Пополнение подземных вод
 | Эта статья нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( ноябрь 2008 г. ) |
Пополнение подземных вод , глубокий дренаж или глубокая просачивание — это гидрологический процесс, при котором вода движется вниз от поверхностных вод к грунтовым . Пополнение является основным методом, посредством которого вода попадает в водоносный горизонт . Этот процесс обычно происходит в вадозной зоне растений ниже корней и часто выражается в виде притока к поверхности грунтовых вод . Пополнение подземных вод также включает в себя движение воды от уровня грунтовых вод дальше в зону насыщения. [ 1 ] Пополнение происходит как естественным путем (за счет круговорота воды ), так и за счет антропогенных процессов (т.е. «искусственное пополнение подземных вод»), когда дождевая вода и/или очищенная вода направляются в недра.
Наиболее распространенными методами оценки скорости пополнения являются: баланс массы хлоридов (CMB); методы физики почвы; экологические и изотопные индикаторы; методы изменения уровня грунтовых вод; методы водного баланса (ВБ) (включая модели подземных вод (ГМ)); и оценка базового стока (БФ) рек. [ 2 ]
Процессы
[ редактировать ]Диффузные или сфокусированные механизмы.
[ редактировать ]Пополнение подземных вод может происходить посредством диффузных или целенаправленных механизмов. Диффузное пополнение происходит, когда осадки проникают через почву к уровню грунтовых вод и по определению распределяются на больших площадях. Целенаправленное пополнение происходит там, где вода просачивается из поверхностных источников воды (рек, озер, вади, водно-болотных угодий) или впадин на поверхности земли, и, как правило, становится более доминирующей по мере засушливости. [ 2 ]
Естественная перезарядка
[ редактировать ]
Вода пополняется естественным путем за счет дождей и таяния снегов и в меньшей степени за счет поверхностных вод (рек и озер). Перезарядке может в некоторой степени препятствовать деятельность человека, включая мощение, застройку или лесозаготовку . Эти действия могут привести к потере верхнего слоя почвы, что приведет к снижению инфильтрации воды, увеличению поверхностного стока и уменьшению пополнения запасов. Использование грунтовых вод, особенно для орошения , также может снизить уровень грунтовых вод. Пополнение подземных вод является важным процессом для устойчивого управления подземными водами, поскольку объемная скорость, забираемая из водоносного горизонта в долгосрочной перспективе, должна быть меньше или равна объемной скорости пополнения подземных вод.
Подпитка может помочь переместить излишки солей, которые накапливаются в корневой зоне, в более глубокие слои почвы или в систему грунтовых вод. Корни деревьев увеличивают водонасыщение грунтовых вод, воды уменьшая сток . [ 3 ] Наводнение временно увеличивает проницаемость русла реки (проницаемость земли) за счет перемещения глинистых почв вниз по течению, что увеличивает пополнение водоносного горизонта. [ 4 ]
водно-болотные угодья
[ редактировать ]Водно-болотные угодья помогают поддерживать уровень грунтовых вод на гидравлическом напоре. [ 5 ] [ 6 ] Это обеспечивает силу для пополнения и сброса подземных вод в другие воды. Степень пополнения подземных вод водно-болотными угодьями зависит от почвы , растительности , участка, соотношения периметра к объему и градиента уровня грунтовых вод. [ 7 ] [ 8 ] Пополнение подземных вод происходит за счет минеральных почв, встречающихся преимущественно в аро. [ 9 ] Почва под большинством водно-болотных угодий относительно непроницаема. Высокое соотношение периметра к объему, например, на небольших водно-болотных угодьях, означает, что площадь поверхности, через которую вода может проникать в грунтовые воды, типичная для небольших водно-болотных угодий, таких как выбоины в прериях , что может внести значительный вклад в пополнение региональных ресурсов подземных вод. [ 8 ] Исследователи обнаружили, что пополнение грунтовых вод составляет до 20% объема водно-болотных угодий за сезон. [ 8 ]
Искусственное пополнение подземных вод
[ редактировать ]Стратегии управляемого пополнения водоносных горизонтов (MAR) для увеличения доступности пресной воды включают русла рек. канал [ 10 ]
Искусственное пополнение подземных вод становится все более важным в Индии, где чрезмерная откачка подземных вод фермерами привела к истощению подземных ресурсов. В 2007 году по рекомендациям Международного института управления водными ресурсами правительство Индии выделило фунтов стерлингов 1800 крор (что эквивалентно 54 миллиардам фунтов стерлингов вырытых колодцев или 650 миллионам долларов США в 2023 году) на финансирование проектов пополнения запасов (выкопанный колодец представляет собой широкий неглубокий колодец). ну, часто облицованные бетоном) в 100 районах семи штатов, где вода, хранящаяся в водоносных горизонтах твердых пород, подвергалась чрезмерной эксплуатации. Еще одной экологической проблемой является утилизация отходов через водные потоки, такие как молочные фермы, промышленные и городские стоки.
