Podzemní voda -Groundwater

Ilustrace znázorňující podzemní vodu ve vodonosných vrstvách (modrá) (1, 5 a 6) pod hladinou podzemní vody (4) a tři různé studny (7, 8 a 9) vykopané, aby se k ní dostaly.

Podzemní voda je voda přítomná pod zemským povrchem v horninových a půdních pórových prostorech a v puklinách skalních útvarů . Asi 30 procent veškeré snadno dostupné sladké vody na světě tvoří podzemní voda. Jednotka horniny nebo nezpevněné ložisko se nazývá vodonosná vrstva , pokud může poskytnout použitelné množství vody. Hloubka, ve které se prostory půdních pórů nebo praskliny a dutiny ve skále zcela nasytí vodou, se nazývá hladina podzemní vody . Podzemní voda se doplňuje z povrchu; může vytékat z povrchu přirozeně u pramenů a prosakovata mohou tvořit oázy nebo mokřady . Podzemní voda je také často stahována pro zemědělské , komunální a průmyslové využití výstavbou a provozováním těžebních studní . Studiem distribuce a pohybu podzemní vody je hydrogeologie , nazývaná také hydrologie podzemních vod .

Podzemní voda je obvykle považována za vodu protékající mělkými vodonosnými vrstvami, ale v technickém smyslu může obsahovat také půdní vlhkost , permafrost (zmrzlá půda), nepohyblivou vodu v podloží s velmi nízkou propustností a hlubokou geotermální vodu nebo vodu z tvorby ropy . Předpokládá se, že podzemní voda poskytuje mazání , které může případně ovlivnit pohyb poruch . Je pravděpodobné, že velká část zemského podpovrchu obsahuje určité množství vody, která může být v některých případech smíchána s jinými tekutinami.

Podzemní voda je často levnější, pohodlnější a méně náchylná ke znečištění než povrchová voda . Proto se běžně používá pro veřejné zásobování vodou. Například podzemní voda poskytuje největší zdroj využitelné zásoby vody ve Spojených státech a Kalifornie ročně odebírá největší množství podzemní vody ze všech států. Podzemní nádrže obsahují mnohem více vody, než je kapacita všech povrchových nádrží a jezer v USA, včetně Velkých jezer . Mnoho městských vodovodů pochází výhradně z podzemní vody. Více než 2 miliardy lidí na ní spoléhají jako na svůj primární zdroj vody po celém světě.

Využívání podzemních vod má související environmentální problémy. Například znečištěná podzemní voda je méně viditelná a obtížněji se čistí než znečištění řek a jezer. Znečištění podzemních vod je nejčastěji důsledkem nesprávné likvidace odpadů na souši. Mezi hlavní zdroje patří průmyslové a domácí chemikálie a skládky odpadu , nadměrná hnojiva a pesticidy používané v zemědělství, průmyslové odpadní laguny, hlušina a procesní odpadní voda z dolů, průmyslové frakování, solankové jámy na ropných polích, prosakující podzemní nádrže na skladování ropy a potrubí, splaškové kaly a septiky . systémy . Kromě toho je podzemní voda citlivá na pronikání slané vody v pobřežních oblastech a může způsobit pokles půdy , pokud je těžena neudržitelně, což vede k potopení měst (jako Bangkok ) a ztrátě nadmořské výšky (jako je ztráta několika metrů v Central Valley of California) . Tyto problémy jsou komplikovány vzestupem hladiny moří a dalšími změnami způsobenými klimatickými změnami , které ovlivní koloběh vody .

Charakteristika

Podzemní voda je sladká voda nacházející se v podpovrchovém prostoru pórů půdy a hornin . Je to také voda, která proudí ve vodonosných vrstvách pod hladinou podzemní vody . Někdy je užitečné rozlišovat mezi podzemní vodou, která je úzce spojena s povrchovou vodou, a hlubokou podzemní vodou ve zvodnělé vrstvě (někdy nazývaná „ fosilní voda “).

Podzemní vody lze chápat ve stejných pojmech jako povrchové vody : vstupy, výstupy a skladování. Přirozeným vstupem do podzemních vod je průsaky z povrchových vod. Přirozeným výstupem z podzemní vody jsou prameny a průsaky do oceánů. Zásoby podzemních vod jsou vzhledem k jejich pomalé rychlosti obratu obecně mnohem větší (v objemu) ve srovnání se vstupy než u povrchových vod. Tento rozdíl lidem usnadňuje dlouhodobě neudržitelné využívání podzemních vod bez vážných následků. Nicméně z dlouhodobého hlediska je průměrná rychlost průsaku nad zdrojem podzemní vody horní hranicí průměrné spotřeby vody z tohoto zdroje.

