Пополнение подземных вод - Groundwater recharge

Водный баланс

Пополнение подземных вод или же глубокий дренаж или же глубокая просачивание это гидрологический процесс, куда воды движется вниз от Поверхность воды к грунтовые воды. Подпитка - это основной способ попадания воды в водоносный горизонт. Этот процесс обычно происходит в вадозная зона ниже растения корни и, часто выражается как поток к уровень грунтовых вод поверхность. Пополнение подземных вод также включает воду, уходящую от уровня грунтовых вод дальше в зону насыщения.[1] Перезарядка происходит как естественным путем (через круговорот воды ) и в результате антропогенных процессов (например, «искусственное пополнение подземных вод»), когда дождевая вода и / или рекуперированная вода направляется в недра.

Процессы

Подземные воды пополняются естественным путем дождь и снег тают и, в меньшей степени, поверхностные воды (реки и озера). Перезарядке может несколько препятствовать деятельность человека, в том числе укладка мощения, строительство или протоколирование. Эти действия могут привести к потере верхний слой почвы приводит к уменьшению инфильтрации воды, усилению поверхностный сток и сокращение перезарядки. Использование подземных вод, особенно для орошение, может также снизить уровень грунтовых вод. Пополнение запасов подземных вод - важный процесс для стабильный управление подземными водами, так как объемная абстрагированный из водоносный горизонт в долгосрочной перспективе должен быть меньше или равен перезаряжаемой громкости.

Подпитка может помочь переместить излишки солей, которые накапливаются в корневой зоне, в более глубокие слои почвы или в систему грунтовых вод. Корни деревьев увеличивают воду насыщенность в грунтовые воды уменьшение воды сток.[2]Наводнение временно увеличивается русло реки проницаемость перемещая глинистые почвы вниз по течению, что увеличивает подпитку водоносного горизонта.[3]

Искусственное пополнение подземных вод становится все более важным в Индии, где перекачивание грунтовых вод фермерами привело к истощению подземных ресурсов. В 2007 г. по рекомендации Международный институт управления водными ресурсами, правительство Индии выделило ₹1800 крор (эквивалентно ₹44 миллиарда или 610 миллионов долларов США в 2019 году) на финансирование строительства скважин пополнить проекты (выкопанный колодец - это широкий неглубокий колодец, часто облицованный бетоном) в 100 районах семи штатов, где вода, хранящаяся в водоносных горизонтах твердых пород, подвергалась чрезмерной эксплуатации. Другой экологической проблемой является удаление отходов через водный поток, например, на молочных фермах, промышленных и городских предприятиях. сток.

Водно-болотные угодья

Водно-болотные угодья помогают поддерживать уровень грунтовых вод и контролируют гидравлическую головку.[4] Это обеспечивает силу для подпитки и сброса грунтовых вод в другие воды. Степень подпитки грунтовых вод водно-болотным угодьем зависит от почва, растительность, участок, отношение периметра к объему и градиент уровня грунтовых вод.[5] Пополнение подземных вод происходит за счет минеральные почвы в основном встречается по краям болот.[6] Почва под большинством водно-болотных угодий относительно непроницаема. Высокое отношение периметра к объему, например, на небольших заболоченных территориях, означает, что площадь поверхности, через которую вода может проникать в грунтовые воды, велика.[7] Пополнение подземных вод типично для небольших водно-болотных угодий, таких как выбоины в прерии, которые могут внести значительный вклад в пополнение региональных ресурсов подземных вод.[7] Исследователи обнаружили, что подпитка грунтовых вод составляет до 20% объема водно-болотных угодий за сезон.[7]

Подзарядка, ориентированная на депрессию

Если вода равномерно падает на поле так, что полевая емкость почвы не превышается, тогда незначительное количество воды просачивается в грунтовые воды. Если вместо этого водяные лужи образуются в низинных районах, такой же объем воды, сконцентрированный на меньшей площади, может превышать емкость поля, в результате чего вода просачивается вниз для подпитки грунтовых вод. Чем больше площадь относительного стока, тем более сфокусированная инфильтрация. Повторяющийся процесс, когда вода относительно равномерно падает по площади, избирательно течет в грунтовые воды под поверхностными впадинами, является питанием, направленным на депрессию. Уровень грунтовых вод поднимается под такими депрессиями.

Давление депрессии

Пополнение запасов подземных вод, ориентированное на депрессию, может быть очень важным в засушливые регионы. Увеличение количества дождевых осадков может способствовать пополнению запасов грунтовых вод.

