Водоупорный горизонт: водоупорный горизонт — это… Что такое водоупорный горизонт?

Содержание

водоупорный горизонт - это... Что такое водоупорный горизонт?

водоупорный горизонт
водоупо́рный горизо́нт
(водоупор), толща (слой, пласт) водонепроницаемых или относительно неводопроницаемых горных пород, перекрывающих или подстилающих водоносный горизонт. Различают региональные, местные и локальные водоупоры. Региональные широко распространены, имеют приблизительно одинаковую толщину. Местные распространены на малых площадях и разделяют отдельные водоносные горизонты. Локальные водоупорные горизонты имеют ограниченное распространение, обычно способствуют образованию верховодки. Локальные водоупоры могут быть временными, напр. слой не успевшей оттаять промёрзшей почвы в период весеннего снеготаяния.

География. Современная иллюстрированная энциклопедия. — М.: Росмэн. Под редакцией проф. А. П. Горкина. 2006.

.

  • водоток
  • водохранилище

Смотреть что такое "водоупорный горизонт" в других словарях:

  • Водоупорный горизонт — слой грунта или почвы с очень низкой водопроницаемостью или полной непроницаемостью. Экологический словарь. Алма Ата: «Наука». Б.А. Быков. 1983 …   Экологический словарь

  • водоупорный горизонт или пласт — — [http://slovarionline.ru/anglo russkiy slovar neftegazovoy promyishlennosti/] Тематики нефтегазовая промышленность EN impervious bed …   Справочник технического переводчика

  • ВОДОУПОРНЫЙ ПЛАСТ — (водоупор) пласт водонепроницаемых горных пород, ограничивающий снизу или сверху водоносный горизонт …   Большой Энциклопедический словарь

  • водоупорный пласт — (водоупор), пласт водонепроницаемых горных пород, ограничивающий снизу или сверху водоносный горизонт. * * * ВОДОУПОРНЫЙ ПЛАСТ ВОДОУПОРНЫЙ ПЛАСТ (водоупор), пласт водонепроницаемых горных пород, ограничивающий снизу или сверху водоносный горизонт …   Энциклопедический словарь

  • ВОДОУПОРНЫЙ ПЛАСТ — (водоупор), пласт водонепроницаемых горн. пород, ограничивающий снизу или сверху водоносный горизонт …   Естествознание. Энциклопедический словарь

  • Горизонт водоупорный — (син.: водоупор) слой грунта или п., обладающий очень низкой водопроницаемостью (“относительный водоупор”) или полностью водонепроницаемый (“абсолютный водоупор”) …   Толковый словарь по почвоведению

  • Руб-эль-Хали — пустыня на Ю. В. Аравийского п ова; Саудовская Аравия. В XV в. часть этой огромной пустыни называлась Феддж эль Хали пустая долина . Позже название было распространено на всю пустыню, причем феддж долина было заменено на более общее раб земля,… …   Географическая энциклопедия

  • РАСТЕНИЕ И СРЕДА —         Жизнь растения, как и всякого другого живого организма, представляет сложную совокупность взаимосвязанных процессов; наиболее существенный из них, как известно, обмен веществ с окружающей средой. Среда является тем источником, откуда… …   Биологическая энциклопедия

  • ИСТОЧНИК — естественный выход подземных вод на земную поверхность. Подземные воды находятся в полостях, порах и трещинах горных пород в верхней части земной коры. Верхняя граница водонасыщенной зоны называется зеркалом, или уровнем, подземных вод. Там, где… …   Энциклопедия Кольера

  • источник — (родник, ключ), естественный выход подземных вод на земную поверхность на суше или под водой – на дне водоёмов и рек. По гидродинамическим признакам источники делятся на восходящие (напорные) и нисходящие. Подразделяют их и по дебиту (расходу… …   Географическая энциклопедия

Горизонт водоупорный - Справочник химика 21

    Таким образом, при гидрогеологической съемке изучают условия залегания водоносных пластов и водоупорных горизонтов, движение вод в пластах, их химический и газовый состав, температуру. Все полученные данные наносят на карту. Может случиться, что на гидрогеологической карте среди поля пресных вод обнаружится участок, на котором соленость вод окажется намного выше окружающего фона. Если при этом температура воды на этом участке также выше обычной и в составе вод имеются различные органические вещества, родственные нефти, то есть основания предполагать, что мы обнаружили аномальную зону, в данном случае и гидрохимическую, и геотермическую. 
[c.46]

    Повсеместное распространение растворимых фторсодержащих соединений в породах обусловливает присутствие фтора в природных водах в широком диапазоне концентраций — от 0,01 до 27 мг/л. Атмосферные осадки содержат в среднем п 10 % фтора. В большинстве поверхностных вод концентрация фтора не превышает 0,8 мг/л. Подземные воды содержат больше фтора по сравнению с поверхностными, особенно если они залегают на богатых фтором водоупорных горизонтах (до 6—7 мг/л). [c.78]

    Оценка эффективности горизонтального дренажа производится для горизонтального совершенного дренажа, проложенного по контуру свалки и прорезающего четвертичный водоносный горизонт с частичным углублением в водоупорную толщу. [c.191]

    Грунтовые воды, не перекрытые водоупорными породами, как правило, защищены значительно меньше, чем нижележащие горизонты напорных подземных вод, и обычно принимают основную часть инфильтрирующихся с поверхности загрязнений. Из грунтовых вод загрязнения могут затем проникать в более глубокие напорные и безнапорные горизонты с пониженными напорами — через литологические окна в водоупорах, при перетоке через слабопроницаемые раздельные горизонты, по заколонному пространству скважин вследствие их некачественного цементирования и т.д..  

[c.133]

    Поверхность грунтовых вод носит название зеркала, или скатерти, грунтовых вод. Пласт породы, заключающий грунтовые воды, называется водоносным пластом, или водоносным горизонтом. Водонепроницаемую породу, подстилающую водоносный пласт, принято называть водоупором, или водоупорным ложем. Мощность водоносного горизонта (Н) определяется расстоянием по вертикали от уровня грунтовых вод до кровли подстилающего водоупорного пласта. [c.125]

    Наибольшим постоянством отличается режим восходящих источников, питающихся артезианскими водами. К данной группе источников относятся естественные выходы подземных вод, располагающиеся в очагах разгрузки напорных водоносных горизонтов артезианских бассейнов или артезианских склонов. Восходящие источники часто обнаруживаются на контактах водоносных и водоупорных пород в зонах тектонических нарушений. 

[c.210]

    Наличие поглощающих горизонтов и надежная изоляция их от пресных и ценных минеральных вод промышленного и лечебного значения. Водоупорные толщи, изолирующие поглощающие горизонты, должны быть выдержаны на большом протяжении и представлены породами с минимальной проницаемостью (порядка 0,0001 миллидарси при мощности около 10 м). [c.256]

    Закачку промышленных сточных вод следует производить в хорошо изолированные глубокие водоносные горизонты, так как известны случаи, когда при закачке, организованной, по-видимому, без достаточно детального гидрогеологического обоснования, минерализованная вода проникла в горизонты, залегающие на сравнительно небольшой глубине и недостаточно надежно изолированные водоупорными пластами (закачка нефтепромысловых вод в трещиноватые известняки карбона, залегающие на глубине 150—300 м в Куйбышевской области закачка отходов калийной промышленности в доломиты, залегающие на глубине 200—520 м в бассейне реки Верра, ГДР). [c.256]


    Этот метод применяется в районах, имеющих мощную толщу осадочных пород, однако для осуществления его могут использоваться и кристаллические породы, особенно их разрушенная поверхность. Для закачивания сточных вод в поглощающие скважины вскрывают один или несколько широкораспространенных водоносных горизонтов, которые при достаточной мощности (7—10 м) и хорошей проницаемости (не менее 0,5—0,8 единиц Дарси) могут обеспечить многолетнюю приемистость. Выше (а иногда и ниже) должен быть надежный без трещин водоупорный горизонт, сложенный глинами, глинистыми мергелями или другими породами, которые изолируют пласт от пресных или ценных минеральных вод. 
[c.87]

    На территории второго пояса разрешается использование верхних водоносных горизонтов для водоснабжения небольших населенных пунктов, если поглощающие горизонты залегают на большой глубине, перекрыты мощными толщами водоупорных [c.117]

    Таким образом, геологическая структура должна обеспечивать надежную изоляцию (локализацию) промышленных стоков в пределах пласта-коллектора. Изолированность пласта-коллектора и структуры должна исключать возможность проникновения сточных вод в вышележащие водоносные горизонты, в открытые водоемы и на поверхность земли. Поэтому основным признаком надежности структуры следует считать наличие в разрезе, особенно в кровле пласта-коллектора, практически непроницаемых мощных выдержанных водоупоров и одного или нескольких буферных водоносных горизонтов, лежащих между пластом-коллектором и водоносными горизонтами, используемыми для водоснабжения. Водоупорные толщи, которые изолируют поглощающие горизонты, должны быть выдержаны на большом протяжении и представлены породами с малой проницаемостью (до 0,0001 мД при мощности около 10 м). 

[c.184]

    По гидрологическим свойствам почвенные горизонты разделяют на водопроницаемые и водоупорные (водонепроницаемые). Водопроницаемость почв характеризуется количеством воды, впитываемым почвой с поверхности за единицу времени. Наибольшая водопроницаемость у рыхлых почв -песка, галечников и трещиноватых известняков. Водоупорными являются глины и монолитные скальные породы. В водопроницаемых породах, лежащих на водоупорных, задерживающих дальнейшее движение подземных вод вниз, образуются водоносные пласты. [c.141]

    Мощность водоносного пласта на карте гндроизогипс можио определить только в том случае, если на ней, кроме горизонтале поверхности и гидроизогипс, нанесены также горизонтали поверхности водоупорного ложа. Разность между отметкой гидроизогипсы и отметкой горизонтали водоупорного ложа и определяет мощность водоносного пласта. 

[c.132]

    В гидрогеологических бассейнах подземные воды находятся в постоянном движении. Это движение обусловлено различными напорами вод в разных точках пласта. Под напором понимается высота столба воды в метрах, на которую она поднимается в скважине или колодце при вскрытии водоносного горизонта, ограниченного сверху и снизу водоупорной толщей. Таким образом, водоносные слои, горизонты и комплексы, обладающие напором воды, по существу являются водонапорными горизонтами или водонапорными комплексами. Еще в ХП веке в провинции Артуа (в латинской транскрипции Артезиа) получили воду, напор которой был выше дневной поверхности, в результате чего скважина фонтанировала. В случае, если напор воды ниже земной поверхности, фонтанирования не наблюдается. Отсюда водонапорные горизонты или комплексы стали называть артезианскими, а бассейны подземных вод артезианскими бассейнами. [c.16]

    Артезианские воды, используемые для водоснабжения г. Москвы, водоупорными глинами разделены на следующие горизонты верхний каменноугольный — Гжельский (I), средний каменноугольный — Мсскоеский (П) нижний каменноугольный — Серпуховский (П1). 

[c.252]

    Классификация подземных вод по Н. Н. Биндеману верховодка — воды, залегающие наиболее близко к поверхности (выше горизонта грунтовых вод) в области просачивания атмосферной влаги грунтовые — воды, залегающие на первом от поверхности земли водоупорном слое межпластовые ненапорные — воды со свободной поверхностью, находящиеся между двумя водоупорами артезианские — напорные воды, залегающие между двумя водоупорами и не имеющие свободной поверхности трещинные — воды, накапливающиеся в трещинах скальных пород карстовые воды обычно приурочены к крупным полостям и кавернам, появляющимся в результате агрессивного воздействия воды на растворимые горные породы. [c.19]

    Район 1Б отвечает площади развития терригенных пород пермского и раннетриасового возраста в восточной части Юрюзано-Сылвинской депрессии, в Бельской впадине и южной части Зилаирской синклинали (см. рис. 21). Мощность зоны пресных вод здесь изменяется от 50—100 до 300 м, иногда в верхнепермских мульдах — до 600 м. Водоносные горизонты имеют сложную гидравлическую связь между собой в условиях частого чередования водоупорных и водоносных пород. В зоне развития пресных вод развиты флишоидные толщи нижней перми, карбона и девона, представленные главным образом хорошо проницаемыми породами. 

[c.107]

    Водоносный комплекс в уфимских отложениях имеет почти повсеместное распространение в пределах Уфимского полуострова . В результате чередования в разрезе водопроницаемых (песчаники, известняки) и относительно водоупорных (глины, алевролиты) пород образуется система этажнорасположенных водоносных горизонтов, пластов и линз мощностью от 1 -3 до 8-10 м со сложной гидравлической связью. Глубина залегания подземных вод от 2—10 м на склонах долин рек Белой и Уфы до 70 м в центральной части Уфимского полуострова , где уфимские отложения перекрыты неогеново-четвертичными осадками. В последнем случае они приобретают напор до 30-40 м (см. рис. 30). Колебания уровней составляют 2-7 м. Питание комплекса происходит за счет йнфильтрации атмосферных осадков и утечек из водонесущих коммуникаций непосредственно в уфимские отложения или в результате перетоков из неогеново-четвертичных отложений. Дебиты родников изменяются от долей до 5—10 л/с, а Кф пород — от 0,012 до 32 м/сут. [c.160]


    Местами грунтовые воды могут получать дополнительное питание за счет подтока напорных артезианских вод из ниже расположенных пластов. Этот вид питанкя возможен на участках, где отсутствует водоупорное перекрытие артезианских водоносных горизонтов (через так называемые окна>), и только при условии превышения напорного уровня над отметками зеркала грунтовых вод. [c.135]

    По карте гидроизопьез (рис. 68) можно определить несколько важных показателей положение пьезометрического уровня от поверхности земли, т. е. глубину установившегося уровня после вскрытия артезианского водоносного горизонта скважиной, величину напора, направление движения и уклон пьезометрической поверхности. При нанесении на карту горизонталей рельефа водоупорного ложа можно определить, кроме того, мощность водоносного пласта. [c.160]

    I — водоносные породы, 2 — водоупорные породы, 5 — пьезометрический уровень воды. / — верхний горизонт 1/ — нижний горязоят [c.165]

    Намечается также закачивать сточные воды в толщу карбонатных пород мощностью около 700 м, относящуюся к нижней перми, верхнему и (среднему карбону и залегающую примерно на глубине 200—900 м. Изолирующим слоем служит водоупорный горизонт кунгурских ангидритов. Однако применение этого варианта мало перспективно главным образом вследствие невысокой и непостоянной проницаемости пород толщи. В связи с тем, что достаточно надежных данных, характеризующих водопроводимость толщи, мало, намечено провести дальнейшие опытные работы. [c.260]

    С учетом сведений о количестве и составе ПО на каждом предприятии институтом Ленгипрогор был разработан проект опытного полигона. Ленинградская комплексная геологическая экспедиция определила участок под полигон. При этом принимали в расчет близкий выход к поверхности водоупорных кембрийских глин незатопляемость полигона паводковыми водами отсутствие водоемов для водоснабжения и водоносных горизонтов. [c.311]