Загрязнения в ливневых стоках собираются в накопительных бассейнах . Концентрация разлагаемых загрязнителей может ускорить биоразложение . Однако там, где и когда уровень грунтовых вод высокий, это влияет на правильное проектирование прудов-отстойников , прудов-отстойников и дождевых садов .
Перезарядка, ориентированная на депрессию
[ редактировать ]Если вода падает равномерно по полю так, что полевая емкость почвы не превышается, то в грунтовые воды просачивается незначительное количество воды . Если вместо этого вода скапливается в низменных районах, тот же объем воды, сконцентрированный на меньшей площади, может превысить емкость поля, в результате чего вода будет просачиваться вниз для пополнения запасов грунтовых вод. Чем больше относительная площадь стока, тем более целенаправленная инфильтрация. Повторяющийся процесс, когда вода выпадает относительно равномерно по площади и избирательно течет в грунтовые воды под поверхностными впадинами, представляет собой пополнение, ориентированное на впадины . Уровень грунтовых вод поднимается под такими впадинами.
Пополнение грунтовых вод, ориентированное на депрессию, может иметь очень важное значение в засушливых регионах . Увеличение количества дождей способно способствовать поступлению подземных вод.
Пополнение подземных вод, ориентированное на депрессию, также оказывает глубокое влияние на перенос загрязняющих веществ в подземные воды. Это вызывает серьезную озабоченность в регионах с карстовыми геологическими образованиями, поскольку вода может в конечном итоге растворить туннели вплоть до водоносных горизонтов или иным образом отсоединенных ручьев. Эта крайняя форма преимущественного потока ускоряет перенос загрязняющих веществ и эрозию таких туннелей . Таким образом, впадины, предназначенные для улавливания сточных вод, прежде чем они попадут в уязвимые водные ресурсы, со временем могут соединиться с землей. Кавитация поверхностей выше туннелей приводит к образованию выбоин или пещер.
Более глубокий пруд оказывает давление , которое заставляет воду быстрее проникать в землю. Более быстрый поток вымывает загрязнения, которые в противном случае адсорбировались бы на почве, и уносит их с собой. Это может привести к переносу загрязнения непосредственно в приподнятый уровень грунтовых вод ниже и в грунтовые воды . Таким образом, качество воды, скапливающейся в инфильтрационных бассейнах, вызывает особую озабоченность.
Методы оценки
[ редактировать ]Скорость пополнения подземных вод трудно определить количественно. [ 11 ] [ 2 ] Это связано с тем, что другие связанные процессы, такие как испарение , транспирация (или суммарное испарение ) и процессы инфильтрации , должны сначала быть измерены или оценены для определения баланса. Не существует широко применимого метода, позволяющего напрямую и точно определить объем дождевой воды, достигающей уровня грунтовых вод. [ 2 ]
Наиболее распространенными методами оценки скорости пополнения являются: баланс массы хлоридов (CMB); методы физики почвы; экологические и изотопные индикаторы; методы изменения уровня грунтовых вод; методы водного баланса (ВБ) (включая модели подземных вод (ГМ)); и оценка базового стока (БФ) рек. [ 2 ]
Региональные, континентальные и глобальные оценки пополнения запасов обычно получают на основе глобальных гидрологических моделей . [ 2 ]
Физический
[ редактировать ]Физические методы используют принципы физики почвы для оценки питания. Прямые . физические методы – это те, которые пытаются фактически измерить объем воды, проходящей ниже корневой зоны Косвенные физические методы основаны на измерении или оценке физических параметров почвы, которые наряду с физическими принципами почвы могут использоваться для оценки потенциального или фактического пополнения запасов. После нескольких месяцев без дождей уровень рек в условиях влажного климата низкий и представляет собой исключительно дренированные грунтовые воды. Таким образом, пополнение может быть рассчитано на основе этого базового стока, если площадь водосбора уже известна.
