Floridan aquifer - Floridan aquifer

Systém Floridských aquifer , který se skládá ze zvodní horních a dolních Floridských, je sled paleogénu uhličitanové horniny , která překlenuje oblast asi 100,000 mílí čtverečných (260,000 km ² ) v jihovýchodní Spojených státech. Je základem celého státu Florida a částí Alabamy , Gruzie , Mississippi a Jižní Karolíny .

Systém zvodnělých vrstev Floridan je jedním z nejproduktivnějších zvodnělých vrstev na světě a dodává pitnou vodu pro téměř 10 milionů lidí. Podle geologického průzkumu USA byly celkové výběry ze systému zvodnělých vrstev Floridanu v roce 2000 zařazeny na 5. nejvyšší místo ze všech hlavních zvodněných vrstev v zemi, a to na 3 640 milionů galonů za den (Mgal / d) (13,8 milionů m ³ / d; 11 200 akrů) ft / d). Z celkového počtu 49% (1 949 Mgal / d; 7,38 mil. M ³ / d; 5 980 akr⋅ft / d) bylo použito k zavlažování, 33% (1 329 Mgal / d; 5,03 mil. M ³ / d; 4 080 akr⋅ft / d) bylo použito pro veřejné zásobování vodou , 14% (576 Mgal / d, 2,18 milionu m ³ / d; 1770 akr⋅ft / d) bylo použito pro průmyslové účely a 4% byly domácí odběry. Systém zvodnělých vrstev Floridan je primárním zdrojem pitné vody pro většinu měst na střední a severní Floridě, stejně jako pro východní a jižní Gruzii, včetně Brunswicku, Savannah a Valdosty.

Dějiny

Voda pod artézským tlakem stoupá ze studny, která se dotýká systému aquifer Floridan v jižní Georgii.

Srovnání hydrogeologické terminologie používané pro systém zvodnělých vrstev Floridan.

V roce 1936 geolog Victor Timothy (VT) Stringfield poprvé identifikoval existenci floridského aquifer na poloostrovní Floridě a označil karbonátové jednotky jako „hlavní artéské formace“. V roce 1944 popsal MA Warren z Gruzínského geologického průzkumu rozšíření tohoto systému v jižní Georgii a na zúčastněné karbonátové jednotky použil výraz „hlavní artéská zvodnělá vrstva “. V letech 1953 a 1966 aplikoval Stringfield na tyto horniny termín „hlavní artéská zvodnělá vrstva“. V roce 1955 si Garald G. Parker všiml hydrologických a litologických podobností terciárních karbonátových útvarů na jihovýchodě Floridy a dospěl k závěru, že představují jedinou hydrologickou jednotku, a tuto jednotku nazval „ zvodnělou vrstvou Floridan“. Díky dalšímu shromažďování informací bylo identifikováno více zón vysoké a nízké hydraulické vodivosti. Výsledkem je, že název Floridan Aquifer se vyvinul do „Floridan aquifer system“, který obsahuje horní a dolní floridské kolektory.

Výběry ze systému zvodnělých vrstev Floridan začaly v roce 1887, kdy město Savannah ve státě Georgia začalo doplňovat odběry povrchových vod z řeky Savannah podzemními vodami. V té době byly artéské hlavy v systému 40 stop (12 m) nad zemským povrchem a nebyla zapotřebí žádná čerpadla; do roku 1898 se odhadovalo, že v Jižní Georgii bylo dokončeno 200 až 300 vrtů a do roku 1943 bylo dokončeno asi 3 500 vrtů v šesti pobřežních krajích Gruzie. Kolem let 1910–1912 již došlo k rozvoji floridského systému vodonosných vrstev ve Fernandině a Jacksonville a na jihu podél východního pobřeží Floridy, stejně jako z Tampy na jih do Fort Myers na západním pobřeží. Postupem času se počet vrtů zvyšoval, stejně jako dokončené hloubky, jak rostla poptávka. Od konce třicátých let se průmyslová dodávka pro celulózky a papírny stala velkou částí odebrané vody. V padesátých letech 20. století byla veškerá komunální, domácí a průmyslová dodávka (kromě chlazení) a přibližně polovina zemědělských dodávek v Orlandu na Floridě převedena na podzemní vodu ze systému zvodnělých vrstev Floridanu. Odběry podzemní vody ze systému zvodnělých vrstev Floridanu se neustále zvyšovaly z 630 Mgal / d (2,4 mil. M ³ / d; 1900 akr⋅ft / d) v roce 1950 na 3 430 Mgal / d (13,0 mil. M ³ / d; 10 500 akr⋅ft / d ) v roce 1990. Povolení a předpisy přijaté v průběhu 90. let omezily meziroční nárůst stažení; nicméně výběry v roce 2000 vzrostly na 4 020 Mgal / d (15,2 mil. m ³ / d; 12 300 akr⋅ft / d) v důsledku extrémních podmínek sucha mezi lety 1999 a 2001, které převládaly nad většinou jihovýchodních Spojených států. Velká část nárůstu byla způsobena zvýšenou zemědělskou poptávkou.