    Положение контура распространения жидких отходов в поглощающих горизонтах определяется при помощи гидрогеологических расчетов с учетам свойств горных пород, удаленных отходов и пластовых вод. Если распространение отходов ограничено естественными гидрогеологическими преградами, обусловленными тектоническими нарушениями, приводящими к соприкосновению поглощающего горизонта с водоупорными породами, или фациальным выклиниванием самого поглощающего горизонта (рис. 47), то гранип,ы второго пояса зон следует проводить по линиям указанных гидрогеологических преград, в других же направлениях они должны совпадать с положением максимального распространения фронта отходов, определенного ло схемам полуограниченных подземных потоков. [c.117]

    Поля должны располагаться ниже водозаборных сооружений по течению грунтовых вод, на расстоянии не менее радиуса де-прессионной воронки водозаборной скважины при максимальном отборе воды из нее, но не менее 200 м для легких суглинков, 300 м для супесей и 500 м для песка. Не допускается располагать поля на территориях, непосредственно граничащих с местами выклинивания водоносных горизонтов, а также при наличии трещиноватых пород и карстов, не перекрытых водоупорными породами. [c.197]

    Подземные пресные воды формируются в результате просачивания поверхностных дождевых и талых вод в почву и подстилающие породы. Вода впитывается в почву, при этом некоторое количество ее может удерживаться в почве (капиллярная вода). Вода, которая не удерживается капиллярными силами (гравитационная вода), просачивается (инфильтруется) вниз по порам и трещинам или свободно вливается в какую-либо пустоту в породах (флюация). Просачивание или стекание воды происходит до тех пор, пока она не достигнет непроницаемого слоя горной породы или плотной глины - водоупорного пласта. Вода, которая накапливается над водонепроницаемым пластом в порах, трещинах и пустотах, - грунтовая. Ее верхнюю границу называют уровнем грунтовых вод. Если подземные слои породы залегают наклонно, создаются условия для перетекания грунтовых вод. Слои пористого материала, по которым они движу1ся, - водоносные горизонты. Под действием силы тяжести грунтовые воды могут двигаться по [c.75]


Казахские специалисты по подземным водам прошли тренинг МЦОРПВ

ЮНЕСКО-МГП и МЦОРПВ организовали тренинг для избранной группы специалистов из Казахстана. Данный тренинг прошел с понедельника 23 февраля по пятницу 27 февраля и был связан с тематическим исследованием Приташкентского водоносного горизонта, которое является частью проекта GGRETA. Партнеры МЦОРПВ: ЮНЕСКО-ИГЕ, Royal Eijkelkamp, TNO и Deltares, все внесли ценный вклад в содержание этого учебного курса. 

Углубленный мониторинг и анализ подземных вод 

Целью тренинга «Углубленный мониторинг и анализ подземных вод» было обучить избранную группу специалистов из Казахстана мониторингу, обработке и управлению информацией, необходимых для устойчивого управления подземными водами. 

В течение первых двух дней курса основное внимание было уделено оценке текущего состояния углубленной оценки Приташкентского водоносного горизонта, знакомству с новой Системой управления информацией (IMS) GGRETA и последующим шагам в рамках проекта GGRETA. 

В среду главной темой был мониторинг подземных вод. После сессии о «Мониторинге подземных вод в Нидерландах и за ее пределами», проведенной доцентом Яншяу Цзу из ЮНЕСКО-ИГЕ, группа посетила TNO для демонстрации ее гидрогеологической системы данных. В заключение группе дали представление о деятельности Deltares, связанной с подземными водами. 

Анализ качества подземных вод был вопросом, обсуждаемым в течение четвертого дня. Г-н Ян Виллем Фоппен, доцент гидрологии в ЮНЕСКО-ИГЕ, провел весь день обучения, где он затронул вопросы транспорта веществ в приповерхностной зоне, гидрохимические процессы, кислотно-щелочные реакции и определение химических параметров. 

На пятый и последний день данного тренинга был запланирован поход в Royal Eijkelkamp. Визит начался со знакомства Eijkelkamp, проведенного г-ном Барри Леуферман и демонстрации отбора проб качества и количества воды Eijkelkamp и мониторинга. Во второй половине дня группа посетила комнату управления, где была проведена демонстрация легкой в использовании системы мониторинга и была произведена передача мониторинговых телеметрических данных. 

В целом, учебный курс прошел с большим успехом, и все участники, а также организаторы, уверены, что проведенный тренинг будет способствовать успешному завершению тематического исследования Приташкентского водоносного горизонта. 

Проект GGRETA 

Проект GGRETA, финансируемый Швейцарским агенством по развитию и сотрудничеству (ШАРС), затрагивает вопросы, касающиеся трансграничных водоносных горизонтов и отвечает насущной необходимости повышения знаний об их физических и социально-экономических свойствах. Он является неотъемлемой частью инициативы ЮНЕСКО по Управлению общими международными ресурсами водоносных горизонтов (ISARM) и Программы оценки трансграничных вод (TWAP).   

Проект GGRETA проводит улубленную оценку трех избранных тематических исследований:

  1. Водоносный горизонт  Эскипулас – Окотепеке – Ситала (Трифинио) (Сальвадор, Гватемала, Гондурас)
  2. Водоносный горизонт Стамприет – Калахари/Карру (Намибия, Ботсвана, Южная Африка) 
  3. Приташкентский водоносный горизонт (Казахстан, Узбекистан) 

Приташкентский водоносный горизонт

Приташкентский водоносный горизонт является артезианским водоносным горизонтом, в состав которого входят несколько водоносных горизонтов и комплексов, разделяющиеся водоупорными слоями. Приташкентский водоносный горизонт находится на территории Узбекистана и Казахстана. Небольшая юго-восточная часть водоносного горизонта расположена в Ташкентской области Узбекистана, а большая, северо-западная часть расположена в провинции Шымкент Казахстана. Область исследования густо населена, особенно на Узбекской части. 

Согласно геоморфологии, область делится на три зоны: горная зона, предгорья и долины. Являясь переходной зоной между предгорной зоной и долиной, Приташкентские степи играют роль буфера между ними. Климат исследуемой области резко континентальный, сухой. Изучение и мониторинг направлены на устойчивое совместное использование ресурсов подземных вод. Подземные воды являются очень важным фактором, так как Приташкентский артезианский водоносный горизонт представляет собой основной источник питьевой и минеральной воды в регионе. 

Обоснование схемы водозабора подземных вод Приморской ТЭС в Калининградской области в условиях неоднородности целевого четвертичного водоносного горизонта

Обоснование схемы водозабора подземных вод Приморской ТЭС в Калининградской области в условиях неоднородности целевого четвертичного водоносного горизонта

Подробности
Автор: Олиферова О.А., Козак С.З.

Неоднородность четвертичного водоносного комплекса, сложенного межморенными водоносными отложениями и глинистыми отложениями морен в области ледниковой аккумуляции на юге Калининградского полуострова, изучена методом наземной геофизики (ЗСБ-ЗМПП) и при проведении кустового опытно-фильтрационного опробования в процессе разведки Приморского месторождения подземных вод. Разработанная на основе этих исследований схема неоднородности целевого днепровско-московского межморенного водоносного горизонта дала возможность обосновать схему водозабора Приморской ТЭС, применительно к которой были оценены запасы подземных вод.

Ключевые слова: Приморское месторождение подземных вод, наземная геофизика (ЗСБ-ЗМПП), схема неоднородности, интерпретация откачек, проектная схема водозабора, численное моделирование, оценка запасов подземных вод

Необходимость проведения гидродинамических расчетов для неоднородных водоносных горизонтов требует постановки специальных полевых исследований и построения по их результатам моделей изменчивости, отражающих природную фильтрационную неоднородность [1]. В качестве примера подхода к обоснованию схемы неоднородности целевого водоносного горизонта является использование для этой цели результатов геофизических и опытно-фильтрационных работ, выполненных в процессе проведения разведки Приморского месторождения подземных вод.

В соответствии с Планом мероприятий «Об обеспечении энергоснабжения Калининградской области и объединенной энергетической системы Северо-Запада России» в 2014 году началось строительство Приморской ТЭС на берегу Калининградского морского канала Балтийского моря на расстоянии 7 километров от западной окраины г.Калининграда. Водоснабжение Приморской ТЭС в количестве 5150м3/сут было решено обеспечивать за счёт использования подземных вод. В 2016-2018 г.г. с целью обеспечения водоснабжения строящейся Приморской ТЭС компаниями ЗАО «ГИДЭК» (г.Москва) и ООО «СКМСТРОЙГРУПП» (г.Калининград) была выполнена разведка подземных вод по результатам которой было выделено Приморское месторождение и оценены запасы подземных вод.

Территория Калининградского полуострова, в южной части которого расположено Приморское месторождение подземных вод, является юго-западной частью Прибалтийского артезианского бассейна. Верхний мезо-кайнозойский гидрогеологический этаж артезианского бассейна состоит из меловых, неогеновых, палеогеновых и четвертичных водоносных комплексов, приуроченных к зоне интенсивного водообмена. Главной областью питания мезо-кайнозойских отложений являются Мазурские высоты, местные области питания расположены на Самбийско-Надрувской возвышенности. Региональной областью разгрузки подземных вод служит Балтийское море и долины крупных рек.

В соответствии со «Сводной укрупненной гидрогеологической стратификацией Прибалтийского артезианского бассейна» [2] в пределах территории Калининградской области развиты следующие гидрогеологические подразделения (рис.1):

IId-ms-водоносный днепровско-московский озерно-аллювиальный и флювиогляциа- льный нерасчлененный межморенный горизонт;

gIId- водоупорный локально-водоносный днепровский горизонт;

fIId- водоносный днепровский флювиогляциальный горизонт;

Iok-Id- водоносный окско-днепровский межморенный горизонт;

gIok- водоупорный локально водоносный окский горизонт;

P23pr - водоупорный среднепалеогеновый горизонт прусской свиты;

P23al- водоносный среднепалеогеновый горизонт алкской свиты;

P2sb+P1-водоупорный средне-нижнепалеогеновый горизонт;

K2- водоносный верхнемеловой горизонт;

K2- водоупорный верхнемеловой горизонт

Основными источниками водоснабжения на рассматриваемой территории являются подземные воды межморенных днепровско-московского и окско-днепровского горизонтов и в меньшей степени палегенового и верхнемелового водоносных горизонтов.

Поскольку Калининградский полуостров находится в области ледниковой аккумуляции, верхняя часть гидрогеологического разреза представлена водоносными горизонтами в межморенных отложениях, разделенных глинистыми отложениями морен. Четвертичные отложения развиты в области повсеместно и имеют мощность от первых метров до 280 м. На рис.1 показано распространение водоносных и слабопроницаемых горизонтов, представленных четвертичными отложениями, а также сложный рельеф кровли палеогеновых отложений с поднятиями и переуглубленными долинами. Кровля дочетвертичных отложений в центральной части области погружается с севера на юг. Абсолютные отметки подошвы четвертичных отложений изменяются от 48м на юго-западе области до минус 130м на юго-востоке. По всей территории встречаются глубокие долины вреза в дочетвертичную поверхность в основном субмеридионального направления. В обширной области с отметкой кровли палеогеновых отложений от -40м до -20м окско-днепровский водоносный горизонт отсутствует, а днепровско-московский залегает непосредственно на палеогеновых отложениях (рис.1). В области поднятия кровли палеогеновых отложений выше отметки -30м, днепровско-московский водоносный горизонт имеет малую мощность, а на отдельных участках отсутствует, поскольку водоносные пески замещаются слабопроницаемыми супесями и суглинками.

Водоносный днепровско-московский межморенный горизонт (IId-ms) прослеживается в виде линз, залегающих на днепровской морене, перекрывается ледниковыми валдайскими осадками, мощность горизонта колеблется от 3м до 36м. Водовмещающие отложения представлены песками различной зернистости и гравийно-галечными отложениями, удельные дебиты скважин изменяются от 0,02 л/с до 27,8 л/с.

Водоносный окско-днепровский межморенный горизонт (Iok-IId) залегает на палеогеновых осадках и перекрывается днепровской мореной, представлен разнозернистыми и тонкозернистыми песками, песчано-гравийно-галечными отложениями. Мощность отложений изменяется от 2,0 м до 42,0 м (в палеодолинпх мощность увеличиваеися), удельные дебиты скважин изменяются от 0,01 л/с до 24,2л/с.

Какие-либо четкие закономерности условий залегания этих водоносных горизонтов и изменения их фильтрационных свойств в плане и в разрезе на участке Приморской ТЭС по фондовым материалам выявить не удалось. Следует отметить, что участок Приморской ТЭС на момент начала разведочных работ был практически не изучен – на нем не было ни одного водозабора и вообще ни одной скважины. Ближайшие водозаборы «Балттехпром» и «Содружество Соя» эксплуатируют палеогеновый водоносный горизонт, а четвертичные отложения представлены на этих участках слабопроницаемыми суглинками и супесями (рис.1). Таким образом, при проектировании разведочных работ на этом участке ориентировались на то, что будущий водозабор будет эксплуатировать палеогеновый и меловой водоносные горизонты.

Изучение строения гидрогеологического разреза на первом этапе разведочных работ на участке Приморской ТЭС было выполнено методом наземной геофизики – было отработано два профиля электротомографии, по которым было установлено, что в верхней части разреза (глубина кровли 15-20м, мощность около 20м) залегает песчаный слой, предположительно с высокими фильтрационными свойствами, который отличается сильной изменчивостью в плане вплоть до полного выклинивания с переходом в слабопроницаемые глинистые отложения. С помощью бурения пилотной скважины (и каротажа) было заверено наличие в верхней части гидрогеологического разреза участка Приморской ТЭС песчаного водоносного горизонта с высокими фильтрационными свойствами, который следует включить в расчетную схему водозабора.

Для получения достоверных величин геофильтрационных параметров трех целевых водоносных горизонтов, выделенных на площадке проектного водозабора Приморской ТЭС был пробурен и оборудован опытный куст, в скважинах которого был выполнены комплекс опытно-фильтрационного опробования: кустовые откачки из четвертичного и палеогенового водоносных горизонтов, а также одиночная откачка из мелового водоносного горизонта. Опытный куст состоит из трех разведочно-эксплуатационных скважин на три горизонта: 7р/э (четвертичный), 8р/э (палеогеновый), скважина 6р/э (меловой) и 6 наблюдательных скважин, четыре из которых на четвертичный водоносный горизонт и две на палеогеновый (рис. 2).

