Система водоносных горизонтов Флориды , состоящая из Верхнего и Нижнего водоносных горизонтов Флориды, представляет собой последовательность палеогеновых карбонатных пород , которая охватывает площадь около 100 000 квадратных миль (260 000 км 2 ) на юго-востоке США. Она лежит под всем штатом Флорида и частями Алабамы , Джорджии , Миссисипи и Южной Каролины . [1]
Система водоносных горизонтов Флориды является одной из самых продуктивных в мире [ 2] и обеспечивает питьевой водой почти 10 миллионов человек. [3] По данным Геологической службы США , общий объем забора воды из системы водоносных горизонтов Флориды в 2000 году занимал 5-е место среди всех основных водоносных горизонтов страны и составлял 3640 миллионов галлонов в день (Мгал/д) (13,8 миллионов м 3 /д; 11 200 акров⋅футов/д). [4] Из общего объема 49% (1949 Мгал/д; 7,38 млн м 3 /д; 5980 акров футов/д) было использовано для орошения, 33% (1329 Мгал/д; 5,03 млн м 3 /д; 4080 акров футов/д) было использовано для общественного водоснабжения , 14% (576 Мгал/д; 2,18 млн м 3 /д; 1770 акров футов/д) было использовано для промышленных целей, и 4% были бытовыми самостоятельными заборами. Система водоносных горизонтов Флориды является основным источником питьевой воды для большинства городов центральной и северной Флориды, а также восточной и южной Джорджии, включая Брансуик, Саванну и Валдосту. [3]
В 1936 году геолог Виктор Тимоти (VT) Стрингфилд впервые определил существование Флоридского водоносного горизонта на полуострове Флорида и назвал карбонатные единицы «главными артезианскими образованиями». [5] В 1944 году М. А. Уоррен из Геологической службы Джорджии описал расширение этой системы на юге Джорджии и применил термин «главный артезианский водоносный горизонт » к вовлеченным карбонатным единицам. [6] В 1953 и 1966 годах Стрингфилд также применил термин «главный артезианский водоносный горизонт» к этим породам. [7] [8] В 1955 году Гаральд Г. Паркер отметил гидрологическое и литологическое сходство третичных карбонатных формаций на юго-востоке Флориды, пришел к выводу, что они представляют собой единую гидрологическую единицу, и назвал эту единицу «Флоридским водоносным горизонтом». [9] С получением дополнительной информации были выявлены дополнительные зоны высокой и низкой гидравлической проводимости. В результате название «Флоридский водоносный горизонт» трансформировалось в «Флоридская водоносная система», которая включает в себя Верхний и Нижний Флоридские водоносные горизонты. [10]
Изъятия из водоносной системы Флориды начались в 1887 году, когда город Саванна, штат Джорджия , начал дополнять забор поверхностных вод из реки Саванна грунтовыми водами. В то время артезианские напоры в системе находились на высоте 40 футов (12 м) над поверхностью земли, и насосы не требовались; к 1898 году было подсчитано, что в Южной Джорджии было пробурено от 200 до 300 скважин, а к 1943 году в шести прибрежных округах Джорджии было пробурено около 3500 скважин. Примерно к 1910–1912 годам разработка водоносной системы Флориды уже велась в Фернандине и Джексонвилле и на юге вдоль восточного побережья Флориды, а также от Тампы на юг до Форт-Майерса на западном побережье. Со временем количество скважин увеличивалось, как и глубина скважин, поскольку рос спрос. Промышленное снабжение целлюлозно-бумажных комбинатов стало большой долей забора воды, начиная с конца 1930-х годов. В 1950-х годах все муниципальное, бытовое и промышленное водоснабжение (за исключением охлаждения) и около половины сельскохозяйственного снабжения в Орландо, Флорида , были переведены на грунтовые воды из системы водоносных горизонтов Флориды. Забор грунтовых вод из системы водоносных горизонтов Флориды неуклонно увеличивался с 630 Мгал/д (2,4 млн м3 / д; 1900 акров футов/д) в 1950 году до 3430 Мгал/д (13,0 млн м3 / д; 10 500 акров футов/д) в 1990 году. Разрешения и правила, принятые в 1990-х годах, сократили ежегодный рост забора; Однако в 2000 году забор воды увеличился до 4020 Мгал/д (15,2 млн м 3 /д; 12 300 акров⋅фут/д) из-за экстремальных засушливых условий между 1999 и 2001 годами, которые преобладали на большей части юго-востока Соединенных Штатов. Большая часть увеличения была обусловлена возросшим сельскохозяйственным спросом. [1] [3] [11]