Umístění (vodonosné vrstvy)

Schéma vodonosné vrstvy zobrazující uzavřené zóny, doby průchodu podzemní vodou, pramen a studnu
Vodonosná vrstva je podzemní vrstva propustné horniny obsahující vodu , skalní zlomy nebo nezpevněné materiály ( štěrk , písek nebo bahno ). Podzemní vodu z akviferů lze těžit pomocí vodní studny . Vodonosné vrstvy se svými vlastnostmi velmi liší. Studium proudění vody ve vodonosných vrstvách a charakterizace vodonosných vrstev se nazývá hydrogeologie . Příbuzné termíny zahrnují aquitard, což je dno s nízkou propustností podél aquifer, a aquiclude (nebo aquifuge ), což je pevná, nepropustná oblast pod nebo překrývající zvodněnou vrstvu, jejíž tlak by mohl vytvořit omezenou zvodněnou vrstvu. Klasifikace vodonosných vrstev je následující: Nasycené versus nenasycené; aquifers versus aquitards; omezený versus neomezený; izotropní versus anizotropní; porézní, krasové nebo rozbité; přeshraniční vodonosná vrstva.

Koloběh vody

Dzherelo, běžný zdroj pitné vody v ukrajinské vesnici

Podzemní voda tvoří asi třicet procent světových zásob sladké vody , což je asi 0,76 % světové vody, včetně oceánů a trvalého ledu. Asi 99 % světové kapalné sladké vody je podzemní voda. Globální zásoba podzemní vody se zhruba rovná celkovému množství sladké vody uložené ve sněhu a ledu, včetně severního a jižního pólu. To z něj dělá důležitý zdroj, který může fungovat jako přírodní zásobárna, která může bránit nedostatku povrchové vody , jako v období sucha .

Podzemní voda je přirozeně doplňována povrchovou vodou ze srážek , potoků a řek , když toto doplnění dosáhne hladiny podzemní vody.

Podzemní voda může být dlouhodobým „ rezervoárem “ přirozeného koloběhu vody (s dobou zdržení od dnů do tisíciletí), na rozdíl od krátkodobých vodních nádrží, jako je atmosféra a čerstvá povrchová voda (které mají dobu zdržení od minut do let). . Obrázek ukazuje, jak hluboká podzemní voda (která je dosti vzdálená od povrchového dobití) může trvat velmi dlouho, než dokončí svůj přirozený cyklus.

Velká artézská pánev ve střední a východní Austrálii je jedním z největších uzavřených vodonosných systémů na světě, který se rozkládá na ploše téměř 2 milionů km 2 . Analýzou stopových prvků ve vodě pocházející z hlubokého podzemí byli hydrogeologové schopni určit, že voda extrahovaná z těchto akviferů může být stará více než 1 milion let.

Porovnáním stáří podzemní vody získané z různých částí Velké artézské pánve hydrogeologové zjistili, že v celé pánvi stárne. Tam, kde voda dobíjí vodonosné vrstvy podél východního předělu , jsou věky mladé. Jak podzemní voda proudí na západ přes kontinent, její stáří se zvyšuje, přičemž nejstarší podzemní voda se vyskytuje v západních částech. To znamená, že k uražení téměř 1000 km od zdroje dobíjení za 1 milion let se podzemní voda protékající Velkou artézskou pánví pohybuje průměrnou rychlostí asi 1 metr za rok.

Nedávný výzkum ukázal, že vypařování podzemní vody může hrát významnou roli v místním vodním cyklu, zejména v suchých oblastech. Vědci v Saúdské Arábii navrhli plány na opětovné zachycení a recyklaci této odpařované vlhkosti pro zavlažování plodin. Na protější fotografii byl reflexní koberec o velikosti 50 centimetrů čtverečních, vyrobený z malých sousedních plastových kuželů, umístěn v suché pouštní oblasti bez rostlin na pět měsíců, bez deště a zavlažování. Podařilo se mu zachytit a zkondenzovat dostatek zemní páry, aby oživila přirozeně pohřbená semena pod ním, se zelenou plochou asi 10 % plochy koberce. Očekává se, že pokud se semena položí před umístěním tohoto koberce, mnohem širší plocha by se zazelenala.

Teplota

Vysoká měrná tepelná kapacita vody a izolační účinek půdy a horniny mohou zmírnit účinky klimatu a udržet podzemní vodu na relativně stálé teplotě . V některých místech, kde jsou teploty podzemní vody tímto efektem udržovány na přibližně 10 °C (50 °F), lze podzemní vodu použít pro řízení teploty uvnitř struktur na povrchu. Například během horkého počasí může být relativně chladná podzemní voda čerpána přes radiátory v domě a poté vrácena do země v jiné studni. V chladném období, protože je relativně teplo, lze vodu využít stejným způsobem jako zdroj tepla pro tepelná čerpadla , který je mnohem efektivnější než vzduch.

