Більше

Roundрунтові води - геологічні науки

Roundрунтові води - геологічні науки


Вплив складу та ущільнення осаду на перекачування підземних вод у долині Сан -Хоакін

автор Вероніка Герра

I. Історія використання підземних вод у Центральній долині Каліфорнії

Початковий попит на підземні води в Центральній долині відноситься до Каліфорнійської золотої лихоманки (Посилання 1). В середині 1800-х років переселенці із Золотої лихоманки почали займатися сільським господарством у Дельті та Центральній долині (див. Зростання сільського господарства вимагало нових джерел води та способів транспортування, особливо у долині Сан-Хоакін (Посилання. Це було частково усунено ґрунтовими водами) Розробка, яка розпочалася в Каліфорнії близько 1880 р. (Посилання на 1913 р., насосні свердловини стали ефективним методом вилучення підземних вод у Центральній долині (Посилання. Перекачування підземних вод тривала роками, але з негативними наслідками (Посилання з 1926 по 1970 р. повсюдне ущільнення дрібнозернистих відкладень та «значне осідання землі» (осідання понад 1 фут) приблизно в половині долини Сан-Хоакін, навіть перевищуючи 26 футів у деяких місцевостях (посилання 1, 2, 3).

На початку 1970 -х років відкачування підземних вод нарешті почало знижуватися (див. 2). Зі зростанням залежності від імпорту поверхневих вод, ущільнення земель сповільнилося, і рівень підземних вод почав неухильно відновлюватися (див. Однак умови посухи 1976-77, 1986-92, 2007-09 та 2012-2015 років зменшили доступність поверхневих вод призвело до збільшення перекачування підземних вод, внаслідок чого осад знову ущільнився, а рівень води знизився до майже історичних мінімумів (посилання 2, 3).

II. Про долину Сан -Хоакін

А. Басейни

Долина Сан -Хоакін складається з двох басейнів: басейну Сан -Хоакін і басейну Туларе (Посилання 1).

Басейн Сан -Хоакін складається з річки Сан -Хоакін, частини затоки Сан -Франциско/Сакраменто - дельти річки Сан -Хоакін (далі - «дельта»), та густонаселених міст, включаючи Мерсед, Модесто, Стоктон і Терлок (Посилання на більшість землі в цьому басейні використовуються для сільського господарства, створюючи сильну залежність від підземних вод (Посилання. Підземні води складають цілих 30% річного водопостачання регіону, яке використовується для сільськогосподарських та міських цілей (Посилання 1).

Басейн Туларе є дренажним пунктом річок Королі, Кавеа, Керн і Туль (Посилання. Багато з цих річок утворили озера, які давно пересохли і чиї живильні води були відведені для зрошення (Посилання. Сьогодні значна частина басейну Туларе) використовується для сільського господарства та видобутку нафти (Посилання. Тут також знаходяться великі міста, включаючи Бейкерсфілд, Фресно та Візалію (Посилання Таким чином, ґрунтові води були основним джерелом води для сільськогосподарського та міського використання (Посилання До ранніх У 2000-х роках підземні води становили переважну більшість загального водопостачання басейну Туларе (≥ 69% з 1998-2001 рр.), А також всього водопостачання Фресно та Візалії (Посилання. пошкодження (Посилання 1).

B. Питання ґрунтових вод

У долині Сан -Хоакін було помітно зменшення накопичення підземних вод (див. В результаті відкачування ґрунтових вод рівень води в 1960 -х роках знизився «до історичних мінімумів у західній долині Сан -Хоакін», і відбулося значне осідання землі (див. , це питання було дещо усунене з появою системи доставки поверхневих вод, яка доставляла воду з долини Сакраменто та дельти до "сильно перекачуваної долини Сан -Хоакін" (Посилання. До початку 1970 -х років система "була повністю функціональною") і допомогло відновитися рівням ґрунтових вод «у північній та західній частинах долини Сан -Хоакін» (Див. станом на 2009 рік, однак, рівень та рівень зберігання грунтових вод все ще знижувалися (Посилання 1).

III. Вплив перекачування підземних вод на якість води

Хоча деякі мінерали та мікроелементи зазвичай природним чином містяться у підземних водах, діяльність людини може впливати на їх концентрацію (Посилання 4). Серед цих матеріалів, концентрація яких зазнала впливу відкачування ґрунтових вод у долині Сан -Хоакін, є хлорид, нітрат та миш'як (посилання 5, 6, 7).

А. Хлорид і нітрат

Згідно з картами просторового розподілу хлоридів басейну Сан -Хоакін концентрації хлоридів у підземних водах зростають у напрямку до дельти (див. Рис. 1) (посилання 5, 6). Концентрації з колодязної води локально перевищують 100 мг/л або 250 мг/л, тоді як свердловини на схід мають концентрації менше 50 мг/л (див. осади та глибші відкладення в результаті перекачування ґрунтових вод (Посилання 5).