Химическая
[ редактировать ]Химические методы используют присутствие относительно инертных водорастворимых веществ, таких как изотопный индикатор. [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] или хлорид , [ 15 ] продвигаясь по почве, так как происходит глубокий дренаж.
Численные модели
[ редактировать ]Пополнения можно оценить с помощью численных методов , используя такие коды , как Hydrologic Evaluation of Landfill Performance , UNSAT-H, SHAW (краткая форма модели одновременного переноса тепла и воды), WEAP и MIKE SHE . 1D-программа HYDRUS1D доступна онлайн. Коды обычно используют данные о климате и почве для получения оценки пополнения запасов и используют в той или иной форме уравнение Ричардса для моделирования потока подземных вод в вадозной зоне .
Факторы, влияющие на пополнение подземных вод
[ редактировать ]Изменение климата
[ редактировать ]Воздействие изменения климата на грунтовые воды может быть наибольшим из-за его косвенного воздействия на спрос на оросительную воду за счет увеличения суммарного испарения . [ 16 ] : 5 Во многих частях мира наблюдается сокращение запасов подземных вод. Это связано с тем, что больше грунтовых вод используется для ирригационной деятельности в сельском хозяйстве, особенно в засушливых районах . [ 17 ] : 1091 Частично это увеличение орошения может быть связано с проблемой нехватки воды , которая усугубляется воздействием изменения климата на круговорот воды . Прямое перераспределение воды в результате деятельности человека на сумму ~24 000 км2. 3 в год примерно вдвое превышает глобальное пополнение подземных вод каждый год. [ 17 ]
Изменение климата вызывает изменения в водном цикле , которые, в свою очередь, влияют на подземные воды несколькими способами: может произойти сокращение запасов подземных вод, сокращение пополнения запасов подземных вод и ухудшение качества воды из-за экстремальных погодных явлений. [ 18 ] : 558 В тропиках интенсивные осадки и наводнения, по всей видимости, приводят к усилению пополнения подземных вод. [ 18 ] : 582
Однако точное воздействие изменения климата на грунтовые воды все еще изучается. [ 18 ] : 579 Это связано с тем, что научные данные, полученные в результате мониторинга подземных вод, по-прежнему отсутствуют, такие как изменения в пространстве и времени, данные по забору воды и «числовые представления процессов пополнения подземных вод». [ 18 ] : 579
Последствия изменения климата могут иметь различные последствия для хранения подземных вод: ожидаемое более интенсивное (но меньшее количество) крупных осадков может привести к увеличению пополнения запасов подземных вод во многих средах. [ 16 ] : 104 Но более интенсивные периоды засухи могут привести к высыханию и уплотнению почвы, что уменьшит проникновение в грунтовые воды. [ 19 ]Урбанизация
[ редактировать ]Дальнейшие последствия пополнения подземных вод являются следствием урбанизации . Исследования показывают, что скорость перезарядки может быть в десять раз выше. [ 20 ] в городских районах по сравнению с сельскими регионами . Это объясняется обширными сетями водоснабжения и канализации, поддерживаемыми в городских регионах, в которые сельские районы вряд ли смогут попасть. Пополнение запасов энергии в сельской местности в значительной степени поддерживается за счет осадков. [ 20 ] и это противоположно для городских территорий. Дорожные сети и инфраструктура в городах препятствуют просачиванию поверхностных вод в почву, в результате чего большая часть поверхностных стоков попадает в ливневые стоки для местного водоснабжения. Поскольку городское развитие продолжает распространяться по различным регионам, темпы пополнения подземных вод будут увеличиваться по сравнению с существующими темпами в предыдущем сельском регионе. Последствием внезапного притока в пополнение подземных вод являются внезапные наводнения . [ 21 ] Экосистеме придется приспосабливаться к повышенному избытку подземных вод из-за скорости пополнения подземных вод. Кроме того, дорожные сети менее проницаемы по сравнению с почвой, что приводит к увеличению количества поверхностного стока. Таким образом, урбанизация увеличивает скорость пополнения подземных вод и снижает инфильтрацию. [ 21 ] что приводит к внезапным наводнениям, поскольку местная экосистема приспосабливается к изменениям в окружающей среде.