Кустовая откачка из четвертичного водоносного горизонта была проведена в течение 17 суток с дебитом Q = 10,2 л/с (восстановление уровня – 7 суток). Индикаторные графики временного прослеживания снижения S-lgt и восстановления уровня S*-lgt для четырех наблюдательных скважин сливаются в одну линию (рис.3), тогда как график комбинированного прослеживания S-lgt/ r2 представляет собой четыре отдельные кривые. Такая форма графиков свидетельствует о наличии плановых границ в опробуемом пласте и поэтому расчет геофильтрационных параметров возможен только методом моделирования с учетом схемы неоднородности опробуемого водоносного горизонта.

Для оценки плановой неоднородности выделенного песчаного горизонта была выполнена электроразведка, основной целью которой являлось выделение и оконтуривание в отложениях четвертичного возраста зон, сложенных хорошо проницаемыми песками. Для решения этой задачи применялась электроразведка в модификации индукционных электрозондирований ЗСБ-ЗМПП. Этот метод обладает более высокой чувствительностью по сравнению с методами постоянного тока (ВЭЗ, электротомография) при выделении хорошо проводящих прослоев. Полевые измерения были выполнены по 11 профилям (рис.4).

Интерпретации результатов индукционных зондирований выполнялась при построении геоэлектрических разрезов с корреляцией выделенных горизонтов по профилю и оценкой литологического состава выделенных геоэлектрических горизонтов с учетом результатов буровых работ и геофизических исследований в скважинах. Выделенные геоэлектрические горизонты увязываются со следующими литотипами:

  • УЭС 14-30 Омм (иногда до 40- 50 Омм) - суглинки плотные, иногда опесчаненные, мощность этого горизонта от 8-10 м до 20-25.
  • УЭС 30-50 Омм (иногда до 70-80 Омм) - суглинки с валунами с подчиненными прослоями супесей и глинистых песков, мощность горизонта от 10-15м до 35–40 м на участках, где он заполняет структуры, подобные палеоврезам.
  • УЭС 80-150 Омм (иногда до 200 Омм) - пески разнозернистые, промытые, иногда с гравием, мощность горизонта составляет 10-15м, редко до 20м. Отличительная особенность этих песчаных отложений - локальное залегание в виде зон различного размера с коэффициентами фильтрации 5 – 10 м/сут, иногда до 20 м/сут и более.
  • УЭС 7-12 Омм (иногда до 13-16 Омм) - глины, иногда опесчаненные мощностью от 20-25м на западе участка до первых метров на восток вплоть до полного выклинивания.
  • УЭС 50-70 Омм - палеогеновые тонкозернистые, возможно глинистые пески распространены по всему участку, коэффициентами фильтрации 1-3 м/сут.

Построенные геоэлектрические разрезы были обобщены в виде схемы неоднородности четвертичного водоносного горизонта на территории, прилегающей к Приморской ТЭС (рис. 4).

Характеристика фильтрационных параметров зон неоднородности в четвертичном днепровско-московском межморенном водоносном горизонте, выделенных при проведении наземной геофизики была получена в процессе калибровки модели Приморского месторождения подземных вод. При анализе результатов полевых работ и фондовых материалов в процессе геофильтрационной схематизации были обобщены данные о коэффициентах фильтрации четвертичных водоносных горизонтов в области формирования запасов подземных вод Приморского месторождения. В соответствии с этими материалами, в качестве начальных величин коэффициентов фильтрации для разных зон, выделенных в пласте в соответствии со схемой неоднородности по величине удельного электрического сопротивления в геофильтрационной схеме были приняты:

  • К2=60 м/сут в области с величиной высокого удельного электрического сопротивления =180-200 ом*м,
  • К2 =40 м/сут в области  =150-180 ом*м,
  • К2 =10 м/сут в области  = 60-150 ом*м,
  • К2 =0.1 м/сут в области  менее 60 ом*м

Калибровка модели Приморской ТЭС в части задания фильтрационной неоднородности четвертичного водоносного горизонта выполнялась в процессе решения обратной задачи, в которой воспроизводилась кустовая откачка из четвертичного водоносного горизонта на участке Приморской ТЭС, фактические данные по которой приведены на рис.2 и рис.3.

На первом этапе решения обратной задачи была проведена автоматическая калибровка модели с помощью программы WinPEST. Полученное при этом соотношение параметров использовалось в качестве основного варианта для оценки чувствительности понижений в четвертичном водоносном горизонте к изменению геофильтрационных параметров. Окончательное решение обратной задачи выполнялось методом «ручного» подбора по графикам сопоставления расчетных и натурных понижений изменения уровня в наблюдательных скважинах. Наиболее близкие к натурным изменения расчетных уровней были получены при следующем соотношении Kx/Kz горизонтальных и вертикальных коэффициентов фильтрации и η* упругой емкости породы второго расчетного пласта модели (четвертичный горизонт):

  • Kx/Kz =40/4 м/сут, η*= 10-4 1/м в области =180-200 ом*м,
  • Kx/Kz =30/3 м/сут, η*= 6*10-6 1/м в области =150-180 ом*м,
  • Kx/Kz =10/0.1 м/сут η*= 2*10-5 1/м в области = 60-150 ом*м,
  • Kx/Kz =0.1/0.01 м/сут в области  менее 60 ом*м,

Результаты выполненных на участке Приморской ТЭС буровых, опытно-фильтрационных, геофизических работ дали возможность обосновать схему проектного водозабора. Основными целевыми водоносными горизонтами являются четвертичный, палеогеновый и верхнемеловой. Оптимальной схемой водозабора могут быть ярусные кусты скважин, каждая из которых эксплуатирует один из трех целевых водоносных горизонтов.

Для обоснования проектных дебитов водозаборных скважин, их количества и схемы расположения, были проведены групповые откачки из одного, двух и трех ярусных кустов скважин. Распределение эксплуатационной нагрузки между тремя водоносными горизонтами в одном кусте скважин, полученное при групповом опытно-фильтрационном опробовании трех кустов эксплуатационных скважин составило:

  • четвертичный горизонт – 7.2 л/с (622 м3/сут ),
  • палеогеновый – 2.3-3.1 л/с (200-268 м3/сут),
  • меловой - 2.5 л/с (216 м3/сут).

Откачка проходила при неустановившемся режиме уровней в течение месяца и стабилизация уровней не была достигнута. Экстраполяция графиков временного прослеживания понижения уровней в скважинах при групповой откачке из трех кустов на расчетный срок 25 лет показала, что при суммарном водоотборе при откачке 2820 м3/сут (половина перспективной потребности) расчетные прогнозные понижения не превысят допустимые. Расчетные прогнозные понижения на 25 лет при суммарном заявленном перспективном водоотборе 5150 м3/сут по результатам моделирования превысили допустимые понижения в четвертичном водоносном горизонте на 3-4 м. Это связано со значительной плановой неоднородностью четвертичного водоносного горизонта, которая была выявлена и закартирована при проведении геофизических исследований и подтверждена бурением картировочных скважин. В условиях этой неоднородности при групповой откачке наблюдался высокий темп снижения уровня. Область с высокими фильтрационными свойствами четвертичного водоносного горизонта ограничена, что определяет значительные расчетные понижения в этом пласте.

Повариантное прогнозное моделирование позволило установить проектное соотношение дебитов в ярусных кустах скважин будущего водозабора, при котором возможно уменьшение прогнозных понижений в четвертичном и палеогеновом водоносных горизонтах при сохранении эксплуатационной нагрузки на один куст 10.0 л/с (864 м3/сут):

  • четвертичный горизонт – 5.0 л/с (432 м3/сут),
  • палеогеновый – 2.5 л/с (216 м3/сут),
  • меловой - 2.5 л/с (216 м3/сут)

В этом случае заявленная перспективная потребность 5150 м3/сут будет обеспечена водоотбором из 6 ярусных кустов скважин и понижения уровней в трех эксплуатируемых пластах не превысят допустимые (рис.5).

Применительно к обоснованной схеме проектного водозабора на участке Приморской ТЭС в рамках оценки запасов подземных вод были выполнены прогнозные расчеты с целью оценки возможности отбора подземных вод в размере заявленной потребности при выполнении гидродинамических ограничений с учетом взаимодействия с водозаборами на участках распределенного и нераспределенного фонда недр, расположенными на прилегающей территории.

Запасы подземных вод четвертичного, палеогенового и мелового водоносных горизонтов Приморского месторождения (участок проектного водозабора Приморской ТЭС) по состоянию на 01.05.18 составили 5150 м3/сут по категории В+С1 (В=3672 м3/сут, С1=1478 м3/сут) Запасы подземных вод оценены впервые применительно к проектной схеме водозабора, состоящего из 6 ярусных кустов эксплуатационных скважин на три целевые водоносные горизонта: четвертичный - 2592 м3/сут, палеогеновый - 1296 м3/сут и меловой - 1262 м3/сут.

 

Литература

  1. Мироненко В.А., Шестаков В.М. Теория и методы интерпретации опытно-фильтрационных работ.М., «Недра», 1978 г., 325 с.
  2. Стратиграфия Калининградского региона (под реакцией Г.С.Харина). МПР России. Калининград, 2001г. 226 с.

Водоносные горизонты и качество воды

Сегодня я расскажу Вам откуда берется вода в скважине и почему она разного качества. А также объясню, что такое «водоносный горизонт».

Итак, немного информации, чтобы не путаться:

Вообще термин «горизонт» часто путает людей, так как всем известно, что его невозможно достигнуть и он всегда будет отдаляться. Как однажды спросил один заказчик: «а как это вы собрались тут до горизонта бурить? Это ж никаких труб не хватит…». Все на самом деле очень просто: наша планета напоминает лук или слоеный пирог, кому как приятнее, так как состоит из множества слоев, сменяющих друг друга.

Пески, суглинки, известняк, слои породы находятся один над другим, и в некоторых из этих слоев есть поры, всевозможные трещины и пустоты, которые наполнены водой. Именно такие слои и называются «водоносными горизонтами».

Водоносные слои находятся не просто так, в толще земли, они расположены между слоями пород, обычно глины, которая эту воду не пропускает. И называется водоупорным слоем.

Водоносных горизонтов много, только на территории Московской области их пять основных. Они все залегают на разной глубине, некоторые даже один над другим. Различаются не только глубиной, но и химическим составом, производительностью, жесткостью и многим другим.

Сегодня я буду много говорить о составе воды, потому необходимо понимать, что такое-жесткость воды содержание железа и прочие показатели. Жесткой называется та вода, в которой повышено содержание солей и примесей. Большинство даже не задумывается, жесткая вода у них или мягка, «вода и вода», и ладно. Хотя на самом деле разница большая. Можно взять две одинаковых ткани и постирать одну жесткой воде, другую в мягкой, и разница на ощупь будет огромная. Из-за того, что в жесткой воде повышено содержание соли, она плохо влияет не только на ткани, но и на технику, кожу и волосы. Например, если вы в чайнике видели белый налет – это и есть жёсткость воды – отложение солей.

Теперь более подробно о горизонтах, которые чаще всего используются.

Первый горизонт, который мы рассмотрим – Окско-Протвинский, чаще всего используется в юго-западной части Подмосковья. Он отделен от поверхности только «четвертичными отложениями», это значит, что они сформированы в нынешнем, Кайнозойском периоде, который начался 2.5 миллиона лет назад и продолжается по сей день. Вода из этого водоносного горизонта отличается жесткостью и повышенным содержанием железа.

Второй горизонт – Касимовский. Один из самых распространенных по Подмосковью. Он отличается тем, что имеет в себе прослойки глин, которые разделяют его на несколько подгоризонтов. Он находится под Клинским, Мытищинским, Сергиево-Посадским, Пушкинским, Щелковским, Орехово-Зуевским, Ногинским, Павлово-Посадским и другими районами. Вода в Касимовском слое содержит железо и фтор в превышенном объеме, но это небольшой недостаток. Куда существеннее то, что местами у Касимовского горизонта нет верхнего водоупорного слоя и в него могут проникать атмосферные осадки, а сними удобрения, отходы, содержимое канализаций.

Третий горизонт – Гжельский, скважины в него бурятся в основном на самом востоке области. Это более старый водоносный слой, упором ему служат глины со времен Юрского периода, которые сохранились со времен динозавров. Правда, как и в случае с Касимовским, у Гжельского водоносного слоя некоторые участки не защищены прослойками, защищающими от атмосферных осадков и того, что они в себе несут.Вода по своему составу гидрокарбонатная, с повышенным содержанием кальция и магния.

Следующий водоносный горизонт - Каширский. Он находится под Коломенским, Воскресенским, Можайским, Чеховским и Серпуховским районами. Несмотря на название под Каширским районом водоносный слой находится только местами.

Каширский горизонт используется, в основном, на востоке области, где слои водоупорной глины толще и защищают водоносный слой сильнее, потому вода в нем чище, и содержит меньше железа. Вода в нем хорошего качества, из превышений нормы можно отметить разве что содержание сульфатов, и то только в некоторых районах.

Последний, пятый водоносный горизонт, про который я Вам расскажу - Подольско-Мячковский. Он эксплуатируется, главным образом в центральной части Московской области в районах Шаховской, Истринский, Рузский, Можайский, Одинцовский, Наро-Фоминский, Подольский, Домодедовский, Воскресенский, Коломенский, Чеховский, Волоколамский и Раменский. Водоупорные глины слабые, местами вообще отсутствуют. Это привело к тому, что в воде очень повышенное содержание железа и фтора. Но с увеличением глубины скважины объем примесей становится ниже, приближаясь к нормативам СанПин.

Сразу скажу, что нормативы СанПин – вещь довольно субъективная, и даже если вода соответствует норме по этим требованиям – это не будет означать, что она чистая, полезная и безопасная. Дело в том, что в нормативах всегда заложены «допустимые примеси» и «допустимый уровень жесткости». Для того, чтобы смягчить воду до комфортного уровня стоит установить себе систему фильтрации. Из-за того, что Подольско-Мячковский горизонт наиболее используемый, нагрузка на него выше, чем на остальные, и разброс по глубине самый большой.

Все эти водоносные горизонты в совокупности называются водоносным комплексом.

Теперь, когда мы разобрали какие есть горизонты и в чем их особенности мы можем подвести итог и выделить причины, которые влияют на качество воды.

Все причины делятся на две группы, внутренние и внешние.

Внешние причины так названы потому, что влияние на состав воды оказывается из внешних источников, к ним относятся:

  1. Попадание воды из рек и грунтовых вод. Почему это плохо? В реках вода грязная, а грунтовые воды часто несут с собой химикаты, отходы и удобрения. Не думаю, что кто-то захочет попить такой воды.
  2. Попадание воды из вышележащих водоносных слоев, в которых повышено содержание железа. Часто чем выше слой – тем больше в нем примеси и хуже качество воды.
  3. Попадание в горизонты загрязненных стоков. Тут даже объяснять ничего не нужно.
  4. Подтягивание болотных вод. Если водоносный слой плохо отделен водоупорной породой – вода в него может поступить не только из реки, но и из болота, про её качество и запах сероводорода, думаю, и так все знают.

