Осідання землі — це геонебезпека, спричинена раптовим або поступовим осіданням (від років до десятиліть) поверхні землі внаслідок видалення підповерхневого матеріалу. Це може відбуватися внаслідок різноманітних факторів, як природних (таких як землетруси, вулканічна активність і ущільнення дрібнозернистих неконсолідованих відкладень), так і антропогенних (наприклад, видобуток корисних копалин і забір підземних вод). Він створює серйозну проблему в міських зонах, де може спричинити руйнування будівлі та пошкодження інфраструктури, що може становити загрозу для життя та проблему управління ресурсами.
У зв’язку зі збільшенням осідання землі в густонаселених районах, ключовим фактором, що спричиняє осідання, є забір ґрунтових вод — видалення води, що зберігається в поровому просторі підповерхневих шарів, і транспортування її для споживання людиною та зрошення в сільському господарстві, що призводить до ущільнення землі. підповерхневі відкладення.
На цьому зосереджено нове дослідження, опубліковане в Geophysical Research Letters, у якому вчені виявили значну позитивну кореляцію між швидкістю забору ґрунтових вод і опусканням, що означає, що ці території мають бути основним напрямком управління водними ресурсами для пом’якшення цієї геонебезпеки.
Цимур Давиденка, канд. Дослідник Колорадської гірничої школи (США) та його колеги доктор Педжман Тахмасебі та професор Німа Шокрі звернулися до штучного інтелекту глибокого навчання, щоб передбачити глобальний масштаб осідання ґрунту. Пояснюючи важливість свого дослідження, Цімур і доктор Тахмасебі сказали: «Осідання землі — це руйнівне явище, яке завдає шкоди інфраструктурі та водоносним горизонтам, а також ставить під загрозу життя людей. Зростання населення відіграє беззаперечну роль у видобутку ресурсів, що призвело до осідання.
«Грунтуючись на наших дослідженнях, ми зрозуміли, що існує кілька локальних досліджень у різних країнах, які досліджують просідання грунту, але немає достатніх досліджень у глобальному масштабі. Такі карти або не надають жодної інформації про величину просідання, що важливіше, ніж лише можливість спостерігати за цим, або вони обмежені регіональними масштабами. Використовуючи сучасні методи моделювання на основі даних, ми представили першу глобальну карту темпів осідання, яку можна використовувати для інформування про політику управління підземними водами та керування пом’якшенням наслідків».
Дослідники використовували наявні дані з досліджень просідання землі та дистанційного зондування, щоб створити навчальний набір даних із 46 000 сценаріїв просідання. Разом із вибором 23 кліматичних, географічних і топографічних умов (включно з опадами, складом ґрунту, товщиною осаду та нахилом) вони були використані для навчання моделі машинного навчання, яка потім була здатна оцінити загальну площу землі, що піддається ризику просідання та населення в цих зонах.
Вони визначили, що понад 6,3 мільйона км 2 поверхні Землі (~5% від загальної площі суші) схильні до швидкості осідання, яка вважається досить значною, щоб завдати шкоди та потребує стратегій пом’якшення наслідків — вони перевищують 5 мм/рік. Це випливає з попередньої роботи, яка припускала, що 12 мільйонів км 2 поверхні землі зазнали швидкості опускання 430 мм/рік. З них понад 6,3 мільйона км 2 , 231 000 км 2 було визначено в міських районах, де щільність населення показує, що приблизно 2 мільярди людей (25% світового населення) розташовані в цих зонах високого ризику.
Модель машинного навчання визначила, що забір ґрунтових вод є основним провісником просідання ґрунту, за яким слідує сейсмічна активність від землетрусів, потім умови навколишнього середовища (а саме опади), що впливають на поповнення ґрунтових вод, товщина осадових одиниць (більші одиниці мають більше місця для остаточного ущільнення), середня температура найтепліших місяців (важливо для посушливих і напівпосушливих регіонів, чутливих до осідання), вмісту глини в ґрунті та щільності населення.
Враховуючи, що забір підземних вод є основною проблемою, Цімур і д-р Тахмасебі пропонують шляхи, якими залежність населення планети від цього може бути змінена в майбутньому. «Щоб мінімізувати залежність від ґрунтових вод, стратегічні заходи включають підвищення ефективності використання води, впровадження суворої нормативної бази та стимулювання сільськогосподарських практик, які оптимізують споживання води. Крім того, інвестиції в технології рециркуляції та рекультивації води можуть збільшити доступність води без надмірної залежності від ґрунтових вод.
«Поетапне припинення видобутку підземних вод може бути доповнено використанням альтернативних джерел, таких як очищені стічні води, збір дощової води та управління зливовими стоками. Однак перехід також повинен враховувати просторові обмеження резервуарів та економічну доцільність опріснення морської води. Шляхом інтеграції практик збереження, використання технологічних завдяки інноваціям та диверсифікації джерел води можна створити стійку екосистему водопостачання, що пом’якшить екологічні та соціально-економічні проблеми, пов’язані з надмірним забором підземних вод».
Що стосується відкладень, які найбільше постраждали від опускання, 3,8 мільйона км2 неконсолідованих відкладень (10% глобальної площі) були визначені як головний ризик, з найвищою швидкістю опускання 320,6 мм/рік. Культивовані землі являли собою найбільшу площу під загрозою, на 2,1 мільйона км2 у всьому світі (12,2% світових культивованих земель), тоді як субтропічні високогір’я та помірний океанський клімат зазнали посилених темпів опускання понад 50 мм/рік.
Загалом, за моделюванням, Південна Азія має найбільшу площу землі під загрозою опускання (2,2% її загальної площі зазнає швидкості опускання понад 50 мм/рік), а також найбільшу кількість людей, які постраждають від цього (20 мільйонів). Інші країни зі швидкістю осідання, що перевищує 50 мм/рік, включають Філіппіни, Іран, Коста-Ріку, Індонезію та Узбекистан.
Хоча це дослідження надає важливу глобальну карту осідання землі, яка допоможе підприємствам, фермерам і місцевій владі в районах з підвищеним ризиком планувати проблеми, з якими вони можуть зіткнутися в майбутньому, потрібне подальше вдосконалення моделі. Таким чином, Цімур і доктор Тахмасебі заявляють, що «безумовно можливо», що майбутні моделі можуть мати достатньо високу роздільну здатність, щоб окремі місцеві органи влади могли використовувати дані для стратегій пом’якшення.
Наприклад, враховуючи важливість забору підземних вод у наборі даних, включаючи більш детальну інформацію про глибину забору, тип водоносного горизонту, відставання між забором і зниженням рівня підземних вод, а також взаємодію нафтової та газової промисловості (вклад у 4,36% поточних записів просідання), є необхідними кроками для посилення цієї важливої роботи. Зі збільшенням кількості населення, що збільшує нашу залежність від ґрунтових вод, і посухами, які посилюють зміну клімату, вплив зменшення ґрунтових вод на осідання землі й надалі залишатиметься актуальною проблемою в найближчі роки.