Пополнение подземных вод
Из Википедии, свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Водный баланс

Пополнение грунтовых вод или глубокий дренаж или глубокая фильтрация является гидрологическим процессом, в котором вода двигается вниз от поверхности воды в грунтовые воды . Пополнение - это основной способ поступления воды в водоносный горизонт . Этот процесс обычно происходит в зоне аэрации ниже растений корней и , часто выражается в виде потока к грунтовых вод поверхности. Пополнение подземных вод также включает воду, уходящую от уровня грунтовых вод дальше в зону насыщения. [1]Пополнение запасов происходит как естественным путем (через круговорот воды ), так и за счет антропогенных процессов (например, «искусственное пополнение подземных вод»), когда дождевая вода и / или очищенная вода направляется в подземные слои.

Процессы

Подземные воды естественным образом пополняются за счет дождя и таяния снега и в меньшей степени за счет поверхностных вод (рек и озер). Пополнению запасов может несколько препятствовать деятельность человека, включая мощение, развитие или лесозаготовки . Эти действия могут привести к потере верхнего слоя почвы, что приведет к снижению инфильтрации воды, увеличению поверхностного стока и снижению подпитки. Использование грунтовых вод, особенно для орошения , также может снизить уровень грунтовых вод. Пополнение запасов 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 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 воды насыщения в грунтовые воды уменьшая воды стоков . [2] Наводнение временно увеличивает проницаемость русла реки за счет перемещения глинистых грунтов вниз по течению, и это увеличивает подпитку водоносного горизонта. [3]

Искусственное пополнение грунтовых вод становится все более важным в Индии, где чрезмерная перекачка грунтовых вод фермерами привела к истощению подземных ресурсов. В 2007 году по рекомендации Международного института управления водными ресурсами , индийское правительство выделило ₹ 1800 рупий (эквивалент ₹ млрд 44 или US $ 610 млн в 2019 году) , чтобы фонд выкопанных хорошо перезарядка проектов (землянку хорошо 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, с молочных ферм, промышленных и городских сточных вод..

Водно-болотные угодья

Водно-болотные угодья помогают поддерживать уровень грунтовых вод и контролируют гидравлический напор. [4] Это обеспечивает силу для пополнения и сброса грунтовых вод в другие воды. Степень подпитки грунтовых вод водно-болотным угодьем зависит от почвы , растительности , участка, отношения периметра к объему и градиента уровня грунтовых вод. [5] Пополнение запасов подземных вод происходит за счет минеральных почв, встречающихся в основном по краям водно-болотных угодий. [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 запасов подземных вод типично для небольших водно-болотных угодий, таких как выбоины в прериях , которые могут вносить 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 падает равномерно по полю, так что полевой потенциал почвы не превышается, то незначительное количество воды просачивается в грунтовые воды . Если вместо этого водяные лужи образуются на низменных участках, то 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, селективно попадая в грунтовые воды под поверхностными впадинами, является пополнением, направленным на депрессию. Под такими депрессиями уровень грунтовых вод поднимается.

Давление депрессии

Пополнение запасов подземных вод, ориентированных на депрессию, может быть очень важным в засушливых регионах . Увеличение количества дождевых осадков может способствовать пополнению запасов грунтовых вод.

Пополнение подземных вод, ориентированное на депрессию, также оказывает сильное влияние на перенос загрязнителей в грунтовые воды. Это вызывает серьезную озабоченность в регионах с карстовыми геологическими образованиями, потому что вода может в конечном итоге растворить туннели вплоть до водоносных горизонтов или иным образом разъединить потоки. Эта крайняя форма предпочтительного потока ускоряет перенос загрязняющих веществ и эрозию таких туннелей . Таким образом, впадины, предназначенные для улавливания сточных вод до того, как они попадут в уязвимые водные ресурсы, могут со временем соединиться под землей. Кавитация поверхностей наверху в туннели приводит к выбоинам или пещерам.

