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Água Subterrânea - Geociências

Água Subterrânea - Geociências


Efeitos da composição e compactação de sedimentos no bombeamento de águas subterrâneas no vale de San Joaquin

por Veronica Guerra

I. História do uso de água subterrânea no Vale Central da Califórnia

A demanda original por água subterrânea no Vale Central remonta à corrida do ouro na Califórnia (Ref. 1). Em meados de 1800, os colonos da Corrida do Ouro começaram a cultivar no Delta e no Vale Central (Ref. O surgimento da agricultura exigiu novas fontes de água e métodos de transporte, especialmente no Vale de San Joaquin (Ref. Isso foi remediado em parte pelas águas subterrâneas desenvolvimento, que começou na Califórnia por volta de 1880 (Ref. Em 1913, os poços de bombeamento se tornaram um método eficaz de recuperação de água subterrânea no Vale Central (Ref. O bombeamento de água subterrânea persistiu por anos, mas com efeitos adversos (Ref. De 1926 a 1970, o bombeamento causado compactação generalizada de sedimentos de granulação fina e "subsidência significativa da terra" (subsidência superior a 1 pé) em cerca de metade do Vale de San Joaquin, mesmo excedendo 26 pés em certas localidades (Refs. 1, 2, 3).

No início da década de 1970, o bombeamento de água subterrânea finalmente começou a declinar (Ref. 2). Com a crescente dependência das importações de água superficial, a compactação da terra desacelerou e os níveis de água subterrânea começaram a se recuperar de forma constante (Ref. No entanto, as condições de seca de 1976-77, 1986-92, 2007-09 e 2012-2015 reduziram a disponibilidade de água superficial e, portanto, impulsionou aumentos no bombeamento de água subterrânea, fazendo com que os sedimentos se compactassem novamente e os níveis de água diminuíssem para níveis quase históricos (Refs. 2, 3).

II. Sobre o vale de San Joaquin

A. Bacias

O Vale de San Joaquin é formado por duas bacias: a Bacia de San Joaquin e a Bacia de Tulare (Ref. 1).

A Bacia de San Joaquin é composta pelo Rio San Joaquin, parte da Baía de San Francisco / Sacramento - Delta do Rio San Joaquin (doravante denominado "Delta") e cidades populosas, incluindo Merced, Modesto, Stockton e Turlock (Ref. A maioria de a terra nesta bacia é usada para agricultura, criando uma forte dependência de água subterrânea (Ref. A água subterrânea representa até 30% do abastecimento anual de água da região que é usada para fins agrícolas e urbanos (Ref. 1).

A Bacia de Tulare é o local de drenagem dos rios Kings, Kaweah, Kern e Tule (Ref. Muitos desses rios formaram lagos que secaram há muito tempo e cujas águas de alimentação foram desviadas para irrigação (Ref. Hoje, grande parte da Bacia de Tulare é usado para agricultura e extração de petróleo (Ref. É também o lar de grandes cidades, incluindo Bakersfield, Fresno e Visalia (Ref. Como tal, a água subterrânea tem sido uma importante fonte de água para usos agrícolas e urbanos (Ref. Até o início 2000, as águas subterrâneas constituíram uma esmagadora maioria do abastecimento total de água da Bacia de Tulare (≥ 69% de 1998-2001) e a totalidade do abastecimento de água de Fresno e Visalia (Ref. Desde então, programas de recarga de águas subterrâneas foram implementados por distritos de água para desfazer alguns do dano (Ref. 1).

B. Questões da Água Subterrânea

Declínios no armazenamento de água subterrânea têm sido proeminentes no Vale de San Joaquin (Ref. Como resultado do bombeamento de água subterrânea, os níveis de água na década de 1960 caíram "para mínimos históricos no vale de San Joaquin ocidental" e ocorreu grande subsidência de terra (Ref. Mais tarde naquela década , o problema foi de certa forma remediado com o início de um sistema de distribuição de água de superfície, que distribuiu água do Vale do Sacramento e do Delta para o "Vale San Joaquin fortemente bombeado" (Ref. No início dos anos 1970, o sistema "estava totalmente funcional" e ajudou a recuperar os níveis de água subterrânea “nas partes norte e oeste do Vale de San Joaquin” (Ref. Em 2009, no entanto, os níveis de água subterrânea e armazenamento ainda estavam diminuindo (Ref. 1).

III. Efeitos do bombeamento de água subterrânea na qualidade da água

Embora certos minerais e oligoelementos sejam normalmente encontrados naturalmente nas águas subterrâneas, as atividades humanas podem influenciar sua concentração (Ref. 4). Entre esses materiais cujas concentrações foram afetadas pelo bombeamento de água subterrânea no Vale de San Joaquin estão o cloreto, o nitrato e o arsênico (Refs. 5, 6, 7).