Celý tok povrchové vody řeky Alapaha poblíž Jennings na Floridě , jdoucí do propadu vedoucího do podzemních vod Floridan Aquifer

Množství

Objem podzemní vody ve vodonosné vrstvě lze odhadnout měřením hladiny vody v místních studních a zkoumáním geologických záznamů z vrtů s cílem určit rozsah, hloubku a tloušťku zvodnělých sedimentů a hornin. Před investicí do produkčních vrtů lze vyvrtat zkušební vrty, aby se změřily hloubky, ve kterých se voda vyskytuje, a odebraly se vzorky zeminy, horniny a vody pro laboratorní analýzy. Čerpací testy mohou být provedeny ve zkušebních vrtech pro stanovení průtokových charakteristik vodonosné vrstvy.

Charakteristiky vodonosných vrstev se liší podle geologie a struktury substrátu a topografie, ve které se vyskytují. Obecně platí, že produktivnější zvodně se vyskytují v sedimentárních geologických formacích. Pro srovnání, zvětralé a rozbité krystalické horniny poskytují v mnoha prostředích menší množství podzemní vody. Mezi nejproduktivnější zdroje podzemní vody patří nezpevněné až špatně stmelené aluviální materiály, které se nahromadily jako údolní sedimenty v údolích velkých řek a geologicky sestupujících strukturálních pánvích.

Proudění tekutin může být změněno v různých litologických podmínkách křehkou deformací hornin v poruchových zónách ; mechanismy, kterými k tomu dochází, jsou předmětem hydrogeologie zlomových zón .

Použití

Většina pevninských oblastí na Zemi má pod sebou nějakou formu vodonosné vrstvy, někdy ve významných hloubkách. V některých případech jsou tyto vodonosné vrstvy rychle vyčerpávány lidskou populací.

Ze všech přírodních zdrojů je podzemní voda nejtěžším zdrojem na světě. V roce 2010 bylo pět zemí s nejvyšším objemem těžby podzemní vody Indie, Čína, USA, Pákistán a Írán. Většina odebraných podzemních vod, 70 %, je využívána pro zemědělské účely. Podzemní voda je nejdostupnějším zdrojem sladké vody na celém světě, včetně pitné vody , zavlažování a výroby . Podzemní voda tvoří asi polovinu světové pitné vody, 40 % její závlahové vody a třetinu vody pro průmyslové účely.

Sladkovodní vodonosné vrstvy, zejména ty s omezeným doplňováním sněhem nebo deštěm, známé také jako meteorická voda , mohou být nadměrně využívány a v závislosti na místní hydrogeologii mohou nasávat nepitnou vodu nebo pronikání slané vody z hydraulicky propojených vodonosných vrstev nebo povrchových vod . těla. To může být vážný problém, zejména v pobřežních oblastech a dalších oblastech, kde je čerpání vodonosných vrstev nadměrné. V některých oblastech může být podzemní voda kontaminována arsenem a dalšími minerálními jedy.

Podzemní vodu lze čerpat pomocí vodní studny

Vodní vrstvy jsou kriticky důležité v lidském obydlí a zemědělství. Hluboké aquifery ve vyprahlých oblastech byly dlouho vodními zdroji pro zavlažování (viz Ogallala níže). Mnoho vesnic a dokonce i velkých měst čerpá zásobu vody ze studní ve vodonosných vrstvách.

Zásobování městskou, závlahovou a průmyslovou vodou je zajištěno prostřednictvím velkých studní. Více studní pro jeden zdroj zásobování vodou se nazývá „wellfields“, které mohou odebírat vodu z uzavřených nebo neomezených vodonosných vrstev. Použití podzemní vody z hlubokých, uzavřených kolektorů poskytuje větší ochranu před kontaminací povrchových vod. Některé studny, nazývané „kolektorové studny“, jsou speciálně navrženy tak, aby vyvolaly infiltraci povrchové (obvykle říční) vody.

Akvifery, které poskytují udržitelnou sladkou podzemní vodu do městských oblastí a pro zemědělské zavlažování, jsou obvykle blízko povrchu země (do několika set metrů) a částečně se dodávají sladkou vodou. Toto dobíjení je typicky z řek nebo meteorické vody (srážky), které prosakují do zvodně přes nadložní nenasycené materiály.

Občas se k zavlažování a pitné vodě městským oblastem používají sedimentární nebo „fosilní“ vodonosné vrstvy. Například v Libyi projekt Muammara Kaddáfího Great Manmade River pumpoval velké množství podzemní vody z akviferů pod Saharou do zalidněných oblastí poblíž pobřeží. Ačkoli to Libyi ušetřilo peníze oproti alternativě, odsolování, aquifers pravděpodobně vyschnou za 60 až 100 let. Vyčerpání vodonosné vrstvy bylo uváděno jako jedna z příčin růstu cen potravin v roce 2011.

