Система водоносных горизонтов Флориды , состоящая из водоносных горизонтов Верхней и Нижней Флориды, представляет собой последовательность палеогеновых карбонатных пород , которая занимает площадь около 100 000 квадратных миль (260 000 км 2 ) на юго-востоке Соединенных Штатов. Он лежит в основе всего штата Флорида и некоторых частей Алабамы , Джорджии , Миссисипи и Южной Каролины . [1]
Система водоносных горизонтов Флориды является одним из самых продуктивных водоносных горизонтов в мире [2] и обеспечивает питьевой водой почти 10 миллионов человек. [3] По данным Геологической службы США , общий забор воды из системы водоносных горизонтов Флориды в 2000 году занял 5-е место среди всех основных водоносных горизонтов страны и составил 3640 миллионов галлонов в день (Мгал/день) (13,8 миллиона м 3 /день); 11 200 акров футов в день). [4] Из общего количества 49% (1949 Мгал/день; 7,38 миллиона м 3 /день; 5980 акров-футов/день) использовалось для орошения, 33% (1329 Мгал/день; 5,03 миллиона м 3 /день; 4080 акр-фут/день) использовалось для коммунального водоснабжения , 14% (576 Мгал/день, 2,18 миллиона м 3 /день; 1770 акр-фут/день) использовалось для промышленных целей, а 4% были водозаборами для внутреннего самообеспечения. . 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 (ВТ) Стрингфилд впервые выявил существование Флоринского водоносного горизонта на полуострове Флорида и назвал карбонатные толщи «основными артезианскими формациями». [5] В 1944 году М.А. Уоррен из Геологической службы Джорджии описал расширение этой системы на юге Джорджии и применил термин «основной артезианский водоносный горизонт » к задействованным карбонатным пластам. [6] В 1953 и 1966 годах Стрингфилд также применил к этим породам термин «основной артезианский водоносный горизонт». [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] При сборе дополнительной информации было выявлено больше зон с высокой и низкой гидравлической проводимостью. В результате название «Флоридский водоносный горизонт» превратилось в «Систему водоносных горизонтов Флориды», которая включает водоносные горизонты Верхней и Нижней Флориды. [10]
Отбор воды из системы водоносного горизонта Флориды начался 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 Георгии было построено от 200 до 300 скважин, а к 1943 году около 3500 скважин было построено в шести прибрежных округах Джорджии. Примерно к 1910–1912 годам развитие системы водоносных горизонтов Флориды уже произошло в Фернандине и Джексонвилле и на юге вдоль восточного побережья Флориды, а также от юга Тампы до Форт-Майерса на западном побережье. Со временем количество скважин увеличивалось, как и законченная глубина, по мере роста спроса. Начиная с конца 1930-х годов, значительная часть забираемой воды составляла промышленное снабжение целлюлозно-бумажных комбинатов. В 1950-х годах все муниципальные, бытовые и промышленные поставки (кроме систем охлаждения), а также около половины сельскохозяйственных поставок в Орландо, штат Флорида, были преобразованы в грунтовые воды из системы водоносных горизонтов Флориды. Забор подземных вод из системы водоносных горизонтов Флориды неуклонно увеличивался с 630 Мгал/день (2,4 миллиона м 3 /день; 1900 акров-футов/день) в 1950 году до 3430 Мгал/день (13,0 миллионов м 3 /день; 10 500 акров-футов/день). ) в 1990 году. Разрешения и правила, принятые в 1990-е годы, сократили годовой рост забора; однако забор воды в 2000 году увеличился до 4020 Мгал/день (15,2 миллиона м 3 /день; 12 300 акров-футов в день) из-за сильной засухи в период с 1999 по 2001 год, которая преобладала на большей части юго-востока Соединенных Штатов. Большая часть увеличения была обусловлена увеличением спроса на сельскохозяйственную продукцию. [1] [3] [11]
Система водоносных горизонтов Флориды занимает площадь около 100 000 квадратных миль (260 000 км 2 ) на юго-востоке США и лежит в основе всей Флориды и некоторых частей южной Алабамы, юго-восточной Джорджии и южной Южной Каролины. [1] Водоносный горизонт Верхней Флориды на большей части своей территории содержит пресную воду, хотя к югу от озера Окичоби она является солоноватой и соленой. [2]