Пополнение подземных вод, ориентированное на депрессию, также оказывает сильное влияние загрязнитель перенос в грунтовые воды. Это вызывает большую озабоченность в регионах с карст геологические образования, потому что вода может в конечном итоге растворить туннели до водоносные горизонты, или иным образом отключенные потоки. Эта экстремальная форма предпочтительного потока ускоряет перенос загрязняющих веществ и эрозия таких туннели. Таким образом, депрессии предназначены для улавливания сток вода - прежде чем она потечет к уязвимым водным ресурсам - может со временем попасть под землю. Кавитация поверхностей выше в туннели, приводит к выбоины или пещеры.

Более глубокое размышление давление это ускоряет попадание воды в землю. Более быстрый поток удаляет загрязнители, которые в противном случае адсорбируются на почве, и уносит их с собой. Это может нести загрязнение прямо к поднятому уровень грунтовых вод ниже и в грунтовые воды поставлять. Таким образом, качество воды, собираемой в инфильтрационные бассейны вызывает особую озабоченность.

Загрязнение

Загрязнение ливневой воды сток накапливается в накопительных резервуарах. Концентрация разлагаемых загрязняющих веществ может ускорить биоразложение. Однако там, где и когда уровень грунтовых вод высок, это влияет на надлежащую конструкцию отстойники, накопительные пруды и дождевые сады.

Методы оценки

Темпы пополнения подземных вод сложно определить количественно[8] поскольку другие связанные процессы, такие как испарение, испарение (или же эвапотранспирация ) и проникновение процессы должны быть сначала измерены или оценены, чтобы определить баланс.

Физический

Физические методы используют принципы физика почвы оценить перезарядку. В непосредственный физические методы - это методы, которые пытаются фактически измерить объем воды, проходящей ниже корневой зоны. Косвенный 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 месяцев без дождя уровень рек во влажном климате низкий и представляет собой исключительно дренированные грунтовые воды. Таким образом, подпитка может быть рассчитана на основе этого базового стока, если площадь водосбора уже известна.

Химическая

Химические методы используют наличие относительно инертный водорастворимые вещества, такие как изотопный индикатор или же хлористый,[9] движется по почве, так как происходит глубокий дренаж.

Численные модели

Пополнение баланса можно оценить с помощью численные методы, используя такие коды в качестве Гидрологическая оценка эффективности полигона, UNSAT-H, SHAW, WEAP, и МАЙК ОНА. 1D-программа HYDRUS1D доступно в Интернете. Коды обычно используют климат и почва данные, чтобы получить оценку пополнения баланса и использовать Уравнение Ричардса в той или иной форме для моделирования потока грунтовых вод в вадозная зона.

Факторы, влияющие на пополнение подземных вод

Изменение климата

Естественные процессы подпитки подземных вод. Корректировки, влияющие на уровень грунтовых вод, резко улучшат или снизят качество пополнения подземных вод в конкретном регионе.

Будущее изменения климата представляет собой возможность последствий в отношении доступности подпитки подземных вод в будущем. водосборный бассейн. В недавних исследованиях изучаются различные результаты будущих темпов пополнения подземных вод на основе теоретических влажных, средних и засушливых климатов. Модель проецирует серию различных моделей осадков. По результатам прогнозируется, что скорость пополнения подземных вод будет иметь наименьшее влияние на климат, равный влажность и сухость. Исследования предсказывают незначительное влияние скорости пополнения запасов подземных вод на средний климат из-за предсказаний уменьшения размера бассейна и количества осадков.[10] Осадки прогнозируется, что тенденции будут отражать минимальные количественные изменения в ближайшем будущем, в то время как скорость пополнения подземных вод может возрасти в результате глобальное потепление.[10] Это явление объясняется физическими характеристиками растительности. С повышением температуры в результате глобального потепления, индекс площади листа (LAI) уменьшается. Это приводит к более высокому уровню проникновения в почву и меньшему проникновению внутрь самого дерева. Прямым результатом увеличения инфильтрации в почву является повышенная подпитка грунтовых вод.[10] Следовательно, при повышении температуры и незначительных изменениях режима выпадения осадков нормы пополнения подземных вод могут увеличиваться.

Другие исследовательские инициативы также показывают, что разные механизмы пополнения подземных вод имеют разную чувствительность в ответ на изменение климата. Повышение глобальной температуры приводит к более засушливому климату в некоторых регионах, и это может привести к чрезмерной перекачке воды. уровень грунтовых вод. Когда скорость откачки превышает скорость пополнения подземных вод, существует повышенный риск овердрафтинг.[11] Истощение грунтовых вод свидетельствует о реакции уровня грунтовых вод на чрезмерную откачку. К серьезным последствиям истощения грунтовых вод относятся понижение уровня грунтовых вод и ухудшение качества воды.[11] Количество воды в грунтовых водах может быстро меняться в зависимости от скорости извлечения. По мере снижения уровня воды в водоносном горизонте становится меньше доступной воды для перекачивания. Если скорость потенциального пополнения подземных вод меньше скорости добычи, уровень грунтовых вод будет слишком низким для доступа. Следствием этого является бурение более глубоких слоев грунтовых вод, чтобы получить доступ к большему количеству воды. Бурение водоносного горизонта может быть дорогостоящим мероприятием, и не гарантируется, что количество доступной воды будет точно соответствовать предыдущим урожаям.[11]