Система водоносного горизонта Флориды охватывает территорию площадью около 100 000 квадратных миль (260 000 км2 ) на юго-востоке США и залегает под всей Флоридой и частями южной Алабамы, юго-восточной Джорджии и южной Южной Каролины. [1] Водоносный горизонт Верхней Флориды содержит пресную воду на большей части своей протяженности, хотя к югу от озера Окичоби она солоноватая и соленая. [2]
Система водоносного горизонта Флориды выходит на поверхность в центральной и южной Джорджии, где известняк и его выветренные побочные продукты присутствуют на поверхности земли. Система водоносного горизонта обычно опускается ниже поверхности земли на юге, где она оказывается погребенной под поверхностными песчаными отложениями и глиной. В областях, изображенных коричневым цветом на изображении справа, система водоносного горизонта Флориды выходит на поверхность и снова выходит на поверхность земли. Эти регионы особенно подвержены активности карстовых воронок из-за близости водоносного горизонта карстового известняка к поверхности земли. [12] [13] [14] [15] Некоторые из трещин/каналов внутри водоносного горизонта достаточно велики, чтобы через них могли проплыть аквалангисты. [16] [17]
Карбонатные породы, которые образуют систему водоносного горизонта Флориды, имеют возраст от позднего палеоцена до раннего олигоцена и перекрыты глинами с низкой проницаемостью миоценового возраста (верхний водоупорный горизонт) и поверхностными песками плиоценового и голоценового возраста ( поверхностный водоносный горизонт). В западно-центральной части Флориды, северной Флориде и вдоль верхнего края системы известняк выходит на поверхность, и система водоносного горизонта является неограниченной. Там, где присутствуют и существенны глины с низкой проницаемостью верхнего водоупорного горизонта, система является ограниченной, и грунтовые воды находятся под давлением. Верхний водоупорный горизонт особенно толстый в прибрежной Джорджии и Южной Флориде; просачивание воды вниз через верхний водоупорный горизонт в этих районах минимально, и система водоносного горизонта Флориды является толстоограниченной. Известняковые породы с низкой проницаемостью палеоценового возраста (например, формация Cedar Keys) образуют основу системы водоносного горизонта Флориды. Водоносная система Флориды варьируется по толщине от менее 100 футов (30 м) в восходящих областях, где породы выклиниваются, до более 3700 футов (1100 м) на юго-западе Флориды. [10] Подпитка, поток и естественный сброс в водоносной системе Флориды в значительной степени контролируются степенью ограничения, обеспечиваемой верхними удерживающими единицами, взаимодействием ручьев и рек с водоносным горизонтом в его незамкнутых областях и взаимодействием между пресной и соленой водой вдоль береговых линий. [10] [19]
Там, где система водоносного горизонта Флориды находится на поверхности земли или вблизи нее (области, закрашенные коричневым цветом на изображении выше), глины тонкие или отсутствуют, а растворение известняка усиливается, и видны многочисленные источники и карстовые воронки. Проницаемость водоносного горизонта в закарстованных областях, таких как эти, намного выше из-за развития крупных, хорошо связанных каналов внутри скалы (см. изображение справа). Источники образуются там, где давление воды достаточно велико для того, чтобы грунтовые воды вытекали на поверхность земли. Во Флориде было нанесено на карту более 700 источников. [20] Источники Вакулла в округе Вакулла являются одним из ряда крупных оттоков водоносного горизонта с расходом 200–300 миллионов галлонов США (0,76–1,14 миллиона кубических метров; 610–920 акро-футов) воды в день. Рекордный пиковый расход воды из источника был зафиксирован 11 апреля 1973 года и составил 14 324 галлона США (54,22 м 3 ) в секунду, что эквивалентно 1,24 миллиарда галлонов США (4,68 миллиона м 3 ; 3800 акров⋅футов) в день.
Система водоносных горизонтов Флориды состоит из двух основных водоносных горизонтов : Верхний Флоридский водоносный горизонт и Нижний Флоридский водоносный горизонт. Эти водоносные горизонты разделены отложениями, которые варьируются от глин с низкой проницаемостью в Пэнхэндле (Bucatunna Clay) и доломитов с низкой проницаемостью и гипсоносного ангидрида в западно-центральной части Флориды до проницаемых известняков вдоль восточного побережья Флориды и в других местах. Там, где эти промежуточные отложения и породы проницаемы, Верхний и Нижний Флоридские водоносные горизонты ведут себя как единое целое. И наоборот, там, где промежуточные отложения менее проницаемы, между Верхним и Нижним Флоридскими водоносными горизонтами меньше гидравлической связи.
