Новая статья Холли Майкл и Махфузур Хан из Делавэрского университета и их коллег, опубликованная на этой неделе в Nature Communications, показывает, что чрезмерная откачка грунтовых вод в Дакке, Бангладеш, может иметь непредвиденные последствия для граждан, живущих в сообществах за пределами города. центр.
С населением более 15 миллионов человек, Дакка - столица Бангладеш - считается мегаполисом и разделяет многие проблемы управления водными ресурсами, характерные для других крупных городов.
В то время как прилагаются усилия для поддержания количества и качества воды в городском водоснабжении, откачка воды в Дакке привела к падению уровня грунтовых вод более чем на 200 футов за последние 50 лет, и эти уровни продолжают снижаться со скоростью до 9 футов в год.
Часто упускаемым из виду последствием этих действий в мегаполисах является связанное с этим влияние на качество воды и водоснабжение окружающих пригородных или сельских населенных пунктов, где наблюдается дефицит водных ресурсов и поверхностное загрязнение токсичными металлами, органическими материалами. и другие загрязняющие вещества, широко распространены.
Это особенно проблематично в Бангладеш, где природный мышьяк в неглубоких (менее 200 футов) грунтовых водах угрожает здоровью десятков миллионов людей. В районах, окружающих Дакку, существует высокий уровень содержания мышьяка, и там люди используют глубокие (более 500 футов) подземные воды с низким содержанием мышьяка.
Работа Хана и Майкла показывает, что даже в богатых водой системах, подобных тем, что находятся в Бенгальском бассейне, насосы для подачи воды в мегаполисы могут угрожать региональным ресурсам подземных вод, вызывая быстрый перенос загрязнителей, особенно мышьяка, известного канцерогеном, в более глубокие участки водоносного горизонта, даже за пределы города, где он может загрязнять глубокие колодцы, используемые для уменьшения содержания мышьяка.
Это проблема экологической справедливости, потому что люди, которые получают выгоду от городского водоснабжения, не являются людьми, чьи колодцы подвержены риску загрязнения - загрязнение мышьяком существует только за пределами города. Там, если общественный колодец становится загрязненным из-за того, что происходит в Дакке, у них может не быть другого источника безопасной воды», - сказал Майкл, заведующий кафедрой окружающей среды Unidel Fraser Russell и адъюнкт-профессор геологии, который находится в Колледже Земли, океана и окружающей среды.
Понимание движения подземных вод
Региональные модели подземных вод, как правило, используют параметры, которые обобщают то, как вода движется через недра, включая только более крупномасштабную геологическую структуру, а не мелкие детали геологии города или региона, которые они изучают.
В своем исследовании Майкл и ее коллеги смоделировали геологию Дакки, используя подробные подземные измерения, а затем применили к модели сильный механизм накачки, чтобы имитировать текущую накачку Дакки.
Исследователи обнаружили, что сильное накачивание и неоднородность подземных отложений, подобных тем, что обнаружены в дельте, влияют на общую гидрологию района.
По сути, откачка вызывает более быстрый поток грунтовых вод, чем обычно, потому что вода быстро всасывается в массивные городские насосы глубоко в водоносном горизонте. Это гидрологическое изменение может заставить неглубокие грунтовые воды, где обнаружен мышьяк, мигрировать вниз со значительной скоростью. быстрее, даже за пределами города, где расположены насосы», - сказал Майкл, изучающий проблемы грунтовых вод в Бангладеш с 2004 года.
Но что такое неоднородность?
Водоносные горизонты, объяснил Майкл, образуются, когда геологические отложения, такие как песок и глина, естественным образом откладываются с течением времени. Неоднородность относится к тому, как песок и глина ориентируются под землей, в недрах водоносного горизонта, и имеет решающее значение для того, как загрязняющие вещества перемещаются в грунтовых водах.
В Делавэре слои геологических отложений, как правило, намного длиннее и толще и наклонены к морю. Они довольно постоянны, а это означает, что вода из нескольких водоносных горизонтов, как правило, разделена, и маловероятно, что загрязнение будет распространяться от одного к другому.
В дельтовой системе, такой как Бангладеш, слои глины измельчены, что позволяет воде двигаться непредсказуемым образом и создает неопределенность в отношении того, защитит ли ее размещение колодца под слоем глины от загрязнения.
Хотя известно, что город Дакка свободен от загрязнения мышьяком из-за его уникальной геологии, за пределами Дакки известный канцероген присутствует повсюду. Исследователи предполагают, что если откачка измененной системы подземных вод Дакки продолжится на нынешнем уровне, некоторые колодцы за пределами центра города могут быть загрязнены раньше, чем считалось ранее; от десятилетий до столетий в зависимости от геохимического воздействия на перенос мышьяка через отложения водоносного горизонта. Другая проблема заключается в том, что перекачка в Дакке создает низкий уровень воды, что может поставить под угрозу работу ручных насосов далеко за пределами центра города.
Дело осложняется тем, что мышьяк не имеет ни вкуса, ни запаха, ни цвета, и его можно обнаружить в воде только путем тестирования. Населенные пункты за пределами центра города, имеющие глубокие колодцы, в которых, как правило, содержится мало мышьяка, могут не осознавать, что их вода небезопасна.
Более широкие последствия работы
Кроме того, при анализе модели исследователей показали, что ни один из типичных гидрогеологических данных, которые ученые собирают на месте для оценки того, является ли скважина безопасной, на самом деле не позволяет предсказать, является ли скважина безопасной в этом типе гетерогенная система.
Это открытие резко контрастирует с тем, что предполагалось в прошлом, и показывает, что перемещение мышьяка и других загрязняющих веществ через водоносный горизонт и загрязнение глубоких колодцев предсказать нелегко.
"Наше исследование показывает, что даже самые лучшие откалиброванные модели могут упустить важную информацию, если модели не принимают во внимание неравномерное и часто быстрое движение воды", - сказал Майкл.
Ученые уже отмечали эту непредсказуемость в Дакке, но, по словам Майкла, немногие рассматривали более масштабные последствия.
Раньше никто не задумывался о том, какие скважины уязвимы. Основываясь на нашем моделировании, если и есть какое-либо загрязнение, то оно, скорее всего, очень локализовано, но в течение следующих нескольких десятилетий оно может стать более распространенным и уж точно в ближайшие несколько сотен лет», - сказала она.
Мониторинг качества воды будет иметь ключевое значение для выявления уязвимых районов, особенно за пределами районов городского управления. И хотя загрязнение является насущной проблемой, в следующем десятилетии необходимо рассмотреть огромные проблемы с водоснабжением.
Поскольку регион является муссонным и каждое лето здесь может выпадать до трех футов осадков, а иногда и намного больше, искусственная подпитка подземных вод через нагнетательные скважины может стать решением, сказал Майкл.