Umístění

Systém floridských vodonosných vrstev je základem částí pěti států. Zdroj: USGS

Floridanský vodonosný systém se rozkládá na ploše asi 100 000 čtverečních mil (260 000 km ² ) na jihovýchodě Spojených států a je základem celé Floridy a částí jižní Alabamy, jihovýchodní Gruzie a jižní Jižní Karolíny. Vodonosná vrstva v horním Floridanu obsahuje ve velké míře sladkou vodu, i když je brakická a slaná jižně od jezera Okeechobee.

Systém floridských vodonosných vrstev roste ve střední a jižní Georgii, kde se na povrchu pevniny vyskytuje vápenec a jeho zvětralé vedlejší produkty. Systém aquifer obecně klesá pod povrchem země na jih, kde je pohřben pod povrchovými ložisky písku a jílu. V oblastech zobrazených na obrázku vpravo hnědou barvou se rozvíjí floridský vodonosný systém, který je znovu vystaven na povrchu pevniny. Tyto regiony jsou obzvláště náchylné k aktivitě závrtů kvůli blízkosti zkrášleného vápencového zvodněného povrchu k povrchu pevniny. Některé zlomeniny / potrubí uvnitř zvodnělé vrstvy jsou dostatečně velké, aby je mohli potápěči proplavat.

Hydrologie a geologie

Idealizovaný geologický diagram ukazující omezující vrstvu, která odděluje horní floridan a povrchové zvodnělé vrstvy, a hraje důležitou roli při určování kvality vody v horním floridském kolektoru (Berndt a další, 2015).

Zobecněný průřez z Marion County na Floridě do Collier County na Floridě.

Vodonosné vrstvy a kompozitní a omezující jednotky systému zvodnělých vrstev Floridan, jihovýchodní USA.

Uhličitanové horniny, které tvoří floridský vodonosný systém, jsou pozdního paleocenu až raného oligocenního věku a jsou překryty jíly s nízkou propustností miocénního věku (horní omezující jednotka) a povrchovými písky pliocénního a holocenního věku ( systém povrchových vodonosných vrstev ). Na západě-střední Floridě, na severní Floridě a podél okraje horní části systému se vyvíjí vápenec a systém vodonosné vrstvy je neomezený. Tam, kde jsou horní propustné jílky s nízkou permeabilitou přítomny a podstatné, je systém uzavřen a podzemní voda je pod tlakem. Horní omezující jednotka je obzvláště silná v pobřežní Gruzii a jižní Floridě; únik vody dolů přes horní uzavírací jednotku v těchto oblastech je minimální a systém zvodnělé vrstvy Floridan je silně omezen. Vápencové horniny paleocénního věku s nízkou propustností (např. Formace Cedar Keys) tvoří základ systému zvodnělých vrstev Floridanu. Floridanský vodonosný systém se pohybuje v tloušťce od méně než 30 stop v oblastech updip, kde se skály stahují na více než 1100 metrů v jihozápadní Floridě. Dobíjení, proudění a přirozený výtok v systému zvodnělé vrstvy Floridan jsou do značné míry řízeny stupněm zadržování poskytovaným horními omezujícími jednotkami, interakcí potoků a řek s vodonosnou vrstvou v neomezených oblastech a interakcí mezi sladkou a slanou vodou podél pobřežní čáry.

Tam, kde je floridský systém zvodnělé vrstvy na povrchu země nebo v její blízkosti (oblasti na obrázku výše hnědé), jsou jíly řídké nebo chybí a rozpouštění vápence je zesíleno a je patrné mnoho pramenů a závrtů. Propustnost zvodnělé vrstvy v takto zkrášlených oblastech je mnohem vyšší díky vývoji velkých a dobře propojených potrubí ve skále (viz obrázek vpravo). Prameny se tvoří tam, kde je tlak vody dostatečně velký na to, aby podzemní voda mohla vytékat na povrch země. Na Floridě bylo zmapováno více než 700 pramenů. Wakulla Springs v okrese Wakulla je jedním z řady hlavních odtoků zvodnělé vrstvy s průtokem 200–300 milionů amerických galonů (0,76–1,14 milionu kubických metrů; 610–920 akr stop) vody denně. Rekordní špičkový průtok z jara 11. dubna 1973 byl naměřen na 14 324 amerických galonů (54,22 m ³ ) za sekundu - což se rovná 1,24 miliardy US gal (4,68 milionu m ³ ; 3 800 akrů) za den.

