Моделирование загрязнения нитратами и уязвимости ресурсов подземных вод с использованием моделей MODFLOW и DRASTIC

Jul 06, 2023

Том 13 научных докладов, Номер статьи: 8211 (2023) Цитировать эту статью

227 Доступов

Подробности о метриках

Активы подземных вод являются наиболее важными ресурсами пресной воды, доступными для людей, особенно в засушливых и полузасушливых регионах. Для исследования временных изменений загрязнения подземных вод нитратами и роли сельского хозяйства и других источников в загрязнении подземных вод была использована информация о 42 колодцах с питьевой водой с подходящим распределением на равнине на равнине Буэн-Даран в центре Ирана. Результаты показали, что величина гидравлической проводимости на равнине для разных участков после калибровки в установившемся режиме рассчитывалась в пределах от 0,8 до 34 м/сут. После калибровки модели в постоянных условиях модель калибровалась в непостоянных условиях в течение 2 лет. Результаты показали, что на обширной территории региона концентрация нитрат-ионов имеет значения более 25 мг/л. Это показывает, что средняя концентрация этого иона в регионе в целом высока. Наибольший уровень загрязнения водоносного горизонта равнины приходится на южную и юго-восточную части равнины. Из-за сельскохозяйственной деятельности с использованием большого количества удобрений на этой равнине во всех местах существует вероятность загрязнения, что требует систематизированного и исполнительного планирования сельскохозяйственных операций, а также использования источников подземных вод. Метод оценки уязвимости DRASTIC полезен только для оценки территорий с высоким потенциалом загрязнения и, согласно проверочным тестам, также дает подходящую оценку.

Ресурсы подземных вод являются наиболее важными ресурсами пресной воды, доступными человеку. Развитие сельского хозяйства из-за увеличения численности населения и требований продовольственной безопасности привело к загрязнению грунтовых вод, что вызвано несколькими факторами, такими как эрозия почвы и чрезмерное использование удобрений и пестицидов. Неспособность применить соответствующие решения по управлению вызывает сложные и более серьезные проблемы, такие как распространение болезней, вызванных загрязненной водой, гибель водных животных и разрушение водно-болотных угодий и рек1,2.

С другой стороны, сельское хозяйство всегда считалось крупнейшим потребителем пресной воды. Вода, используемая в сельском хозяйстве, всегда возвращается на поверхность и в грунтовые воды по цепочке. Однако сельское хозяйство является одновременно причиной и жертвой загрязнения воды3,4. Поэтому важно управлять как развитием аграрного сектора, так и качеством ресурсов подземных вод.

Под грунтовыми водами понимают воду, которая находится под поверхностью земли и может собираться в колодцах, туннелях и дренажных галереях. Также грунтовые воды могут естественным образом вытекать на поверхность земли в виде родников5. Ресурсы подземных вод распределены неравномерно во всех частях твердой земной коры. Эта проблема усложняет процесс управления и моделирования этих ресурсов. Существующие уравнения в процессе моделирования уровня грунтовых вод могут быть решены в виде математической модели двумя аналитическими и численными способами. Сложность системы водоносных горизонтов, неоднородность геологических формаций, различные объемы закачки и питания в разное время и т. д. делают численные модели заменой аналитических моделей в естественной среде6,7.

Численные методы, основанные на использовании компьютеров, становятся основным инструментом решения задач в природной среде. При аналитическом решении основных уравнений потока подземных вод необходимо использовать ряд упрощений. В этих упрощениях учитываются такие предположения, как однородность и одномерный или двумерный поток. Аналитические методы обычно применяют в гидравлике скважин. Численные решения очень широки и, имея доступ к современным компьютерам, они более полезны, чем сложные аналитические решения8. При моделировании подземных вод используются пять численных методов: методы конечных разностей, методы конечных элементов, методы граничных интегральных уравнений, комплексные методы конечных разностей и методы аналитических элементов.