Введение
Перемещение соленой воды в пресноводные водоносные горизонты
Saltwater intrusion is the movement of saline water into freshwater aquifers, which can lead to groundwater quality degradation, including drinking water sources, and other consequences. Saltwater intrusion can naturally occur in coastal aquifers, owing to the hydraulic connection between groundwater and seawater. Because saline water has a higher mineral content than freshwater, it is denser and has a higher water pressure. As a result, saltwater can push inland beneath the freshwater. In other topologies, submarine groundwater discharge can push fresh water into saltwater. Certain human activities, especially groundwater pumping from coastal freshwater wells, have increased saltwater intrusion in many coastal areas. Water extraction drops the level of fresh groundwater, reducing its water pressure and allowing saltwater to flow further inland. Other contributors to saltwater intrusion include navigation channels or agricultural and drainage channels, which provide conduits for saltwater to move inland. Sea level rise caused by climate change also contributes to saltwater intrusion. Saltwater intrusion can also be worsened by extreme events like hurricane storm surges.
Вторжение соленой воды – это проникновение соленой воды в пресноводные водоносные горизонты, что может привести к ухудшению качества грунтовых вод, включая источники питьевого водоснабжения, и другим негативным последствиям. Вторжение соленой воды может происходить естественным образом в прибрежных водоносных горизонтах из-за гидравлической связи между подземными и морскими водами. Поскольку соленая вода имеет более высокое содержание минералов, чем пресная, она более плотная и обладает более высоким давлением. В результате соленая вода может проникать вглубь суши под пресной водой. В иных условиях, подводный сток грунтовых вод может выталкивать пресную воду в соленую. Определенные виды деятельности человека, особенно откачка грунтовых вод из прибрежных скважин, усилили вторжение соленой воды во многих прибрежных районах. Добыча воды понижает уровень пресных грунтовых вод, уменьшая их давление и позволяя соленой воде продвигаться дальше вглубь суши. К другим факторам, способствующим вторжению соленой воды, относятся судоходные каналы, а также сельскохозяйственные и дренажные каналы, которые служат путями для перемещения соленой воды вглубь суши. Повышение уровня моря, вызванное изменением климата, также способствует вторжению соленой воды. Вторжение соленой воды может усугубляться экстремальными явлениями, такими как штормовые нагоны при ураганах.
Saltwater intrusion is the movement of saline water into freshwater aquifers, which can lead to groundwater quality degradation, including drinking water sources, and other consequences. Saltwater intrusion can naturally occur in coastal aquifers, owing to the hydraulic connection between groundwater and seawater. Because saline water has a higher mineral content than freshwater, it is denser and has a higher water pressure. As a result, saltwater can push inland beneath the freshwater. In other topologies, submarine groundwater discharge can push fresh water into saltwater. Certain human activities, especially groundwater pumping from coastal freshwater wells, have increased saltwater intrusion in many coastal areas. Water extraction drops the level of fresh groundwater, reducing its water pressure and allowing saltwater to flow further inland. Other contributors to saltwater intrusion include navigation channels or agricultural and drainage channels, which provide conduits for saltwater to move inland. Sea level rise caused by climate change also contributes to saltwater intrusion. Saltwater intrusion can also be worsened by extreme events like hurricane storm surges.
Гидрология
На прибрежном участке пресные подземные воды, поступающие из внутренних районов, встречаются с солёными водами из океана. Пресная подземная вода течёт из внутренних районов к побережью, где понижаются высота земной поверхности и уровень грунтовых вод. Более высокое давление и плотность солёной воды заставляют её перемещаться в прибрежные водоносные горизонты в форме клина под пресной водой. Солёная и пресная воды смешиваются в переходной зоне посредством дисперсии и диффузии. Обычно распространение солёного клина ограничено, поскольку уровень пресной грунтовой воды, или высота столба пресной воды, увеличивается с повышением высоты над уровнем моря. Интенсивная откачка грунтовых вод также может привести к загрязнению скважин, вызывая восходящий поток солёной воды из глубин водоносного горизонта. В исходных условиях солёный клин простирается вглубь суши под пресной водой из-за своей большей плотности. Водозаборные скважины, расположенные над или вблизи солёного клина, могут поднимать солёную воду вверх, формируя солёный конус, который может достичь и загрязнить скважину. Некоторые водоносные горизонты, такие как Нижний Флоридский водоносный горизонт, особенно подвержены этому типу вторжения: хотя относительно непроницаемый слой горных пород или глины отделяет пресную подземную воду от солёной, изолированные трещины пробивают этот изолирующий слой, способствуя подъёму солёной воды. Накачка грунтовых вод усиливает этот эффект, понижая уровень грунтовых вод и уменьшая давление, оказываемое столбом пресной воды. В устье озера Сабин в Мексиканском заливе крупные судоходные пути позволили солёной воде проникнуть в озеро и вверх по течению в реки, питающие озеро. Кроме того, углубление каналов в окружающих водно-болотных угодьях для облегчения бурения нефти и газа привело к оседанию земли, что ещё больше способствовало проникновению солёной воды вглубь суши. Дренажные сети, построенные для осушения низменных прибрежных районов, могут вызвать вторжение, понижая уровень пресной воды и уменьшая давление, оказываемое столбом пресной воды. Вторжение солёной воды на юго-востоке Флориды произошло в основном из-за дренажных каналов, построенных с 1903 по 1980-е годы для осушения Эверглейдс с целью сельскохозяйственного и городского развития. Основной причиной вторжения было понижение уровня грунтовых вод, хотя каналы также доставляли морскую воду вглубь суши до строительства водорегулирующих шлюзов.
Влияние на водоснабжение
Во многих прибрежных районах Соединенных Штатов наблюдается загрязнение скважин водоснабжения соленой водой, и эта проблема существует уже несколько десятилетий. Многие прибрежные водоносные горизонты Средиземноморья страдают от последствий проникновения морской воды. Последствия проникновения соленой воды для скважин водоснабжения сильно варьируются в зависимости от масштаба проникновения, целевого использования воды и превышения уровня солености установленных норм. В некоторых районах, таких как штат Вашингтон, проникновение затрагивает лишь часть водоносного горизонта, влияя только на отдельные скважины водоснабжения. Другие водоносные горизонты столкнулись с более масштабным загрязнением соленостью, что существенно повлияло на запасы подземных вод в регионе. Например, в Кейп-Мэй, штат Нью-Джерси, где откачка грунтовых вод привела к понижению уровня грунтовых вод до 30 метров, проникновение соленой воды стало причиной закрытия более 120 скважин водоснабжения с 1940-х годов. Были получены аналитические решения для приблизительной оценки поведения проникновения, основанные на ряде предположений, которые не всегда применимы в реальных условиях. [[Файл:Вторжение соленой воды en. svg|thumb|upright=1.8|Соотношение Гибена-Герцберга]]