Вторжение соленой воды

Движение соленой воды в пресноводные водоносные горизонты

Вторжение соленой воды - это движение соленой воды в пресноводные водоносные горизонты, что может привести ухудшению качества подземных вод, в том числе питьевой воды источников, и другим последствиям. Вторжение соленой воды может естественным образом происходить в прибрежных водоносных горизонтах из-за гидравлической связи между подземными водами и морской водой. Поскольку соленая вода имеет более высокое содержание минералов, чем пресная, она более плотная и имеет более высокое давление воды. В результате соленая вода может вытолкнуть внутреннюю часть суши под пресную. Определенная деятельность человека, особенно откачка грунтовых вод из прибрежных пресноводных колодцев, увеличила вторжение соленой воды во многие прибрежные районы. Забор воды снижает уровень пресных подземных вод, снижая давление воды в них и позволяя соленой воде течь дальше вглубь суши. Другие факторы, способствующие вторжению соленой воды, включают навигационные каналы или сельскохозяйственные и дренажные каналы, которые обеспечивают каналы для морской воды, перемещающейся вглубь суши. Повышение уровня моря также могло способствовать вторжению соленой воды. Вторжение соленой воды может усугубиться такими экстремальными явлениями, как штормовые нагоны.

• 1 Гидрология
• 2 Причины
  • 2.1 Добыча подземных вод
  • 2.2 Каналы и дренажные сети
• 3 Влияние на водоснабжение
• 4 Соотношение Гибена – Герцберга
• 5 Моделирование
• 6 Смягчение последствий и управление
• 7 Районы, где происходит проникновение соленой воды
• 8 См. также
• 9 Ссылки

Причины и последствия вторжения соленой воды

На окраине побережья пресные грунтовые воды, текущие из внутренних районов, встречаются с солеными грунтовыми водами из океана. Пресные грунтовые воды текут из внутренних районов к побережью, где высота над уровнем моря и уровень грунтовых вод ниже. Поскольку соленая вода имеет более высокое содержание растворенных солей и минералов, она более плотная, чем пресная вода, что приводит к более высокому гидравлическому напору, чем пресная вода. Гидравлический напор относится к давлению жидкости, создаваемому водяным столбом: водяной столб с более высоким гидравлическим напором переместится в водяной столб с более низким гидравлическим напором, если колонны соединены.

Более высокое давление и плотность соленой воды заставляет его двигаться в прибрежные водоносные горизонты в форме клина под пресной водой. Морская и пресная вода встречаются в переходной зоне, где смешивание происходит за счет дисперсии и диффузии. Обычно протяженность клина соленой воды внутри суши ограничена, потому что уровень пресных грунтовых вод или высота столба пресной воды увеличивается по мере повышения уровня суши.

Добыча подземных вод

Добыча подземных вод является основной причиной вторжения соленой воды. Подземные воды являются основным источником питьевой воды во многих прибрежных районах США, и их добыча со временем увеличилась. В исходных условиях протяженность соленой воды на суше ограничена более высоким давлением, оказываемым столбом пресной воды из-за его более высокой отметки. Добыча подземных вод может снизить уровень зеркала пресной воды, уменьшая давление, оказываемое столбом пресной воды, и позволяя более плотной соленой воде перемещаться вглубь суши. В Кейп-Мэй, штат Нью-Джерси, с 1940-х годов забор воды снизил уровень грунтовых вод до 30 метров, что привело к снижению уровня грунтовых вод до уровня ниже уровня моря и повсеместному проникновению и загрязнению системы водоснабжения скважины.

Добыча подземных вод также может привести к загрязнению скважин, вызывая восходящий или приближающийся подъем соленой воды из глубины водоносного горизонта. В исходных условиях клин соленой воды простирается вглубь суши под пресную воду из-за ее более высокой плотности. Колодцы водоснабжения, расположенные над или около клина соленой воды, могут подтягивать соленую воду вверх, создавая конус соленой воды, который может достигнуть и загрязнить колодец. Некоторые водоносные горизонты предрасположены к такому типу вторжений, например, водоносный горизонт Нижней Флориды : хотя относительно непроницаемый слой горных пород или глины отделяет пресные грунтовые воды от соленой, отдельные трещины нарушают ограничивающий слой, способствуя восходящему движению соленой воды. Откачка грунтовых вод усиливает этот эффект за счет понижения уровня грунтовых вод, уменьшая приток пресной воды вниз.

