het behandelen van uitputting en droogte als hetzelfde. Ze moeten instrumenten gebruiken die het verschil kunnen zien tussen een langzame, gestage lekkage en een plotselinge, scherpe droge periode. Door deze twee processen van elkaar te scheiden, biedt de studie een duidelijker kaart van de risico's die de watervoorraad van de staat bedreigen, en biedt het een fundament voor beslissingen die zowel de onmiddellijke behoeften van de bevolking als het langetermijnoverleven van de ondergrondse reservoirs kunnen beschermen.