Неблагоприятные факторы
[ редактировать ]См. также
[ редактировать ]
- Хранение и восстановление водоносного горизонта
- Биосвале
- Контурные траншеи
- Перезарядка, ориентированная на депрессию
- Хорошо высушить
- Модель подземных вод
- Восстановление грунтовых вод
- Пополнение подземных вод в Калифорнии
- Гидрология (сельское хозяйство)
- Инфильтрация (гидрология)
- Международная торговля и вода
- Пик воды
- Сбор дождевой воды
- Контроль засоления почвы с помощью подземного дренажа
- Подземная дайка
- Контроль уровня воды
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Фриз, РА; Черри, Дж.А. (1979). Подземные воды . Прентис-Холл. ISBN 978-0-13-365312-0 . OCLC 643719314 . Доступ по адресу: http://гидрогеологибезаутбордерс.org/wordpress/1979-english/. Архивировано 6 апреля 2020 г. в Wayback Machine.
- ^ Jump up to: а б с д и ж Макдональд, Алан М; Ларк, Р. Мюррей; Тейлор, Ричард Дж; Абийе, Тамиру; Фальяс, Хелен С; Фавро, Гийом; Гони, Ибрагим Б; Кебеде, Сейфу; Скэнлон, Бриджит; Соренсен, Джеймс PR; Тиджани, Мохуд; Аптон, Кирсти А; Уэст, Чарльз (01 марта 2021 г.). «Картирование пополнения подземных вод в Африке на основе наземных наблюдений и последствий для водной безопасности» . Письма об экологических исследованиях . 16 (3): 034012. Бибкод : 2021ERL....16c4012M . дои : 10.1088/1748-9326/abd661 . ISSN 1748-9326 . S2CID 233941479 .
Текст был скопирован из этого источника, который доступен по международной лицензии Creative Commons Attribution 4.0.
- ^ «Городские деревья улучшают проникновение воды» . Фишер, Мэдлин . Американское общество агрономии. 17 ноября 2008 года. Архивировано из оригинала 2 июня 2013 года . Проверено 31 октября 2012 г.
- ^ «Крупные наводнения пополняют водоносные горизонты» . Университет г. 24 января 2011 года . Проверено 31 октября 2012 г.
- ^ О'Брайен 1988
- ^ Зима, ТК (1988). «Концептуальная основа оценки кумулятивного воздействия на гидрологию неприливных водно-болотных угодий». Экологический менеджмент . 12 (5): 605–620. Бибкод : 1988EnMan..12..605W . дои : 10.1007/BF01867539 . S2CID 10248985 .
- ^ Картер, В.; Новицкий, Р.П. (1988). «Некоторые комментарии о связи между грунтовыми водами и водно-болотными угодьями». Экология и управление водно-болотными угодьями . Том. 1. Спрингер. стр. 68–86. дои : 10.1007/978-1-4684-8378-9_7 . ISBN 978-1-4684-8378-9 .
- ^ Jump up to: а б с Веллер, М.В. (1994) [1981]. Пресноводные болота: экология и управление дикой природой (3-е изд.). Университет Миннесоты Пресс. ISBN 978-0-8166-8574-5 . OCLC 476093538 .
- ^ Верри, доктор медицинских наук (1982). «Переносимый водой поток питательных веществ через горно-торфяной водораздел в Миннесоте» (PDF) . Экология . 63 (5): 1456–67 /1938872. Бибкод : 1982Экол...63.1456В . дои : 10.2307/1938872 . JSTOR 1938872 .
- ^ ="WWDR2022">Организация Объединенных Наций (2022 г.) Отчет Организации Объединенных Наций о мировом водном развитии, 2022 г.: Подземные воды: делаем невидимое видимым . ЮНЕСКО, Париж Текст был скопирован из этого источника, который доступен по международной лицензии Creative Commons Attribution 3.0.
- ^ Рейли, Томас Э.; ЛаБог, Джеймс В.; Хили, Ричард В.; Элли, Уильям М. (14 июня 2002 г.). «Поток и хранение в системах подземных вод». Наука . 296 (5575): 1985–90. Бибкод : 2002Sci...296.1985A . дои : 10.1126/science.1067123 . ПМИД 12065826 . S2CID 39943677 .
