Вода является жизненно важным ресурсом для людей и окружающей среды. Одним из наиболее важных источников являются подземные воды, которые обновляются за счет атмосферных осадков или поверхностных вод. Рост населения, а также сельское хозяйство и промышленность сильно влияют на количество и качество подземных вод. Чтобы исследовать ресурсы подземных вод проще, экономичнее и всесторонне, чем в прошлом, исследователи из Технологического института Карлсруэ (KIT) вместе с австралийскими коллегами разработали новый метод, который они сейчас представляют в журнале Reviews of Geophysics.
По данным Немецкого агентства по охране окружающей среды, только в Германии более 70 процентов питьевой воды поступает из подземных вод. Производство растет так быстро во всем мире, что уровень грунтовых вод падает, качество ухудшается, и целые города сталкиваются с проблемой оседания грунтовых вод. Поэтому важно исследовать свойства недр для более устойчивого управления ресурсами.
«Существующие методы испытаний требуют активной откачки воды из специально спроектированной водозаборной скважины с одновременным наблюдением за уровнем воды в других скважинах поблизости», - говорит д-р Габриэль Рау из Института прикладных наук о Земле (AGW) в КИТ.. Для этого два или три человека должны были бы настроить тест насоса и контролировать измерения в течение длительного периода времени. Этот метод очень дорог, может длиться от нескольких часов до нескольких месяцев в зависимости от свойств недр, и результат действителен только для проверенного места.«Подземные водоносные горизонты сильно различаются по пространству, и слишком дорого и навязчиво строить повсеместно добывающие скважины».
Совместно с Университетом Нового Южного Уэльса (UNSW) в Сиднее и Университетом Дикина в Мельбурне KIT разработала новый метод, который оценивает информацию о воздействии приливов и отливов на уровень грунтовых вод. Подобно приливам в океане, на уровень грунтовых вод влияют приливные силы, при этом изменение гравитации сжимает пористые породы в недрах и вызывает измеримые изменения давления. Кроме того, существуют атмосферные приливы, которые циклически изменяют подповерхностное давление. «Мы можем измерить это изменение с меньшими затратами и с использованием менее сложных процедур и меньшего количества персонала для количественной оценки свойств недр», - говорит Рау. Для этого инженерам не требуются специальные добывающие скважины, но они могут разместить автоматический регистратор данных о давлении воды в обычной точке измерения подземных вод. Затем датчик давления регулярно измеряет уровень грунтовых вод в течение как минимум месяца. Используя измерения, исследователи могут рассчитать физические свойства недр, такие как пористость, гидравлическая проводимость и сжимаемость, и преобразовать полученные данные в устойчивое использование ресурсов подземных вод. «Поскольку намного дешевле бурить контрольные скважины, чем создавать целые скважины, мы можем проводить измерения в большем количестве мест, значительно увеличивая количество и охват вычисляемых свойств недр», - говорит Рау.
Исследователи изучили и обобщили международные исследования и статьи из различных дисциплин для своего метода: «Мы увидели, что недавние достижения в исследованиях подземных вод показывают потенциал для гораздо более дешевых долгосрочных исследований подземных вод», - говорит Тимоти Макмиллан из Исследовательский центр инициативы Connected Waters в Университете Нового Южного Уэльса в Сиднее. «В нашем методе мы используем сочетание техники, науки и математики, а также влияние приливов на грунтовые воды для расчета свойств недр. Эти результаты могут также способствовать прогнозированию пространственных и временных колебаний климатической системы и ее воздействия на ресурсы подземных вод. «В будущем мы столкнемся с огромными проблемами. Наш метод упрощает исследование недр и, следовательно, более устойчивое управление ими», - говорит Рау.