Ocena wód gruntowych usprawnia zarządzanie ryzykiem
Woda jest zarówno cennym, jak i wrażliwym zasobem. W Europie około 65 % wody pitnej i 25 % wody wykorzystywanej do nawadniania pochodzi z wód gruntowych. Według Europejskiej Agencji Środowiska (EEA) około jedna czwarta wód gruntowych w Europie zawiera zanieczyszczenia chemiczne. Celem projektu FORENSHYD było ulepszenie narzędzi do modelowania wykorzystywanych do określania lokalizacji, źródła i ilości zanieczyszczeń znajdujących się w wodach gruntowych, a także czasu ich wypływu. Badanie to przeprowadzono dzięki wsparciu programu działania „Maria Skłodowska-Curie”.
Zmienne w hydrologii sądowej
Hydrologia sądowa wykorzystuje naukę do badania zanieczyszczenia wód gruntowych w celu wsparcia egzekwowania prawa ochrony środowiska. Jest to skomplikowany problem z uwagi na wiele czynników. Przestrzenna zmienność gleby sprawia, że reaguje ona na zanieczyszczenia w różny sposób, w zależności od różnych przyczyn. Ma to wpływ na procesy transportu, takie jak dyspersja i dyfuzja, które z kolei wpływają na sposób przemieszczania się zanieczyszczeń przez glebę do wód gruntowych. Reakcje chemiczne spowodowane wyciekami, takie jak reakcje kwasowe i rozpuszczanie minerałów, dodają do badania zanieczyszczenia wód gruntowych kolejną warstwę złożoności. Połączenie procesów transportu i reakcji chemicznych zwane jest procesami transportu reaktywnego, a rozszyfrowanie ich interakcji wymaga zaawansowanych technik modelowania.
Postępy w modelowaniu wód gruntowych
Do oceny zdarzeń związanych z zanieczyszczeniem wód gruntowych wykorzystywany jest złożony zestaw algorytmów zwany złożonym filtrem Kalmana (ang. ensemble Kalman filter, ENKF). Jeśli zaś chodzi o określanie wielu źródeł zanieczyszczeń, tradycyjne zastosowania napotykają pewne trudności. Nowatorskie zastosowania uczenia maszynowego stworzone przez Jaime'a Gómeza-Hernándeza, koordynatora projektu FORENSHYD, wykorzystane w ENKF doprowadziły do postępów, które poprawiły wyniki. Dokładność prognozowania narzędzia optymalizacyjnego zaprojektowanego przez Gómeza-Hernándeza przetestowano w wielu warunkach. Testy przeprowadzono w syntetycznych scenariuszach poprzez symulację komputerową, a także w swobodnych eksperymentach w kontrolowanych warunkach. Dodatkowo przeprowadzono testy w dwóch lokalizacjach demonstracyjnych. Jak mówi beneficjentka MSCA-IF, Alicia Sanz-Prat: „Wyniki wykazały, że możliwe było jednoczesne określenie lokalizacji źródeł zanieczyszczeń i oszacowanie parametrów reaktywnych, nawet w przypadku złożonej i niejednorodnej niepewności geologicznej”.
Technologia open source
Jedną z mocnych stron projektu FORENSHYD jest to, że nowatorskie postępy technologiczne, które doprowadziły do ulepszonych zastosowań w zakresie hydrologii kryminalistycznej, opierają się na pakietach typu open source. Rządy europejskie, agencje wodne i inni interesariusze mają dostęp do narzędzi testowanych w ramach projektu. Długoterminowa poprawa hydrologii sądowej zależy od otwartego charakteru narzędzia optymalizacyjnego, a powodzenie projektu rozpala dyskusję. Według Sanz-Prat: „Oczekuje się, że nadchodzące recenzowane publikacje zainicjują angażujący dialog na temat zastosowania i korelacji między poziomami niepewności w nauce i procedurach sądowych. Dyskusja ta może doprowadzić do zidentyfikowania nowej konkurencyjności handlowej i synergii na rynku europejskim wśród interdyscyplinarnych i międzysektorowych interesariuszy w dziedzinie gleby i wody”. Staranne zarządzanie zasobami ma kluczowe znaczenie dla społeczeństwa, a żaden zasób nie jest bardziej istotny niż woda. Ulepszając projektowanie otwartych narzędzi do asymilacji i oceny danych hydrologicznych oraz testując je w wielu kontrolowanych warunkach, projekt FORENSHYD przyczynił się do zwiększenia bezpieczeństwa i dobrobytu społeczności europejskiej.
Słowa kluczowe
FORENSHYD, wody gruntowe, zanieczyszczenie, narzędzie optymalizacyjne, hydrologia sądowa, modelowanie, złożony filtr Kalmana, technologia open source