Более глубокое прудинг оказывает давление, которое ускоряет проникновение воды в землю. Более быстрый поток удаляет загрязнения, которые в противном случае адсорбируются на почве, и уносит их с собой. Это может переносить загрязнение непосредственно на приподнятый уровень грунтовых вод ниже и в систему подземных вод . Таким образом, качество воды, собираемой в инфильтрационных бассейнах, вызывает особую озабоченность.

Загрязнение

Загрязнение в ливневых стоках собирается в водосборных бассейнах. Концентрация разлагаемых загрязняющих веществ может ускорить биоразложение . Однако там, где и когда уровень грунтовых вод высок, это влияет на надлежащую конструкцию отстойных прудов , отстойных прудов и дождевых садов .

Методы оценки

Темпы пополнения подземных вод трудно определить количественно [8], поскольку для определения баланса необходимо сначала измерить или оценить другие связанные процессы, такие как испарение , транспирация (или эвапотранспирация ) и процессы инфильтрации .

Физический

Физические методы используют принципы физики почвы для оценки подпитки. Эти прямые физические методы являются те , которые пытаются фактически измерить объем воды , проходящий 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 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 инертного растворимой в воду веществ, такие как изотопный индикатор или хлорид , [9] , двигающийся через почву, как это происходит глубокий дренаж.

Численные модели

Пополнение может быть оценено с использованием численных методов , используя такие коды , как Гидрологическая оценку производительности мусорных свалок , UNSAT-H , Shaw , WEAP и MIKE СТЭ . 1D-программа HYDRUS1D доступна онлайн. В кодах обычно используются климатические и почвенные данные для оценки пополнения запасов, а также используется уравнение Ричардса в той или иной форме для моделирования потока грунтовых вод в зоне вадозы .

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 возможность последствий в отношении доступности подпитки подземных вод для будущего водосборного бассейна . 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 запасов грунтовых вод будет иметь наименьшее влияние на климат с одинаковой влажностью и засушливостью. Исследования предсказывают незначительное влияние скорости пополнения подземных вод на средний климат из-за предсказаний уменьшения размера бассейна и количества осадков. [10] Осадкипрогнозируется, что в ближайшем будущем тенденции будут отражать минимальные количественные изменения, в то время как скорость пополнения запасов подземных вод может возрасти в результате глобального потепления . [10] Это явление объясняется физическими характеристиками растительности. С повышением температуры в результате глобального потепления индекс листовой поверхности (LAI) снижается. 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] Таким образом, при повышении температуры и незначительных изменениях режима выпадения осадков скорость пополнения запасов подземных вод может возрасти.

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 чрезмерному накачиванию грунтовых вод . Когда скорость откачки превышает скорость пополнения грунтовых вод, существует повышенный риск перерасхода воды . [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 все 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 дебитам. [11]

Урбанизация

Дальнейшие последствия пополнения подземных вод являются следствием урбанизации . Исследования показывают, что скорость перезарядки может быть в десять раз выше [12] в городских районах по сравнению с сельскими . 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 атмосферных 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 подземных вод будут увеличиваться по сравнению с существующими темпами в предыдущем сельском регионе. Следствием внезапных притоков пополнения запасов подземных вод является внезапное наводнение . [13] Экосистеме придется приспособиться к повышенному избытку грунтовых вод из-за скорости пополнения запасов грунтовых вод. Кроме того, дорожные сети менее проницаемы.по сравнению с почвой, что приводит к большему количеству поверхностного стока. Следовательно, урбанизация увеличивает скорость пополнения подземных вод и снижает инфильтрацию [13], что приводит к внезапным наводнениям, поскольку местная экосистема приспосабливается к изменениям в окружающей среде.