- ^ Гат, младший (май 1996 г.). «Изотопы кислорода и водорода в гидрологическом цикле» . Ежегодный обзор наук о Земле и планетах . 24 (1): 225–262. Бибкод : 1996AREPS..24..225G . дои : 10.1146/annurev.earth.24.1.225 . ISSN 0084-6597 .
- ^ Ясечко, Скотт (сентябрь 2019 г.). «Глобальная изотопная гидрогеология – Обзор» . Обзоры геофизики . 57 (3): 835–965. Бибкод : 2019RvGeo..57..835J . дои : 10.1029/2018RG000627 . ISSN 8755-1209 . S2CID 155563380 .
- ^ Шталь, Мейсон О.; Геринг, Жаклин; Джамиль, Юсуф (30 июля 2020 г.). «Изотопные изменения в подземных водах на территории Соединенных Штатов - понимание гидрологических процессов» . Гидрологические процессы . 34 (16): 3506–3523. Бибкод : 2020ГиПр...34.3506С . дои : 10.1002/hyp.13832 . ISSN 0885-6087 . S2CID 219743798 .
- ^ Эллисон, Великобритания; Хьюз, М.В. (1978). «Использование хлоридов и трития в окружающей среде для оценки общего пополнения неограниченного водоносного горизонта». Австралийский журнал почвенных исследований . 16 (2): 181–195. дои : 10.1071/SR9780181 .
- ^ Jump up to: а б Организация Объединенных Наций (2022 г.) Доклад Организации Объединенных Наций о мировом водном развитии в 2022 г.: Подземные воды: делаем невидимое видимым . ЮНЕСКО, Париж Текст был скопирован из этого источника, который доступен по международной лицензии Creative Commons Attribution 3.0.
- ^ Jump up to: а б Дувиль, Х.; Рагхаван, К.; Ренвик, Дж.; Аллан, РП; Ариас, Пенсильвания; Барлоу, М.; Сересо-Мота, Р.; Черчи, А.; Ган, Тайвань; Гергис, Дж.; Цзян, Д.; Хан, А.; Покам Мба, В.; Розенфельд, Д.; Тирни, Дж.; Золина, О. (2021). «8 изменений водного цикла» (PDF) . В Массон-Дельмотт, В.; Чжай, П.; Пирани, А.; Коннорс, СЛ; Пин, К.; Бергер, С.; Кауд, Н.; Чен, Ю.; Гольдфарб, Л.; Гомис, Мичиган; Хуанг, М.; Лейтцелл, К.; Лонной, Э.; Мэтьюз, JBR; Мэйкок, Теннесси ; Уотерфилд, Т.; Елекчи, О.; Твой.; Чжоу, Б. (ред.). Изменение климата 2021: Физическая научная основа. Вклад Рабочей группы I в шестой оценочный доклад Межправительственной группы экспертов по изменению климата . Издательство Кембриджского университета. стр. 100-1 1055–1210. дои : 10.1017/9781009157896.010 . ISBN 978-1-009-15789-6 .
- ^ Jump up to: а б с д Каретта, Массачусетс; Мукерджи, А.; Арфануззаман, М.; Беттс, РА; Гелфан, А.; Хирабаяши, Ю.; Лисснер, ТК; Лю, Дж.; Лопес Ганн, Э.; Морган, Р.; Мванга, С.; Супратид, С. (2022). «4. Вода» (PDF) . В Портнере, Х.-О.; Робертс, округ Колумбия; Тиньор, М.; Полочанска, ЕС; Минтенбек, К.; Джой, А.; Крейг, М.; Лангсдорф, С.; Лёшке, С.; Моллер, В.; Окем, А.; Рама, Б. (ред.). Изменение климата 2022: последствия, адаптация и уязвимость. Вклад Рабочей группы II в шестой оценочный доклад Межправительственной группы экспертов по изменению климата . Издательство Кембриджского университета. стр. 100-1 551–712. дои : 10.1017/9781009325844.006 . ISBN 978-1-009-32584-4 .
- ^ ИАХ (2019). «Адаптация к изменению климата и подземные воды» (PDF) . Серия стратегических обзоров.
- ^ Jump up to: а б «Истощение подземных вод» . Школа водных наук Геологической службы США . Геологическая служба США. 09.12.2016.
- ^ Jump up to: а б «Влияние городского развития на наводнения» . pubs.usgs.gov . Проверено 22 марта 2019 г.