Ко внутренним причинам относятся:

  1. Толщина перекрывающих слоев, которые защищают от попадания в воду загрязнений. Тут как с поросенком, чем жирнее - тем лучше. Более толстый водоупорный слой лучше защитит от попадания разных примесей и загрязнителей.
  2. Зона погружения кровли карбона (более старые слои, чем четвертичные). Карбон – это период, который начался 358 миллионов лет назад, за этот период в почве сформировались водоупорные отложения, надежно защищающие водоносный слой. Но не все водоносные горизонты находятся ниже этого уровня.
  3. Геологическое строение и особенности восполнения водоносных горизонтов (насколько хорошо отфильтровывается железо через породы при восполнении объема воды в горизонте).

Сейчас, когда в каждом населенном пункте области уже есть свои скважины можно легко получить информацию о том, как глубоко залегает горизонт, какими особенностями и каким составом он обладает. Для Вашего удобства вся эта информация есть у нас на сайте, в разделе «Карта глубин».

Все, что нужно – вбить в поиск свой населенный пункт. Надеюсь, эта информация будет Вам полезной.


Глава 7. Геологическая деятельность подземных вод

Все воды, находящиеся в порах и трещинах горных пород ниже поверхности Земли, относятся к подземным водам. Часть этих вод свободно перемещается в верхней части земной коры под действием гравитационных сил, а другая часть находится в очень тонких порах, удерживаясь силами поверхностного натяжения. Подземные воды не могут существовать без обмена с поверхностной водой и активно участвуют в круговороте воды в природе. Все, что связано с подземной водной оболочкой, включая теоретические и особенно прикладные аспекты, изучает наука гидрогеология. В наше время пресная вода стала важнейшим полезным ископаемым.

Структура и свойства воды определяются строением ее молекулы — Н2О в виде тетраэдра, в центре которого находится атом кислорода. На концах одного из ребер тетраэдра расположены два положительных заряда ядер атомов водорода, что составляет гидроль, или элементарную дополнительную структурную единицу воды. Гидроли могут объединяться. Так, для льда устойчивой структурой будет тетраэдр, состоящий из гидролей. Гексагональная решетка льда, состоящая из связанных между собой тетраэдров, очень рыхлая, поэтому увеличение температуры приводит к нарушению и так непрочных связей решетки и некоторые гидроли как бы падают внутрь решетки, которая разрушается на отдельные массивы и наконец превращается в пресную воду, обладающую наибольшей плотностью при Т = +4 °С.

7.1. Виды воды в горных породах

Вода в горных породах бывает нескольких видов.

1. Кристаллизационная вода находится в составе кристаллической решетки некоторых минералов, например в гипсе — CaSO4 ⋅ 2h3O (~21 % воды по массе), мирабилите Na2SO4 ⋅ 10h3O (~56 % воды по массе). Если эти минералы нагревать, то вода высвобождается из кристаллической решетки. Так, гипс потеряет одну молекулу воды при +107 °С, а вторую — при +170 °С, после чего он превращается в ангидрит — CaSO4.

2. Вода в твердом виде встречается в многолетнемерзлых породах в виде кристаллов и прожилок льда. Лед образуется и при сезонном промерзании воды, содержащейся в горных породах.

3. Вода в виде пара содержится в воздухе, который находится в порах горной породы.

4. Прочносвязанная вода располагается в виде молекулярной прерывистой пленки на поверхности мельчайших частиц таких пород, как глины и суглинки. Эта пленка удерживается силами молекулярного сцепления и не может стечь с поверхности частицы (рис. 7.1).

Рис. 7.1. Типы воды:
1 — прочносвязанная, 2 — рыхлосвязанная, 3 — гравитационная

5. Рыхлосвязанная вода представляет собой более толстую пленку из нескольких слоев молекул воды на частице породы. Эта вода обладает способностью перемещаться от более толстой пленки к менее толстой.

6. Капельно-жидкая (гравитационная) вода уже обладает способностью свободно перемещаться в горной породе по трещинам и порам под действием силы тяжести, начиная с верхнего почвенного слоя.

7. Капиллярная вода, как следует из названия, находится в тончайших капиллярных трубочках или порах, в которых удерживается силами поверхностного натяжения с образованием менисков. Капиллярная вода обычно располагается выше уровня грунтовых вод, и при этом она может подниматься вверх от этого уровня на 1,5–3 м. Капиллярная кайма, будучи связана с уровнем грунтовых вод, колеблется вместе с ним.

Выше уровня грунтовых вод может располагаться еще одна неширокая кайма капиллярно-подвешенной воды, удерживаемой в тонких порах почвы и подпочвенных горизонтов суглинков и глин (рис. 7.2).

Подземные воды распределяются в верхней части земной коры вполне закономерно. Самая верхняя часть земной коры, вблизи поверхности, называется зоной аэрации, т. к. она связана с атмосферой и почвенным покровом. Ниже нее залегает зона полного насыщения, где вода распространена преимущественно в жидком виде, тогда как в зоне аэрации она может быть и парообразной. Если температуры отрицательны, то вода в этих двух зонах может присутствовать и в виде льда.

Рис. 7.2. Распределение воды выше зоны грунтовых вод. 1 — зона аэрации,
2 — зона полного насыщения (водоносный горизонт), 3 — капиллярно-подтянутая вода,
4 — капиллярно-подвешенная вода

Таким образом, зона аэрации представляет собой как бы переходный буферный слой между атмосферой и гидросферой. В зоне полного насыщения все поры заполнены капельно-жидкой водой, и тогда образуется водоносный горизонт.

Однако горные породы в различной степени проницаемы для воды, что зависит от ряда факторов. Следует подчеркнуть, что пористость и проницаемость не одно и то же.

Горные породы подразделяются на водопроницаемые, слабопроницаемые и водоупорные.

Водопроницаемые — песок, гравий, галечники, конгломераты, трещиноватые песчаники, доломиты, закарстованные известняки и др., и это несмотря на то, что галечники, прекрасно проницаемые для воды, имеют пористость всего 20 %. Пористость

n = Vn / V ⋅ 100,

где Vn — объем пор в образце, а V — объем всего образца.

Пески обладают пористостью 30–35 %.

К слабопроницаемым породам относятся супеси, легкие суглинки, лессы.

Водоупорными считаются всевозможные глины, тяжелые суглинки, плотные сцементированные породы.

Глины имеют пористость 50–60 %. Все дело в том, что поры в глинах очень тонкие (субкапиллярные) и вода через них не может проникнуть, т. к. задерживается силами поверхностного напряжения. Водопроницаемость зависит не от количества пор, а от размера и формы слагающих породу зерен и от плотности их сложения.

Способность горных пород накапливать и удерживать в себе воду называется влагоемкостью. Под полной влагоемкостью понимают такое состояние породы, в котором все виды пор заполнены водой. Максимальная молекулярная влагоемкость — это то количество воды, которое остается в горной породе после того, как стечет вся капельно-жидкая гравитационная вода. Оставшаяся вода удерживается в порах силами молекулярного сцепления и поверхностного натяжения (рис. 7.4). Разница между полной влагоемкостью и максимальной молекулярной влагоемкостью называется водоотдачей, а удельная водоотдача — это количество воды, получаемое из 1 м3 горной породы.

Рис. 7.4. Влагоемкость и водоотдача. 1 — полная влагоемкость, все поры заполнены водой;
2 — водоотдача, гравитационная вода стекла; 3 — максимальная молекулярная влагоемкость:
вода удерживается силами молекулярного сцепления.
Разница между объемами воды в 1 и 3 называется водоотдачей

Классифицировать подземные воды можно по разным признакам — по условиям залегания, по происхождению, по химическому составу.

Типы подземных вод по условиям залегания. Выделяются воды безнапорные, подразделяющиеся на верховодку, грунтовые и межпластовые, а также напорные, или артезианские.

Верховодка — это временное скопление воды в близповерхностном слое в пределах зоны аэрации, в водоносных отложениях на линзовидном, выклинивающемся водоупоре (рис. 7.3). Как правило, верховодка появляется весной, когда тают снега, или в дождливое время, но потом она может исчезнуть. Поэтому колодцы, выкопанные до верховодки, летом пересыхают. Временными водоупорами могут быть любые выклинивающиеся линзовидные пласты глин и тяжелых суглинков, располагающиеся в толще водоносных аллювиальных или флювиогляциальных отложений.

Грунтовые воды представляют собой верхний постоянный водоносный горизонт, располагающийся на первом же протяженном водоупорном слое. Питаются грунтовые воды из области водосбора в пределах водоносного горизонта. Грунтовые воды могут быть связаны с любыми породами: как рыхлыми, так и твердыми, но трещиноватыми.

Поверхность грунтовых вод называется зеркалом, а мощность водосодержащего слоя оценивается вертикалью от зеркала до кровли водоупорного горизонта, и она не остается постоянной, а меняется из-за неровностей рельефа, положения уровня разгрузки, количества атмосферных осадков, изгиба кровли водоупорного слоя. Выше зеркала грунтовых вод образуется кайма капиллярно-подтянутой воды (рис. 7.3).

Рис. 7.3. Схема залегания грунтовых вод:
1 — верховодка (водоносный временный горизонт), 2 — локальный водоупор,
3 — водоносный горизонт, 4 — водоупорный горизонт,
5 — зеркало грунтовых вод, 6 — река, 7 — аллювий, 8 — родник

7.2. Движение и режим грунтовых вод

Зеркало грунтовых вод ведет себя в зависимости от рельефа, повышаясь на водоразделах и понижаясь к рекам, оврагам и другим местам дренирования. Естественно, вода в водоносном слое под действием силы тяжести находится в непрерывном движении и стремится достичь наиболее низкого места в рельефе, например уреза воды в реке, тальвега дна оврага. Именно там, в области разгрузки подземных вод, образуются родники. Вода в водоносном слое перемещается в зависимости от пористости пород, характера соприкосновения частиц, формы и размеров пор, уклона водоносного слоя. Обычно в песках скорость движения воды при небольших уклонах составляет от 0,5 до 2–3 м/сутки. Но если уклон большой и поры велики, то скорость может достигать нескольких десятков метров в сутки (рис. 7.5).

Рис. 7.5. Движение грунтовых вод в зависимости от уровня вод и давления.
1. Точки А и Б имеют одинаковое давление, но А выше Б и вода движется от А к Б (толстая стрелка).
2. Точка В имеет более высокое давление, чем точка Г, и вода движется от В к Г.
3. Точка Д имеет большее давление, чем точка Е, вода движется от Д к Е. e — уровень грунтовых вод

В зависимости от количества атмосферных осадков объем грунтовых вод может изменяться, и летом дебит источников падает, а в сильные засухи родники даже пересыхают (рис. 7.7). Зеркало грунтовых вод особенно сильно может понижаться в связи с забором воды для промышленных нужд. Вокруг скважин, откачивающих воду, уровень грунтовых вод постепенно понижается, и образуется депрессионная воронка (рис. 7.6).

Рис. 7.6. Образование депрессионной воронки в уровне грунтовых вод при усиленном
отборе воды из скважины. 1 — водоносный горизонт; 2 — уровень воды
в скважине; 3 — депрессионная воронка; 4 — новый уровень грунтовых вод;
5 — прежний уровень грунтовых вод (до отбора)

Рис. 7.7. Положение уровня грунтовых вод в дождливый (1) и засушливый (2) сезоны.
В сухой сезон понижается уровень реки (межень) и некоторые колодцы пересыхают

Межпластовые безнапорные подземные воды приурочены к водоносным слоям, располагающимся между двумя водоупорными слоями. Иногда таких водоносных пластов может быть несколько. Если водоносный горизонт обладает большой мощностью и выше его зеркала находится озеро, пруд или река, то направление течения воды в водоносном горизонте будет проходить по изогнутым линиям, стремящимся к реке.

Напорные, или артезианские, межпластовые воды образуются в том случае, если водоносный горизонт, зажатый между двумя водоупорными, приурочен или к пологой синклинали, или к мульде, или к моноклинали, или еще к каким-нибудь структурам, в которых возможно образование напорного градиента.

Напорный, или гидравлический, градиент:

I = h / l,

где h — превышение одной точки зеркала грунтовых вод над другой, а l — расстояние между ними (рис. 7.8). Напорные воды обладают способностью самоизливаться и фонтанировать, т. к. находятся под гидростатическим давлением. Впервые такие фонтаны воды были получены во Франции в провинции Артезия, поэтому они и стали называться артезианскими. Каждый артезианский бассейн включает в себя области питания, напора и разгрузки. Первая область представляет собой выход на поверхность водоносного слоя, на которую выпадают все атмосферные осадки, питающие этот водоносный горизонт. Область напора заключена между двумя водоупорами — водоупорной кровлей и водоупорным ложем, а место, где водоносный слой появляется на поверхности или вскрывается скважинами, но ниже области питания, называется областью разгрузки. Нередко в артезианских бассейнах развито сразу несколько водоносных напорных горизонтов, что особенно характерно для артезианских бассейнов в межгорных впадинах, где глубины водоносных горизонтов могут превышать 1500 м.

Рис. 7.8. Артезианские напорные воды: 1 — водоносный горизонт,
2 — водоупорный горизонт, 3 — фонтанирующая скважина, 4 — осадки, h/l — напорный градиент

В платформенных областях, где артезианские бассейны большие, верхние водоносные горизонты до глубин в 200-500 м содержат преимущественно пресные воды, а ниже воды обладают уже высокой минерализацией. В центре европейской части России находится Московский артезианский бассейн, располагающийся в пологой чашеобразной впадине — Московской синеклизе. Водоносные горизонты связаны с
трещиноватыми каменноугольными и девонскими известняками, а водоупорами служат прослои глин. Области питания располагаются на крыльях синеклизы. В девонских карбонатных отложениях на глубинах от 400 до 600 м развиты минеральные воды с минерализацией 2,4 4,5 г/л. Это всем известная московская минеральная вода. В Московском артезианском бассейне сосредоточены большие запасы пресных и промышленных вод. В отношении всей территории России составлены карты распространения артезианских бассейнов и подсчитаны запасы в них воды, как пресной, так и промышленной и термальной.

Типы источников. Всем хорошо известны выходы подземных вод на поверхность в виде родников и ключей с холодной вкусной водой. Родники появляются там, где происходит разгрузка водоносных горизонтов (рис. 7.9).

Рис. 7.9. Различные типы источников: 1 — воды трещинного типа, 2 — нисходящий,
3 — восходящий, 4 — карстовый. Точки: редкие — пески; частые — водоносный горизонт.
Черным цветом показаны источники

Нисходящие источники чаще всего располагаются недалеко от уреза воды в долине реки, в нижней части склонов оврагов, там, где к поверхности подходят водоупорные горизонты. Источники этого типа связаны как с верховодкой, так и с грунтовыми, а также межпластовыми водами. Все они характеризуются изменяющимся дебитом вплоть до высыхания в жаркое лето. В источниках нисходящего типа вода изливается спокойно ввиду небольшого угла наклона слоев. Нередко можно наблюдать вдоль берега реки сплошную линию сочащихся подземных вод. Нисходящие источники обычно водообильны, поэтому местами они дают начало ручьям и небольшим речкам, как происходит с карстовыми источниками, вытекающими из пещер или из полостей, образовавшихся в карбонатных породах.