Верхний флоридский водоносный горизонт является основным источником воды, изымаемой из системы водоносных горизонтов Флориды из-за высокой производительности и близости к поверхности земли. Подземные воды в Верхнем Флоридском водоносном горизонте пресные в большинстве районов, хотя локально могут быть солоноватыми или солеными, особенно в прибрежных районах с проблемами проникновения соленой воды и в Южной Флориде. Верхний флоридский водоносный горизонт включает самые верхние или самые мелкие проницаемые зоны в системе водоносных горизонтов Флориды. В северной половине исследуемой области этот водоносный горизонт ведет себя как единая гидрогеологическая единица и не дифференцирован. В южной половине исследуемой области, включая большую часть центральной и южной Флориды, верхний флоридский водоносный горизонт толстый и может быть дифференцирован на три отдельные зоны, а именно самую верхнюю проницаемую зону, зону с низкой проницаемостью Окала и проницаемую зону Эйвон-Парк. [10]
Основание водоносного горизонта Верхней Флориды отмечено двумя составными единицами (см. ниже) и одной удерживающей единицей в средней части системы водоносных горизонтов Флориды: составной единицей Лисбон-Эйвон Парк или составной единицей Средней Эйвон Парк и удерживающей единицей глины Букатунна. В областях, направленных вверх по падению пласта, основание водоносного горизонта Верхней Флориды либо совпадает с верхней частью удерживающих единиц над водоносными горизонтами Клейборн, Лисбон или Гордон, либо лежит над любым глинистым пластом, который отмечает границу между в основном карбонатными и в основном обломочными единицами или ранее нанесенными на карту пронумерованными MCU Миллера (1986). Если присутствует одна или несколько эвапоритовых единиц, например, средняя удерживающая единица MCUIII около Валдосты в юго-центральной Джорджии (Миллер, 1986) или MCUII в юго-западной Флориде (Миллер, 1986), основание водоносного горизонта Верхней Флориды совпадает с верхней частью эвапоритовой единицы. В регионах, где не известно о наличии какого-либо отчетливого подразделения с более низкой проницаемостью, основание верхнего флоридского горизонта экстраполируется вдоль горизонта, который позволяет стратиграфически сгруппировать проницаемые породы в верхние или нижние части водоносной системы. В юго-восточной Алабаме, северной Флориде, Джорджии и Южной Каролине стратиграфические подразделения группируются в составной блок Лиссабон-Эйвон Парк. В полуостровной Флориде этот горизонт совпадает с одним или несколькими содержащими или не содержащими эвапорит подразделениями составного блока Среднего Эйвон Парка. В выступе Флориды и юго-западной Алабаме основание совпадает с верхней частью удерживающего блока глин Букатунна. [10]
Гидрогеологическая структура системы водоносных горизонтов Флориды была пересмотрена Геологической службой США в 2015 году. [10] Протяженность системы была пересмотрена, чтобы включить некоторые восходящие обломочные фации , которые латерально переходят в нижний водоносный горизонт Флориды и ранее были включены в систему водоносных горизонтов Юго-восточной прибрежной равнины, систему водоносных горизонтов Флориды или в обе. Был предложен новый метод разделения верхнего и нижнего водоносных горизонтов Флориды, и был введен новый термин «составная единица» для обозначения регионально обширных литостратиграфических единиц горных пород, ранее классифицированных как одна из восьми «средних ограничивающих единиц» Миллером (1986), которые, как было обнаружено, не являются ни ограничивающими, ни проницаемыми на всем протяжении. [10] Три регионально картируемых литостратиграфических единицы используются для последовательного разделения верхнего и нижнего водоносного горизонта Флориды в пересмотренной структуре: Bucatunna Clay Confining Unit, Middle Avon Park Composite Unit и Lisbon-Avon Park Composite Unit. Верхний и нижний водоносные горизонты Флориды ведут себя как единая гидрогеологическая единица в областях, где эти составные единицы являются негерметичными. [10]
Нижний водоносный горизонт Флориды, как правило, менее проницаем, чем верхний водоносный горизонт Флориды, и добываемая вода может быть сильно минерализованной и/или соленой; однако нижний водоносный горизонт Флориды представляет собой относительно пресную воду в основании системы в центральной Флориде и в восходящих областях центральной и южной Джорджии и Алабамы. [10] [21] Новая базальная проницаемая зона нанесена на карту по всему полуострову Флориды и немного в юго-восточной Джорджии, которая включает ранее установленную зону Боулдера и проницаемую зону Фернандина; эта более обширная единица называется проницаемой зоной Олдсмар. Проницаемая зона Олдсмар, по-видимому, имеет более высокую проницаемость, намного большую, чем пещеристые области проницаемых зон Боулдера и Фернандина, и содержит пресную воду в центральной части полуострова. Эта недавно обозначенная площадно обширная базальная единица, содержащая пресную воду, может влиять на движение пресной воды через самую глубокую часть системы водоносного горизонта к областям сброса. Проницаемая зона Олдсмар, которая является частью водоносного горизонта Нижней Флориды, представляет интерес, поскольку она может быть важным альтернативным источником воды там, где она ограничена (и изолирована) под водоносным горизонтом Верхней Флориды, и может иметь важное значение для движения грунтовых вод в открытом море в ранее неизвестных районах. [10]