Воду з цих трьох джерел можна відрізнити за концентрацією хлоридів. Вода із зворотного зрошення має відносно низьку концентрацію хлориду, але високу концентрацію нітратів (Посилання 5). Навпаки, вода з дельта -відкладень та глибших родовищ має високу концентрацію хлориду (Посилання Izbicki et al. Та Metzger припускають, що ці два джерела є найбільшими джерелами хлориду у підземних водах (Посилання 5, 6).

Очевидно, що склад осаду може сильно вплинути на якість води. Коли вода перекачується в районах, які контактують з дельтою або глибокими відкладеннями, шкідливі мінерали та елементи можуть бути витягнуті у воду, що робить воду непридатною для пиття.

Малюнок 1. Карта концентрацій хлоридів у басейні Сан -Хоакін. Позначення: білий = менше 50 мг/л; зелений = 50-100 мг/л; жовтий = 100-250 мг/л; червоний = понад 250 мг/л. З Метцгера (Посилання 6).

B. Миш'як

Дві отруйні форми миш’яку з’явились у колодязній воді у підземному басейні підземних вод Східного Сан-Хоакіна: арсеніт (As III) та арсенат (As V) (Посилання з 1974 по 2001 р. Концентрації миш’яку в одній третині свердловин на цій території) перевищували максимальний рівень забруднюючих речовин (MCL) 10 мкг/л і локально перевищували 60 мкг/л (див. рис. 2) (посилання 8). Концентрації зазвичай зростають у бік дельти, подібно до концентрацій хлоридів, і збільшуються з глибиною (див. . Це викликає занепокоєння, оскільки перекачування може впливати на рівень миш'яку (Посилання імітувало реакцію на перекачування підземних вод у підземному басейні ґрунтових вод Сан -Хоакін за допомогою MODFLOW (Посилання. Вони виявили, що при перекачуванні, що триває протягом 1000 днів, глибші відкладення «все більше сприяють збільшенню врожайності добре »; рівень миш'яку відповідно збільшився (Посилання 8).

Малюнок 2. Карта концентрації миш'яку в басейні Сан -Хоакін. З Izbicki et al., 2014 (Посилання 5).

Миш'як в цій області може надходити з різних джерел. Основним джерелом є вивітрювання мінералів, що містять миш'як, з вулканічних родовищ або алювію з Сьєрра-Невади (Посилання. Це включає сульфідні залізні мінерали, такі як пірит, які часто містять миш'як у своїх кристалічних структурах (посилання 5, 8). кількість миш'яку може змінюватися в залежності від того, чи є пірит первинним або вторинним мінералом (див. У басейні Сан -Хоакін, було виявлено, що кристали октаедричного піриту, первинного мінералу, містять до 4% миш'яку за вагою (див. подвійні кристали піритоедра, вторинний мінерал, не містили їх (див. 5, 8).

Концентрація миш'яку також зростає з рН та в аноксичних умовах (див. Якщо мінеральні зерна покриті залізом та оксидом марганцю, миш'як може десорбуватися, коли рН перевищує 7,6 або вивільняється шляхом відновного розчинення в аноксичних умовах (посилання 8).

Подібно хлориду та нітрату, концентрації миш'яку у підземних водах залежать від складу окремих мінеральних зерен, що складають глибокі родовища; проте рівень pH і кисню також грають роль. Тому важливо враховувати склад глибоких відкладень перед перекачуванням. В іншому випадку, як показують результати Izbicki et al. припускають, що вклад миш'яку з цих родовищ може бути підвищений (Посилання 8).

IV. Вплив перекачування підземних вод на рівні води та осідання землі

А. Як перекачування підземних вод викликає осідання землі

Процес відкачування підземних вод у Центральній долині має незворотні наслідки для рівня води та осідання суші (див. Рис. 3). Постійне перекачування з 1960 -х років спричинило значне зниження рівня води (Посилання 9). Коли рівень води знижується, дрібнозернисті відкладення незворотно ущільнюються, оскільки вони стікають так повільно, що спричиняє «значне осідання землі» в долині Сан-Хоакін (посилання 1, 9). До 1970 р. Приблизно половина долини Сан -Хоакін (приблизно 5200 миль2) стихли щонайменше на 1 фут (Посилання 1).

Малюнок 3. Карта просідання землі в Центральній долині. З Faunt, ред., 2009 (Посилання 1).