A. Cloreto e nitrato

De acordo com os mapas de distribuição espacial de cloreto da Bacia de San Joaquin, as concentrações de cloreto na água subterrânea aumentam em direção ao Delta (ver Fig. 1) (Refs. 5, 6). As concentrações da água do poço localmente excedem 100 mg / L ou 250 mg / L, enquanto os poços mais a leste têm concentrações de menos de 50 mg / L (Refs. O cloreto extra pode estar entrando nas águas subterrâneas de qualquer uma das três fontes potenciais: retorno de irrigação, delta sedimentos e depósitos mais profundos como resultado do bombeamento de água subterrânea (Ref. 5).

A água dessas três fontes pode ser diferenciada por suas concentrações de cloreto. A água do retorno da irrigação tem uma concentração relativamente baixa de cloreto, mas alta concentração de nitrato (Ref. 5). Em contraste, a água de sedimentos delta e depósitos mais profundos têm altas concentrações de cloreto (Ref. Izbicki et al. E Metzger sugerem que essas duas fontes são os maiores contribuintes de cloreto para as águas subterrâneas (Refs. 5, 6).

Evidentemente, a composição do sedimento pode ter um efeito profundo na qualidade da água. Quando a água é bombeada em áreas que estão em contato com delta ou sedimentos profundos, minerais e elementos nocivos podem ser puxados para a água, tornando-a imprópria para beber.

Figura 1. Mapa das concentrações de cloreto na Bacia de San Joaquin. Legenda: branco = menos de 50 mg / L; verde = 50-100 mg / L; amarelo = 100-250 mg / L; vermelho = mais de 250 mg / L. De Metzger (Ref. 6).

B. Arsênico

Duas formas tóxicas de arsênio apareceram na água do poço na sub-bacia de águas subterrâneas de San Joaquin Oriental: arsenito (As III) e arsenato (As V) (Ref. De 1974 a 2001, concentrações de arsênio em até um terço dos poços nesta área excedeu o Nível Máximo de Contaminante (MCL) de 10 μg / L e excedeu localmente 60 μg / L (ver Fig. 2) (Ref. 8). As concentrações normalmente aumentam em direção ao Delta, bem como as concentrações de cloreto, e aumentam com a profundidade (Ref. . Isso é preocupante porque o bombeamento pode influenciar os níveis de arsênio (Ref. Simulou a resposta ao bombeamento de água subterrânea na Sub-bacia de San Joaquin usando MODFLOW (Ref. Eles descobriram que quando o bombeamento persistiu por 1.000 dias, depósitos mais profundos "contribuíram cada vez mais para o rendimento do bem ”; os níveis de arsênio aumentaram de acordo (Ref. 8).

Figura 2. Mapa das concentrações de arsênio na Bacia de San Joaquin. De Izbicki et al., 2014 (Ref. 5).

O arsênico nesta área pode vir de várias fontes. A fonte primária é a meteorização de minerais contendo arsênio de depósitos vulcânicos ou aluviões de Sierra Nevada (Ref. Isso inclui minerais de sulfeto de ferro como a pirita, que geralmente contêm arsênio em suas estruturas cristalinas (Refs. 5, 8). No entanto, o quantidade de arsênio pode variar dependendo se a pirita é um mineral primário ou secundário (Refs. Na Bacia de San Joaquin, cristais de pirita octaédrica, um mineral primário, foram encontrados para conter até 4% de arsênio em peso (Refs. Em contraste, os cristais de piritoedro gêmeos, um mineral secundário, não continham nenhum (Refs. 5, 8).

As concentrações de arsênio também aumentam com o pH e sob condições anóxicas (Ref. Quando os grãos minerais são revestidos em óxido de ferro e manganês, o arsênio pode ser dessorvido quando o pH é maior que 7,6 ou ser liberado por dissolução redutiva sob condições anóxicas (Ref. 8).

Semelhante ao cloreto e ao nitrato, as concentrações de arsênio nas águas subterrâneas dependem da composição dos grãos minerais individuais que constituem os depósitos profundos; no entanto, os níveis de pH e oxigênio também desempenham um papel. Portanto, é importante que a composição dos depósitos profundos seja considerada antes do bombeamento. Caso contrário, como os resultados de Izbicki et al. sugerem, a contribuição de arsênio desses depósitos pode ser aumentada (Ref. 8).

4. Efeitos do bombeamento de água subterrânea sobre os níveis de água e subsidência do solo

A. Como o bombeamento de água subterrânea causa subsidência da terra

O processo de bombeamento de água subterrânea no Vale Central tem efeitos irreversíveis sobre os níveis de água e subsidência da terra (ver Fig. 3). O bombeamento persistente desde a década de 1960 fez com que os níveis de água diminuíssem significativamente (Ref. 9). Quando os níveis de água diminuem, os depósitos de grãos finos se compactam irreversivelmente porque drenam muito lentamente, causando “extensa subsidência da terra” no Vale de San Joaquin (Refs. 1, 9). Em 1970, cerca de metade do Vale de San Joaquin (cerca de 5200 milhas2) diminuiu em pelo menos 1 pé (Ref. 1).