Карбонатные породы, составляющие водоносную систему Флориды, имеют весьма изменчивые гидравлические свойства, включая пористость и проницаемость. Сообщалось о водопроницаемости в пределах водоносной системы в диапазоне более шести порядков величины, от менее 8 футов 2 /д (0,74 м 2 /д) до более 9 000 000 футов 2 /д (840 000 м 2 /д), при этом большинство значений находятся в диапазоне от 10 000 до 100 000 футов 2 /д (930–9 290 м 2 /д). [22] Там, где водоносный горизонт не ограничен или тонко ограничен, просачивающаяся вода растворяет породу, и водопроницаемость, как правило, относительно высока. Там, где водоносный горизонт толсто ограничен, происходит меньше растворения, и водопроницаемость, как правило, ниже. На первой региональной карте, отображающей изменение проницаемости по водоносному горизонту, Миллер (1986) показал, что значения проницаемости превышают 250 000 футов 2 /д (23 000 м 2 /д), где система водоносного горизонта либо не ограничена, либо тонко ограничена. В областях, где водоносный горизонт плотно ограничен, Миллер (1986) указал, что более низкая проницаемость была связана в первую очередь с изменениями текстуры и во вторую очередь с толщиной пород. Микритовый известняк в южной Флориде и в областях выхода на поверхность был идентифицирован как имеющий гораздо более низкую проницаемость, чем в других местах в системе. [10] [18]
Карстовые воронки обычны там, где порода под поверхностью земли представляет собой известняк, карбонатную породу, соляные пласты или породы, которые могут естественным образом растворяться циркулирующими через них грунтовыми водами. По мере растворения породы под землей образуются пространства и пещеры. Если над пространствами недостаточно поддержки для земли, может произойти внезапное обрушение поверхности земли. Эти обрушения могут быть небольшими или огромными и могут происходить там, где наверху находится дом или дорога. [26]
Провалы можно классифицировать на основе процессов, посредством которых они образуются: растворение, проседание покрова и обрушение покрова. Образование провалов может быть ускорено интенсивным изъятием грунтовых вод в течение коротких периодов времени, например, вызванным откачкой для защиты от заморозков озимых культур в западно-центральной части Флориды. [23] [27] [28] Провалы, образовавшиеся под гипсовыми штабелями в 1994 [29] и 2016 [30] годах, привели к потере миллионов галлонов минерализованной воды, содержащей фосфогипс и фосфорную кислоту , побочные продукты производства удобрений из фосфатной руды . Эти провалы, вероятно, образовались в результате обрушения ранее существовавших полостей растворения в известняке под штабелями. [23] Озеро Джексон около Таллахасси, Флорида, иногда стекает в провал на дне ложа озера, когда уровень воды в водоносном горизонте падает. [31] [32] В июне 2006 года было зафиксировано , что провал Дувра, расположенный вдоль реки Пис недалеко от Бартоу, штат Флорида , откачал около 10 Мгаллонов в день (38 000 м 3 /день) воды из реки Пис. [33]
В системе водоносных горизонтов Флориды инвентаризировано 824 источника , из которых 751 находится во Флориде, 17 в Алабаме и 56 в Джорджии. Источники классифицируются в соответствии со средним значением всех доступных измерений расхода . [1]
Во Флориде насчитывается 33 источника магнитудой 1, наиболее примечательные из которых:
В Джорджии есть только один источник магнитудой 1, Radium Spring , который больше не течет во время засухи; есть также шесть источников магнитудой 2 и пять источников магнитудой 3. Самые большие из 17 источников в Алабаме — три источника магнитудой 3; в Южной Каролине нет источников магнитудой 3 или выше. [1]
Известно, что в Мексиканском заливе и Атлантическом океане существует множество источников, однако величина сброса из этих источников в значительной степени неизвестна. Источник Кресент-Бич, расположенный примерно в 2,5 милях (4,0 км) от берега Кресент-Бич, Флорида, по оценкам, течет со скоростью до 1500 куб. футов/с (42 м 3 /с) или 970 миллионов галлонов США/д (3,7 миллиона м 3 /д; 3000 акров⋅футов/д). [34]
{{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )