해수 침입

Saltwater intrusion

소금물 침입은 식수원을 포함한 지하수 품질 저하 및 기타 결과를 초래할 수 있는 식염수가 담수 대수층으로 이동하는 것이다.지하수와 바닷물 사이의 유압 연결로 인해 해안 대수층에서 소금물 침입이 자연스럽게 발생할 수 있다.식염수는 민물보다 미네랄 함량이 높기 때문에 밀도가 높고 수압이 높다.그 결과, 소금물은 [1]민물 밑으로 내륙으로 밀려들 수 있다.다른 토폴로지에서는 해저 지하수 방류는 담수를 소금물로 밀어 넣을 수 있다.

특정한 인간 활동, 특히 해안 민물 우물에서 나오는 지하수는 많은 해안 지역에서 소금물 침입을 증가시켰다.물 추출은 민물 지하수의 수위를 떨어뜨려 수압을 낮추고 바닷물이 내륙으로 더 많이 흐르게 한다.소금물 침입의 다른 요인으로는 항행 경로 또는 소금물이 내륙으로 이동하기 위한 도관을 제공하는 농업 및 배수 경로가 있다.기후변화로 인한 해수면 상승도 바닷물 [2]침입의 한 원인이 된다.해수 침입은 허리케인 폭풍 [3]해일과 같은 극단적인 사건들에 의해서도 악화될 수 있다.

수문학

상세정보 : 소금 웨지
해수침입원인 및 영향

해안 가장자리에서는 내륙 지역에서 흐르는 담수 지하수가 바다에서 나오는 염수 지하수와 만난다.민물 지하수는 내륙 지역에서 해발과 지하수 [2]수위가 낮은 해안으로 흐른다.소금물은 용해된 소금과 미네랄 함량이 높기 때문에 민물보다 밀도가 높아 수압 헤드가 민물보다 높다.유압 헤드는 물기둥에 의해 가해지는 액압을 말한다. 유압 헤드가 높은 물기둥은 칼럼이 [4]연결되어 있을 경우 유압 헤드가 낮은 물기둥으로 이동한다.

바닷물의 높은 압력과 밀도는 담수 아래 쐐기 모양으로 해안 대수층으로 이동하게 한다.소금물과 담수는 분산과 확산을 통해 혼합이 발생하는 전이 구역에서 만난다.일반적으로 해수 쐐기의 내륙 범위는 지표면이 [2]높아질수록 담수 수준 또는 담수 기둥의 높이가 증가하기 때문에 제한된다.

원인들

지하수 추출

지하수 추출은 소금물 침입의 주요 원인이다.지하수는 미국의 많은 해안 지역에서 식수의 주요 공급원이며, 시간이 지남에 따라 추출량이 증가했다.기준선 조건에서는 해수 기둥이 더 높은 높이로 인해 담수 기둥에 의해 가해지는 더 높은 압력에 의해 해수 내륙 범위가 제한된다.지하수 추출은 담수 테이블의 수위를 낮출 수 있으며, 담수 기둥에 의해 가해지는 압력을 줄이고 더 밀도가 높은 소금물이 [2]내륙으로 이동할 수 있게 한다.뉴저지 주 케이프 메이에서는 1940년대 이후 단수된 물이 지하수를 최대 30m까지 낮추면서 수위가 해수면 아래로 떨어지고 급수정의 [5][6]광범위한 침입과 오염을 야기했다.

지하수 추출은 또한 대수층 [7]깊이의 염수를 상승 또는 상승시킴으로써 우물 오염으로 이어질 수 있다.베이스라인 조건 하에서, 소금물 쐐기는 더 높은 밀도 때문에 담수 아래 내륙으로 확장된다.소금물 쐐기 위 또는 근처에 위치한 급수 유정은 소금물을 위로 끌어 올릴 수 있으며, 유정에 도달하여 오염시킬 수 있는 소금물 원뿔을 만들 수 있습니다.하부 플로리단 대수층과 같은 일부 대수층은 이러한 유형의 침입을 일으키는 경향이 있습니다: 비록 비교적 투과성이 없는 암석 또는 점토층이 담수 지하수를 소금물에서 분리하지만, 분리된 균열이 봉쇄층을 뚫고, 소금물의 위쪽으로의 이동을 촉진합니다.지하수의 펌핑은 수위를 낮추어 담수의 [6]하방 압력을 줄임으로써 이러한 효과를 강화한다.

운하 및 배수망

운하와 배수망 건설은 바닷물 침입으로 이어질 수 있다.운하는 바닷물을 내륙으로 운반하기 위한 도관을 제공하며, 항해를 [2][8]위한 기존 수로의 심화와도 마찬가지입니다.멕시코만의 사비네 호수 하구에서는 대규모 수로를 통해 소금물이 호수로 유입되고 상류로 흘러들어 호수를 먹여 살리고 있다.또한 주변 습지에 수로를 준설하여 석유 및 가스 시추를 용이하게 함으로써 지반 침하를 유발하여 내륙의 소금물 [9]이동을 더욱 촉진하고 있습니다.

평탄한 해안 지역을 배수하기 위해 건설된 배수망은 담수 테이블을 낮추어 담수 기둥에 의해 가해지는 수압을 감소시킴으로써 침입으로 이어질 수 있다.플로리다 남동부의 소금물 침입은 주로 농업과 도시 개발을 위해 에버글레이즈를 배수하기 위해 1903년부터 1980년대까지 건설된 배수관의 결과로 일어났다.수로가 수문을 [6]건설할 때까지 바닷물을 내륙으로 실어 나르기는 했지만, 주요 침입 원인은 수위가 낮아진 것이었다.

물 공급에 미치는 영향

미국 전역의 많은 해안 지역 사회가 급수정의 소금물 오염을 경험하고 있으며, 이 문제는 수십 [10]년 동안 목격되어 왔다.많은 지중해 연안 대수층이 바닷물 침입 효과로 [11][12]고통받고 있다.공급 유정을 위한 소금물 침입의 결과는 침입의 정도, 물의 의도된 사용 및 염도가 의도된 [2][13]용도의 기준을 초과하는지 여부에 따라 매우 다양하다.워싱턴주와 같은 일부 지역에서는 침입이 대수층의 일부에만 도달하여 특정 급수정에만 영향을 미칩니다.다른 대수층들은 염분 오염이 더욱 확산되면서 이 지역의 지하수 공급에 상당한 영향을 미치고 있다.예를 들어 지하수 추출로 수위가 최대 30m 낮아진 뉴저지 케이프 메이에서는 1940년대 [6]이후 소금물 유입으로 120개 이상의 급수정이 폐쇄됐다.

가이벤-헤르츠베르크 관계

소금물 침입의 첫 번째 물리적 공식은 1888년과 1889년 빌렘 바돈-기즈벤[pt]과 1901년 알렉산더 헤르츠베르크[de]에 의해 만들어졌고, 따라서 기벤-헤르츠베르크 [14]관계라고 불렸습니다.이들은 침입 행동을 근사화하기 위한 분석 솔루션을 도출했으며, 이는 모든 현장 사례에 적용되지 않는 여러 가지 가정을 기반으로 합니다.

가이벤-헤르츠베르크[2] 관계

방정식에서

해수면 위의 담수 구역의 두께는 h h로 표시되고 해수면 아래의 담수 구역은(\ z로 표시됩니다.h와 h는f { _ {와 s\ \_ {에 의해 관련되며, f { \ \_ {s}는 담수 밀도이고, s \ _rho _{는 염수 밀도이다.담수의 밀도는 20°C에서 입방 센티미터당 약 1.000그램(g/cm3)인 반면, 바닷물의 밀도는 약 1.025g/cm이다3.방정식은 다음과 같이 단순화할 수 있습니다.

z\=[2]

Ghyben-Herzberg 비율은 해수면 위의 정제되지 않은 대수층의 담수 미터당 해수면 아래의 대수층에 40미터의 담수가 있을 것이라고 말한다.

20세기에는 사용 가능한 컴퓨팅 능력이 크게 향상되어 보다 일반적으로 [15]적용할 수 있는 가정이 적은 수치적 방법(보통 유한한 차이 또는 유한 요소)을 사용할 수 있게 되었습니다.

모델링.

소금물 침입 모델링은 어려운 것으로 간주됩니다.발생하는 일반적인 문제는 다음과 같습니다.

  • 대수층에 균열, 균열 및 파열이 있을 수 있으며, 정확한 위치와 범위는 알 수 없지만 소금물 침입의 발달에 큰 영향을 미친다.
  • 대수층의 유압 특성에 소규모 불균형이 존재할 가능성이 있으며, 이는 모델에서 고려하기에는 너무 작지만 소금물 침입의 발달에 큰 영향을 미칠 수 있다.
  • 해수 침입에 의한 수압 특성 변화.소금물과 담수의 혼합물은 칼슘과 관련하여 종종 불충분하여 혼합 구역에서 칼슘의 용해를 유발하고 유압 특성을 변화시킨다.
  • 카티온 교환으로 알려진 프로세스로, 소금물 침입의 진행이 느려지고 소금물 침입의 후퇴도 느려집니다.
  • 소금물 침입이 종종 평형을 이루지 못한다는 사실은 모델링을 더 어렵게 만든다.대수층 역학은 느린 경향이 있고 침입 원뿔이 펌핑 방식, 강우량 등의 변화에 적응하는 데 오랜 시간이 걸립니다.따라서 현장의 상황은 해수면, 펌핑 방식 등에 따라 예상되는 것과 크게 다를 수 있다.
  • 장기 모델의 경우, 미래의 기후 변화는 알려지지 않은 큰 결과를 형성하지만, 좋은 결과가 나올 수 있습니다.모델 결과는 종종 해수면과 충전 속도에 따라 크게 좌우됩니다.둘 다 미래에 바뀔 것으로 예상된다.

경감 및 관리

루이지애나 해안 메르멘타우 강의 메기점 제어 구조(잠금)

소금물은 또한 자물쇠가 소금물과 담수를 분리하는 문제이기도 합니다(Hiram M 등). 워싱턴에 치텐든이 잠겼습니다.이 경우 바닷물을 바다로 퍼올릴 수 있는 집수지가 건설되었다.침입한 소금물 중 일부는 또한 물고기가 [16]이동하는 것을 더 매력적으로 만들기 위해 물고기 사다리로 펌프로 보내집니다.

지하수 염화가 관련 문제가 되면 지역 기술 및 엔지니어링 솔루션에서 전체 대수층 또는 지역에 [17]대한 규칙 또는 규제 수단에 이르기까지 보다 복잡한 이니셔티브를 적용해야 한다.

발생 지역

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ Johnson, Teddy (2007). "Battling Seawater Intrusion in the Central & West Coast Basins" (PDF). Water Replenishment District of Southern California. Archived from the original (PDF) on 2012-09-08. Retrieved 2012-10-08.
  2. ^ a b c d e f g h Barlow, Paul M. (2003). "Ground Water in Freshwater-Saltwater Environments of the Atlantic Coast". USGS. Retrieved 2009-03-21.
  3. ^ "CWPtionary Saltwater Intrusion yes". LaCoast.gov. 1996. Retrieved 2009-03-21.
  4. ^ Johnson, Ted (2007). "Battling Seawater Intrusion in the Central & West Coast Basins" (PDF). Water Replenishment District of Southern California. Archived from the original (PDF) on 2012-09-08. Retrieved 2012-10-08.
  5. ^ Lacombe, Pierre J. & Carleton, Glen B. (2002). "Hydrogeologic Framework, Availability of Water Supplies, and Saltwater Intrusion, Cape May County, New Jersey" (PDF). USGS. Retrieved 2012-12-10.
  6. ^ a b c d Barlow, Paul M. & Reichard, Eric G. (2010). "Saltwater intrusion in coastal regions of North America". Hydrogeology Journal. USGS. 18 (1): 247–260. Bibcode:2010HydJ...18..247B. doi:10.1007/s10040-009-0514-3. S2CID 128870219. Retrieved 2012-12-10.
  7. ^ Reilly, T.E. & Goodman, A.S. (1987). "Analysis of saltwater upconing beneath a pumping well". Journal of Hydrology. 89 (3–4): 169–204. Bibcode:1987JHyd...89..169R. doi:10.1016/0022-1694(87)90179-x.
  8. ^ Good, B. J., Buchtel, J., Meffert, D.J., Radford, J., Rhinehart, W., Wilson, R. (1995). "Louisiana's Major Coastal Navigation Channels" (pdf). Louisiana Department of Natural Resources. Retrieved 2013-09-14.{{cite web}}: CS1 maint: 여러 이름: 작성자 목록(링크)
  9. ^ Barlow, Paul M. (2008). "Preliminary Investigation: Saltwater Barrier - Lower Sabine River" (PDF). Sabine River Authority of Texas. Retrieved 2012-12-09.[영구 데드링크]
  10. ^ Todd, David K. (1960). "Salt water intrusion of coastal aquifers in the United States" (PDF). Subterranean Water. IAHS Publ. (52): 452–461. Archived from the original (PDF) on 2005-10-25. Retrieved 2009-03-22.
  11. ^ a b Polemio, Maurizio (2016-04-01). "Monitoring and Management of Karstic Coastal Groundwater in a Changing Environment (Southern Italy): A Review of a Regional Experience". Water. 8 (4): 148. doi:10.3390/w8040148.
  12. ^ Polemio, Maurizio; Pambuku, Arben; Limoni, Pier Paolo; Petrucci, Olga (2011-01-01). "Carbonate Coastal Aquifer of Vlora Bay and Groundwater Submarine Discharge (Southwestern Albania)". Journal of Coastal Research. 270: 26–34. doi:10.2112/SI_58_4. ISSN 0749-0208. S2CID 54861536.
  13. ^ Romanazzi A, Polemio M. "Modelling of coastal karst aquifers for management support: Study of Salento (Apulia, Italy)" (PDF). Italian Journal of Engineering Geology and Environment. 13, 1: 65–83.
  14. ^ Verrjuit, Arnold (1968). "A note on the Ghyben-Herzberg formula" (PDF). Bulletin of the International Association of Scientific Hydrology. Delft, Netherlands: Technological University. 13 (4): 43–46. doi:10.1080/02626666809493624. Retrieved 2009-03-21.[영구 데드링크]
  15. ^ Romanazzi, A.; Gentile, F.; Polemio, M. (2015-07-01). "Modelling and management of a Mediterranean karstic coastal aquifer under the effects of seawater intrusion and climate change". Environmental Earth Sciences. 74 (1): 115–128. doi:10.1007/s12665-015-4423-6. ISSN 1866-6299. S2CID 56376966.
  16. ^ Mausshardt, Sherrill; Singleton, Glen (1995). "Mitigating Salt-Water Intrusion through Hiram M. Chittenden Locks". Journal of Waterway, Port, Coastal, and Ocean Engineering. 121 (4): 224–227. doi:10.1061/(ASCE)0733-950X(1995)121:4(224).
  17. ^ Polemio, Maurizio; Zuffianò, Livia Emanuela (2020). "Review of Utilization Management of Groundwater at Risk of Salinization". Journal of Water Resources Planning and Management. 146 (9): 03120002. doi:10.1061/(ASCE)WR.1943-5452.0001278. ISSN 0733-9496. S2CID 225224426.
  18. ^ "Case Studies of Various Water Quality Problems H2O Care".
  19. ^ "In a Pickle: The Mystery of the North Shore's Salty Well Water". www.seagrant.umn.edu. Retrieved 2018-09-27.
  20. ^ Vespasiano, Giovanni; Cianflone, Giuseppe; Romanazzi, Andrea; Apollaro, Carmine; Dominici, Rocco; Polemio, Maurizio; De Rosa, Rosanna (2019-11-01). "A multidisciplinary approach for sustainable management of a complex coastal plain: The case of Sibari Plain (Southern Italy)". Marine and Petroleum Geology. 109: 740–759. doi:10.1016/j.marpetgeo.2019.06.031. ISSN 0264-8172. S2CID 197580624.
  21. ^ Zuffianò, L. E.; Basso, A.; Casarano, D.; Dragone, V.; Limoni, P. P.; Romanazzi, A.; Santaloia, F.; Polemio, M. (2016-07-01). "Coastal hydrogeological system of Mar Piccolo (Taranto, Italy)". Environmental Science and Pollution Research. 23 (13): 12502–12514. doi:10.1007/s11356-015-4932-6. ISSN 1614-7499. PMID 26201653. S2CID 9262421.