B. Території, що постраждали від осідання землі

Три райони в долині Сан -Хоакін значно постраждали від осідання землі в результаті відкачування ґрунтових вод: "(1) 1500 миль2 в районі міста Лос-Банос-Кеттлман, (2) 800 миль2 в районі Туларе-Васко та (3) 400 миль2 в районі Арвін-Марікопа "(Посилання на район міста Лос-Банос-Кеттлман зазнало падіння навантаження до 500 футів" у обмеженій частині водоносного горизонту "через перекачування підземних вод (Посилання. Це спричинило нееластичне ущільнення глинистих відкладень, при осіданні землі до 28 футів (Посилання 1).

Інші постраждалі райони за межами долини Сан-Хоакін включають долину Сакраменто та округ Йоло (Дослідження з початку до середини 1990-х років показали, що долина Сакраменто зазнала до 4 футів осідання з 1954 року, тоді як округ Йоло тільки починав відчувати осідання кількох футів (Посилання 1).

C. Останні осідання землі

З 2008-2010 років, які збігалися з посухою 2007-09 років, 1200 миль2 північної долини Сан-Хоакін спало зі швидкістю 0,5-11 дюймів на рік (Посилання 10). Опитування показали, що ці показники збереглися щонайменше протягом 2013 року, навіть якщо більша частина цього періоду не була періодом посухи (Посилання. Це свідчить про те, що осідання сильно залежить від імпорту поверхневих вод (Посилання. Коли потік поверхневих вод низький, видобувається більше грунтових вод) , стимулюючи осідання землі (Посилання Надійне водопостачання поверхневих вод може мати вирішальне значення для відновлення рівня води та уповільнення осідання в майбутньому (Посилання 10).

V. Поточні зусилля

В даний час використовуються моделі для моделювання та розуміння наслідків перекачування підземних вод у Центральній долині та її майбутніх гідрологічних умов, включаючи гідрологічну модель Центральної долини (CVHM), глобальні кліматичні моделі (GCM) та MODFLOW (посилання 1, 8, 9). Результати цих досліджень можуть допомогти у прийнятті майбутніх рішень, які допоможуть контролювати та регулювати рівень ґрунтових вод та їх осідання.

Посилання

1. Фаунт, C.C., під ред., 2009 р. Наявність ґрунтових вод у горизонтальній зоні Центральної долини, Каліфорнія: Професійний документ Геологічної служби США 1766, 225 с., Https://pubs.usgs.gov/pp/1766/

2. Канал Дельта-Мендота: Оцінка стану ґрунтових вод та осідання землі: Геологічна служба США, https://ca.water.usgs.gov/projects/c...ota-canal.html.

3. Просідання землі в долині Сан-Хоакін: Геологічна служба США, https://www.usgs.gov/centers/ca-wate...center_objects

4. Fram, MS, 2017, Якість підземних вод у дослідницькому підрозділі Західної Сан -Хоакін, 2010: Каліфорнійський проект пріоритетного басейну GAMA: Звіт про геологічні дослідження США 2017–5032, 130 с., Https://doi.org/10.3133 /sir20175032.

5. Izbicki, JA, Metzger, LF, O'Leary, DR, 2014, Огляд результатів дослідження USGS у північно -східному підбасейні підземних вод Сан -Хоакін: Наслідки для якості води та поповнення ґрунтових вод: Геологічна служба США, https: //ca.water. usgs.gov/projects/c...y_recharge.pdf.

6. Мецгер, Л., 2014, Хлоридне відображення на основі даних електромагнітного журналу: Геологічна служба США, https://ca.water.usgs.gov/projects/c...de_mapping.pdf.

7. О'Лірі, Д., Ізбіцкі, Дж., 2014 р. Переміщення води для надходження з поверхні суші до свердловин: Геологічна служба США, https://ca.water.usgs.gov/projects/c...rge_water_. pdf.

8. Izbicki, JA, Stamos, CL, Metzger, LF, Halford, KJ, Kulp, TR, Bennett, GL, 2008, Джерело, розповсюдження та управління миш'яком у воді з колодязів, східний підводний басейн Сан-Хоакін, Каліфорнія : Відкритий файл Геологічної служби США 2008-1272, 8 с, https://pubs.usgs.gov/fs/2009/3057/.

9. Гідрологічна модель Центральної долини (CVHM): Геологічна служба США, https://ca.water.usgs.gov/projects/c...ogic_Model.pdf.

10. Снід, М., 2014 р. Просідання землі вздовж каналу Дельта-Мендота у північній частині долини Сан-Хоакін, Каліфорнія: Геологічна служба США, https://ca.water.usgs.gov/projects/c .. .dota-Canal.pdf.


Подивіться відео: Как найти воду на участке для скважины и колодца? ч1 Поиск воды на участке Подземные воды