Using shallow aquifers: the oldest water source is a new method for climate mitigation and adaptation

Deep wells draw from confined and protected aquifers for drinking water, while shallow wells pump water for short distances for non-potable use.

Water issues and climate change issues overlap tremendously. Transporting and purifying water needs energy, a lot of energy in some places. Here in California, around 20% of all electric energy consumption is used simply to move water around the state (although pumping over high points can sometimes recover some of the energy on descent).

Transporting water also results in water loss through evaporation and leakage. Once the water arrives, agencies use additional energy and produce emissions in the purification process, including use of ultraviolet energy and chemicals for water purification.

In addition to these effects that make climate change worse through energy consuption, our water system suffers from increasing vulnerability to climate change. With less snow, more heat waves, more heat in general that dries out soils, and more drought, we will have less water from typical sources in the face of increasing water demand.

For these reasons, using water from shallow aquifers is something new - or possibly something old and now is new again - that can help in the mitigation and adaptation for climate change.

Communities draw water from two sources - surface water such as rivers and lakes, and groundwater in aquifers. Historically, people dug wells by hand and went no deeper than the shallowest source of dependable water. In many areas, especially near coastlines, that would be a shallow aquifer separated from deeper groundwater by clay layers deposited over millenia (see figure above). Today we can drill deeply to get to confined aquifers further down that are protected from surface contamination.

In Santa Clara County, home of Silicon Valley along the San Francisco Bay, the majority of the two million people living there reside above shallow aquifers. The county water agency draws from and actively recharges the deep, confined aquifer, but they do not use the shallow aquifer. With insufficient local rainfall, the county water agency draws on water pumped from the Sacramento River to refill reservoirs and recharge the deep aquifer. That water then gets pumped out, much of it used just once on people's yards, then enters the shallow aquifer where it gradually percolates to the Bay.

That county water agency, the Santa Clara Valley Water District, uses surface water, deep confined aquifer groundwater, and pumped-in Sacramento River water to recharge both sources. This process uses a lot of energy and becomes less available with climate change, but the people of Silicon Valley don't take advantage of the water just under their feet, water they just put there when they watered their plants.

Source information available from Santa Clara Valley Water District in the paper "Revised Final Groundwater Vulnerability Study 2010"

The figure above shows the shallow aquifer beginning just a few feet down. The deep aquifer for drinking water starts 100 to 300 feet lower. The rain then that arrives in the north-central through the south central part of the valley floor reaches only the shallow aquifer, where no one makes use of it. Similarly the discharged water for plants and gardens also is stopped at the shallow aquifer and not reused.

The problem in using this readily available water is that it is not reliably drinkable - its close connection to the surface means it can get contaminated. Today, however, there are many uses for non-potable water, including on plants and gardens, and even indoor use like toilets. The energy needed to pump a few feet is a fraction of that needed for the deep aquifer and for water from miles away in the Sacramento River. No energy is wasted treating water that people do not drink.

And once used outdoors, any excess water filters right back to the same aquifer it came from, a natural recycling system. This local water source also encourages landowners to remove impermeable surfaces to maximize infiltration. Because the excess water remains nearby after use; because the source is at hand and doesn't evaporate or leak during transportation; and because it is a new water source that is little-used in developed countries, the use of shallow aquifer helps in both mitigation and adaptation to climate change.

Santa Clara Valley Water District can help in the use and recycling of water in shallow aquifers, for example showing how to retain water onsite to filter into the aquifer for use. Other places can and have taken action. In Australia and other parts of the US, water storage and recharge in aquifers for nonpotable use is happening.

Shallow wells and shallow aquifers were the first subsurface water sources for humanity, and they can once again help, this time in facing the modern challenge of climate change.

Supplemental Material

Powerpoint presentation of a simple backyard shallow well and infiltration system in Redwood City, California: 

Adaptación y mitigación de cambio climático por uso de acuiferos superficiales por agua no potable

(Ejemplo de acuiferos:  "unconfined aquifer" es un acuifero superficial, y "confined aquifer" es un acuifero profundo.)


