Просадка грунтовых вод — это просадка (или затопление) земли в результате неустойчивого извлечения грунтовых вод . Это растущая проблема в развивающихся странах, поскольку города увеличивают население и потребление воды без адекватного регулирования и обеспечения откачки. По одной из оценок, 80% серьезных проблем проседания земли в США связаны с чрезмерным извлечением грунтовых вод. [1]
Грунтовые воды можно считать одним из последних бесплатных ресурсов, поскольку любой, кто может позволить себе бурение, обычно может черпать воду только в соответствии со своими возможностями откачки (в зависимости от местных правил). Однако, как видно на рисунке, вызванное откачкой понижение уровня воды вызывает понижение уровня грунтовых вод вокруг эксплуатационной скважины. Это может в конечном итоге повлиять на большой регион, сделав более трудным и дорогим откачку более глубокой воды. Таким образом, добыча грунтовых вод становится трагедией общего пользования , с вытекающими экономическими внешними эффектами .
Причины долгосрочных изменений поверхности, связанных с этим явлением, достаточно хорошо известны. [2] Как показано на рисунке USGS , водоносные горизонты часто связаны со сжимаемыми слоями ила или глины .
По мере откачки грунтовых вод эффективное напряжение изменяется, вызывая консолидацию , которая часто необратима. Таким образом, общий объем илов и глин уменьшается, что приводит к понижению поверхности. Ущерб на поверхности гораздо больше, если есть дифференциальная осадка или крупномасштабные особенности, такие как карстовые воронки и трещины.
Уплотнение водоносного горизонта является серьезной проблемой наряду с проседанием земли, вызванным откачкой. Значительная часть потенциала хранения грунтовых вод многих водоносных горизонтов может быть значительно сокращена, когда долгосрочное извлечение грунтовых вод и вызванное этим снижение уровня грунтовых вод вызывают постоянное уплотнение тонких слоев осадка (ила и глины). Исследование в засушливом сельскохозяйственном регионе Аризоны [3] показало, что даже при восстановлении уровня воды на 100 футов после прекращения откачки грунтовых вод поверхность земли продолжала проседать в течение десятилетий. Это является результатом продолжающегося осушения водоупоров (тонкозернистых слоев, которые замедляют движение грунтовых вод) из-за напряжений, упомянутых в предыдущем абзаце.
Единственный известный метод предотвращения этого состояния — откачивать меньше грунтовых вод, что крайне сложно осуществить, когда многие люди владеют скважинами. Предпринимаются попытки напрямую пополнять водоносные горизонты , но это пока предварительные усилия. [ необходима цитата ]
Засушливые районы мира требуют все больше и больше воды для растущего населения и сельского хозяйства . В долине Сан-Хоакин в Соединенных Штатах откачка грунтовых вод для сельскохозяйственных культур продолжалась на протяжении поколений. Это привело к тому, что вся долина чрезвычайно сильно опустилась, как показано на рисунке. [4] Это не прошло без последствий. Любое крупномасштабное изменение топографии, каким бы незначительным оно ни казалось, может кардинально изменить гидрологию поверхностных вод. Это произошло в долине Хоакин и других регионах мира, таких как Новый Орлеан и Бангкок . Эти районы сейчас подвержены сильному наводнению из-за проседания, связанного с удалением грунтовых вод. [5] [6] Общее проседание обычно можно определить с помощью обследований высот поверхности земли и измерений GPS . Потенциальное воздействие на водоносные горизонты и другие возникающие геологические опасности, такие как трещины, можно оценить с помощью долгосрочных гидрологических исследований и моделей.
Проседание грунта, связанное с грунтовыми водами, часто приводит к серьезным повреждениям городских территорий. В Мехико здания взаимодействуют с осадкой и вызывают трещины, наклоны и другие серьезные повреждения. [7] Во многих местах открываются большие провалы , а также поверхностные полости. Ущерб от урагана Катрина усугубился из-за прибрежного оседания, связанного с оттоком грунтовых вод.
Основные пострадавшие районы включают долину Сан-Хоакин в Калифорнии , [8] Центральную Аризону, [2] Мехико , [9] и Джакарту , Индонезия. [10]
опускание на 30 сантиметров в год из-за извлечения грунтовых вод