En grundvandsmagasin , eller grundvandsmagasin ( engelsk aquifer ) [1] , er en sedimentær bjergart repræsenteret af et eller flere indlejrede underjordiske lag af bjergarter med varierende grader af permeabilitet . Fra det underjordiske lag af vandgennemtrængelige sten eller ikke-konsoliderede materialer (grus, sand, silt, ler) kan grundvand udvindes ved hjælp af en brønd.
Lagene er delvist sammensat af løse materialer: grus , dolomit , silt , kalksten , mergel eller sand . Revner eller hulrum mellem lagene er fyldt med grundvand . Horisonten er afgrænset enten af to vandtætte lag (normalt ler ) eller af et vandtæt lag og en beluftningszone .
Til udvinding af vand fra grundvandsmagasiner bores brønde (boring) , som er en integreret del af vandindtagsfaciliteter .
Akviferer kan være i forskellige dybder. Dem, der er tættere på overfladen, bruges ikke kun oftere end andre som kilder til vand til forbrug og kunstvanding , men bliver også oftere genopfyldt af nedbør. Mange ørkenområder indeholder kalkstensbakker eller bjerge, der kan indeholde grundvand. Overfladevandsmagasiner, hvorfra vand udvindes, findes i dele af Atlasbjergene i Nordafrika , i Libanon- og Anti - Libanon - områderne i Syrien , Israel og Libanon , i dele af Sierra Nevada og andre bjerge i det sydvestlige USA .
Overdreven brug kan føre til lavere grundvandsstand. Langs kysterne i nogle lande, såsom Libyen og Israel, har befolkningstilvækst og øget vandforbrug ført til et fald i grundvandsniveauet og efterfølgende forurening med salt havvand .
Geologiske materialer kan klassificeres som cementerede bjergarter eller ukonsoliderede (frie) aflejringer. Cementerede klipper kan dannes af sandsten, skifer, granit og basalt. Ukonsoliderede bjergarter indeholder granulerede materialer som sand, grus, silt og ler. De fire hovedtyper af akvifer er:
Grundvand i alluvium er placeret i porerummet mellem partiklerne, og i komprimerede bjergarter - i revner. Mængden af vand, som en grundvandsmagasin kan rumme, afhænger af dens porøsitet, som er porerummet mellem sedimentkorn eller mængden af sprækker i bjergarten. For vandets bevægelse i klippen er det nødvendigt, at porerummene er forbundet med hinanden. Grundvand bevæger sig meget langsomt inde i grundvandsmagasinet, og bevægelseshastigheden afhænger af størrelsen af rummene i jorden eller klippen, disse rums indbyrdes forbindelse og vandoverfladens trykgradient.
Grovkornede sedimenter som sand og grus har højere porøsitet end finkornede sedimenter som ler og silt og bedre poreforbindelse. Grovkornede materialer er mere permeable på grund af det faktum, at de har store sammenhængende rum eller revner, der tillader vandet at strømme.
I nogle tilfælde kan porerum fyldes med finkornede aflejringer, hvilket reducerer porøsiteten og hæmmer vandets bevægelse, hvilket karakteriserer grundvandsmagasinet som dårligt permeabelt. Det er meget vigtigt at være i stand til at bestemme sådanne karakteristika for en grundvandsmagasin som permeabilitet for at forudsige grundvandets adfærd i en grundvandsmagasin.
I ukonsoliderede grundvandsmagasiner dannes grundvand fra porerum mellem grus, sand og siltpartikler. Hvis grundvandsmagasinet er afgrænset af lag med lav permeabilitet, forårsager det reducerede vandtryk i sandet og gruset langsom dræning af vand fra tilstødende grænselag. Hvis disse grænselag er sammensat af komprimerbart silt eller ler, reducerer tabet af vand til grundvandsmagasinet vandtrykket i grænselaget, hvilket får det til at komprimeres fra vægten af de overliggende geologiske materialer. I nogle tilfælde kan denne kompression observeres på jordens overflade i form af nedsynkning. Meget af nedsynkningen fra grundvandsindvindingen er permanent (det elastiske tilbageslag er lille). Nedsynkningen er således ikke kun konstant, men den komprimerede grundvandsmagasin har en permanent reduceret vandholdeevne.
Akviferer nær kysten har en ferskvandslinse nær overfladen og tættere havvand under ferskvandet. Havvand infiltrerer en akvifer, der diffunderer fra havet og er tættere end ferskvand. For porøse (dvs. sandede) grundvandsmagasiner nær kysten er ferskvand over saltvand omkring 12 meter tykt for hver 0,3 m ferskvandshøjde over havets overflade . Dette forhold kaldes Gieben-Herzberg-ligningen. Hvis der pumpes for meget grundvand nær kysten, kan saltvand sive ind i ferskvandsakviferer og forurene drikkevandsforsyningerne. Mange kystnære grundvandsmagasiner, såsom Biscayne Aquifer nær Miami og New Jersey Coastal Plain Aquifer, oplever problemer med saltvandsindtrængning som følge af pumpning og stigende havniveauer.
Akviferer i overfladevandingsområder i semi-tørre zoner med genbrug af de uundgåelige tab af kunstvandingsvand , der siver ned i grundvandet gennem supplerende kunstvanding fra brønde, er i risiko for tilsaltning [2] .
Overfladevandingsvand indeholder normalt salte i størrelsesordenen 0,5 g/l eller mere, og det årlige vandingsbehov er i størrelsesordenen 10.000 m 3 /ha eller mere, så den årlige import af salt er i størrelsesordenen 5000 kg/ha eller mere [3] .
Under påvirkning af kontinuerlig fordampning kan saltkoncentrationen i vandførende vand konstant stige og i sidste ende forårsage miljøproblemer.
