Водоносный горизонт Огаллала - Ogallala Aquifer

Насыщенная мощность водоносного горизонта Огаллала в 1997 году после нескольких десятилетий интенсивного забора воды. Ширина и глубина водоносного горизонта обычно уменьшаются с севера на юг.
Желтым и красным показаны регионы, в которых уровень воды снизился в период 1980-1995 годов; регионы, где он увеличился, показаны оттенками синего. Данные USGS
Коэффициенты забора подземных вод (пресная вода, все источники) по округам в 2000 году. Источник: Национальный атлас.

Огаллала водоносного ( о-guh- АГЛ -lah ) представляет собой неглубокую грунтовых вод водоносного горизонта в окружении песка, ила, глины и гравия , расположенный под Great Plains в Соединенных Штатах. Один из крупнейших водоносных горизонтов в мире, он лежит в основе площади примерно 174 000 квадратных миль (450 000 км 2 ) в частях восьми штатов ( Южная Дакота , Небраска , Вайоминг , Колорадо , Канзас , Оклахома , Нью-Мексико и Техас ). Он был назван в 1898 году геологом Н. Х. Дартоном из своего типового местоположения недалеко от города Огаллала, штат Небраска . Водоносный горизонт является частью системы водоносных горизонтов Высоких равнин и находится в формации Огаллала , которая является основной геологической единицей, лежащей в основе 80% Высоких равнин .

Крупномасштабная добыча для сельскохозяйственных целей началась после Второй мировой войны, частично благодаря центробежному орошению и адаптации автомобильных двигателей для колодцев с грунтовыми водами. Сегодня около 27% орошаемых земель во всех Соединенных Штатах находится над водоносным горизонтом, который дает около 30% грунтовых вод, используемых для орошения в Соединенных Штатах. Водоносный горизонт подвержен риску чрезмерной добычи и загрязнения. С 1950 года сельскохозяйственное орошение сократило насыщенный объем водоносного горизонта примерно на 9%. После истощения водоносному горизонту потребуется более 6000 лет, чтобы естественным образом восполниться за счет дождя.

Система водоносных горизонтов снабжает питьевой водой 82% из 2,3 миллиона человек (перепись 1990 г.), которые живут в пределах исследуемой территории Хай-Плейнс.

Общие характеристики

Отложение материала водоносного горизонта датируется от двух до шести миллионов лет, от позднего миоцена до раннего плиоцена, когда южные Скалистые горы все еще были тектонически активными. С возвышенностей на запад реки и ручьи пересекают русла, как правило, с запада на восток или юго-восток. Эрозия Скалистых гор обеспечила аллювиальные и эоловые отложения, которые заполнили древние каналы и в конечном итоге покрыли всю площадь современного водоносного горизонта, образуя водоносную формацию Огаллала. В этом отношении этот процесс аналогичен тем, которые в настоящее время преобладают в других современных реках региона, таких как река Канзас и ее притоки. Основные различия - время и глубина.

Глубина Огаллалы варьируется в зависимости от формы преобладающей в то время поверхности, причем наибольшая глубина проявляется там, где она заполняет древние долины и каналы. Свита Огаллала состоит в основном из крупнозернистых осадочных пород в более глубоких разрезах, которые переходят вверх в более мелкозернистый материал.

Водонасыщенная толщина формации Огаллала колеблется от нескольких футов до более 1000 футов. Его самая глубокая часть составляет 1200 футов (300 м) и обычно больше на Северных равнинах. Глубина воды под поверхностью суши колеблется от почти 400 футов (120 м) в некоторых частях севера до от 100 до 200 футов (30 и 61 м) на большей части юга. В настоящее время подпитка водоносного горизонта пресной водой происходит чрезвычайно медленно, что позволяет предположить, что большая часть воды в его поровом пространстве является палеоводой , относящейся к последнему ледниковому периоду, а возможно, и к более раннему периоду .