Восходящие источники — это выходы на поверхность в местах разгрузки напорных вод, тогда как сам водоносный горизонт расположен намного ниже. Вода может подниматься вверх по трещинам или тектоническому разлому, особенно когда он пересекает водоупорные слои.

Вокруг минеральных источников, особенно углекислых вод, на поверхности образуется скопление так называемого известкового туфа, или травертина, иногда достигающего нескольких метров мощности. Такие травертины белого, желтоватого или розового цветов известны на г. Машук в Пятигорске, в районе Кавказских Минеральных Вод. Туф образуется из гидрокарбонатно-кальциевых вод, когда гидрокарбонат Ca(HCO3)2 переходит в СаСО3 при уходе в воздух СО2 — углекислого газа. В травертинах часто находят отпечатки листьев растений, кости древних животных, которые постепенно обволакиваются известковым туфом.

7.3. Подземные воды и окружающая среда

Гидрогеологические процессы, происходящие в верхней части земной коры, тесно связаны с хозяйственной деятельностью человека — водоснабжением, эксплуатацией городских агломераций, обоснованием строительства и т. д. Именно в области прикладной геологии очень важно понимать существо природно-технического взаимодействия, усиливающегося техногенного пресса на геологическую среду. Мировые запасы пресной воды составляют 34 980 тыс. км3, и в России, включая поверхностные и подземные воды, 3 млн км3, причем водопотребление быстро растет.

Одними из важных задач прикладной гидрогеологии являются обоснование водозабора для хозяйственно-питьевого водоснабжения, а сейчас особенно, и оценка качества воды. Кажется невероятным, но в России в настоящее время только 1 % воды отвечает нормам, установленным для питьевой воды. Большая часть воды на земле непригодна для питья. Около 70 % пресной воды уходит на орошение, а на производство 1 кг пшеницы уходит 1 м3 воды. Многие регионы, такие как США, Северный Китай, Северная и Западная Индия, Западная Азия, Северная Африка, выкачивают подземную воду гораздо быстрее, чем восстанавливаются водоносные горизонты.

Какое количество воды можно извлечь из данного водоносного слоя? Как при этом изменится уровень грунтовых вод? Какова будет депрессионная воронка и как быстро она сформируется? Какова должна быть ширина зоны санитарной охраны? На все эти вопросы надо дать ответ.

В связи с отбором воды из водоносных горизонтов разного типа изменяется водный режим ландшафтов, происходит изменение растительности, меняются поверхностный сток и напряженно-деформированное состояние водонасыщенных горных пород. Понижение уровня грунтовых вод приводит к угнетению лесов, к осушению и возгоранию летом торфяников, к уменьшению поверхностного водного стока и обмелению небольших рек, эвтрофикации мелеющих озер, оседанию отдельных участков земной поверхности. Поэтому необходим мониторинг влияния водоотбора на окружающую среду, а также геофильтрационное моделирование потока подземных вод.

Для многих городов характерно подтопление территорий, т. е. повышение уровня грунтовых вод за счет увеличения инфильтрации осадков, утечек промышленных вод, искусственного орошения. Такое подтопление вызывает усиление оползневых явлений, суффозии (вымывания), уменьшение прочностных свойств грунтов. Поэтому необходимо проводить дренаж, чтобы снизить уровень грунтовых вод.

Другая опасность — это техногенное загрязнение подземных вод из атмосферы в виде твердой и жидкой фаз, закачка промышленных стоков, утечки из систем канализации, свалки, нефтепродукты и др. Все это способствует проникновению токсичных веществ сначала в зону аэрации, а потом и в водоносные горизонты (рис. 7.10). Все сказанное выше свидетельствует об уязвимости водоснабжения населения в связи с усиливающимся техногенным загрязнением. Существует еще много очень важных вопросов, касающихся прикладной гидрогеологии. Отсюда следует очевидный вывод о том поистине жизненном значении, которое приобретает наука о подземных водах.

Рис. 7.10. Загрязнение водоносного горизонта за счет просачивания вод из района свалки:
1 — зеркало грунтовых вод, 2 — направление движения грунтовых вод,
3 — свалка, 4 — дождь, 5 — загрязнение воды

Гидрогеология при устройстве фундаментов

Параметры гидрогеологического воздействия на конструкцию зависят от множества факторов: рельефа местности, от типа грунтов, их физико-механических, фильтрационных характеристик и химической активности, уровней водоносных горизонтов и их характера, направления движения подземных вод, наличия в непосредственной близости от подземного сооружения водотоков, водоемов, химической активности подземных и поверхностных вод, планировки участка застройки и т.п.

Воздействие воды на сооружение можно разделить на:

  • временные (атмосферные осадки, техногенные протечки и т.д.)
  • постоянные (наличие в окружающих конструкцию грунтах гравитационных и капиллярных подземных вод).

Постоянное воздействие подземных вод на конструкцию обуславливается наличием существующего уровня (уровней) подземных вод, который может меняться в зависимости от сезонности, рельефа местности, наличия различных типов грунтов в геологическом разрезе, положения водоупорного слоя или водоупорных слоев и т.д.

Наличие подземных вод, водоносные горизонты, их тип (напорные или безнапорные), пьезометрические уровни водоносных горизонтов определяются во время проведения инженерно-геологических изысканий на площадке строительства.

Капиллярная вода - это вода, которая удерживается в грунте адгезионными или капиллярными силами и постоянно присутствует независимо от наличия или отсутствия горизонта подземных вод или осадков.

Капиллярная вода не оказывает на конструкцию серьезного гидростатического давления, за исключением тех случаев, когда конструктивное решение не обеспечивает беспрепятственный отвод воды без образования застойных зон.

При этом стоит учитывать, что в зависимости от вида грунта капиллярная вода может подниматься на различную высоту:

  • в среднезернистых песках до 0,15÷0,35 м,
  • в мелкозернистых и пылеватых до 0,35÷1,0 м,
  • в супесях она возрастает до 1,0÷1,5 м, – до 2,0 м;
  • в суглинках до 3,0÷4,0 м, а в глинах до 8,0 м (по некоторым данным до 12,0 м),
  • илы – до 25,0 м.

Была ли статья полезна?

Использование NDVI для создания непроницаемых поверхностей для больших площадей

Брайан Питтман
6 февраля 2015 г.

Расчет площади или процента непроницаемых поверхностей для заданной пространственной протяженности помогает определить номера кривых, скорость стока и нагрузки загрязняющих веществ. Наложение водонепроницаемого поверхностного слоя с водосборными площадями для города может определить процент водонепроницаемости на водосборный бассейн. Проблема заключается в получении водонепроницаемой поверхности для достаточно большой территории, например для города или Организации по управлению водосбором (ВМО).Оцифровка антенны может создать непроницаемую поверхность для небольших участков, но в больших масштабах требует слишком много времени.

К счастью, при нынешней доступности цветных инфракрасных (CIR) аэрофотосъемок с высоким разрешением существует обходной путь, который требует гораздо меньше времени. Поскольку коэффициент отражения растительности достигает максимума в ближнем инфракрасном диапазоне, растительность дает высокую отдачу от CIR-фотографии. Это можно использовать для создания Нормализованного индекса разницы растительности (NDVI). NDVI - это соотношение отраженного света в ближнем инфракрасном и видимом диапазоне, которое говорит нам, насколько «живым» является объект.Высокий коэффициент NDVI означает здоровую, растущую зеленую растительность, а низкий коэффициент NDVI означает что-то неживое, например, тротуар или крыши.

Типичное значение NDVI находится в диапазоне от -1,0 до +1,0 (программное обеспечение ГИС вычисляет значение от 0 до 200). В этом диапазоне будет точка отсечения, которая отделяет растительность от нерастительности. Значение обычно чуть выше 0,0, но варьируется в зависимости от используемой аэрофотосъемки CIR. Разделение поверхности NDVI на две группы от этой точки отсечения дает результат, показывающий площадь растительности и площадь без растительности.Поскольку существует очень высокая корреляция между участками без растительности и непроницаемыми поверхностями, этот результат показывает, что является непроницаемым, а что - проницаемым.

Этот метод дает результаты с точностью около 90 процентов. Во-первых, предполагается, что растительность - это проницаемые поверхности, что не всегда так. Хорошим примером является большая площадь открытой грязи. Он все еще проницаемый, но кажется непроницаемым, потому что это не растительность. Еще одна проблема - тени от деревьев, домов и других построек.Поскольку тени блокируют возврат света (как видимого, так и ближнего инфракрасного), любая тень интерпретируется как неживая и, следовательно, непроницаемая, даже если это может быть проницаемая поверхность.

Даже с этими незначительными недостатками экономия времени огромна. Вместо того чтобы потратить недели на оцифровку всей непроницаемой территории в городе, этот анализ может быть завершен менее чем за час. Необходимо выполнить контроль качества данных и устранить любые проблемы, описанные выше, путем переклассификации чего-либо как проницаемого в непроницаемое или наоборот.

Плотность и стабильность органического углерода почвы под непроницаемыми поверхностями в городских районах

Abstract

Укладка непроницаемых поверхностей в городских районах привлекает все большее внимание из-за потенциальной опасности для городских экосистем. Предполагается, что городские почвы обладают высокой способностью связывать углерод (C); однако запасы и динамика углерода в почвах, покрытых непроницаемыми поверхностями, которые преобладают в городских районах, все еще недостаточно охарактеризованы.Мы сравнили плотность почвенного органического углерода (SOC) и их стабильность под непроницаемой поверхностью, определенную в 28-дневном инкубационном эксперименте, с таковыми на открытых площадках в городе Исин, ​​Китай. Плотность ПОУ (0–20 см) под непроницаемыми поверхностями была в среднем на 68% ниже, чем на открытых площадках. Кроме того, наблюдалась значимая ( P <0,05) положительная корреляция между плотностями SOC и общим азотом (N) в открытых почвах, тогда как корреляция не была очевидна для непроницаемых покрытых почв, что свидетельствует о том, что искусственное уплотнение почвы в городских районах цикл C и N.Кумулятивное количество CO 2 -C, выделившееся в течение 28 дней инкубации, было ниже из непроницаемых покрытых почв, чем из открытых почв, и хорошо согласовывалось с моделью распада первого порядка ( C t = C 1 + C 0 (1- e -kt )). Результаты модели показали, что SOC, лежащий в основе покрытых поверхностей, имел более слабую способность к разложению и меньшую скорость оборачиваемости. Наши результаты подтверждают уникальный характер городского SOC, особенно под водонепроницаемой поверхностью, и предполагают, что научные и управленческие взгляды на региональную оценку SOC, возможно, должны учитывать роль городских запасов углерода.

Образец цитирования: Wei Z, Wu S, Yan X, Zhou S (2014) Плотность и стабильность органического углерода почвы под непроницаемыми поверхностями в городских районах. PLoS ONE 9 (10): e109380. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0109380

Редактор: Дафенг Хуэй, Университет штата Теннесси, Соединенные Штаты Америки

Поступила: 13 апреля 2014 г .; Принята к печати: 7 сентября 2014 г .; Опубликован: 9 октября 2014 г.

Авторские права: © 2014 Wei et al.Это статья в открытом доступе, распространяемая в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution License, которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии указания автора и источника.

Доступность данных: Авторы подтверждают, что все данные, лежащие в основе выводов, полностью доступны без ограничений. Все соответствующие данные находятся в документе.

Финансирование: Эта работа финансировалась Национальным фондом естественных наук Китая (41001047).Финансирующие организации не играли никакой роли в дизайне исследования, сборе и анализе данных, принятии решения о публикации или подготовке рукописи.

Конкурирующие интересы: Авторы заявили об отсутствии конкурирующих интересов.

Введение

В настоящее время более половины населения мира проживает в больших и малых городах, и, по прогнозам, к 2050 году доля городского населения увеличится до 70% [1]. В результате городские территории увеличиваются в размерах более быстрыми темпами, чем любые другие типы землепользования [2].Быстрое расширение городских территорий привело к тому, что большие площади сельскохозяйственных, пастбищных или лесных почв были заменены на городские почвы [3], [4]. На сегодняшний день городские земли, по оценкам, покрывают 9% континента [5], на котором непроницаемая поверхность (например, здания, дороги и другие тротуары), по оценкам, покрывает почти 580 000 км 2 во всем мире, площадь больше чем Франция [6]. В настоящее время результирующее воздействие непроницаемых поверхностей на функцию городской почвы, включая накопление и динамику почвенного органического углерода (SOC), остается в значительной степени неизвестным.

Тем не менее, все большее количество литературы предполагает, что городские почвы все еще обладают высокой способностью накапливать углерод [7] - [10], особенно в областях, покрытых зеленой растительностью (например, луга, леса), которые могут обеспечить достаточное связывание углерода [11], [12]. Как правило, емкость хранения SOC городских открытых почв (без водонепроницаемых поверхностей) сопоставима с емкостью соседних сельскохозяйственных почв и сильно варьируется в разных городах / регионах, что может контролироваться несколькими факторами, такими как история урбанизации, типы землепользования, почвенные исходные материалы, топография и климат (Таблица 1).Однако хранение и оборот SOC под непроницаемыми поверхностями все еще плохо охарактеризованы из-за их недоступности. Водонепроницаемая поверхность в городских районах все еще быстро расширяется из-за урбанизации, поэтому критически важно исследовать запасы и динамику SOC под водонепроницаемыми слоями, чтобы обеспечить точные инвентаризации в оценках всего хранилища SOC в городских районах и способствовать нашему пониманию чистое воздействие урбанизации на наземные бассейны углерода. Относительно ограниченные предыдущие исследования показывают, что в городских районах плотность SOC, важный параметр для расчета хранения SOC, значительно ниже под непроницаемыми поверхностями, чем на открытых площадках [8], [15].Эти исследования в основном сосредоточены на количестве или запасах SOC в городских районах, в то время как делается мало попыток изучить динамику SOC в непроницаемых покрытых почвах.

Здесь мы собрали несколько образцов городской почвы из типичных непроницаемых покрытых и открытых территорий в городе Исин, ​​Китай, районе, который в эти десятилетия пережил быструю урбанизацию. Основными целями этого исследования было изучение плотности SOC, лежащей в основе непроницаемых поверхностей в городских районах, и дальнейшее изучение стабильности или разлагаемости SOC в герметичной среде.