For at kontrollere saltholdigheden i et sådant tilfælde bør en vis mængde drænvand udledes fra grundvandsmagasinet hvert år gennem et underjordisk drænsystem og fjernes gennem et sikkert udløb. Afløbssystemet kan være vandret (dvs. ved hjælp af rør, flisedræn eller grøfter) eller lodret (gravedræning). For at vurdere afvandingsbehovet kan det være nyttigt at bruge en grundvandsmodel med en agrohydrosaltkomponent, såsom SahysMod.
En undersøgelse fra 2021 viste, at af de omkring 39 millioner undersøgte grundvand er 6-20 % i høj risiko for at tørre ud, hvis den lokale grundvandsstand falder med et par meter eller – som i mange områder og muligvis mere end halvdelen af de store grundvandsmagasiner [ 4] - vil fortsætte med at falde [5] [6] .
Det baltiske artesiske bassin - et område på 0,462 millioner km 2 , ligger på territoriet Estland, Letland, Litauen, Kaliningrad-regionen og delvist under Østersøen.
Det parisiske artesiske bassin - et område på 0,15 millioner km 2 , ligger i den nordlige del af Frankrig.
Moscow Artesian Basin, med et areal på 0,36 millioner km2 , ligger på territoriet af Moskva, Kalinin, Vladimir, Yaroslavl, Smolensk, Kaluga, Oryol, Tula og Ryazan-regionerne.
Det vestsibiriske artesiske bassin er verdens største artesiske bassin med et areal på 3 millioner km 2 , beliggende på territoriet af den vestsibiriske slette . Bassinet omfatter to hydrogeologiske niveauer adskilt af en tykkelse (mere end 800 m nogle steder) af lerholdige sedimenter.
The Great Artesian Basin , der ligger i Australien , er en af de største grundvandshorisonter i verden [7] (mere end 1,7 millioner km2 ) . Det spiller en stor rolle i vandforsyningen i Queensland og nogle fjerntliggende områder i det sydlige Australien.
Det østlige Sahara Artesian Basin (Libyan-Egyptian Artesian Basin) er det største i verden (3,49 millioner km 2 ), beliggende i det nordøstlige Afrika under Sahara-ørkenen. Omfatter Egyptens territorium, den nordlige del af Sudan, de østlige regioner af Libyen og de nordøstlige regioner af Tchad.
Great Sahara Artesian Basin (Algerisk-Tunisian Artesian Basin) - et område på 0,6 millioner km 2 , ligger hovedsageligt i Algeriet, dækker også den sydlige halvdel af Tunesien og delvist Libyen.
Udtømning af vandførende lag er et problem i nogle områder og er især kritisk i Nordafrika , såsom i Libyan Great Man Made River- projektet . Men ny grundvandshåndteringspraksis, såsom kunstig genopladning og overfladevandsinjektion i sæsonbestemte våde perioder, har forlænget levetiden for mange ferskvands akviferer, især i USA.
De diskontinuerlige sandlegemer ved bunden af McMurray-formationen i Athabasca Oil Sands-regionen i det nordøstlige Alberta , Canada omtales almindeligvis som Basal Water Sand (BWS) grundvandsmagasiner [8] . Mættet med vand er de fanget under uigennemtrængeligt tjæresand, som bruges til at udvinde bitumen til fremstilling af syntetisk råolie. Hvor de er dybe og fodres fra de underliggende devoniske formationer , er de saltholdige, og hvor de er lavvandede og fodres af overfladevand, er de ikke saltholdige. BWS-horisonter har en tendens til at udgøre problemer for bitumengenvinding, hvad enten det er ved overflademinedrift eller in situ-metoder såsom dampassisteret gravitationsdræning, og i nogle områder er de mål for spildevandsinjektion [9] .
Ogallala grundvandsmagasinet i den centrale del af kontinentet er et af de største grundvandsmagasiner i verden, men er ved at blive hurtigt udtømt nogle steder på grund af voksende kommunal brug og fortsat landbrugsbrug. Denne enorme akvifer, som ligger til grund for dele af de otte stater, indeholder for det meste fossilt vand fra den sidste istid. Den årlige genopladning i de tørrere dele af grundvandsmagasinet skønnes kun at være omkring 10 procent af de årlige tilbagetrækninger. Ifølge en rapport fra 2013 fra United States Geological Survey (USGS), er udtømningen mellem 2001 og 2008 inklusive omkring 32 procent af den samlede udtømning i løbet af hele det 20. århundrede." [10] . I USA er de største brugere af vandførende vand. omfatte landbrugskunstvanding og olie- og kuludvinding [11] ."Den kumulative samlede udtømning af grundvand i USA accelererede i slutningen af 1940'erne og fortsatte med en næsten konstant lineær hastighed indtil slutningen af århundredet. Ud over den bredt anerkendte miljømæssige påvirkninger, er udtømning af grundvand også negativ, påvirker den langsigtede bæredygtighed af grundvandsforsyninger for at opfylde et lands vandbehov."
Et eksempel på en betydelig og stabil carbonat-akvifer er Edwards-akviferen i det centrale Texas [12] . Denne karbonat-akvifer har historisk leveret vand af høj kvalitet til næsten 2 millioner mennesker, og selv i dag er den fuld på grund af massiv genopladning fra en række lokale vandløb, floder og søer. Den største risiko for denne ressource er menneskelig udvikling inden for genforsyning.
Guarani-akviferen , der ligger under overfladen af Argentina , Brasilien , Paraguay og Uruguay , er et af verdens største akvifersystemer og en vigtig kilde til ferskvand [13] . Opkaldt efter Guarani -folket dækker det et område på 1.200.000 km2 , med et volumen på omkring 40.000 km3 , en tykkelse på 50 til 800 m og en maksimal dybde på omkring 1.800 m.