Výzvy

Za prvé, schémata zmírnění povodní, určená k ochraně infrastruktury vybudované na záplavových územích, měla nezamýšlený důsledek snížení doplňování vodonosných vrstev spojené s přirozenými záplavami. Za druhé, prodloužené vyčerpání podzemních vod v rozsáhlých vodonosných vrstvách může mít za následek pokles půdy s přidruženým poškozením infrastruktury – a také za třetí, pronikání solí . Za čtvrté, odvodňování kyselých síranových půd, které se často vyskytují v nízko položených pobřežních pláních, může vést k acidifikaci a znečištění bývalých sladkovodních toků a toků v ústí řek .

Přečerpání

Schéma vodní bilance zvodnělé vrstvy

Podzemní voda je velmi užitečný a často bohatý zdroj. Nadměrné používání, nadměrné čerpání nebo přečerpání však může způsobit velké problémy uživatelům a životnímu prostředí. Nejzřetelnějším problémem (pokud jde o využívání podzemních vod lidmi) je snižování hladiny podzemní vody mimo dosah stávajících studní. V důsledku toho musí být studny vrtány hlouběji, aby se dostaly do podzemní vody; na některých místech (např. Kalifornie , Texas a Indie ) hladina podzemní vody klesla o stovky stop kvůli rozsáhlému čerpání studní. Satelity GRACE shromáždily údaje, které ukazují, že 21 z 37 hlavních zvodnělých vrstev Země prochází vyčerpáním. Například v indickém Paňdžábu hladina podzemní vody od roku 1979 klesla o 10 metrů a rychlost vyčerpání se zrychluje. Snížená hladina podzemní vody může zase způsobit další problémy, jako je pokles podzemní vody a pronikání slané vody .

Dalším důvodem k obavám je skutečnost, že odčerpávání podzemní vody z nadměrně alokovaných vodonosných vrstev má potenciál způsobit vážné poškození suchozemských i vodních ekosystémů – v některých případech velmi nápadně, ale v jiných zcela nepostřehnutelně kvůli dlouhému období, po které k poškození dochází. Význam podzemních vod pro ekosystémy je často přehlížen, dokonce i sladkovodními biology a ekology. Podzemní vody udržují řeky, mokřady a jezera , stejně jako podzemní ekosystémy v krasových nebo aluviálních aquiferech.

Ne všechny ekosystémy samozřejmě potřebují podzemní vodu. Některé suchozemské ekosystémy – například ekosystémy otevřených pouští a podobných suchých prostředí – existují na nepravidelných srážkách a vlhkosti, kterou do půdy dodává, doplněné vlhkostí ve vzduchu. Zatímco existují další suchozemské ekosystémy v pohostinnějších prostředích, kde podzemní voda nehraje ústřední roli, podzemní voda je ve skutečnosti zásadní pro mnoho hlavních světových ekosystémů. Voda proudí mezi podzemními a povrchovými vodami. Většina řek, jezer a mokřadů je v různé míře napájena a (v jiných místech nebo časech) zásobuje podzemní vodou. Podzemní voda dodává půdní vlhkost prostřednictvím prosakování a mnoho společenstev suchozemské vegetace je alespoň část každého roku přímo závislé buď na podzemní vodě, nebo na prosakované půdní vlhkosti nad vodonosnou vrstvou. Hyporheické zóny (zóna míšení vodních toků a podzemních vod) a příbřežní zóny jsou příklady ekotonů , které jsou z velké části nebo zcela závislé na podzemní vodě.

Studie z roku 2021 zjistila, že z přibližně 39 milionů zkoumaných studní podzemních vod je 6–20 % vystaveno vysokému riziku vyschnutí , pokud hladina místní podzemní vody poklesne o několik metrů, nebo – jako u mnoha oblastí a možná i více než poloviny velkých vodonosných vrstev – bude nadále klesat. pokles.

Pokles

K poklesu dochází, když je z podzemí odčerpáno příliš mnoho vody, čímž se vyfoukne prostor pod povrchem, a tím způsobí kolaps země. Výsledek může vypadat jako krátery na pozemcích. K tomu dochází, protože ve svém přirozeném rovnovážném stavu hydraulický tlak podzemní vody v pórových prostorech zvodnělé vrstvy a akvitardu podporuje část hmotnosti nadložních sedimentů. Když je podzemní voda odstraňována ze zvodněných vrstev nadměrným čerpáním, může dojít k poklesu tlaku v pórech ve zvodně a ke stlačení zvodnělé vrstvy. Tato komprese může být částečně obnovitelná, pokud se tlaky vrátí, ale velká část tomu tak není. Když se vodonosná vrstva stlačí, může to způsobit pokles půdy, pokles povrchu země.