Материалы и методы

Заявление об этике

Это исследование проводилось в Исине, Китай. Непроницаемые закрытые и открытые почвы были собраны в части городской территории Исин (31 ° 20′ – 31 ° 25′N, 119 ° 45′ – 119 ° 50′E). Выбранные районы отбора проб не включали находящихся под угрозой исчезновения или охраняемых видов, и никаких специальных разрешений для отбора проб почвы не требовалось.

Область исследования

Образцы почв в данном исследовании были отобраны в январе 2008 г. в городе Исин (31 ° 07′ – 31 ° 37′N, 119 ° 31′ – 120 ° 03′E), в котором проживает 13 человек.4 км 2 в 2000 г. [3]. Исин, ​​расположенный на равнине нижнего течения реки Янцзы, в последние десятилетия претерпел быструю урбанизацию, в основном за счет сельскохозяйственных земель. Среднегодовое количество осадков в Исине составляет 1177 мм, а средняя годовая температура составляет 15,7 ° C. Почвы в исследуемой области сформировались на аллювии реки Янцзы, и преобладающим типом почв на сельскохозяйственных угодьях вокруг города Исин являются гидрагрские антрозоли [20].

Отбор и анализ проб почвы

Семь участков были выбраны для непроницаемых покрытых почв, и шесть участков с аналогичными почвенными исходными материалами были выбраны для городских открытых почв (рис. 1).Почва в районе исследования имела содержание SOC 1,48 (± 0,19 SE, n = 9) г кг -1 , содержание TN 1,38 (± 0,11 SE, n = 9) г кг -1 , и объемная плотность 1,3 (± 0,13 SE, n = 61) г см −3 в 1982 г., при этом эти параметры имели относительно небольшие изменения, так как их CV варьировались от 8% до 13% (Таблица 2) [21]. Непроницаемые участки состояли из тротуаров и мощеных жилых площадей и переулков, тогда как контрольные участки открытой местности в основном включали жилые и коммерческие газоны и сады, а также общественные зеленые зоны.Контурное описание (0–20 см) непроницаемых покрытых и открытых почв, выбранных в нашем исследовании, показано в таблице 3. Почвы, отобранные в нашем районе исследования, в основном имели щелевидный суглинок, но различались по содержанию почвенных примесей. По сравнению с почвами на открытых площадках, грунты с непроницаемым покрытием имели меньшее проникновение корней и большее количество артефактов, включая асфальт, цемент, кирпич, плитку и гипс. Как правило, физико-химические свойства почвы были более изменчивыми на непроницаемых участках, чем на участках с травой, и более серьезно пострадали от деятельности человека.Средний pH почвы и фракция частиц размером более 2 мм под непроницаемыми поверхностями (0–20 см) составляли 7,72 (диапазон, 7,08–8,33) и 4,28% (диапазон, 6,4–7,74%), соответственно (Таблица 3).

Рисунок 1. Точки отбора проб почвы в городе Исин.

Семь участков были выбраны для непроницаемых покрытых почв, и шесть участков с аналогичными почвенными материалами были выбраны для открытых почв. Образцы почвы отбирались с глубины 0–20 см.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0109380.g001

Каждая проба, состоящая из 3 отдельных кернов почвы (диаметром 5 см), была взята с глубины 0–20 см, поскольку предполагалось, что хранилище ПОУ в основном будет размещаться в верхних слоях почвы. Чтобы сделать непроницаемые покрытые и открытые почвы более сопоставимыми, на непроницаемых участках были выбраны только почвы с корнями и небольшим количеством артефактов. Мы предположили, что выбранный почвенный горизонт, обладающий этими свойствами, имеет значение для секвестрации ПОУ. Конкретный почвенный горизонт, из которого отбиралась почва, не был определен, но отобранные почвы имели аналогичный почвенный состав и химические свойства (Таблица 3).На непроницаемых участках мы пробили отверстия в твердом грунте рядом с центральным положением выбранной зоны уплотнения (2 м × 2 м) и удалили прокладку, чтобы покрытая почва была доступна для отбора проб. После сбора образцы почвы были доставлены в лабораторию и высушены на воздухе при комнатной температуре. Затем высушенные на воздухе почвы измельчали ​​и просеивали через нейлоновую сетку 2 мм; камни, артефакты и крупные корни размером более 2 мм взвешивались.

pH почвы измеряли в воде (1 почва: 2.5 воды, мас. / Об.) С помощью стеклянного электрода, а размер частиц почвы определяли с помощью ареометра [22]. Концентрацию почвенного органического углерода в образцах определяли методом окисления бихроматом калия и серной кислотой [23]. Концентрации общего азота (N) измеряли методом разложения по Кьельдалю [24]. Насыпную плотность почвы измеряли с помощью автоматического трехмерного лазерного сканирования [25] (NextEngine Desktop 3D Scanner, NextEngine, Inc., США). Плотности SOC и общего N в горизонте единичной площади (1 м 2 ) на каждом участке были рассчитаны по формуле: (1) где c (кг м -2 ) представляет плотность SOC или общую плотность N, c c (г кг -1 ) представляет концентрацию SOC или общую концентрацию N, BD (г см -3 ) представляет объемную плотность почвы, δ 2 мм -1 ) представляет собой долю материала размером более 2 мм в диаметре, а H (м) представляет собой глубину отбора проб почвы.В нашем исследовании плотности SOC и общего азота на каждом участке были рассчитаны на основе площади 1 м 2 на глубину 0,2 м.

Для исследования стабильности SOC в городских районах был проведен термостатический эксперимент по инкубации почвы. Перед инкубацией мы сначала определили полную влагоемкость почвы. Просеянный грунт (<2 мм) набивали до той же насыпной плотности (~ 1,5 г · см 3 ) в режущем кольце (100 см 3 ), насыщали водой, взвешивали и затем сушили при 105 ° C в течение 48 часов. для определения влажности почвы.Полная водоудерживающая способность почвы представляла собой содержание влаги в насыщенной почве. Пятьдесят граммов каждой городской почвы (<2 мм) помещали в пластиковые флаконы емкостью 500 мл и инкубировали одновременно в одном инкубаторе (SP-300B, Hengyu, Китай) в течение 28 дней. Затем содержание воды в почве в каждом образце в бутылке было доведено до 60% от полной водоудерживающей способности, что было рассчитано на основе предварительного испытания. Каждую пластиковую бутылку герметично закрывали и инкубировали в темноте при 25 ° C.Каждый образец предварительно инкубировали без поглощения CO 2 в течение 5 дней [18]. Затем в каждый сосуд помещали стакан с 5 мл 0,6 моль л -1 NaOH для поглощения выделившегося CO 2 во время инкубации. Контрольные сосуды (без почвы) использовали для измерения фоновой концентрации CO 2 . NaOH обновляли через 1, 3, 5, 7, 14, 21 и 28 дней. Любая потеря воды из цилиндров (проверенная взвешиванием) была устранена распылителем тумана. CO 2 , захваченный NaOH, определяли обратным титрованием избытка NaOH с 1.5 моль л −1 H 2 SO 4 после осаждения 1 моль л −1 BaCl 2 [26].

Уравнение распада первого порядка использовалось для описания минерализации органического углерода в исследованных образцах [27] 🙁 2) где C t (мг C g -1 C) - совокупное количество минерализованного SOC. в течение времени t (день), C 1 (мг C g -1 C) - это быстро минерализующийся пул SOC, C 0 (мг C g -1 C) - потенциально минерализуемый Пул SOC, а k (мг C g -1 C d -1 ) - соответствующая константа скорости минерализации.

Половина минерализации SOC (т.е. время, необходимое для минерализации половины потенциально минерализуемого SOC) рассчитывалась следующим образом [28] 🙁 3)

Статистический анализ

Подбор модели проводили с использованием мастера подбора глобальной кривой в программном пакете SigmaPlot 12.0 (Systat Software, Inc., Чикаго, Иллинойс, США). Линейный регрессионный анализ и сравнения плотностей SOC и общего N, а также параметров модели для непроницаемых и открытых земель (групповой t-тест) были проведены с использованием SAS 8.2 (Институт SAS, Кэри, Северная Каролина).

Результаты и обсуждение

Плотность SOC под непроницаемыми поверхностями

Участки с непроницаемым покрытием имели более низкие концентрации SOC и TN (0–20 см) по сравнению с открытыми участками и таковыми в 1982 г. (рис. 2a, b). Концентрации SOC и TN в открытых почвах были сопоставимы с таковыми в 1982 году. Средняя плотность SOC под непроницаемыми поверхностями была на 68% (± 7,7% SE, P <0,05) ниже, чем на открытых участках (2,46 против 7.59 кг · м −2 соответственно, рис. 2в). Сходные результаты были также получены Pouyat et al . (2006) и Raciti et al . (2012), что плотность ПОУ под непроницаемыми поверхностями была ниже, чем под открытым грунтом [8], [15]. Интересно отметить, что плотности SOC, наблюдаемые на непроницаемых участках, были сопоставимы с плотностями в Нью-Йорке (Raciti et al .2012), хотя образцы были распределены в разных городах [15], что предполагает наличие равновесия. значение истощения плотности SOC под непроницаемыми поверхностями.Общая плотность азота составляла 0,25 кг · м -2 и 0,32 кг · м -2 , соответственно, для непроницаемых покрытых и открытых грунтов в городе Исин, ​​но между ними не было обнаружено значительной разницы (рис. 2d), вероятно, из-за относительно небольшого размера выборки в нашем исследовании.

Рис. 2. Концентрации и плотности SOC и TN для непроницаемых закрытых и открытых грунтов в городе Исин.

Значения представляют собой средние значения ± SE, SOC представляет собой органический углерод почвы, а TN представляет общий азот, * P <0.05 ( n = 7 для городских непроницаемых покрытых грунтов и n = 6 для городских открытых грунтов).

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0109380.g002

Точные механизмы потери SOC из непроницаемых областей неизвестны, но вероятные возможности включают потери газа, потери воды в виде растворенного органического и неорганического C, а также физические удаление верхнего слоя почвы в процессе строительства. Удаление поверхностного слоя почвы может легко привести к значительному истощению запасов органического углерода из-за повышенной минерализации и повторного использования.Ситуация может быть хуже, если верхний слой почвы не используется повторно и медленно разлагается. Если потенциальная потеря SOC, сделанная в результате этого исследования, верна для других непроницаемых покрытых почв, это может означать, что примерно 0,45 пг (1 Pg = 10 15 г) SOC будет потенциально потеряно в Китае, связанном с 87128 км 2. непроницаемой поверхности [6]. Потенциальная потеря запасов SOC может быть более значительной, если принять во внимание большие потери углерода в овощах в ответ на первоначальное изменение землепользования на городское.

Хотя плотности ПОУ под непроницаемыми поверхностями были относительно ниже, недостаточно исключать эти бассейны углерода для оценок экосистемных запасов углерода в национальном масштабе, как того требуют страны, подписавшие Киотский протокол [10]. Фактически, изучение запасов и динамики SOC в городских водонепроницаемых районах становится все более важным для исследования C, поскольку в настоящее время происходит значительное расширение искусственных водонепроницаемых поверхностей по всему миру [5], [6]. В нашем исследовании образцы почвы отбирались в слое почвы 0–20 см, поэтому плотности ПОУ были рассчитаны как 0.Глубина 2 м. Городские подземные горизонты также могут содержать значительные количества SOC, поскольку физическое нарушение (например, перемешивание, закапывание) может привести к перемещению верхнего слоя почвы, богатого OC, в более глубокий слой почвы [29]. Таким образом, хранилище SOC под закрытыми поверхностями в городских районах могло быть больше, чем мы оценили, когда оно было рассчитано на глубину почвы 1 м, как обычно. Инвентаризация SOC, охватывающая горизонты недр под непроницаемыми поверхностями в городских районах, укрепит наше понимание воздействия урбанизации на экосистему.Кроме того, инвентаризация SOC в городской местности должна учитывать определение и возраст застройки города, используемые исследователями. Городские районы, независимо от определения, быстро расширяются беспрецедентными темпами; непоследовательные определения термина «городской» приведут к разным выводам о размере городских запасов углерода [30]. Более того, было высказано предположение, что возраст застройки может изменить городские запасы углерода [31].

В большинстве почв существует тесная связь между запасами и потоками C и N.Среднее отношение C / N в почвах, покрытых непроницаемыми поверхностями, было значительно ниже, чем соотношение в открытых почвах (10,8 против 22,1, соответственно, P <0,05, данные не показаны), что указывает на то, что микроорганизмы имели состояние относительного дефицита углерода. в непромокаемых почвах. Более высокие отношения C / N в открытых почвах, вероятно, были связаны с обильным поступлением органических материалов (например, листьев, веток) из растений, поскольку эти материалы всегда имели относительно более высокие отношения C / N [32]. Регрессия плотности SOC как функции общей плотности N в открытых почвах выявила сильную линейную зависимость между двумя переменными на глубине 0–20 см ( r 2 = 0.73, P <0,05, рисунок 3). Напротив, не было четкой взаимосвязи между SOC и общим N для почв под непроницаемыми поверхностями, что позволяет предположить, что мощение в городских районах отделяет цикл C и N в почвах [15].

Рис. 3. Корреляция между плотностями SOC и TN для городских почв в городе Исин.

SOC представляет собой органический углерод почвы, а TN представляет общий азот, * P <0,05 ( n = 7 для городских непроницаемых покрытых почв и n = 6 для городских открытых почв).

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0109380.g003

Укладка непроницаемых поверхностей в городских районах оказала негативное влияние на городскую экосистему, на что указывало большое количество потерь SOC, которые могут компенсировать накопление углерода в деревьях или другая зеленая растительность в городских районах, а также колебание углерода и азота в почве в водонепроницаемой зоне. Поэтому в будущем городском строительстве было рекомендовано больше зеленых насаждений или полупроницаемых систем дорожного покрытия, чтобы смягчить негативные последствия искусственного заделывания почвы в городах [5].Кроме того, управление почвой (например, удобрение, обработка почвы, орошение) на открытых участках может быть оптимизировано для увеличения поглощения SOC в городских почвах.

Устойчивость SOC на непроницаемых поверхностях

Лабораторная инкубация может дать представление о динамике SOC (например, [33]). Количество минерализованного SOC (мг C g -1 C) за 28 дней инкубации было рассчитано на основе общего содержания SOC (во всей почве) в каждом образце, чтобы мы могли напрямую сравнить потенциальные потери углерода (т. Е.е., CO 2 выбросов) из непроницаемых покрытых и открытых почв, потому что доля SOC сопоставима среди городских почв, хотя исходное содержание SOC для городских почв было неодинаковым (Рисунок 4). Было обнаружено, что меньше CO 2 было выброшено из почвы под закрытыми поверхностями, чем из открытых почв во время инкубации, что указывает на то, что SOC был более стабильным под непроницаемыми поверхностями, чем на открытых площадках. Более низкая трансформация органического углерода в покрытых почвах частично может быть объяснена низкой микробной активностью в этих почвах [34].

