14.3: Видобуток підземних вод

За винятком районів, де грунтові води природним чином виходять на поверхню біля джерела (місця, де рівень води перетинається з поверхнею землі), нам доводиться споруджувати колодязі, щоб його витягти. Якщо рівень ґрунту води відносно близько до поверхні, свердловину можна вирити вручну або за допомогою екскаватора, але в більшості випадків нам потрібно використовувати бур, щоб спуститися досить глибоко. Існує безліч видів свердел, які можна використовувати; приклад показаний на рис\(\PageIndex{1}\). Свердловина повинна бути пробурена принаймні настільки ж глибоко, як і рівень води, але насправді повинен йти набагато глибше; по-перше, тому що рівень води може змінюватися від сезону до сезону і з року в рік, по-друге, тому що при закачуванні води рівень води знизиться, принаймні тимчасово.

\(\PageIndex{1}\)Малюнок Бурова установка для свердловин на воду в експлуатації поблизу Нанаймо, до н.е. на фото праворуч свердловина прокачується тиском повітря. Корпус (жовта стрілка) близько 40 сантиметрів в діаметрі.

Там, де свердловина буриться в неконсолідованих відкладах або відносно слабкій породі, вона повинна бути облицьована обсадною трубою (сталева труба в більшості випадків), щоб переконатися, що вона не прогинається. У нижній частині обсадної труби встановлений спеціально розроблений екран свердловини. Розмір отворів в екрані ретельно підбирається, щоб переконатися, що він дозволяє воді вільно переміщатися в колодязь, але запобігає потраплянню частинок водоносного шару в колодязь. Занурювальний насос зазвичай використовується для підйому води зсередини свердловини на поверхню, де це необхідно. Свердловина, показана на малюнку,\(\PageIndex{1}\) має обсадну трубу діаметром близько 40 сантиметрів, що може бути характерним для муніципального водопровідного колодязя або дуже великого колодязя для зрошення. Більшість вітчизняних свердловин мають 15-сантиметрову обсадну трубу.

Малюнок\(\PageIndex{2}\) Три свердловини в необмеженому водоносному шарі. Свердловина А не прокачується. Свердловина Б перекачується з повільною швидкістю і свердловина С, що має більший конус депресії, перекачується з більшою швидкістю.

Відкачування води зі свердловини спочатку видаляє воду зсередини колодязя. Що знижує рівень води всередині колодязя. Це означає, що вода буде надходити з навколишнього водоносного шару в бік насосного колодязя, де рівень води зараз нижче.

\(\PageIndex{3}\)Рисунок. Схожий сценарій на малюнку\(\PageIndex{2}\), але в цьому випадку свердловина С була прокачана нестійко протягом тривалого часу. Конус поглиблення зі свердловини С досяг свердловини B і сприяв тому, що він висохне, оскільки рівень води зараз нижче дна свердловини B.

Саме так в колодязь потрапляє вода з землі. Рівень води, або потенціометрична поверхня, буде нахилятися до свердловини, де вода відводиться. Це вказує на енергетичний градієнт, який дозволяє воді стікати до свердловини. Це створює форму, відому як конус поглиблення, що оточує колодязь, як показано на малюнку\(\PageIndex{2}\). Якщо відкачування з колодязя триває від годин до доби, конус поглиблення може призвести до втрати води в прилеглих колодязях. Як показано на малюнку\(\PageIndex{3}\), перекачування свердловини С сприяло тому, що свердловина B йде сухий, оскільки рівень води тепер нижче дна свердловини B. Якщо перекачування триває в свердловині С, він теж може висохнути.

Вправа 14.2 Конус депресії

Малюнок\(\PageIndex{4}\)

Дві діаграми тут показують однакову свердловину до (зліва) і після (праворуч) тривалої накачування. Розвинулася шишка депресії. Це забезпечує енергетичний градієнт для води, щоб стікати до свердловини, щоб її можна було відкачати.

Як це, ймовірно, вплине на швидкість надходження в свердловину?

Див Додаток 3 для вправ 14.2 відповіді.