Systém floridských vodonosných vrstev se skládá ze dvou hlavních vodonosných vrstev : zvodněné vrstvy horního floridanu a zvodněné vrstvy spodního floridanu. Tyto zvodnělé vrstvy jsou odděleny sedimenty, které se pohybují od jílů s nízkou propustností v žebříku (Bucatunna Clay) a dolomitů s nízkou propustností a anhydritu cikavek na západě-střední Floridě až po propustné vápence podél východního pobřeží Floridy a jinde. Tam, kde jsou tyto mezilehlé sedimenty a horniny propustné, se spodní a spodní floridské kolektory chovají jako jeden celek. Naopak tam, kde jsou mezilehlé sedimenty méně propustné, existuje menší hydraulické spojení mezi zvodněnými vrstvami horního a dolního floridanu.

Horní floridská zvodnělá vrstva

Vodonosná vrstva v horním Floridanu je hlavním zdrojem vody odebírané ze systému vodonosných vrstev Floridanu kvůli vysokým výnosům a blízkosti povrchu země. Podzemní voda v horním Floridanu je ve většině oblastí čerstvá, i když místně může být poloslaná nebo slaná, zejména v pobřežních oblastech s problémy s pronikáním slané vody a na jižní Floridě. Vodonosná vrstva v horním Floridanu zahrnuje nejvyšší nebo mělké propustné zóny v systému vodonosných vrstev Floridanu. V severní polovině studované oblasti se tato zvodněná vrstva chová jako jediná hydrogeologická jednotka a je nediferencovaná. V jižní polovině studované oblasti, včetně většiny střední a jižní Floridy, je zvodněná vrstva horního Floridanu tlustá a lze ji rozdělit do tří odlišných zón, a to na nejvyšší propustnou zónu, zónu dolní propustnosti Ocala a Avonský park propustný Zóna.

Báze zvodnělé vrstvy horního Floridanu je označena dvěma složenými jednotkami (viz níže) a jednou omezující jednotkou ve střední části systému zvodnělých vrstev Floridanu: složená jednotka Lisabon-Avon Park nebo složená jednotka Middle Avon Park a Bucatunna Clay Uzavírací jednotka. V oblastech updip je základna horního floridanu buď shodná s horní částí omezujících jednotek nad vodonosnými vrstvami Claiborne, Lisabonu nebo Gordonu, nebo leží nad jakýmkoli jílovým ložem, které označuje hranici mezi většinou karbonátovými a většinou plastickými jednotkami nebo dříve mapované číslované MCU Millera (1986). Pokud jsou přítomny, jako je například střední zvenčí jednotka MCUIII v blízkosti jednoho nebo více evaporite jednotky Valdosta v jiho-centrální Georgia (Miller, 1986) nebo MCUII v jihozápadní Floridě (Miller, 1986), přičemž základna Horní Floridských vodonosné vrstvy je totožná s horní odpařovací jednotky. V oblastech, kde není známo, že by byla přítomna žádná zřetelná jednotka nižší propustnosti, je základna horního floridanu extrapolována podél horizontu, který umožňuje stratigrafické seskupení propustné horniny do horní nebo dolní části systému zvodnělé vrstvy. V jihovýchodní Alabamě, na severní Floridě, v Georgii a Jižní Karolíně jsou stratigrafické jednotky seskupeny do složené jednotky Lisabon-Avon Park. Na poloostrovní Floridě je tento horizont shodný s jednou nebo více jednotkami nesoucími odpařující se nebo nevypařující jednotky složené jednotky Middle Avon Park Composite Unit. V pásmu Floridy a jihozápadní Alabamy se základna shoduje s vrcholem jednotky Bucatunna Clay Confining Unit.