Система водоносных горизонтов Флориды возникает в центральной и южной Джорджии, где известняк и продукты его выветривания присутствуют на поверхности земли. Система водоносных горизонтов обычно опускается ниже поверхности земли на юге, где она оказывается погребенной под поверхностными отложениями песка и глины. В областях, обозначенных коричневым цветом на изображении справа, система водоносных горизонтов Флориды обнажается и снова выходит на поверхность суши. Эти регионы особенно подвержены образованию провалов из-за близости водоносного горизонта закарстованного известняка к поверхности земли. [12] [13] [14] [15] Некоторые из разломов/каналов внутри водоносного горизонта достаточно велики, чтобы через них могли проплыть аквалангисты. [16] [17]
Карбонатные породы, образующие Флоринскую систему водоносных горизонтов, относятся к возрасту от позднего палеоцена до раннего олигоцена и перекрываются низкопроницаемыми глинами миоценового возраста (верхний водоупор) и поверхностными песками плиоценового и голоценового возраста ( поверхностная водоносная система). В западно-центральной Флориде, на севере Флориды и вдоль верхней границы системы известняк обнажается, и система водоносных горизонтов не ограничена. Там, где присутствуют и являются значительными низкопроницаемые глины верхнего водоупора, система является замкнутой, а грунтовые воды удерживаются под давлением. Верхняя водоупорная единица особенно мощная в Прибрежной Джорджии и Южной Флориде; Утечка воды вниз через верхнюю гидроизоляцию в этих районах минимальна, а система водоносных горизонтов Флориды плотно напорена. Известняковые породы с низкой проницаемостью палеоценового возраста (например, формация Сидар-Кис) составляют основу системы водоносных горизонтов Флориды. Толщина системы водоносных горизонтов Флориды варьируется от менее 100 футов (30 м) в районах вверх по падению, где скалы выклиниваются, до более 3700 футов (1100 м) на юго-западе Флориды. [10] Пополнение, расход и естественный расход во Флоринском водоносном горизонте в значительной степени контролируются степенью замкнутости, обеспечиваемой верхними водоупорными единицами, взаимодействием ручьев и рек с водоносным горизонтом на его незамкнутых участках, а также взаимодействием между пресными и солеными Вода вдоль береговой линии. [10] [19]
Там, где система водоносных горизонтов Флориды находится на поверхности земли или вблизи нее (области, заштрихованные коричневым цветом на изображении выше), глины тонкие или отсутствуют, а растворение известняка усиливается, и видны многочисленные источники и воронки. Пропускаемость водоносного горизонта в подобных закарстованных районах намного выше из-за развития крупных, хорошо связанных каналов внутри породы (см. изображение справа). Родники образуются там, где давление воды достаточно велико, чтобы грунтовые воды вытекали на поверхность земли. Во Флориде нанесены на карту более 700 источников. [20] Источники Вакулла в округе Вакулла является одним из ряда крупных источников водоносного горизонта со скоростью потока 200–300 миллионов галлонов США (0,76–1,14 миллиона кубических метров; 610–920 акров-футов) воды в день. Рекордный пиковый расход источника 11 апреля 1973 года составил 14 324 галлона США (54,22 м 3 ) в секунду, что соответствует 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 : водоносного горизонта Верхней Флориды и водоносного горизонта Нижней Флориды. Эти водоносные горизонты разделены отложениями, которые варьируются от глин с низкой проницаемостью в Панхандле (глина Букатунна) и доломитов с низкой проницаемостью и гипсоносного ангидрита в западно-центральной Флориде до проницаемых известняков вдоль восточного побережья Флориды и в других местах. Там, где эти промежуточные отложения и горные породы проницаемы, водоносные горизонты Верхней и Нижней Флориды ведут себя как единое целое. И наоборот, там, где промежуточные отложения менее проницаемы, гидравлическая связь между водоносными горизонтами Верхней и Нижней Флориды меньше.