Як і інші провінції Канади та штати США, Британська Колумбія має мережу спостережних свердловин, що адмініструються Міністерством навколишнього середовища. Це свердловини, які встановлюються для вимірювання рівня води, вони не перекачуються. Є 145 активних оглядових свердловин в B.C. (у 2015 році), більшість оснащених автоматичними реєстраторами, які постійно контролюють рівень води. Основним призначенням оглядових свердловин є моніторинг рівня ґрунту води, щоб ми могли бачити, чи є довгострокові природні коливання кількості підземних вод та короткострокові коливання, пов'язані з надмірним використанням ресурсу. Більшість також регулярно відбирають проби для контролю хімії та якості підземних вод.

Приклад оглядового колодязя проілюстрований на рис\(\PageIndex{5}\). Цей розташований у Кессіді на острові Ванкувер і використовується для моніторингу неконсолідованого водоносного горизонту, який широко використовується жителями з приватними свердловинами.

Рисунок\(\PageIndex{5}\) до н.е. оглядовий колодязь 228 поблизу Кессіді, острів Ванкувер. В установці також є сонячна панель, яка не видно на цьому поданні.

Дані про рівень води з оглядових свердловин B.C. доступні для громадськості, а приклад набору даних проілюстрований на малюнку\(\PageIndex{6}\). Рівень води в оглядовому свердловині 232 Міністерства навколишнього середовища (OW-232), розташованому в Лантсвіллі на острові Ванкувер, значно знизився з 1979 року (середня глибина близько 1,5 метрів), до 2003 (середня глибина близько 5,5 метрів), але з тих пір трохи відновився.

Рисунок Дані про рівень\(\PageIndex{6}\) води для спостережної свердловини 232 до н.е. на Harby Rd., Lantzville, острів Ванкувер. З 1979 по 2003 рік глибини реєструвалися щомісяця. Автоматизоване обладнання було встановлено в 2003 році, а глибини реєструвалися щогодини з того часу.

Короткострокові коливання рівня свердловини 232 складають період в один рік і пов'язані з річними циклами підживлення і скидання, що регулюються вологим зимовим кліматом і більш сухим літом. Дані за частину періоду більш детально наведені на рис\(\PageIndex{7}\). У більшості Британської Колумбії більшість свердловин опускаються до найнижчих рівнів у вересні або жовтні після відносно сухого літнього періоду. Рівні швидко зростають з жовтня по лютий, оскільки високі зимові опади додають підживлення водоносному горизонту, і вода зберігається. Рівень води досягає піку в березні або квітні. Більшість свердловин потім падають протягом літа, оскільки грунтові води продовжують текти, але нового підживлення не додається. Вода зливається зі сховища в струмки або озера і в кінцевому підсумку в океан, і в результаті рівень води знижується, досягнувши свого найнижчого рівня знову у вересні або жовтні. Подібні коливання спостерігаються на більшості оглядових свердловин навколо провінції, хоча терміни дещо відрізняються від регіону до регіону.

Рисунок Дані про рівень\(\PageIndex{7}\) води для спостережної свердловини 232 до н.е. за період з 1996 по 2000 рік, що показують сезонні коливання.

Довгострокові коливання рівнів в оглядових колодязях в різних місцях також досить мінливі. Довгострокові зміни клімату можуть призвести до поступових природних змін рівня води. Ці тривалі цикли тривалістю років або десятиліть змішуються з наслідками прокачування свердловин. Деякі спостережні свердловини показують послідовне зниження рівня води, що може свідчити про довгострокове надмірне видобуток. Багато інших показують, як правило, послідовні рівні протягом декількох десятиліть, а деякі показують збільшення рівня води. Однією з важливих робіт, яку виконують гідрогеологи, які працюють для державних установ, є вивчення цих довгострокових записів рівня води на предмет того, наскільки стійким може бути використання підземних вод.

Вправа 14.3 Що робить ваш рівень води?

Відвідайте веб-сайт свердловини Міністерства охорони навколишнього середовища до нашої ери та використовуйте карту, щоб знайти спостережний колодязь поблизу вас. При натисканні на точку вискакує вікно з посиланням, яке говорить: «Клацніть для подробиць про цю свердловину». Натисніть на це посилання, а потім виберіть один з доступних варіантів. Вкладка «Графіки» покаже вам графік рівнів води, і ви зможете визначити, чи зазвичай рівень збільшується чи зменшується. Якщо немає багато даних, щоб побачити, виберіть інший колодязь.