V nezpevněných vodonosných vrstvách se podzemní voda vyrábí z pórů mezi částicemi štěrku, písku a bahna. Pokud je vodonosná vrstva omezena vrstvami s nízkou propustností, snížený tlak vody v písku a štěrku způsobuje pomalé odvádění vody z přilehlých omezujících vrstev. Pokud jsou tyto omezující vrstvy složeny ze stlačitelného bahna nebo jílu, ztráta vody do vodonosné vrstvy snižuje tlak vody v omezující vrstvě, což způsobuje její stlačení od hmotnosti nadložních geologických materiálů. V závažných případech lze toto stlačení pozorovat na povrchu země jako pokles . Bohužel, velká část poklesu z těžby podzemní vody je trvalá (elastický odskok je malý). Pokles je tedy nejen trvalý, ale stlačená vodonosná vrstva má trvale sníženou schopnost zadržovat vodu.

Město New Orleans v Louisianě je dnes ve skutečnosti pod hladinou moře a jeho pokles je částečně způsoben odstraněním podzemní vody z různých akvifer/aquitard systémů pod ním. V první polovině 20. století zažilo údolí San Joaquin významný pokles , na některých místech až 8,5 metru (28 stop) kvůli odstranění podzemní vody. Města v deltách řek, včetně Benátek v Itálii a Bangkoku v Thajsku, zažila pokles povrchu; Mexico City, postavené na bývalém jezerním dně, zaznamenalo míru poklesu až 40 cm (1'3") za rok.

U pobřežních měst může poklesy zvýšit riziko dalších ekologických problémů, jako je vzestup hladiny moře . Očekává se například, že Bangkok bude mít do roku 2070 5,138 milionu lidí vystavených pobřežním záplavám kvůli těmto kombinovaným faktorům.

Podzemní voda se stává slanou v důsledku odpařování

Pokud je zdroj povrchové vody rovněž vystaven značnému odpařování, může se zdroj podzemní vody stát solným . Tato situace může nastat přirozeně pod endoreickými vodními plochami nebo uměle pod zavlažovanou zemědělskou půdou. V pobřežních oblastech může lidské využití zdroje podzemní vody způsobit změnu směru prosakování do oceánu, což může také způsobit zasolování půdy .

Jak se voda pohybuje krajinou, shromažďuje rozpustné soli, především chlorid sodný . Tam, kde taková voda vstoupí do atmosféry prostřednictvím evapotranspirace , tyto soli zůstanou. V zavlažovacích oblastech může špatné odvodnění půdy a povrchových vodonosných vrstev vést k tomu, že se hladina podzemní vody v nízko položených oblastech dostane na povrch. Výsledkem jsou hlavní problémy s degradací půdy, jako je slanost půdy a zamokření , v kombinaci se zvyšující se hladinou soli v povrchových vodách. V důsledku toho došlo k velkým škodám na místním hospodářství a životním prostředí.

Vodonosné vrstvy v povrchově zavlažovaných oblastech v semiaridních oblastech s opětovným využitím nevyhnutelných ztrát závlahové vody prosakujících dolů do podzemí doplňkovým zavlažováním ze studní hrozí zasolení .

Voda pro povrchové zavlažování běžně obsahuje řádově soli0,5 g/l nebo více a roční potřeba závlahy je řádově10 000 m 3 /ha a více, takže roční dovoz soli je řádově5 000 kg/ha nebo více.

Pod vlivem nepřetržitého odpařování se může koncentrace soli ve zvodněné vodě neustále zvyšovat a nakonec způsobit environmentální problém.

Pro kontrolu salinity v takovém případě musí být ročně vypuštěno určité množství drenážní vody z vodonosné vrstvy pomocí podpovrchového drenážního systému a zlikvidováno bezpečným odtokem. Drenážní systém může být horizontální (tj. pomocí potrubí, dlaždicových vpustí nebo příkopů) nebo vertikální ( odvodnění studnami ). K odhadu potřeby odvodnění může být nápomocné použití modelu podzemní vody s agro-hydro-salinitou složkou, např . SahysMod .

Pronikání mořské vody

Pronikání mořské vody je tok nebo přítomnost mořské vody do pobřežních akviferů; jde o případ pronikání slané vody . Je to přirozený jev, ale může být způsoben nebo zhoršován antropogenními faktory, jako je změna klimatu způsobená zvýšením hladiny moří . V případě homogenních zvodněných vrstev tvoří pronikání mořské vody slaný klín pod přechodovou zónou k čerstvé podzemní vodě, tekoucí nahoře směrem k moři. Tyto změny mohou mít další účinky na půdu nad podzemní vodou: jako příklad studie z roku 2020 publikovaná v Nature zjistila, že pobřežní podzemní voda v Kalifornii by stoupla v mnoha vodonosných vrstvách, což by zvýšilo riziko záplav a problémů s odtokem vody .