Водоносный горизонт Верхней Флориды является основным источником воды, забираемой из системы водоносных горизонтов Флориды, из-за высоких урожаев и близости к поверхности земли. Грунтовые воды в Верхней Флориде в большинстве районов пресные, хотя местами могут быть солоноватыми или солеными, особенно в прибрежных районах с проблемами проникновения соленой воды , а также в Южной Флориде. Водоносный горизонт Верхнего Флорида включает самые верхние или самые мелкие проницаемые зоны в системе водоносных горизонтов Флориды. В северной половине исследуемой территории этот водоносный горизонт представляет собой единую гидрогеологическую единицу и недифференцирован. В южной половине исследуемой территории, включая большую часть центральной и южной Флориды, водоносный горизонт Верхней Флориды имеет большую мощность и может быть разделен на три отдельные зоны, а именно: самую верхнюю проницаемую зону, зону низкой проницаемости Окалы и проницаемую зону Эйвон-Парк. Зона. [10]
Основание водоносного горизонта Верхней Флориды отмечено двумя составными единицами (см. Ниже) и одной ограничивающей единицей в средней части системы водоносных горизонтов Флориды: составной единицей Лиссабон-Эйвон-Парк или сложной единицей Мидл-Эйвон-Парк и глиной Букатунна. Заключительный блок. В областях, расположенных вверх по падению, основание Верхнего Флориана либо совпадает с кровлей водоупоров над водоносными горизонтами Клэйборн, Лиссабон или Гордон, либо лежит над любым глинистым пластом, который отмечает границу между преимущественно карбонатными и преимущественно обломочными толщами или ранее нанесены на карту пронумерованные микроконтроллеры Миллера (1986). Если присутствуют одна или несколько толщ эвапорита, например, средняя водоупорная единица MCUIII возле Валдосты на юге центральной Джорджии (Miller, 1986) или MCUII на юго-западе Флориды (Miller, 1986), основание водоносного горизонта Верхней Флориды совпадает с верхним слоем испарительного агрегата. В регионах, где не известно наличие отдельной единицы с более низкой проницаемостью, основание Верхнего Флорида экстраполируется вдоль горизонта, который позволяет стратиграфически группировать проницаемые породы в верхнюю или нижнюю части системы водоносного горизонта. В юго-восточной Алабаме, северной Флориде, Джорджии и Южной Каролине стратиграфические подразделения сгруппированы в составной блок Лиссабон-Эйвон-Парк. На полуострове Флорида этот горизонт совпадает с одной или несколькими эвапоритсодержащими или неэвапоритсодержащими толщами составной толщи Мидл-Эйвон-Парк. На территории Флориды и юго-западной Алабамы основание совпадает с вершиной глиняного хранилища Букатунна. [10]
Гидрогеологическая основа системы водоносного горизонта Флорины была пересмотрена Геологической службой США в 2015 году. [10] Степень системы была пересмотрена, чтобы включить некоторые обломочные фации , расположенные вверх по падению , которые латерально переходят в водоносный горизонт Нижней Флориды и ранее были включены в состав водоносного горизонта Нижней Флориды. система водоносных горизонтов Юго-восточной прибрежной равнины, система водоносных горизонтов Флориды или обе системы. Был предложен новый метод разделения водоносных горизонтов Верхней и Нижней Флориды, а также введен новый термин «составная единица» для обозначения обширных в регионе лито-стратиграфических единиц горных пород, ранее классифицированных Миллером как одна из восьми «средних вмещающих единиц». (1986), которые, как было установлено, не являются ни ограничивающими, ни проницаемыми на всем протяжении. [10] Для последовательного разделения водоносных горизонтов Верхнего и Нижнего Флорида в пересмотренной схеме используются три регионально картографируемых лито-стратиграфических подразделения: глиняное удержание Букатунны, составное подразделение Мидл-Эйвон-Парк и составное подразделение Лиссабон-Эйвон-Парк. Водоносные горизонты Верхней и Нижней Флориды ведут себя как единая гидрогеологическая единица в районах, где эти составные единицы негерметичны. [10]
Водоносный горизонт Нижней Флориды обычно менее проницаем, чем водоносный горизонт Верхней Флориды, и добываемая вода может быть высокоминерализованной и/или соленой; однако водоносный горизонт Нижней Флориды представляет собой относительно пресную воду до основания системы в центральной Флориде и в районах, расположенных вверх по падению, в центральной и южной Джорджии и Алабаме. [10] [21] Новая базальная проницаемая зона нанесена на карту по всему полуострову Флорида и немного в юго-восточной Джорджии, которая включает в себя ранее установленную зону Боулдера и проницаемую зону Фернандина; эта более обширная единица называется проницаемой зоной Олдсмара. Проницаемая зона Олдсмара, по-видимому, имеет более высокую проницаемость, намного большую, чем кавернозные области проницаемых зон Боулдера и Фернандина, и содержит пресную воду в центральной части полуострова. Эта недавно очерченная обширная базальная единица, содержащая пресную воду, может влиять на движение пресноводной воды через самую глубокую часть системы водоносных горизонтов к районам разгрузки. Водопроницаемая зона Олдсмар, которая является частью водоносного горизонта Нижней Флориды, представляет интерес, поскольку она может быть важным альтернативным источником воды там, где она заключена (и изолирована) под водоносным горизонтом Верхней Флориды, и может иметь важное значение для перемещения грунтовых вод в море. в ранее неизвестных районах. [10]