Рис. 4. Совокупное выделение углерода (как CO 2 ) из непроницаемой закрытой и открытой почвы в течение 28 дней инкубации.

Данные были подогнаны по модели распада первого порядка. Столбики показывают стандартные ошибки ( n = 7 для городских непроницаемых покрытых грунтов и n = 6 для городских открытых грунтов).

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0109380.g004

Модель распада первого порядка (), использованная в этом исследовании, хорошо соответствовала данным ( r 2 были 0.97 и 0.96, таблица 4). Легко разлагаемый пул SOC ( C 1 ) был небольшим по сравнению с потенциально разлагаемым пулом SOC ( C 0 ) во всех выборках. SOC C 1 и C 0 под непроницаемыми поверхностями были на 47% и 27% соответственно ниже, чем на открытых площадках, что указывает на более серьезное истощение легкоразлагаемого пула SOC после мощения. . Непроницаемые закрытые и открытые почвы имели одинаковые константы скорости минерализации ( k ) потенциально разлагаемого органического C.Однако более низкое значение C 0 k , параметр, который может быть сопоставим с начальной потенциальной скоростью минерализации SOC [35], вместе с более длительным периодом полураспада минерализации ( t 1 / 2 ) SOC под непроницаемыми поверхностями показали, что эти почвы имеют более слабую способность к разложению органического углерода и более низкую скорость оборота.

Эдмондсон и др. . (2012) предположили, что оборот SOC под непроницаемой поверхностью, вероятно, зависит от типа покрытия и протяженности непроницаемой поверхности [10].В нашем исследовании покрытые почвы были собраны соответственно с участков с более чем 95% непроницаемой поверхностью, в которых обмен газа и воды между почвой и атмосферой должен был быть редким. Фактически, есть некоторые городские непроницаемые грунты с покрытием (например, патио, садовые дорожки), которые были распределены в районах с преобладанием растительности. Почвы, лежащие в основе покрытых крышами поверхностей в этих областях, могут быть заселены корневой системой газонных трав и садовых деревьев и кустарников. Таким образом, вероятно, что ниже этих меньших участков непроницаемых поверхностей почва остается активной, потенциально накапливая SOC, и имеет более устойчивую трансформацию органического углерода.Соответственно, необходимы более систематические исследования и образцы почвы, включая различные типы землепользования и степени герметичности в городских районах, чтобы лучше понять круговорот SOC под непроницаемыми поверхностями.

Кроме того, некоторые непроницаемые поверхности в городских районах могут быть удалены из-за изменения землепользования в городах. Предполагается, что различия в биохимических свойствах почвы между непроницаемыми и открытыми участками должны быть минимизированы за счет удаления непроницаемой поверхности. Исследование временной динамики SOC после удаления герметизации будет полезно для всестороннего понимания экологических последствий урбанизации.Следовательно, необходимо изучить управление и время, которые потребовались для восстановления способности почвы связывать органический углерод после удаления заделки.

Выводы

Наши данные показали, что плотность ПОУ уменьшалась на глубине 0–20 см в городских районах (независимо от определения) после установки непроницаемых поверхностей, хотя точный механизм потери органического углерода из этих почв был неопределенным. Искусственное уплотнение почвы в городских районах также отделило цикл C и N, поскольку плотность SOC положительно коррелировала с общей плотностью N в открытых почвах ( P <0.05), но они не проявляли явной связи в грунтах с непроницаемым покрытием. SOC, лежащий под закрытыми поверхностями, имел более слабую разлагаемость и меньшую скорость оборота по сравнению с таковым на открытых площадках, на что указывало меньший размер легко разлагаемого пула SOC, более длительный полупериод и меньшее количество выбросов CO 2 -C во время 28-дневная инкубация. Увеличение количества зеленых насаждений или полупроницаемых систем дорожного покрытия в будущем городском строительстве смягчит негативные последствия искусственного заделывания почвы в городах.

Благодарности

Мы благодарны Центру современного анализа Нанкинского университета за поддержку анализа почвы в нашем исследовании. Мы благодарим трех анонимных рецензентов за их очень полезные комментарии и исправления рукописи.

Вклад авторов

Задумал и спроектировал эксперименты: ZQW SHW SLZ. Проведены эксперименты: ZQW SHW XY. Проанализированы данные: ZQW SHW. Предоставленные реагенты / материалы / инструменты анализа: SHW XY. Написал статью: ZQW SHW.

Ссылки

  1. 1. Организация Объединенных Наций (2008) Перспективы мировой урбанизации: редакция 2007 года.
  2. 2. Хансен А.Дж., Найт Р.Л., Марзлафф Дж.М., Пауэлл С., Браун К. и др. (2005) Влияние застройки пригородов на биоразнообразие: модели, механизмы и потребности в исследованиях. Ecol Appl 15: 1893–1905
  3. 3. Pan XZ, Zhao QG (2007) Измерение процесса урбанизации и потери рисовой почвы в городе Исин, ​​Китай, между 1949 и 2000 годами. Catena 69: 65–73
  4. 4.Su SL, Zhang Q, Zhang ZH, Zhi JJ, Wu JP (2011) Расширение сельских поселений и потеря рисовой почвы на территории бывшего водораздела в восточном прибрежном Китае во время рыночных преобразований. Reg Environ Change 11: 651–662
  5. 5. Scalenghe R, Ajmone-Marsan F (2009) Антропогенное уплотнение почв в городских районах. Lanscape Urban Plan 90: 1–10
  6. 6. Элвидж СД, Таттл Б.Т., Саттон ПК, Бауг ПК, Ховард А.Т. и др. (2007) Глобальное распределение и плотность построенных непроницаемых поверхностей.Датчики 7: 1962–1979
  7. 7. Пуйят Р., Гроффман П., Есилонис И., Эрнандес Л. (2002) Запасы и потоки углерода в почве в городских экосистемах. Загрязнение окружающей среды 116: S107 – S118
  8. 8. Pouyat RV, Yesilonis ID, Nowak DJ (2006) Накопление углерода в городских почвах в Соединенных Штатах. J Environ Qual 35: 1566–1575
  9. 9. Чуркина Г., Браун Д. Г., Кеолиан Г. (2010) Углерод, хранящийся в человеческих поселениях: граничные Соединенные Штаты. Биол глобальных изменений 16: 135–143
  10. 10.Эдмондсон Дж. Л., Дэвис З. Г., МакХью Н., Гастон К. Дж., Лик Дж. Р. (2012) Органический углерод, скрытый в городских экосистемах. Sci Rep 2: 963
  11. 11. Townsend-Small A, Czimczik C (2010) Связывание углерода и выбросы парниковых газов на городских территориях. Geophys Res Lett 37: L02707
  12. 12. Raciti SM, Groffman PM, Jenkins JC, Pouyat RV, Fahey TJ и др. (2011) Накопление углерода и азота в почвах жилых помещений с разной историей землепользования. Экосистемы 14: 287–297
  13. 13.Бисли Л. (2012) Накопление и потоки углерода в существующих и вновь созданных городских почвах. J Environ Manage 104: 158–165
  14. 14. Рао П., Хутира Л.Р., Рацити С.М., Финци А.С. (2013) Измерения с помощью полевых и дистанционных датчиков углерода и азота почвы и растительности в градиенте урбанизации в столичной зоне Бостона. Городские экосистемы 16: 593–616
  15. 15. Raciti SM, Hutyra LR, Finzi AC (2012) Истощенные запасы углерода и азота почвы под непроницаемыми поверхностями.Environ Pollut 164: 248–251
  16. 16. Джо Х.К. (2002) Влияние городских зеленых насаждений на компенсацию выбросов углерода в Средней Корее. J Environ Manage 64: 115–126
  17. 17. Кай Дж. П., Маджумдар А., Грис С., Буянтуев А., Гримм Н. Б. и др. (2008) Иерархическое байесовское масштабирование свойств почвы в городских, сельскохозяйственных и пустынных экосистемах. Ecol Appl 18: 132–145
  18. 18. Wei ZQ, Wu SH, Zhou SL, Li JT, Zhao QG (2014) Преобразование органического углерода в почве и связанные с ним свойства в городской почве под непроницаемыми поверхностями.Педосфера 24: 56–64
  19. 19. Лю И, Ван Ц., Юэ В., Ху И (2013) Хранение и плотность почвенного органического углерода в верхнем слое почвы холмистых городов: тематическое исследование муниципалитета Чунцин в Китае. Chin Geogra Sci 23: 26–34
  20. 20. Рабочая группа IUSS WRB (2007) Всемирная справочная база почвенных ресурсов 2006 г., первое обновление 2007 г. Доклады о мировых почвенных ресурсах № 103. ФАО, Рим.
  21. 21. Управление почвенного исследования уезда Исин (1988) Почвы уезда Исин.Управление почвенного исследования в провинции Цзянсу, Нанкин. (на китайском языке).
  22. 22. Gee GW, Or D (2002) Анализ размера частиц. В: Dame JH, Topp GC, редакторы. Методы анализа почв. Часть 4. Физические методы. С. 255–293.
  23. 23. Нельсон Д.Е., Соммерс Л.Е. (1982) Общий углерод, органический углерод и органические вещества. В: Пейдж А.Л., Миллер Р.Х., Кини Д.Р., редакторы. Методы анализа почв. Часть 2. Химические и микробиологические свойства. pp.539–580.
  24. 24. Бремнер Дж. М., Малвани К. С. (1982) Общий азот.В: Пейдж А.Л., Миллер Р.Х., Кини Д.Р., редакторы. Методы анализа почвы. Часть 2. Химические и микробиологические свойства. pp.595–624.
  25. 25. Росси А.М., Хирмас Д.Р., Грэм Р.К., Штернберг П.Д. (2008) Определение объемной плотности с помощью автоматического трехмерного лазерного сканирования. Soil Sci Sco Am J 72: 1591–1593
  26. 26. Гоял С., Чандер К., Мундра М.К., Капур К.К. (1999) Влияние неорганических удобрений и органических добавок на органическое вещество почвы и микробные свойства почвы в тропических условиях.Biol Fertil Soils 29: 196–200
  27. 27. Джонс К.А. (1984) Оценка активной фракции почвенного азота. Commun Soil Sci Plant Anal 15: 23–32
  28. 28. Чжан З.Д., Ян Х.М., Друри К.Ф., Рейнольдс В.Д., Чжао Л.П. (2010) Минерализация активного почвенного органического углерода во фракциях гранулометрического состава глинистой почвы Брукстона при нулевой обработке почвы и вспашке отвала. Can J Soil Sci 90: 551–557
  29. 29. Лоренц К., Канделер Э. (2005) Биохимическая характеристика профилей городских почв в Штутгарте, Германия.Почва Биол Биохим 37: 1373–1385
  30. 30. Raciti SM, Hutyra LR, Rao P, Finzi AC (2012) Несогласованные определения «городского» приводят к различным выводам о размере городских запасов углерода и азота. Ecol Appl 22: 1015–1035
  31. 31. Скаленге Р., Малучелли Ф., Унгаро Ф., Пераццон Л., Филиппи Н. и др. (2011) Влияние 150 лет землепользования на антропогенные и естественные запасы углерода в регионе Эмилия-Романья (Италия). Environ Sci Technol 45: 5112–5117
  32. 32.McGroddy ME, Daufresne T, Hedin LO (2004) Масштабирование стехиометрии C: N: P в лесах по всему миру: последствия земных соотношений типа Редфилда. Экология 85: 2390–2401
  33. 33. Haile-Mariam S, Collins HP, Wright S, Paul EA (2008) Фракционирование и длительная лабораторная инкубация для измерения динамики органического вещества почвы. Soil Sci Soc Am J 72: 370–378
  34. 34. Wei ZQ, Wu SH, Zhou SL, Lin C (2013) Установка непроницаемых поверхностей в городских районах влияет на микробную биомассу, активность (потенциальную минерализацию углерода) и функциональное разнообразие мелкозема.Soil Res 51: 59–67
  35. 35. Фернандес Дж. М., Плаза С, Эрнандес Д., Поло А (2007) Минерализация углерода в засушливой почве, дополненная термически высушенными и компостированными осадками сточных вод. Геодерма 137: 497–503

Как исправить жалкие почвы

У вас есть оголенные участки во дворе? Вы можете назвать эти участки с плохой почвой «жалкой почвой», потому что это жалкие примеры того, как должна выглядеть хорошая почва. Жизнь на Земле зависит от этого верхнего слоя почвы, потому что он способствует росту растений, фильтрует нашу воду и обеспечивает среду обитания для широкого круга живых организмов.Почва и растения идут вместе, но когда почва отходит, растения исчезают, и мы получаем «жалкую почву».

Почва становится «извиняющейся», когда ею злоупотребляют или ею пренебрегают. Злоупотребления могут принимать форму снятия верхнего слоя почвы и оставления глинистой почвы. Возможно, это вызвано уплотнением, когда тяжелая техника, автомобили или даже чрезмерное пешеходное движение заставляет почву уплотняться и становиться непроницаемой. Пренебрежение обычно принимает форму эрозии почвы, когда верхний слой почвы остается незащищенным растительным покровом и смывается во время сильных дождей.Почвы также могут страдать от нехватки питательных веществ, когда они чрезмерно засеваются или не пополняются известью и удобрениями, когда это необходимо.

Почвы состоят из трех основных слоев, называемых горизонтами A, B и C. Горизонт А - это верхний слой почвы, он должен быть рыхлым, легко выкапываемым или вспахиваемым. Во время дождя вода должна свободно проходить через хороший верхний слой почвы. Когда верхний слой почвы удаляется или смывается эрозией, горизонт B остается. Здесь, в Пьемонте в Северной Каролине, горизонт B будет красного или оранжевого цвета, и это будет глина.С красной глиной намного труднее работать, чем с песчаным верхним слоем почвы, она легко уплотняется, и воде может быть очень трудно проникнуть в нее. Горизонт C обычно представляет собой комбинацию горных пород и глины и является так называемым материнским материалом почвы. Некоторые почвы на юго-востоке также могут иметь горизонт O, обозначающий органическое вещество. Органическое вещество состоит из растительных остатков и разлагающихся частей растений и находится в верхней части верхнего слоя почвы. Трудно поддерживать горизонт O на юге, потому что органическое вещество быстро разрушается из-за нашей жары и влажности.Можно найти горизонт O на пастбищах и лужайках с постоянным травяным покровом, а лесная подстилка имеет значительный горизонт O из-за скопления листьев и гниющих растений. Редко можно найти органический слой в культивируемой или вспаханной почве, потому что культивирование ускоряет разложение органического вещества. Если у вас есть все 3 или 4 слоя почвы на вашем участке, лучший способ поддерживать его и даже наращивать - поддерживать растительный покров на почве, и чем тяжелее растительность, тем лучше.Растительность удерживает почву на месте, но также добавляет органические вещества, а корни помогают открывать почву и обеспечивают пищу для почвенных червей.