El cambio climático viene con muchos retos vinculado con agua. La purificación y transporte de agua necesita energía, a veces mucha energía. Acquí en California, aldredor de 20% de la energia electrica se usa en el transporte de agua (aunque se puede recuperar algo de este energía - despues de levantar agua sobre montañas, la presión cuando el agua se baja es suficiente para hacer electricidad).

El transporte de agua tambien resulta en el perdido de agua, porque de la evaporacion. Hay bastante energia usado y emisiones producido en la purificacion de agua tambien, incluyendo el uso de energia ultravioleta y la produccion de quimicos por la purificacion de agua.

Finalmente el reto de adapatacion al cambio climatico se necesita hacer algo diferente por un fondo de agua. Con menos nieve, mas olas de calor, mas calor en general que hace el suelo mas seco, y con mas sequias, van a ser menos agua para usar en formas tipicas.

Por todas estas razones, el uso de agua de acuiferios superficiales es algo nuevo - o posiblamente algo viejo que ya es algo nuevo - que pueden ayudar en la adaptacion y la mitigacion de cambio climatico

Sociedades sacan ague de dos fuentes - agua en el superficie como en rios y lagos, y agua bajo del suelo en acuiferos. Anteriormente, tienen que excavar pozos por mano, y por esta razon normalmente no se hacen mucho mas profundo que lo alcanzaba al nivel de agua, en el aquiferio superficial. Ahora en paises desarrollados normalmente usan agua mucho mos profundo, porque este agua tiene menos riesgo de contaminacion.

Por ejemplo, en lugares cerca de La Bahia de San Francisco, y en muchos partes del mundo, hay mas que una aquiferio. En diferente niveles del suelo, hay capas del barro que separan el acuifero superficial y el acuifero profundo. En el Condado de Santa Clara, la origen de Silicon Valley, la mayoria de casi 2 millones de gente viven sobre un acuifero superficial, pero no lo usan.

El Condado de Santa Clara tiene una agencia de agua que se llama el Distrito de Aguas del Valle de Santa Clara que usan agua superficial y agua del acuifero profundo, y el Distrito lleva agua desde el Rio Sacramento para llenar el acuifero profundo y los embalses. Este proceso usan mucho energia, pero el Distrito y las personas en Silicon Valley no se usan el agua muy cerca de sus pies.

Estas figuras demuestran los acuiferos superficiales and profundos:

Se pueden encontrar estas figuras en el sitio web del Distrito, en el papel "Revised Final Groundwater Vulnerability Study 2010."

Las figuras muestran que se necesita y solamente unos metros para encontrar el acuifero superficial pero 30 a 100 metros o mas para encontrar el acuifero profundo. La lluvia que llega sobre el parte norte-central y el parte sur-central de estas figuras solamente alcanza al acuifero superficial, y nadie lo usan.

El problema es que este agua es no potable y por esta razon no lo usan, pero hoy dia hay muchas posibilidades de usar agua no potable, en los cespedes y jardines, y a veces en parte de casas y edificios, como los banos. No necesitan bombear este agua desde muchos metros abajo, ni necesitan impulsarlo desde el Rio Sacramento.

Y cuando se usan este agua por afuera de las casas y edificios, el agua se filtran abajo al mismo acuifero superficial, y se pueden usarlo al nuevo en un sistema natural de reciclaje. Porque el agua queda cerca despues del uso, porque su fuente es cerca no necesita transporte que sufren evaporacion, y porque es una nueve fuente de agua que no se usan mucho en paises desarrollados, el uso de acuiferos superficial funciona tambien por la reduccion (mitigacion) de cambio climatico y por la adaptacion a los impactos de cambio climatico.

El Distrito de Aguas del Valle de Santa Clara pueden apoyar el uso y el reciclaje de agua en acuiferos superficiales, por ejemplo mostrando como se pueden detener lluvias para que se filtran al acuifero no salen hacia la Bahia de San Francisco.

En otros partes del mundo, se pueden hacer lo mismo. En Australia, donde ha sufrido una sequia muy larga, y en partes de los Estados Unidos, se han empezado a usar aquiferos superficiales y la recarga de ellos.

Los pozos superficiales y los acuiferos superficiales fueron las primeras fuentes de agua bajo del suelo, y los acuiferos superficiales pueden ayudarnos al nuevo.