Неблагоприятные факторы

  • Дренаж
  • Непроницаемые поверхности
  • Уплотнение почвы
  • Загрязнение подземных вод

Смотрите также

  • Хранение и восстановление водоносного горизонта
  • Контурная траншея
  • Подзарядка, ориентированная на депрессию
  • Хорошо просушить
  • Модель грунтовых вод
  • Восстановление грунтовых вод
  • Гидрология (сельское хозяйство)
  • Проникновение (гидрология)
  • Международная торговля и вода
  • Пиковая вода
  • Сбор дождевой воды
  • Контроль засоления почвы подземным дренажем
  • Подземная дамба
  • Водный стол контроль

использованная литература

  1. Перейти ↑ Freeze, RA, & Cherry, JA (1979). Подземные воды, 211 стр. Источник: http://hydrogeologistswithoutborders.org/wordpress/1979-english/
  2. ^ "Городские деревья увеличивают проникновение воды" . Фишер, Мэдлин . Американское общество агрономии. 17 ноября, 2008. Архивировано из оригинала на 2 июня 2013 года . Проверено 31 октября 2012 года .
  3. ^ «Крупные наводнения подпитывают водоносные горизонты» . Научный университет Нового Южного Уэльса. 24 января 2011 . Проверено 31 октября 2012 года .
  4. ^ О'Брайен 1988; Зима 1988 г.
  5. ^ (Картер и Новицки 1988; Веллер 1981)
  6. ^ Верри и Тиммонс 1982
  7. ^ a b c (Веллер, 1981)
  8. ^ Рейли, Томас Э .; LaBaugh, Джеймс У .; Хили, Ричард В .; Элли, Уильям М. (2002-06-14). «Поток и хранение в системах подземных вод». Наука . 296 (5575): 1985–1990. Bibcode : 2002Sci ... 296.1985A . DOI : 10.1126 / science.1067123 . ISSN 0036-8075 . PMID 12065826 . S2CID 39943677 .   
  9. ^ Эллисон, Великобритания; Хьюз, MW (1978). «Использование хлоридов и трития в окружающей среде для оценки полного пополнения неограниченного водоносного горизонта». Австралийский журнал почвенных исследований . 16 (2): 181–195. DOI : 10.1071 / SR9780181 .
  10. ^ a b 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 . DOI : 10.1007 / s10040-010-0625-х . ISSN 1435-0157 . S2CID 128872217 .  
  11. ^ a b 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» . Международное исследование почв и водосбережения . Эльзевир. 6 (1): 51–62. DOI : 10.1016 / j.iswcr.2017.10.003 .
  12. ^ a b «Истощение подземных вод» . Школа водных наук USGS . Геологическая служба США. 2016-12-09.
  13. ^ a b «Воздействие городского развития на наводнения» . pubs.usgs.gov . Проверено 22 марта 2019 .
  • Эллисон, Великобритания; Ну и дела, GW; Тайлер, SW (1994). «Вадосозонные методы оценки подпитки подземных вод в засушливых и полузасушливых регионах». Журнал Общества почвоведов Америки . 58 (1): 6–14. Bibcode : 1994SSASJ..58 .... 6A . DOI : 10,2136 / sssaj1994.03615995005800010002x . ОСТИ  7113326 .
  • Бонд, WJ (1998). Физические методы почв для оценки подпитки . Мельбурн: CSIRO Publishing.

дальнейшее чтение

  • LaMoreaux, Philip E .; Таннер, Джуди Т., ред. (2001). Источники и вода в бутылках мира: древняя история, источник, возникновение, качество и использование . Берлин, Гейдельберг, Нью-Йорк: Springer-Verlag. ISBN 3-540-61841-4. Проверено 13 июля 2010 года . Обеспечивает хороший обзор гидрогеологических процессов, включая пополнение подземных вод.
  • Пьер Д. Глинн и Л. Ниль Пламмер (март 2005 г.). «Геохимия и понимание систем подземных вод». Гидрогеологический журнал . 13 (1): 263–287. Bibcode : 2005HydJ ... 13..263G . DOI : 10.1007 / s10040-004-0429-у . S2CID  129716764 .
Источник « https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Groundwater_recharge&oldid=1033519958 »
Contribute a better translation