Итак, если у вас во дворе есть участок жалкой почвы, как вы его почините? Первым делом нужно разрыхлить твердую почву. Вы делаете это, перекапывая землю. Аэрация не разрыхляет уплотненную почву. Аэраторы для газонов делают небольшие ямки в почве, но на самом деле они уплотняют почву в отдельных ямках. Семена травы прорастают легче в ямах, созданных аэраторами, но аэраторы не исправят уплотненную почву.Твердую почву необходимо взламывать на глубину не менее 10–12 дюймов. Лучше всего это делать вручную с помощью лопаты или вилочного захвата, либо с помощью экскаватора с обратной лопатой. После разрыхления почвы добавьте и смешайте доломитовый известняк в порошке или гранулах и органические вещества, такие как зрелый компост, чтобы улучшить химический состав и текстуру только что перевернутой почвы. Большинство газонных трав, которые мы выращиваем, не произрастают в Северной Каролине и требуют pH почвы 6,0 или выше. У жалких почв будет pH 5,0 или намного ниже, и немногие растения будут расти на почвах с низким pH.

Как узнать, сколько добавить? Сделайте испытание почвы на вашем газоне и, в частности, на проблемных участках, и примените известь, как указано в отчете об испытании почвы. Испытания почвы проводятся Министерством сельского хозяйства штата Северная Каролина. Они стоят 4 доллара США с декабря по март и являются БЕСПЛАТНЫМИ с апреля по ноябрь (http://www.ncagr.gov/agronomi). В ForsythCounty вы можете принести образцы почвы в офис Cooperative Extension, и мы отправим их для вас в Роли. Обязательно прочитайте, как правильно собирать репрезентативную пробу (http: //www.ncagr.gov / agronomi / pdffiles / samhome.pdf). Если у вас нет почвенного теста, внесите известь из расчета 75 фунтов на 1000 квадратных футов и взбейте. почву и вспаханную почву. После того, как ваша почва была глубоко обработана, покрыта известью и в нее был внесен компост или другие органические вещества, сажайте семена травы или сажайте кусты, деревья или многолетние растения. Вы будете поражены тем, насколько хорошо они будут расти на вашей обновленной почве.

Узнайте больше на семинарах Forsyth Cooperative Extension, проводимых по всему графству!

Ливневая канализация и непроницаемое покрытие в Мэриленде

Родственная практика и юрисдикция


Департамент окружающей среды Мэриленда (MDE) в течение некоторого времени пытался потребовать от округов, в которых эксплуатируются муниципальные раздельные ливневые коллекторы (MS4), требование «восстановления» непроницаемых поверхностей для получения разрешения Национальной системы устранения сбросов загрязняющих веществ (NPDES). для сброса ливневой воды из этих MS4.MDE приняла этот подход, чтобы частично удовлетворить обязательства штата по соблюдению общей максимальной суточной нагрузки Чесапикского залива по питательным веществам и твердым веществам в соответствии с федеральным законом о чистой воде. MDE управляет разрешением NPDES в штате. В 2019 году мы отметили в этом блоге решение Апелляционного суда Мэриленда по делу Md. Dep’t of Envt. v. Коммунальные службы округа Кэрролл , 214 A.3d 61 (Мэриленд 2019), cert. отказано , 140 S. Ct. 1265 (2020), по большей части поддерживая индивидуальные разрешения MS4 для округов Фредерик и Кэрролл.

MDE выдало «общее разрешение» (то есть разрешение, выданное в той же форме всем аналогичным получателям разрешений) «небольшим» операторам MS4 - тем, кто обслуживает население менее 100 000 человек. В прошлом месяце Специальный апелляционный суд - промежуточный апелляционный суд Мэриленда - вынес решение об оспаривании этих разрешений. Maryland Small MS4 Coalition против Мэрилендского департамента Округа. , No. 1865, сентябрьский срок 2019 г. (Md. Ct. Spec. App. 29 апреля 2021 г.). Это мнение примечательно тем, что в нем приводится цитата из «Talking Heads» Once in a Lifetime , но суть не в этом.

По большей части, MS4 регулируется только в том случае, если на него поступает ливневая вода из «урбанизированной зоны». В некоторых округах, где работают небольшие станции MS4, очень мало «урбанизированных территорий». Кроме того, общее разрешение требовало, чтобы получатель разрешения предпринял шаги по «восстановлению» площади непроницаемой поверхности, равной 20 процентам непроницаемой поверхности в этой урбанизированной зоне. Это требование применяется, даже если водонепроницаемая поверхность в урбанизированной зоне не стекает в ливневую канализацию, принадлежащую округу; например, склад, торговый центр или жилой комплекс может иметь собственную систему ливневой канализации.

Суд постановил, что MDE не действовала произвольно или капризно просто потому, что подвергала всю MS4 разрешению, хотя большая часть его дренажа была не городской, или потому, что MDE наложила требование восстановления 20 процентов таким образом, что требовало восстановления поверхности снаружи. урбанизированный район. Однако суд постановил, что MDE не предоставила достаточно заблаговременного уведомления о причинах этого, и поэтому разрешение пришлось вернуть, чтобы получить дополнительные комментарии от возражающих округов.Предположительно, MDE должен будет рассмотреть поднятые вопросы, и произвольность его решения будет подвергнута дальнейшему оспариванию на любых новых основаниях.

Все эти усилия налагают прямые обязательства на округа и другие муниципалитеты, которые эксплуатируют системы ливневой канализации. Однако окончательные обязательства могут быть возложены на тех, кто владеет или разрабатывает участки с большим количеством непроницаемого покрытия. Как это разыграется и сколько именно стоков с существующих тротуаров или крыш необходимо будет пронести или иным образом обработать, может быть проблемой каждого округа.Оставайтесь в курсе.

© 2021 Greenberg Traurig, LLP. Все права защищены. Обзор национального законодательства, том XI, номер 130

Там, где растут развитые районы Америки

поправка

В предыдущей версии этой статьи неверно говорилось, что новый рост с марта 2020 года принес 1 триллион долларов нового богатства домовладельцам Бойсе, поскольку цены на жилье выросли на 25 процентов. Обе эти цифры относятся к США.Статья исправлена.

В период с 2001 по 2019 год застроенный ландшафт Америки - здания, дороги и другие сооружения - расширился на ранее неосвоенные районы, добавив более 14000 квадратных миль новой застройки по всей прилегающей территории Соединенных Штатов - площадь более чем в пять раз больше размер Делавэра.

Анализ данных, опубликованных Геологической службой США этим летом в Washington Post, показывает, где произошло наибольшее развитие. Пригороды расширяются в Аризоне и Неваде по мере того, как промышленность перемещается в Солнечный пояс, пенсионные сообщества появляются во Флориде по мере старения поколения бэби-бумеров, а в Северной Дакоте и Западном Техасе появляются нефтяные и газовые скважины.

Неравномерное развитие по всей стране во многом было вызвано ростом цен на жилье, по словам Альберта Саиза, доцента Департамента городских исследований и планирования Массачусетского технологического института.

«То, что объясняет расхождение в росте городов за последние 20, 30 лет, на самом деле - это рынок жилья », - сказал Саиз. По мере того, как прибрежные города становятся все более и более дорогими, наблюдается приток людей и предприятий в другие части страны, что создает идеальные условия для быстрого освоения доступных земель на юге и западе.

В округе Харрис, штат Техас, который включает Хьюстон, эта динамика привела к добавлению 200 квадратных миль новой застройки с 2001 года - увеличение на 21 процент.

«Хьюстон расположен в очень плоской части Техаса, где освоение земель проще простого, - сказала Маргарет Уоллес Браун, городской директор по планированию и развитию. «Вы могли видеть, где мы строим, далеко за горизонтом».

Изучите возможности роста в вашем регионе

Беспрепятственный рост может привести к новым проблемам для городов, поскольку человеческое развитие предъявляет новые требования к окружающей среде.

Исследователи и эксперты заявили, что взрывоопасная городская застройка способствовала интенсивному наводнению после урагана Харви, опустошившего Хьюстон в 2017 году. Город расположен на одной из наименее проницаемых почв в стране, а строительство непроницаемых поверхностей, таких как дороги во время наводнения - подверженные риску районы, усугубили неспособность города противостоять усугубляющимся стихийным бедствиям из-за изменения климата.

Вода из водохранилища Аддикс течет в районы, когда наводнение из Харви, а затем тропический шторм поднимаются в августе.29 августа 2017 года в Хьюстоне. (Дэвид Дж. Филлип / AP)

«У вас две проблемы с водой: слишком много воды или недостаточно», - сказал Саиз, имея в виду риск наводнения в низколежащих развитых районах в таких штатах, как Южная Каролина, Флорида и Техас, а также опасности нехватки воды на юго-западе США.

Нехватка воды в таких городах, как Лас-Вегас, является результатом устаревших договоров аренды воды из реки Колорадо.

«Мы наблюдали значительный рост населения, но никогда не видели большей доли или распределения воды», - сказал Райан Смит, исполняющий обязанности директора по экономическому и городскому развитию Лас-Вегаса.Население Лас-Вегаса и его окрестностей с 1990 года увеличилось втрое.

Распространение на юге и юго-западе

На юге и юго-западе города Феникс, Хьюстон и Лас-Вегас пережили взрывной рост за последние 20 лет. Округ Марикопа, в состав которого входит Феникс, добавил самую развитую территорию с 2001 года: более 270 квадратных миль.

В 1999 году Хьюстон принял новые законы о зонировании, положившие начало двум десятилетиям расширения города. Девелоперы отдавали приоритет многоквартирным таунхаусам и поощряли миграцию из других штатов и стран.Эти изменения привели к увеличению освоенных земель на 21 процент с 2001 года.

«Мы не ограничены другими городами. «Мы не ограничены географическими особенностями, такими как горы или реки», - сказал Уоллес Браун. «Расползание естественно для этого ландшафта».

В таких городах, как Лас-Вегас, также наблюдается резкий рост по мере того, как новые жители и предприятия переезжают в Солнечный пояс.

Лас-Вегас и его пригороды ожидают, что их население значительно вырастет в ближайшие десятилетия. (Joe Cavaretta / AP)

«Я думаю, что нам помогли низкие налоги, качество жизни и доступность.Я думаю, что профессиональный спорт помог сплотить сообщество. И в результате этого происходит дополнительное развитие, - сказал Смит. «Вегас готов к росту, потому что это действительно молодой город».

Город сталкивается с потенциальными недостатками своего роста, а также с ограничениями на будущий рост. В 2020 году большая часть земли Невады принадлежала федеральному правительству.

«У нас острая нехватка доступного жилья, как и в большинстве городов, но у нас его значительно больше», - сказал Смит.«Мы должны посмотреть на доступные федеральные земли и попытаться получить их для будущего роста».

В то время как Лас-Вегас исторически рос горизонтально, Смит ожидает, что в будущем центр города будет развиваться по вертикали.

Боны гидроразрыва в Северной Дакоте и Западном Техасе

В Северной Дакоте и Западном Техасе два десятилетия нефтяных бонов испещрены ландшафтом.

В округе Маккензи, Северная Дакота, к югу от Уиллистона, Северная Дакота, за период с 2001 по 2019 год площадь освоенных земель увеличилась на 66 процентов.Несмотря на то, что нефтяной бум в западной части Северной Дакоты замедлился из-за падения цен на нефть, остатки роста остаются.

Домкрат масляного насоса недалеко от Уотфорд-Сити в округе Маккензи, Северная Дакота, в 2011 году. (Мэтью Ставер / Bloomberg News)

Аналогичная история разворачивается в Западном Техасе, где произошел взрывной рост населения наряду с новыми разработками нефти и природного газа. Девятнадцать из 25 самых быстроразвивающихся округов страны по процентному соотношению находятся в Техасе.

Города среднего размера на горном западе быстро растут

Для городов среднего размера, таких как Бойсе, штат Айдахо, и Рино, штат Невада., доступность и близость к основным местам для пеших прогулок, катания на лыжах, горных велосипедах и других мероприятий на свежем воздухе очень привлекают жителей.

С марта 2020 года цены на жилье по всей стране выросли почти на 25 процентов, что привело к войне ставок за любой дом, который выставляется на продажу в таких городах, как Бойсе. Этот самый последний рост принес более 1 триллион долларов нового богатства существующим домовладельцам в Соединенных Штатах.

Бульдозер выравнивает землю, чтобы освободить место для новых домов на ранчо Картрайт, к северу от Бойсе, штат Айдахо, в этом году.(Энджи Смит для The Washington Post)

Коди Риддл, заместитель директора по текущему планированию в Бойсе, считает, что главным преимуществом является близость к природе с преимуществами городской территории. «Не становится слишком жарко, не становится слишком холодно. Летом можно плавать по рекам, а зимой - кататься на лыжах », - сказал он. «В центре города также есть городские удобства, которых желают люди».

«Как раз сегодня утром я увидел рысь, [находясь] на моем велосипеде», - добавил Риддл, посмеиваясь.

В Рино, известном как «Самый большой маленький город в мире», более половины прироста города обеспечили калифорнийцы и техасцы, многие из которых переехали в город в поисках работы в растущих передовых производственных и технологических секторах.В 2016 году Tesla открыла новую гигафабрику за городом. Но по мере роста Рино и Бойсе доступность жилья может препятствовать будущему росту. В Рино средняя цена существующего дома на одну семью недавно достигла полумиллиона долларов.

Заглядывая в будущее

Саиз ожидает, что демографические сдвиги будут и дальше приводить к новому развитию в ранее неосвоенных регионах, даже несмотря на то, что Соединенные Штаты сталкиваются с усугубляющимся климатическим кризисом.

«Старшее население будет расти, что поддерживает рост Флориды и Юго-Запада», - сказал Саиз.«Вам нужно больше услуг, больше больниц, больше врачей, больше исследований».

«У вас больше роста в некоторых из этих областей, а затем вы испытываете невероятно неопределенное влияние изменения климата… оно либо плохое, либо очень плохое».

Об этой истории

Редактирование Лорен Тирни, Кевин Урмахер и Тим Меко.

The Washington Post проанализировала данные из Национальной базы данных земельного покрова Геологической службы США, чтобы визуализировать рост освоенных земель в период с 2001 по 2019 год.

Застроенная земля означает любую территорию размером 30 на 30 метров, определенную USGS как содержащую любую непроницаемую поверхность, такую ​​как дороги, здания или другие искусственные сооружения. Геологическая служба США использует спутниковые снимки Landsat, местоположения дорог и другие исходные данные для получения этого набора данных.

Данные недоступны для Аляски и Гавайев.

Оценки на уровне округов на 2001 и 2019 годы были рассчитаны с использованием границ округов 2019 года.

Данные о воде взяты из Национального набора гидрографических данных.Дорожные данные взяты из Natural Earth.

Перейти к основному содержанию Поиск