(Подібні дані також доступні для Альберти та Саскачевану та інших юрисдикцій. Пошук за допомогою таких термінів, як «оглядові колодязі Альберти».)

Див Додаток 3 для вправ 14.3 відповіді.

У 2016 році в Британській Колумбії набув чинності новий Закон про сталість води, що вимагає ліцензування видобутку підземних вод вперше. Новий Закон також включає положення щодо визначення «потреб екологічних потоків» - кількості води, яка повинна знаходитися у поверхневих водних потоках в різний час року для задоволення потреб екосистеми, що залежить від потоку потоку. Наприклад, багато потоків у B.C. підтримують популяції лосося, які живуть у потоці протягом частини свого життєвого циклу або повертаються до свого домашнього потоку для нересту. Грунтові води утворюють частину базовогопотоку у вододілі, і тому є важливою частиною потреб екологічного потоку. У найближчі роки необхідна ретельна робота, щоб гарантувати, що кількість води, ліцензованої для видобутку з поверхневих і підземних вод для використання людиною, не заважає кількості води, необхідної для функціонування природних водно-залежних екосистем.

Малюнок\(\PageIndex{8}\) Зміни рівня води в свердловині в Каліфорнії з 2011 по 2013 рік.

Ситуація в Каліфорнії, де видобуток підземних вод на великих площах призводить до зниження рівня води, досить відрізняється від ситуації в B.C., За даними Державного департаменту водних ресурсів, 80% свердловин підземних вод показали падіння рівня води від 0 метрів до 7,5 метрів між 2011 і 2013 роками, ще 6% впали на 7,5 метрів до 15 метрів, а 3% впали більш ніж на 15 метрів (рис.\(\PageIndex{8}\)). За цей же проміжок часу лише 10% рівнів свердловин збільшилися на 0 метрів до 7,5 метрів, а 1% збільшилися більш ніж на 7,5 метрів. Посуха, яка охопила Каліфорнію в 2013 році, значно погіршилася до 2015 року, і каліфорнійські фермери - і люди по всій Північній Америці, які їдять їжу, яку вони виробляють, продовжують мати приголомшливий апетит до зрошувальної води. Каліфорнія, як і до нашої ери, запроваджує нові правила підземних вод, щоб спробувати контролювати використання води та зупинити зниження рівня води.

Непроникні поверхні

Навіть якщо запаси підземних вод не виснажуються надмірним використанням або зміною клімату, ми продовжуємо надавати навантаження на водоносні горизонти, покриваючи величезні території непроникними поверхнями, які не дозволяють дощу і снігу проникати в грунтові води. Натомість вода, яка потрапляє на ці поверхні, направляється в дренажні системи, потім у зливову каналізацію, а потім безпосередньо в річки та океан. У містах та передмістях найбільшими винуватцями є автостоянки, дороги та магістралі. Хоча було б чудово, якби ми не присвячували такі величезні площі автомобілям, це не скоро зміниться, тому нам потрібно подумати про способи покращення проникнення поверхневих вод у містах. Одним із способів є використання дорожніх та паркувальних поверхонь, які дозволять воді просочуватися, хоча це не практично у багатьох випадках. Інший спосіб полягає в тому, щоб стік з тротуару направлявся в існуючі або побудовані водно-болотні угіддя, які служать для знезараження води, а потім дозволяють їй проникнути в землю.

Описи зображень

Опис\(\PageIndex{5}\) зображення на малюнку: Усередині коробки, прикріпленої до корпусу свердловини, є акумулятор, колесо датчика глибини, запасний поплавок та прилад, який забезпечує зчитування глибини. Це говорить 4,047 метрів. Також є антена зв'язку. [Повернутися до малюнка\(\PageIndex{5}\)]

Атрибуції ЗМІ

• Малюнок\(\PageIndex{1}\), 14.3.2, 14.3.3, 14.3.4, 14.3.5: © Стівен Ерл. КУБ ПО.
• Малюнок\(\PageIndex{6}\): © Стівен Ерл. КУБ ПО. На основі даних з «Оглядовий колодязь #232.
• Малюнок\(\PageIndex{7}\): © Стівен Ерл. КУБ ПО. На основі даних «Оглядовий колодязь #232».
• Малюнок\(\PageIndex{8}\): © Стівен Ерл. КУБ ПО. На основі даних Департаменту водних ресурсів штату Каліфорнія.