Akvifery poblíž pobřeží mají čočku sladké vody blízko povrchu a hustší mořskou vodu pod sladkou vodou. Mořská voda proniká do vodonosné vrstvy difundující z oceánu a je hustší než sladká voda. Pro porézní (tj. písčité) vodonosné vrstvy poblíž pobřeží je tloušťka sladké vody na vrcholu slané vody asi 12 metrů (40 stop) na každých 0,3 m (1 stopa) sladkovodní hladiny nad hladinou moře . Tento vztah se nazývá Ghyben-Herzbergova rovnice . Pokud je v blízkosti pobřeží čerpáno příliš mnoho podzemní vody, může slaná voda proniknout do sladkovodních akviferů a způsobit kontaminaci zásob pitné sladké vody. Mnoho pobřežních vodonosných vrstev, jako je vodonosná vrstva Biscayne poblíž Miami a vodonosná vrstva New Jersey Coastal Plain, má problémy s pronikáním slané vody v důsledku přečerpávání a zvyšování hladiny moře.

Znečištění podzemních vod

Zbarvení oxidem železitým (po kapilárním vzlínání vody ve stěně) způsobené oxidací rozpuštěného železa (II) a jeho následným vysrážením z neomezené zvodnělé vrstvy v topografii krasu. Perth , Západní Austrálie .

Znečištěná podzemní voda je méně viditelná, ale obtížněji se čistí než znečištění řek a jezer. Znečištění podzemních vod je nejčastěji důsledkem nesprávné likvidace odpadů na souši. Mezi hlavní zdroje patří průmyslové a domácí chemikálie a skládky odpadků , laguny průmyslového odpadu, hlušina a odpadní voda z procesů z dolů, solné jímky na ropných polích, prosakující podzemní nádrže a potrubí pro skladování ropy, čistírenské kaly a septiky. Znečištěná podzemní voda se mapuje vzorkováním půd a podzemních vod v blízkosti podezřelých nebo známých zdrojů znečištění, aby se určil rozsah znečištění a aby se napomohlo navrhování systémů sanace podzemních vod. Prevence znečištění podzemních vod v blízkosti potenciálních zdrojů, jako jsou skládky, vyžaduje obložení dna skládky vodotěsnými materiály, shromažďování jakékoli průsakové vody kanalizací a zadržování dešťové vody před případnými kontaminanty, spolu s pravidelným monitorováním okolních podzemních vod, aby se ověřilo, že kontaminanty neunikly do podzemní vody.

Znečištění podzemních vod ze znečišťujících látek uvolněných do země, které se mohou dostat dolů do podzemních vod, může vytvořit kontaminující vlečku ve zvodnělé vrstvy. Znečištění může pocházet ze skládek, přirozeně se vyskytujícího arsenu, sanitárních systémů na místě nebo jiných bodových zdrojů, jako jsou čerpací stanice s netěsnými podzemními zásobníky nebo prosakující kanalizace .

Pohyb vody a rozptyl ve zvodnělé vrstvě šíří znečišťující látku do širší oblasti, její postupující hranice se často nazývá hrana vlečky, která se pak může protínat s podzemními studnami nebo denním světlem do povrchové vody , jako jsou prosaky a prameny , což činí zásoby vody pro lidi nebezpečné. a divoká zvěř. Na transport znečišťujících látek mají vliv různé mechanismy, např. difúze , adsorpce , srážky , rozpad v podzemních vodách. Interakce kontaminace podzemních vod s povrchovými vodami je analyzována pomocí hydrologických transportních modelů .

Nebezpečí znečištění komunálních zásob je minimalizováno umístěním studní v oblastech hlubokých podzemních vod a nepropustných půd a pečlivým testováním a monitorováním vodonosné vrstvy a blízkých potenciálních zdrojů znečištění.

Přibližně jedna třetina světové populace pije vodu ze zdrojů podzemních vod. Z toho asi 10 procent, přibližně 300 milionů lidí, získává vodu ze zdrojů podzemních vod, které jsou silně znečištěné arsenem nebo fluoridem . Tyto stopové prvky pocházejí převážně z přírodních zdrojů vyluhováním z hornin a sedimentů.

Problémy s řízením

Vodohospodářské agentury při výpočtu „ udržitelného výnosu “ zvodnělé vrstvy a říční vody často počítaly stejnou vodu dvakrát, jednou ve zvodně a jednou v připojené řece. Tento problém, i když byl po staletí chápán, přetrvává, částečně díky setrvačnosti vládních agentur. Například v Austrálii, před zákonnými reformami zahájenými Radou australských vlád v rámci reformy vodního hospodářství v 90. letech, mnoho australských států spravovalo podzemní a povrchové vody prostřednictvím samostatných vládních agentur, což je přístup sužovaný rivalitou a špatnou komunikací.

