ВТОРЖЕНИЕ СОЛЕНЫХ ВОД В ВОДОНОСНЫЕ ГОРИЗОНТЫ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ

4.3. ВТОРЖЕНИЕ СОЛЕНЫХ ВОД В ВОДОНОСНЫЕ ГОРИЗОНТЫ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ

Ожидается, что глобальное изменение климата и чрезвычайные погодные явления (например, сильные ураганы, засухи и наводнения) будут оказывать отрицательное влияние на количество и качество водных ресурсов (EEA, 2007 г.) ²², усиливая антропогенную нагрузку на поверхностные и подземные водные ресурсы (Hiscock и Tanaka, 2006 г.) ²³ в результате роста численности населения земного шара и спроса на питьевую воду. Подземные воды являются одним из ключевых источников водоснабжения, особенно для питьевых целей. По сути дела, в мире более 2 млрд. людей зависят от подземных вод, используемых для повседневного водопотребления (Kemper, 2004 г.)²⁴.

С точки зрения качества воды чрезвычайные сухие периоды могут привести к снижению способности к растворению и увеличению концентрации загрязняющих веществ в подземных водоносных горизонтах, особенно в неограниченных. В количественном выражении сокращение пополнения подземных вод в сухие периоды и увеличение водозабора из-за более высоких температур могут усилить напряженную ситуацию с водой, снижая уровень подземных вод.

В частности, в прибрежных областях, где спрос на воду очень высок из-за плотности населения, сельского хозяйства и туризма, последствия влияния чрезвычайных погодных явлений на пресные водоносные горизонты могут обостряться интрузией морской воды в пресные водоносные горизонты.

Более сильные штормовые волны, возникающие во время чрезвычайных штормов, в сочетании с повышением уровня моря могут вызвать намного более сильные уровни прибрежной эрозии, которая, в свою очередь, влияет на уровни интрузии солености в прибрежные пресноводные ресурсы²⁵.

Прибрежные пресные водоносные горизонты являются стратегическими ресурсами, которые дают воду для многих важных целей, включая городское водоснабжение, водоснабжение домашних хозяйств, орошение культур и обеспечение водой производственных процессов. В дополнение к угрозам, создаваемым чрезвычайными явлениями и повышением уровня моря, вторжение соленой воды в подземные воды может быть усилено забором воды и чрезмерной эксплуатацией человеком.

В целом достаточно лишь 5% загрязнения пресной воды морской, чтобы препятствовать многим важным видам водопользования, включая питьевое водоснабжение, орошение культур, парков и садов, а также создать угрозу экосистемам, зависящим от подземных вод²⁶. Соответственно, предотвращение вторжения соленой воды в прибрежные водоносные горизонты является ключевым вызовом не только для поддержания необходимого качества воды для потребления человеком, но и для обеспечения других возможных направлений использования подземных вод человеком, особенно в условиях прогнозируемого изменения климата и чрезвычайных ситуаций.

На международном и европейском уровне для защиты здоровья человека от отрицательного воздействия загрязнения питьевой воды соленой водой используются стандарты качества воды. Предельные значения сульфатов/хлоридов/проводимости полезны для оценки вторжения морской воды и вторжений солей, поступающих не с морской водой в подземные воды (Директива ЕС по подземным водам²⁷). В Директиве по питьевой воде²⁸ (ДПВ, 98/83/EC) установлен предел солености, измеряемый проводимостью, равный 2500 μS/cm.

По данным Всемирной организации здравоохранения (WHO, 2006) не было предложено рекомендованного значения, основанного на факторах здравоохранения, содержания хлоридов в питьевой воде (превышение 250 мг/л может вызвать ощутимое изменение вкуса воды). В 2006 г. ВОЗ заявила, что среднедневное потребление сульфатов, поступающих с питьевой водой, воздухом и пищей, составляет около 500 мг, причем основным источником является пища. Существующие данные не определяют уровень сульфатов в питьевой воде, который мог бы вызвать негативное воздействие на здоровье человека. Однако из-за желудочно-кишечных эффектов, возникающих при употреблении питьевой воды с высоким содержанием сульфатов, рекомендуется, чтобы органы здравоохранения уведомлялись об источниках питьевой воды, в которых концентрация сульфатов превышает 500 мг/л.