Střední omezující a složené jednotky

Hydrogeologické rámec systému Floridských kolektoru byl revidován podle US Geological Survey v roce 2015. Rozsah tohoto systému byl revidován, aby zahrnoval některé z updip klastické facie které grade bočně do Dolního Floridských aquifer a byly dříve obsaženy v jihovýchodní Pobřežní Prostý systém zvodnělé vrstvy, systém zvodnělé vrstvy Floridan nebo obojí. Byla navržena nová metoda dělení horních a dolních floridských vodonosných vrstev a byl zaveden nový termín „kompozitní jednotka“, který označuje regionálně rozsáhlé litostratigrafické jednotky horniny, které dříve Miller klasifikoval jako jednu z osmi „středních omezujících jednotek“ (1986), o kterých bylo zjištěno, že nejsou ani omezující, ani propustné v celém svém rozsahu. Ke konzistentnímu rozdělení vodonosné vrstvy horního a dolního floridanu v revidovaném rámci se používají tři regionálně mapovatelné litostratigrafické jednotky: hlína omezující jednotku Bucatunna, kompozitní jednotka Middle Avon Park a kompozitní jednotka Lisabon-Avon Park. Vodonosné vrstvy horního a dolního floridanu se chovají jako jediná hydrogeologická jednotka v oblastech, kde jsou tyto kompozitní jednotky netěsné.

Dolní floridská zvodněná vrstva

Dolní floridská vodonosná vrstva je obecně méně propustná než horní floridská vodonosná vrstva a vyrobená voda může být vysoce mineralizovaná a / nebo solná; nicméně zvodněná vrstva dolního Floridanu je relativně sladká voda k základně systému na střední Floridě a v aktualizovaných oblastech střední a jižní Georgie a Alabamy. Nová bazální propustná zóna je mapována na celém poloostrově Florida a mírně do jihovýchodní Gruzie, která zahrnuje dříve vytvořenou Boulderovu zónu a Fernandinu propustnou zónu; tato rozsáhlejší jednotka se nazývá Oldsmarova propustná zóna. Zdá se, že propustná zóna Oldsmar má vyšší propustnost, mnohem větší než kavernózní oblasti propustných zón Boulder a Fernandina, a obsahuje sladkou vodu v oblasti centrálního poloostrova. Tato nově vymezená plošně rozsáhlá bazální jednotka obsahující sladkou vodu může ovlivnit pohyb sladkovodní vody nejhlubší částí systému zvodnělé vrstvy směrem k vypouštěcím oblastem. Zajímavá je Oldsmarova propustná zóna, která je součástí spodní floridské zvodnělé vrstvy, protože může být důležitým alternativním zdrojem vody, kde je uzavřena (a izolována) pod zvodněnou horní floridskou vodou a může být důležitá pro pohyb podzemních vod na moři. v oblastech dříve neznámých.

Obecné hydraulické vlastnosti

Odhadovaná propustnost systému zvodnělých vrstev Floridan.

Uhličitanové horniny, které tvoří systém zvodnělých vrstev Floridanu, mají velmi proměnlivé hydraulické vlastnosti, včetně pórovitosti a propustnosti. Transmisivita v systému zvodnělých vrstev byla hlášena v rozmezí více než šesti řádů, od méně než 8 ft ² / d (0,74 m ² / d) po více než 9 000 000 ft ² / d (840 000 m ² / d), přičemž většina hodnot se pohybuje od 10 000 do 100 000 ft ² / d (930–9 290 m ² / d). Pokud je vodonosná vrstva neomezená nebo slabě uzavřená, infiltrující voda rozpouští horninu a propustnost má tendenci být relativně vysoká. Pokud je zvodněná vrstva silně uzavřená, dochází k menšímu rozpouštění a propustnost má tendenci být nižší. Na první regionální mapě znázorňující variabilitu propustnosti napříč zvodněnou vodou Miller (1986) ukázal, že hodnoty propustnosti přesahují 23 000 m ² / d ( 250 000 ft ² / d), kde je systém vodonosné vrstvy buď neomezený, nebo omezeně omezený. V oblastech, kde je vodonosná vrstva silně omezena, Miller (1986) uvedl, že nižší propustnost souvisí primárně se změnami textur a sekundárně s tloušťkou hornin. Bylo zjištěno, že mikritický vápenec na jižní Floridě a v oblastech výběžku updip má mnohem nižší propustnost než jinde v systému.

Sinkholes

Procesy formování závrtů

Když se rozpustné horniny, jako je vápenec nebo dolomit, dostanou do styku s rozpouštěcím činidlem, jako je voda, vznikají rozpouštěcí závrty . Rozpouštění se zesiluje v oblastech, kde je zaměřen tok vody, například podél kloubů, zlomenin a podloží ve skále, čímž se vytvářejí preferenční cesty toku.