Obecně platí, že časové prodlevy spojené s dynamickou reakcí podzemních vod na vývoj byly vodohospodářské agentury ignorovány desítky let poté, co bylo vědecké chápání problému konsolidováno. Stručně řečeno, účinky přečerpávání podzemní vody (ačkoli nepopiratelně reálné) mohou trvat desetiletí nebo staletí, než se projeví. V klasické studii z roku 1982 John D. Bredehoeft a kolegové modelovali situaci, kdy těžba podzemní vody v mezihorské pánvi stáhla celé roční dobíjení a nezbylo „nic“ pro přirozenou vegetaci závislou na podzemní vodě. I když se vrtné pole nacházelo blízko vegetace, 30 % původní poptávky po vegetaci mohlo být po 100 letech stále pokryto zpožděním, které je vlastní systému. Do roku 500 se toto množství snížilo na 0 %, což signalizuje úplnou smrt vegetace závislé na podzemní vodě. Věda byla k dispozici k provedení těchto výpočtů po celá desetiletí; obecně však vodohospodářské agentury ignorovaly efekty, které se projeví mimo hrubý časový rámec politických voleb (3 až 5 let). Marios Sophocleous důrazně tvrdil, že řídící agentury musí definovat a používat vhodné časové rámce při plánování podzemních vod. To bude znamenat výpočet povolení k odběru podzemní vody na základě předpokládaných účinků desetiletí, někdy staletí v budoucnosti.

Předpisy

Zavlažovaná pole se středovým čepem v Kansasu pokrývají stovky čtverečních mil zalévaná vodní hladinou Ogallala

Spojené státy

Ve Spojených státech jsou zákony týkající se vlastnictví a využívání podzemní vody obecně státními zákony. Regulace podzemních vod za účelem minimalizace znečištění podzemních vod je řešena ve státním i federálním právu; v druhém případě prostřednictvím předpisů vydaných Agenturou pro ochranu životního prostředí USA (EPA).

  • Rule of Capture , založené na anglickém obecném právu, poskytuje každému vlastníkovi půdy možnost zachytit tolik podzemní vody, kolik může prospěšně využít, ale není zaručeno žádné stanovené množství vody. V důsledku toho vlastníci studní nenesou odpovědnost vůči ostatním vlastníkům půdy za to, že odebírají vodu z pod jejich pozemků. Státní zákony nebo předpisy často definují „užitečné využití“ a někdy stanoví další limity, jako je zákaz těžby podzemní vody, která způsobí pokles na sousedním pozemku.
  • Omezená práva soukromého vlastnictví podobná břehovým právům v povrchovém toku. Množství podzemní vody je založeno na velikosti plochy, kde každý vlastník půdy získává odpovídající množství dostupné vody. Jakmile je posouzeno, je nastaveno maximální množství vody, ale právo může být sníženo, pokud se celkové množství dostupné vody sníží, což je pravděpodobné během sucha. Vlastníci půdy mohou žalovat ostatní za zasahování do jejich práv na podzemní vodu a voda čerpaná pro použití na nadložní zemi má přednost před vodou čerpanou pro použití z půdy.
  • Pravidlo rozumného využití v americkém odvodňovacím právu nezaručuje vlastníkovi pozemku stanovené množství vody, ale umožňuje neomezenou těžbu, pokud výsledek nepřiměřeně nepoškodí jiné studny nebo systém zvodnělých vrstev. Obvykle toto pravidlo přikládá velkou váhu historickému použití a zabraňuje novým použitím, která narušují předchozí použití.
  • EPA zveřejnila své „Pravidlo pro podzemní vodu“, platné pro veřejné vodovodní systémy , v roce 2006. Pravidlo se zaměřuje na systémy zásobované podzemní vodou, které mohou být kontaminovány fekálními bakteriemi, a vyžaduje, aby tyto systémy přijaly nápravná opatření.
  • Při transakcích s nemovitostmi jsou předmětem zkoumání podzemní vody i půda. Pro lokality brownfields (dříve kontaminované lokality, které byly sanovány), EPA vyžaduje přípravu hodnocení environmentálních lokalit fáze I , aby bylo možné prozkoumat a odhalit potenciální problémy se znečištěním. V kalifornském údolí San Fernando mají smlouvy s nemovitostmi o převodu majetku pod terénní laboratoří Santa Susana (SSFL) a na východ klauzule osvobozující prodávajícího od odpovědnosti za důsledky kontaminace podzemních vod v důsledku stávajícího nebo budoucího znečištění zvodnělé vrstvy Valley.