Имеются также важные стандарты качества для установления пригодности качества подземных вод для целей орошения и защиты растений от загрязнения соленой водой. По данным Camberato (2001 г.)²⁹ вода для орошения классифицируется на четыре категории в зависимости от угрозы засоления, которая учитывает потенциал повреждения растений и сопутствующие меры по управлению, необходимые для использования в качестве источника орошения. См. ниже Табл. 10. Классификация соленой воды для орошения (источник: USDA):

Табл. 10. Классификация соленой воды для орошения (источник: USDA)

В дополнение к стандартам качества воды необходимы системы мониторинга подземных вод, особенно в прибрежных областях, где важно отслеживать загрязнение соленой водой. Важной задачей является реализация программ мониторинга для защиты качества питьевой воды. Использование надлежащим образом спроектированных сетей мониторинга может помочь оптимизировать количество пунктов отбора проб, выбрать соответствующее время и место отбора, а также построить эффективную и оптимизированную сеть отбора проб (Marangani, 2008 г.). Еще одним инструментом для помощи менеджерам в обнаружении вторжения морской воды и мониторинга загрязнения в будущем прибрежных водоносных горизонтов является применение интегрированных показателей.

Как отмечают Edet and Okerekean (2001 г.), мониторинг должен основываться на индексе оценки (ИО), учитывающем следующие показатели вторжения соленой воды: общее количество растворенных твердых частиц (РТЧ), плотность (П), содержание натрия (Na), содержания хлоридов (Cl) и соотношение Br/Cl. Кроме того, чтобы охарактеризовать сложность засоления и процессы развития подземных вод, а также определить пространственное распространение загрязнения соленой водой, Di Sipio et al. (2006 г.) ³⁰ предложили использовать геохимический и изотопный анализы, связанные с данными электропроводимости.

В целом, программы гидрогеологических исследований для оценки процессов вторжения солей требуют использования специальных колодцев для мониторинга и пьезометров, отбора проб воды и проверки работы водоносных горизонтов/качества воды. Использование многоглубинных колодцев для мониторинга, включая несколько пьезометров, установленных на различных глубинах, может помочь при контроле уровней подземных вод и качества воды, а также определить, есть ли гидравлический градиент от побережья к насосным колодцам, указывающий на возможное вторжение морской воды (Wesley и Crawford, 2008).

Чтобы оценить потенциальные воздействия и риски вторжения морской воды в прибрежные системы водоносных горизонтов и задействовать соответствующие системы мониторинга и меры по адаптации, особенно при возникновении чрезвычайных погодных явлений, необходимо охарактеризовать подверженность климатическим факторам и чувствительность подземных водных ресурсов к климатическим изменениям и чрезвычайным явлениям (см. также главу 2).

Комплексные знания природы климатических изменений в пространстве и времени жизненно необходимы для характеристики подверженности и, следовательно, климатических стрессоров, влияющих на систему. Комбинирование гидрологических и гидрогеологических моделей с климатическими моделями дает возможность приспособить глобальную климатическую модель (ГКМ) и включить улучшенные презентации гидрологических процессов.

Кроме того, комбинирование статистических методов и регионального моделирования может использоваться для уменьшения масштабов климатических моделей и моделирования чрезвычайных погодных явлений и изменчивости климата в будущем.

Итак, региональные гидрологические модели и модели подземных вод, объединенные с климатическими и статистическими моделями позволяют учесть баланс подземных вод в водоносном горизонте и смоделировать вторжение соленой воды при настоящем и будущем сценариях изменения климата. Наконец, наряду с интегрированным моделированием эмпирические подходы, такие как «аналоговый подход», дают информацию, которая более конкретна, нежели полученная из ГКМ. Реконструируя климат в прошлом (т.е. температуры и осадки) в данной области, можно использовать эти подходы для построения будущих сценариев по аналогии (Dragoni and Sukhija, 2008)³¹.