微妙的平衡
研究人员在爱达荷州农业中发现了脆弱的能源和水关系模型
平衡中心
爱达荷州的水和能源资源密不可分:水力发电需要水——爱达荷州的主要能源——而灌溉需要能源将水抽水到田地里.
“只要我们保持水和能源之间的紧密联系, 我们很脆弱,休姆斯说. 这就是为什么我们想要研究食物生产、水和能源之间的相互作用.”
尽管它的人口不到200万, 爱达荷州从地下水和地表水中抽取的总水量在全国排名第三, 仅次于加州和德克萨斯州. 其中大约86%的水用于灌溉, 使爱达荷州灌溉用水量在全国排名第二, 仅次于加州, 休谟说的这个事实连她自己都感到惊讶.
然后，干旱打破了水和能源使用的微妙平衡.
首先是农作物，在可用水量最低的时候，作物需要更多的水. 随着气候变化影响的增加, 研究人员预测，未来半个世纪，干旱将变得更加频繁和严重，西北地区的夏季河流水位将下降.
“我们已经看到了这方面的证据，”休姆斯说. “在爱达荷州南部，高级水权使用者要求初级水权使用者在干旱时期减少用水.”
“只要我们保持水和能源之间的紧密联系，我们就很脆弱.”
——卡伦·休姆斯，水文学家
使事情复杂化, 在干旱期间，水力发电与灌溉竞争水资源，因为灌溉的增加需要更多的水力发电能源. 其他形式的灌溉, 比如犁沟灌溉或洪水灌溉, 可能比中心-支点灌溉的能源密集程度低，但失水和泥沙径流一样高.
这是一个复杂的问题.
“在干旱时期，我们设计的系统给我们带来了压力，”休姆斯说. “我们需要更多的水来灌溉庄稼，我们需要更多的能源. 但是我们最大的能源来源, 水电, 在这种干旱条件下，需要减少用水量，因为系统中用于水力发电的水越来越少.”
调整系统
理解这种平衡行为, 休姆斯和艾米丽·汤普森, 和休谟一起工作的博士候选人, 正在量化爱达荷州用于灌溉的水和能源的数量，以及这些数值是如何根据干旱还是潮湿的年份而变化的.
他们正在建立一个计算机模型，该模型汇集了爱达荷州南部20年来的水和能源使用数据. 初步数据显示，爱达荷州南部的电力公司在农业季节的用电量增加了大约30%.
当模型完成时, 当模型中的一个因素被调整时，研究人员和水和能源规划者可以用它来估计水和能源使用的变化.
作为运行测试的一个例子，休姆斯正在研究影响水分吸收的作物类型. 为支持不断增长的乳制品工业而种植的紫花苜蓿是一种明显需要大量水分的作物，因为每年夏天可以多次扦插. 研究人员可以测试增加和减少当地种植苜蓿的比例. 她还在研究如何增加太阳能等可再生能源的发电量, 干旱的时候哪一种比较充足, 会对系统产生影响——而不会对水的可用性提出进一步的要求.
在这条路上，休姆斯将与 罗素Qualls，副教授 化学与生物工程 以及爱达荷州的气候学家，来评估未来半个世纪的水和能源消耗.
“未来气候的不确定性增加了干旱严重程度和持续时间增加的风险,奎尔斯说。. “尽管如此，气候模拟可以提供一系列可能的结果. 该模型可以提前对可能出现的干旱条件做出最优的操作响应, 如果把灌溉和发电分开考虑，这一点可能就不明显了.”
汤普森说，该模型可以用于风险评估，指出爱达荷州最脆弱的地方.
“最终的目标是能够将完成的模型展示给人们, ‘嘿, 看, 这是一个问题,’”汤普森说. “我们可以弄清楚需要采取什么样的农业政策和能源生产基础设施来帮助保护我们的自然系统和经济系统.”
本项目由美国地质调查局资助，项目编号为G16AP00050. 该项目的联邦资金总额为92,335美元，其中15,000美元用于该项目.
本文由 利库柏大学传媒.
照片 梅丽莎·哈特利, 加勒特布里顿 和 里约热内卢Spierling大学视觉制作.
出版于2023年7月.