Урбанизация

Дальнейшие последствия пополнения подземных вод являются следствием урбанизация. Исследования показывают, что скорость перезарядки может быть до десяти раз выше. [12] в городах по сравнению с сельскими районами. Это объясняется наличием обширных сетей водоснабжения и канализации, поддерживаемых в городских районах, в которых сельские районы вряд ли будут иметь место. Питание в сельской местности в значительной степени поддерживается за счет осадков [12] а в городских районах все наоборот. Дорожная сеть и инфраструктура в городах предотвращают просачивание 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 запасов подземных вод будут увеличиваться по сравнению с существующими темпами в предыдущем сельском регионе. Последствия внезапных притоков пополнения подземных вод включают: внезапное наводнение.[13] Экосистеме придется адаптироваться к повышенному избытку грунтовых вод из-за скорости пополнения запасов грунтовых вод. Кроме того, дорожные сети меньше проницаемый по сравнению с почвой, что приводит к большему количеству поверхностного стока. Следовательно, урбанизация увеличивает скорость пополнения подземных вод и снижает инфильтрацию,[13] приводящие к внезапным наводнениям, поскольку местная экосистема приспосабливается к изменениям окружающей среды.

Неблагоприятные факторы

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Фриз, Р. А., и Черри, Дж. А. (1979). Подземные воды, 211 с. http://hydrogeologistwithoutborders.org/wordpress/1979-english/
  2. ^ «Городские деревья усиливают проникновение воды». Фишер, Мэдлин. Американское общество агрономии. 17 ноября 2008 г. Архивировано с оригинал 2 июня 2013 г.. Получено 31 октября, 2012.
  3. ^ «Крупные наводнения подпитывают водоносные горизонты». Научный университет Нового Южного Уэльса. 24 января 2011 г.. Получено 31 октября, 2012.
  4. ^ О'Брайен 1988; Зима 1988 г.
  5. ^ (Картер и Новицки 1988; Веллер 1981)
  6. ^ Верри и Тиммонс 1982
  7. ^ а б c (Веллер, 1981)
  8. ^ Рейли, Томас Э .; LaBaugh, Джеймс У .; Хили, Ричард В .; Аллея, Уильям М. (2002-06-14). «Поток и хранение в системах подземных вод». Наука. 296 (5575): 1985–1990. Bibcode:2002Наука ... 296.1985А. Дои:10.1126 / science.1067123. ISSN  0036-8075. PMID  12065826. S2CID  39943677.
  9. ^ Allison, G.B .; Хьюз, М.В. (1978). «Использование хлоридов и трития в окружающей среде для оценки полного пополнения неограниченного водоносного горизонта». Австралийский журнал почвенных исследований. 16 (2): 181–195. Дои:10.1071 / SR9780181.
  10. ^ а б c Кросби, Рассел С .; Маккаллум, Джеймс Л .; Уокер, Глен Р.; Чью, Фрэнсис Х. С. (01.11.2010). «Моделирование воздействия изменения климата на пополнение подземных вод в бассейне Мюррей-Дарлинг, Австралия». Гидрогеологический журнал. 18 (7): 1639–1656. Bibcode:2010HydJ ... 18.1639C. Дои:10.1007 / с10040-010-0625-х. ISSN  1435-0157. S2CID  128872217.
  11. ^ а б c Вакоде, Хемант Балвант; Байер, Клаус; Джа, Рамакар; Аззам, Рафиг (март 2018 г.). «Влияние урбанизации на пополнение подземных вод и городской водный баланс для города Хайдарабад, Индия». Международные исследования в области охраны почв и воды. Эльзевир. 6 (1): 51–62. Дои:10.1016 / j.iswcr.2017.10.003.
  12. ^ а б «Истощение подземных вод». Школа водных наук USGS. Геологическая служба США. 2016-12-09.
  13. ^ а б «Воздействие городского развития на наводнения». pubs.usgs.gov. Получено 2019-03-22.
  • Allison, G.B .; Джи, G.W .; Тайлер, С. (1994). «Вадосозонные методы оценки подпитки подземных вод в засушливых и полузасушливых регионах». Журнал Общества почвоведов Америки. 58 (1): 6–14. Bibcode:1994SSASJ..58 .... 6A. Дои:10.2136 / sssaj1994.03615995005800010002x. OSTI  7113326.
  • Бонд, W.J. (1998). Физические методы почвы для оценки подпитки. Мельбурн: CSIRO Publishing.

дальнейшее чтение