Каналы и дренажные сети

Строительство каналов и дренаж сети могут привести к проникновению соленой воды. Каналы обеспечивают проходы для транспортировки соленой воды вглубь суши, а также углубление существующих каналов для судоходства. В озере Сабин в устье в Мексиканском заливе крупномасштабные водные пути позволили соленой воде проникать в озеро и вверх по течению в реки, питающие озеро. Кроме того, дноуглубление каналов в окружающих заболоченных территориях для облегчения бурения нефтяных и газовых месторождений привело к оседанию земли , что еще больше способствовало перемещению соленой воды во внутренних водах.

Дренажные сети, построенные для осушения плоских прибрежных территорий, могут привести к вторжению понижение уровня пресной воды, уменьшение давления воды, оказываемого столбом пресной воды. Вторжение соленой воды на юго-восток Флориды произошло в основном в результате дренажных каналов, построенных между 1903 и 1980-ми годами для осушения Эверглейдс для сельскохозяйственного и городского развития. Основной причиной вторжения было понижение уровня грунтовых вод, хотя каналы также перекачивали морскую воду вглубь суши до строительства водоконтрольных ворот.

Многие прибрежные общины вокруг США В штатах наблюдается загрязнение соленой водой колодцев для водоснабжения, и эта проблема наблюдалась десятилетиями.. Многие прибрежные водоносные горизонты Средиземноморья страдают от воздействия морской воды. Последствия проникновения соленой воды для питающих скважин широко варьируются в зависимости от степени проникновения, предполагаемого использования воды и того, превышает ли соленость стандарты для предполагаемого использования. В некоторых районах, таких как штат Вашингтон, вторжение достигает только части водоносного горизонта, затрагивая только определенные колодцы водоснабжения. Другие водоносные горизонты столкнулись с более широким распространением засоления, что существенно сказалось на запасах грунтовых вод в регионе. Например, в Кейп-Мей, штат Нью-Джерси, где добыча подземных вод снизила уровень грунтовых вод до 30 метров, вторжение соленой воды привело к закрытию более 120 колодцев для водоснабжения с 1940-х годов.

Первые физические формулировки интрузии соленой воды были сделаны В. Бадоном-Гийбеном (1888, 1889) и А. Герцбергом (1901), что называется соотношением Гибена-Герцберга. Они получили аналитические решения для приблизительного определения поведения вторжения, которые основаны на ряде предположений, которые не выполняются во всех полевых случаях.

соотношение Гибена – Герцберга

В уравнении

$z\; =\; \rho \; f\; (\rho \; s\; -\; \rho \; f)\; h\; \{\backslash \; displaystyle\; z\; =\; \{\backslash \; frac\; \{\backslash \; rho\; \_\; \{f\}\}\; \{(\backslash \; rho\; \_\; \{s\}\; -\; \backslash \; rho\; \_\; \{f\})\}\}\; h\}$

толщина пресноводной зоны над уровнем моря представлена ​​как $h\; \{\backslash \; displaystyle\; h\}$и что ниже уровня моря уровень представлен как $z\; \{\backslash \; displaystyle\; z\}$. Две толщины $h\; \{\backslash \; displaystyle\; h\}$и $z\; \{\backslash \; displaystyle\; z\}$связаны соотношением $\rho \; f\; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; rho\; \_\; \{\; f\}\}$и $\rho \; s\; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; rho\; \_\; \{s\}\}$, где $\rho \; f\; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; rho\; \_\; \{f\}\}$- плотность пресной воды, а $\rho \; s\; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; rho\; \_\; \{s\}\}$- плотность соленой воды. Пресная вода имеет плотность около 1.000 граммов на кубический сантиметр (г / см) при 20 ° C, тогда как плотность морской воды составляет около 1.025 г / см. Уравнение можно упростить до

$z\; =\; 40\; h\; \{\backslash \; displaystyle\; z\; \backslash \; =\; 40h\}$.