Indie

V Indii je 65 % zavlažování z podzemní vody a asi 90 % odebírané podzemní vody se používá k zavlažování. Regulaci podzemních vod kontroluje a udržuje ústřední vláda a čtyři organizace; 1) Ústřední vodohospodářská komise, 2) Ústřední podzemní voda, 3) Ústřední správa podzemních vod, 4) Ústřední rada pro kontrolu znečištění .

Zákony, předpisy a schéma týkající se indických podzemních vod:

  • 2019 Atal Bhujal Yojana (schéma podzemní vody Atal), 5letý (2020-21 až 2024-25) program, který stojí 6 miliard INR (854 milionů USD) na řízení poptávkové strany pomocí plánů zabezpečení vody na úrovni vesnic Panchayat, byl schválen k implementaci v roce 8 350 vodou namáhané vesnice v 7 státech, včetně Haryana, Gujarat, Karnataka, Madhya Pradesh, Maharashtra, Rajasthan a Uttar Pradesh.
  • Národní rámcový zákon o vodách z roku 2013 zajišťuje, že indická podzemní voda je veřejným zdrojem a společnosti ji nemohou využívat prostřednictvím privatizace vody . National Water Framework Bill umožňuje každému přístup k čisté pitné vodě, právo na čistou pitnou vodu podle článku 21 „Právo na život“ v indické ústavě . Návrh zákona naznačuje, že indické státy chtějí mít plnou kontrolu nad podzemní vodou obsaženou ve vodonosných vrstvách. Doposud jsou Andhra Pradesh , Assam , Bihar , Goa , Himachal Pradesh , Džammú a Kašmír , Karnataka , Kerala , Západní Bengálsko , Telangana , Maharashtra , Lakshadweep , Puducherry , Chandigarh , Dadra & Nagar Haveli jediné, které používají tento účet.
  • V roce 2012 byla aktualizována Státní vodní politika , která byla dříve spuštěna v roce 1987 a aktualizována v roce 2002 a později v roce 2012.
  • V roce 2011 indická vláda vytvořila modelový návrh zákona o hospodaření s podzemní vodou; tento model vybírá, které vlády států mohou prosazovat své zákony o využívání a regulaci podzemních vod.
  • Zákon o věcném břemeni z roku 1882 dává vlastníkům půdy přednost před povrchovou a podzemní vodou, která je na jejich pozemcích, a umožňuje jim dávat nebo brát, kolik chtějí, dokud je voda na jejich pozemku. Tento zákon brání vládě prosazovat regulaci podzemních vod, což umožňuje mnoha vlastníkům půdy privatizovat své podzemní vody místo toho, aby k nim měli přístup v komunitních oblastech. § 7 písm. g) zákona o věcných břemenech z roku 1882 uvádí, že každý vlastník pozemku má právo shromažďovat v rámci svých mezí veškerou vodu pod zemí a na jejím povrchu, která neprotéká vymezeným kanálem.

Kanada

Značná část kanadské populace se spoléhá na využívání podzemní vody. V Kanadě se zhruba 8,9 milionu lidí nebo 30 % kanadské populace spoléhá na podzemní vodu pro domácí použití a přibližně dvě třetiny těchto uživatelů žijí ve venkovských oblastech .

  • Zákon o ústavě z roku 1867 nedává pravomoci nad podzemní vodou žádnému nařízení kanadské vlády; záležitost tedy z velké části spadá do zemské jurisdikce
  • Federální a provinční vlády mohou sdílet odpovědnost při řešení otázek zemědělství , zdraví, meziprovinčních vod a národních otázek souvisejících s vodou.
  • Federální jurisdikce v oblastech jako hraniční/přeshraniční vody, rybolov, plavba a voda na federálních územích, v rezervacích First Nations a na územích.
  • Federální jurisdikce nad podzemními vodami, když vodonosné vrstvy překračují hranice mezi provinciemi nebo mezinárodními hranicemi.

Velkou iniciativou federální vlády v oblasti podzemních vod je rozvoj multibariérového přístupu. Multibariérový přístup je systém procesů zabraňujících znehodnocování pitné vody ze zdroje. Multibariéra se skládá ze tří klíčových prvků:

  • ochrana zdrojové vody,
  • Úprava pitné vody a
  • Rozvody pitné vody.

Podle země

Podzemní voda je důležitým vodním zdrojem pro zásobování pitnou vodou , zejména v suchých zemích.

Mimozemské podzemní vody

Podzemní voda nemusí být omezena pouze na Zemi. Vznik některých tvarů terénu pozorovaných na Marsu mohl být ovlivněn podzemní vodou. Existují také důkazy, že kapalná voda může existovat také v podpovrchu Jupiterova měsíce Europa .

Viz také

Reference

externí odkazy