Карбонатные породы, составляющие систему водоносных горизонтов Флориды, имеют сильно изменчивые гидравлические свойства, включая пористость и проницаемость. Сообщается, что коэффициент пропускания в системе водоносного горизонта находится в диапазоне более шести порядков: от менее 8 футов 2 /сут (0,74 м 2 /сут) до более 9 000 000 фут 2 /сут (840 000 м 2 /сут), при этом большинство значений находится в диапазоне от 10 000 до 100 000 футов 2 /сут (930–9290 м 2 /сут). [22] Там, где водоносный горизонт является неограниченным или тонконапорным, проникающая вода растворяет породу, и пропускающая способность имеет тенденцию быть относительно высокой. Там, где водоносный горизонт плотно заперт, растворение происходит меньше, и пропускающая способность имеет тенденцию быть ниже. На первой региональной карте, показывающей изменения коэффициента пропускания в водоносном горизонте, Миллер (1986) показал, что значения коэффициента пропускания превышают 250 000 футов 2 /день (23 000 м 2 /день), где система водоносного горизонта либо незамкнута, либо тонконапорна. Миллер (1986) указал, что в районах, где водоносный горизонт плотно ограничен, более низкая пропускающая способность связана в первую очередь с текстурными изменениями и, во вторую очередь, с толщиной горных пород. Было установлено, что микритовый известняк на юге Флориды и в районах обнажений вверх по падению имеет гораздо более низкую пропускающую способность, чем где-либо еще в системе. [10] [18]
Карстовые воронки распространены там, где горная порода под поверхностью земли представляет собой известняк, карбонатную породу, соляные пласты или камни, которые естественным образом растворяются циркулирующими через них грунтовыми водами. По мере растворения породы под землей образуются пространства и пещеры. Если земля над пространствами не имеет достаточной поддержки, может произойти внезапное обрушение поверхности земли. Эти обрушения могут быть небольшими или огромными и могут произойти там, где сверху находится дом или дорога. [26]
Карстовые воронки можно классифицировать в зависимости от процессов, в результате которых они образуются: растворение, оседание покрова и обрушение покрова. Образование воронок может быть ускорено интенсивным забором грунтовых вод в течение коротких периодов времени, например, вызванным откачкой для защиты от замерзания озимых культур в западно-центральной Флориде. [23] [27] [28] Воронки, образовавшиеся под гипсовыми штабелями в 1994 [29] и 2016 годах [30], привели к потере миллионов галлонов минерализованной воды, содержащей фосфогипс и фосфорную кислоту , побочные продукты производства удобрений из фосфатов. камень . Эти воронки, вероятно, образовались в результате обрушения ранее существовавших полостей растворения в известняке под штабелями. [23] Озеро Джексон недалеко от Таллахасси, штат Флорида, иногда впадает в провал на дне дна озера, когда уровень воды в водоносном горизонте падает. [31] [32] Дуврская воронка, расположенная вдоль реки Пис недалеко от Бартоу, штат Флорида , была засвидетельствована сливом около 10 мегагаллонов в сутки (38 000 м 3 /сут) воды из реки Пис в июне 2006 года. [33]
В системе водоносных горизонтов Флориды зарегистрировано 824 источника , из которых 751 расположен во Флориде, 17 в Алабаме и 56 в Джорджии. Пружины классифицируются в соответствии со средним значением всех доступных измерений расхода . [1]
Во Флориде есть 33 источника магнитудой 1, наиболее известные из которых:
В Грузии есть только один источник магнитудой 1, Радиевый источник , который больше не течет во время засухи; есть также шесть источников 2-й степени и пять источников 3-й степени. Самыми крупными из 17 источников в Алабаме являются три источника мощностью 3 балла; в Южной Каролине нет источников магнитудой 3 и выше. [1]
Известно, что на шельфе Мексиканского залива и Атлантического океана существует множество источников, однако величина стока из этих источников в значительной степени неизвестна. Источник Кресент-Бич, расположенный примерно в 2,5 милях (4,0 км) от берега Кресент-Бич, штат Флорида, по оценкам, выдавал скорость до 1500 куб футов/с (42 м 3 /с), или 970 миллионов галлонов США в сутки ( 3,7 миллиона м 3 /день; 3000 акров-футов/день). [34]
{{cite book}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )