在加州，该州最重要农业区下方含水层流出的水量，远远超过回流的水量。如此严重的超采导致该地区大片土地像被挤干的海绵一样下沉，永久削弱地下水储存能力，并损坏基础设施。
这一趋势，加上该州于2014年颁布的可持续地下水管理规定，激发了人们通过有计划地淹灌地表来补充加州中央谷地含水层的兴趣。但直到现在，人们还没有可靠的方法来判断这类措施在哪些地方最有效。
“除非减少抽水，否则未来20年内，一些地点的地面还会下沉至少13英尺。”
未定义
中央谷地部分地区在20世纪上半叶下沉了多达28英尺，近几十年来，一些地点每年下沉近8英寸。这项发表于《水资源研究》期刊的新研究通过建模指出，除非减少抽水，否则未来20年内，一些地点的地面还会下沉至少13英尺。
模型预测，即使在抽水量从未超过流入含水层水量的情景下，过去的超采仍会造成影响，地面还将继续下沉。
“系统存在时间延迟，”该研究资深作者、地球物理学家罗丝玛丽·奈特说。她是斯坦福大学地球、能源与环境科学学院教授。“我们能阻止这种情况的唯一办法，就是审慎规划如何利用现有的补给水。”
“水会流到哪里？”
在正常年份，运河、水库和河流中的水足以满足中央谷地的大部分灌溉需求，含水层则提供补充。然而，近年干旱期间，地表水供应不足，为该地区价值170亿美元农业产业提供支持的农民更加依赖地下水。
奈特说：“庞大的农业产业、降水稀少、气温偏高、需要抽取地下水，以及容易发生地面沉降的大量黏土，这些因素凑在一起，形成了完美风暴。”
这里的黏土在抽干水后会压实，而且往往富含砷；大量抽水可能使砷释放到供水中。奈特说：“因此，水量和水质都会出现问题。”
加州目前采用或正在认真考虑的补给方法包括：在冬季淹灌农田或果园，或建造全年运行的补给池。
奈特说：“关键问题是水会流到哪里？如果要淹灌农田，就应该确保这种做法有效。”
数据结合
要弄清水会流向地下何处，需要绘制砂砾层错综复杂的通道图，这些通道穿插在紧密堆积的黏土和粉砂之间。在加州，这类信息通常来自钻井承包商提交给州监管机构的报告。这些报告获取成本高昂，也没有涵盖钻井之间或井下方的区域。因此，应对地面沉降最常见的做法是事后补救。
“如果我们主动管理，就能防止储水能力遭到不可逆的损失，”主要作者瑞安·史密斯说。他是密苏里科技大学教授，开展这项研究时还是一名地球物理学博士生。
这项新方法结合了两类遥感数据，有望以相对较低的成本应用于大型农业区。奈特和史密斯分析了此前一项研究中测得的砂层和黏土层结构。那项研究通过直升机发射电磁信号，在加州弗雷斯诺以南约45英里的图莱里县三个地点进行测量。他们还处理了公开卫星图像数据，以测量地面下沉幅度。
史密斯说：“我意识到，两组数据都与黏土含量有关。我想，如果能找到一种数学方法把它们联系起来，我们就能建立地面沉降预测模型。”该研究介绍了一种方法，利用现有的数学和物理算法，将两组数据整合为一个模型。
加州只有一小部分地区绘制了这两类遥感数据图。蒂姆·戈德温指出这一点。他是加州水资源部的高级工程地质学家，该部门一直支持奈特扩大在该州开展的机载电磁勘测。他说，随着这些数据集不断扩充，将其与预测地面下沉的工具结合起来，有助于回答如何更好地实现可持续发展目标等问题。
他说：“地下水管理者将能更准确地预测发生地面沉降的可能性，并对拟议项目更有信心。”
史密斯表示，如果钻井人员为应对未来缺水而加深该地区的水井，未来几年地面沉降可能比当前模型所显示的更加严重。
他说：“仍有更深、基本未开发的含水层；如果抽取其中的水，压力就会大幅下降。这会使黏土比目前正在开采的含水层部分压实得更严重。”
戈登与贝蒂·摩尔基金会和美国国家科学基金会研究生奖学金资助了这项研究。