Poklesové poklesy mají sklon k postupnému vytváření tam, kde jsou krycí sedimenty propustné a obsahují písek. V oblastech, kde je krycí materiál silnější nebo sedimenty obsahují více jílu, jsou závrtné poklesy relativně neobvyklé, jsou menší a mohou být po dlouhou dobu nezjištěny.

Mohou se náhle (po dobu několika hodin) vyvinout závrtné kryty a způsobit katastrofické škody. Vyskytují se tam, kde krycí sedimenty obsahují značné množství jílu. Jedním z nejpozoruhodnějších příkladů takové závrty je závrt Winter Park z roku 1981, který spolkl veřejné koupaliště, součást autosalonu a dům nacházející se ve Winter Parku na Floridě

Obrázek celého toku povrchové vody řeky Alapaha poblíž Jennings na Floridě, který přechází do závrtu vedoucího do zvodnělé vrstvy horního Floridanu.

Sinkholes jsou běžné tam, kde horninou pod povrchem země je vápenec, uhličitanová hornina, solná lůžka nebo horniny, které lze přirozeně rozpustit podzemní vodou, která nimi cirkuluje. Jak se skála rozpouští, v podzemí se vyvíjejí prostory a jeskyně. Pokud není dostatečná podpora pro zemi nad prostory, může dojít k náhlému zhroucení povrchu země. Tyto zhroucení mohou být malé nebo mohou být obrovské a mohou nastat tam, kde je nahoře dům nebo silnice.

Sinkholes lze klasifikovat na základě procesů, kterými se tvoří: rozpouštění, pokles-krytí a rozpad-krytí. Tvorbu závrtů lze urychlit intenzivním odběrem podzemní vody v krátkých časových obdobích, například v důsledku čerpání protimrazové ochrany ozimých plodin na západě střední Floridy. Sinkholes, které se vyvinuly pod sádrovci v letech 1994 a 2016, způsobily ztrátu milionů galonů mineralizované vody obsahující fosfosádru a kyselinu fosforečnou , vedlejší produkty při výrobě hnojiva z fosfátové horniny . Tyto závrty byly pravděpodobně vytvořeny zhroucením již existujících rozpouštěcích dutin ve vápenci pod komíny. Jezero Jackson poblíž Tallahassee na Floridě občas odteče do závrtu na dně dna jezera, když hladina vody ve vodonosné vrstvě poklesne. Dover Sinkhole, který se nachází podél řeky Peace poblíž Bartow na Floridě , byl během června 2006 svědkem odtoku asi 10 Mgal / d (38 000 m ³ / d) vody z řeky Peace.

Pružiny

V systému floridských vodonosných vrstev je inventarizováno 824 pramenů, z nichž 751 se nachází na Floridě, 17 v Alabamě a 56 v Gruzii. Pružiny jsou klasifikovány podle střední hodnoty všech dostupných měření výboje .

Na Floridě existuje 33 pramenů o velikosti 1, z nichž nejvýznamnější jsou:

• Spring Creek (okres Wakulla)
• Three Sisters Springs (Citrus County)
• Silver Springs (okres Marion)
• Rainbow Springs (Marion County)
• Wakulla Spring (okres Wakulla)
• Wacissa Spring Group (Jefferson County)
• Ichetucknee Springs (okres Columbia)
• Weeki Wachee Springs (Hernando County)
• Juniper Springs (okres Marion)

V Gruzii existuje pouze jeden pramen o síle 1, Radium Spring , který již neproudí během sucha; existuje také šest pramenů o síle 2 a pět o síle 3. Největší ze 17 pramenů v Alabamě jsou tři prameny o velikosti 3; v Jižní Karolíně nejsou žádné prameny o síle 3 nebo vyšší.

Je známo, že mnoho pramenů existuje na moři v Mexickém zálivu a Atlantském oceánu, avšak velikost vypouštění z těchto pramenů je do značné míry neznámá. Crescent Beach pramen, který se nachází přibližně 2,5 míle (4,0 km) od pobřeží Crescent Beach na Floridě, byl odhadován na průtok rychlostí až 1 500 cu ft / s (42 m ³ / s), nebo 970 milionů US gal / d ( 3,7 milionu m ³ / den; 3 000 akrů / den).

Viz také

• Biskajská vodonosná vrstva
• Kissingen Springs
• Woodville Karst Plain
• Gulf Trough
• Hydrogeologie
• Jeskynní potápění
• Vodní války na Floridě
• Fontána mládí

Reference

externí odkazy

• Studie dostupnosti podzemních vod USGS Floridan Aquifer System
• USGS Aquifer Základy
• Seznam First-Magnitude Springs na Floridě
• Americký geologický průzkum

Kolektory