Соотношение Гибена – Герцберга утверждает, что на каждый метр пресной воды в неограниченном водоносном горизонте над уровнем моря будет сорок метров пресной воды в водоносном горизонте ниже уровня моря.

В 20-м веке значительно возросшая вычислительная мощность позволила использовать численные методы (обычно конечные разности или конечные элементы ), которые требуют меньше допущений и может применяться в более общем плане.

Моделирование проникновения соленой воды считается трудным. Возникают некоторые типичные трудности:

• возможное присутствие трещин, а также трещин и трещин в водоносном горизонте, точное положение и протяженность которых неизвестны, но которые имеют большое влияние на развитие проникновения соленой воды
• Возможное присутствие мелкомасштабных неоднородностей в гидравлических свойствах водоносного горизонта, которые слишком малы, чтобы их можно было учесть в модели, но которые также могут иметь большое влияние на развитие интрузии соленой воды
• Изменение гидравлических свойств в результате проникновения соленой воды. Смесь соленой и пресной воды часто недосыщена кальцием, вызывая растворение кальция в зоне смешения и изменяя гидравлические свойства.
• Процесс, известный как катионообмен, что замедляет продвижение вторжения соленой воды, а также замедляет отступление вторжения соленой воды.
• Тот факт, что вторжения соленой воды часто не находятся в равновесии, затрудняет моделирование. Динамика водоносного горизонта, как правило, медленная, и конусу вторжения требуется много времени, чтобы адаптироваться к изменениям в схемах откачки, осадкам и т. Д. Таким образом, ситуация на месторождении может значительно отличаться от того, что можно было бы ожидать в зависимости от уровня моря, схемы откачки и т. д.
• Для долгосрочных моделей будущее изменение климата представляет собой большую неизвестную, но хорошие результаты возможны. Результаты модели часто сильно зависят от уровня моря и скорости восстановления. Ожидается, что и то, и другое изменится в будущем.

Контрольная структура (шлюз) Catfish Point на реке Мерментау в прибрежной Луизиане

Морская вода также является проблемой, когда шлюз отделяет соленая вода из пресной воды (например, Хирам М. Читтенден Локс в Вашингтоне). В этом случае был построен сборный бассейн, из которого соленая вода может быть откачана обратно в море. Часть проникающей соленой воды также перекачивается в рыболовную лестницу, чтобы сделать ее более привлекательной для мигрирующих рыб.

Поскольку засоление грунтовых вод становится актуальной проблемой, следует применять более сложные инициативы со стороны местных технических и инженерные решения правил или нормативных документов для целых водоносных горизонтов или регионов.

.

• Водоснабжение и канализация в Бенине
• География Кипра
• Бу Регрег (Марокко)
• Управление водными ресурсами в Пакистане
• Водоснабжение и водоотведение в Тунисе
• США
  • Бассейн реки АКФ (Флорида / Джорджия)
  • Окружающая среда Флориды
  • Округ Эссекс, Массачусетс
  • Хирам М. Читтенден Локс (Вашингтон)
  • Остров Хатчинсон (Джорджия)
  • Озеро Ланьер (Джорджия)
  • Озеро Пончартрейн (Луизиана)
  • Река Майами (Флорида)
  • Окснард-Плейн (Калифорния)
  • Сан-Леандро (Калифорния)
  • Сонома Крик (Калифорния)
  • Западный берег озера Верхнее (Миннесота)
• Дельта Меконга
• Италия

• Подземные воды
• Экологический мигрант - Люди, вынужденные покинуть свой родной регион из-за изменений местной среды
• Гаральд Г. Паркер
• Надувная резиновая плотина
• Пиковая вода - понятие о качестве и наличие пресноводных ресурсов