Figura 3. Mapa de subsidência de terras no Vale Central. Extraído de Faunt, ed., 2009 (Ref. 1).

B. Áreas afetadas por subsidência de terra

Três áreas no Vale de San Joaquin foram significativamente afetadas pelo afundamento da terra como resultado do bombeamento de água subterrânea: "(1) 1500 mi2 na área da cidade de Los Banos-Kettleman, (2) 800 milhas2 na área de Tulare-Wasco, e (3) 400 mi2 na área de Arvin-Maricopa "(Ref. A área da cidade de Los Banos-Kettleman experimentou quedas de carga de até 500 pés" na parte confinada do aquífero "devido ao bombeamento de água subterrânea (Ref. Isso causou compactação inelástica de depósitos de argila, resultando na subsidência da terra de até 28 pés (Ref. 1).

Outras áreas afetadas fora do Vale de San Joaquin incluem o Vale do Sacramento e o Condado de Yolo (Ref. Estudos do início a meados da década de 1990 mostraram que o Vale do Sacramento experimentou até 4 pés de afundamento desde 1954 enquanto o Condado de Yolo estava apenas começando a experimentar afundamento de vários pés (Ref. 1).

C. Subsidência recente da terra

De 2008-2010, que coincidiu com a seca de 2007-09, 1.200 mi2 do vale do norte de San Joaquin diminuiu a uma taxa de 0,5-11 in / ano (Ref. 10). Pesquisas mostraram que essas taxas continuaram pelo menos até 2013, embora grande parte deste período não tenha sido um período de seca (Ref. Isso sugere que a subsidência é altamente dependente das importações de água de superfície (Ref. Quando as importações de água de superfície são baixas, mais água subterrânea é extraída , impulsionando o afundamento da terra (Ref. Um abastecimento confiável de água de superfície pode ser crítico para recuperar os níveis de água e desacelerar o afundamento no futuro (Ref. 10).

V. Esforços atuais

Modelos estão sendo usados ​​atualmente para simular e compreender os efeitos do bombeamento de água subterrânea no Vale Central e suas futuras condições hidrológicas, incluindo o Modelo Hidrológico do Vale Central (CVHM), Modelos Climáticos Globais (GCM) e MODFLOW (Refs. 1, 8, 9). Os resultados desses estudos podem ajudar a orientar futuras decisões tomadas para ajudar a monitorar e gerenciar os níveis e subsidência das águas subterrâneas.

Referências

1. Faunt, C.C., ed., 2009, Groundwater Availability of the Central Valley Aquifer, Califórnia: U.S. Geological Survey Professional Paper 1766, 225 p., Https://pubs.usgs.gov/pp/1766/

2. Canal Delta-Mendota: Avaliação das condições da água subterrânea e subsidência da terra: United States Geological Survey, https://ca.water.usgs.gov/projects/c...ota-canal.html.

3. Subsidência de Terra no Vale de San Joaquin: Pesquisa Geológica dos Estados Unidos, https://www.usgs.gov/centers/ca-wate...center_objects

4. Fram, MS, 2017, Qualidade da água subterrânea na unidade de estudo Western San Joaquin Valley, 2010: Projeto da Bacia Prioritária GAMA da Califórnia: Relatório de Investigações Científicas do US Geological Survey 2017–5032, 130 p., Https://doi.org/10.3133 / sir20175032.

5. Izbicki, JA, Metzger, LF, O'Leary, DR, 2014, Visão geral dos resultados do estudo USGS na sub-bacia de águas subterrâneas do nordeste de San Joaquin: Implicações para a qualidade da água e recarga das águas subterrâneas: US Geological Survey, https: //ca.water. usgs.gov/projects/c...y_recharge.pdf.

6. Metzger, L., 2014, Chloride Mapping on the Basis of Electromagnetic Log Data: U.S. Geological Survey, https://ca.water.usgs.gov/projects/c...de_mapping.pdf.

7. O'Leary, D., Izbicki, J., 2014, Movimento da água de recarga da superfície da terra para poços: US Geological Survey, https://ca.water.usgs.gov/projects/c...rge_water_. pdf.

8. Izbicki, JA, Stamos, CL, Metzger, LF, Halford, KJ, Kulp, TR, Bennett, GL, 2008, Source, Distribution, and Management of Arsenic in Water from Wells, Eastern San Joaquin Ground-Water Subbasin, Califórnia : Arquivo aberto do US Geological Survey 2008-1272, 8 p, https://pubs.usgs.gov/fs/2009/3057/.

9. Modelo Hidrológico do Vale Central (CVHM): U.S. Geological Survey, https://ca.water.usgs.gov/projects/c...ogic_Model.pdf.

10. Sneed, M., 2014, Land Subsidence ao longo do Canal Delta-Mendota na parte norte do Vale de San Joaquin, Califórnia: US Geological Survey, https://ca.water.usgs.gov/projects/c .. .dota-Canal.pdf.


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