Подземные воды в пределах Огаллалы обычно текут с запада на восток со средней скоростью фут в день. Гидравлическая проводимость , или способность жидкости (воды) проходить через пористый материал, колеблется от 7,6 до 91,4 м в день. Качество воды в пределах Огаллалы варьируется в зависимости от качества воды для питья и орошения в северном регионе, в то время как в южном регионе оно было самым низким. Человеческие и природные процессы за последние 60–70 лет, включая плотность орошения, климат и внесение азота, вызвали более высокие концентрации загрязняющих веществ, включая нитраты. Уровни нитратов в целом соответствуют стандартам качества воды USGS, но со временем продолжают постепенно повышаться. Эта тенденция может повлиять на устойчивость подземных вод в отдельных частях водоносного горизонта.

Водный баланс водоносного горизонта

Водоносный горизонт - это резервуар подземных вод в круговороте воды . Хотя подземные воды являются возобновляемым источником, их запасы пополняются относительно медленно. ЮСГС выполнил несколько исследований водоносного горизонта, чтобы определить , что приходит в ( пополнения подземных вод от поверхности), что оставляя (вода откачивается и межень к потокам), и то , что чистые изменения в хранении являются (рост, падение или без изменений).

По оценкам USGS , общий объем водохранилищ в 2005 году составлял около 2 925 000 000 акров-футов ( 3 608 км 3 ). В 2000 г. забор воды из водоносного горизонта Огаллала для орошения составил 26 км 3 (21 000 000 акров-футов ). 1940 - е годы, овердрафт от High Plains Aquifer составил 332,000,000 акр-футов (410 км 3 ), 85% от объема озера Эри. Многие фермеры в Техасских высокогорных равнинах , которые в основном полагаются на грунтовые воды, в настоящее время отказываются от орошаемого земледелия из- за роста затрат на откачку и осознания опасности чрезмерного перекачивания.

Пополнение подземных вод

Скорость пополнения подземных вод ограничена несколькими факторами. Большая часть равнинного региона полузасушливая , с постоянными ветрами, которые ускоряют испарение поверхностных вод и осадки. Во многих местах водоносный горизонт перекрыт в зоне вадозы неглубоким слоем калиши, которая практически непроницаема ; это ограничивает количество воды, способной подпитывать водоносный горизонт с поверхности земли. Однако почва озер Плайя отличается и не выстлана каличей, что делает их одними из немногих районов, где водоносный горизонт может пополняться. Уничтожение игровых площадок фермерами и застройка уменьшает доступную площадь подзарядки. Преобладание каличи частично связано с быстрым испарением почвенной влаги и полузасушливым климатом; засушливость увеличивает количество испарений, что, в свою очередь, увеличивает количество каличи в почве. Оба механизма уменьшают количество подпитывающей воды, которая достигает уровня грунтовых вод.

Пополнение водоносного горизонта колеблется от 0,024 дюйма (0,61 мм) в год в некоторых частях Техаса и Нью-Мексико до 6 дюймов (150 мм) в год в южно-центральной части Канзаса.

Сброс подземных вод

Изображение NASA ASTER площадью примерно 557 миль 2 (1443 км 2 ) в Канзасе, орошаемых из водоносного горизонта Огаллала с централизованными оросительными системами.

Регионы, расположенные над водоносным горизонтом Огаллала, являются одними из самых продуктивных регионов США для разведения скота и выращивания кукурузы , пшеницы и сои . Успех крупномасштабного земледелия в районах, которые не имеют достаточного количества осадков и не всегда имеют постоянные поверхностные воды для отвода, в значительной степени зависит от откачки грунтовых вод для орошения.

Ранние поселенцы полузасушливых Высоких равнин страдали от неурожая из-за циклов засухи , кульминацией которых стала катастрофическая Пыльная чаша 1930-х годов. Только после Второй мировой войны , когда стало доступно центральное круговое орошение, суша в системе водоносных горизонтов Высоких равнин превратилась в один из наиболее продуктивных в сельском хозяйстве регионов мира.

Изменение хранилища подземных вод

Уровни грунтовых вод снижаются, когда скорость добычи путем орошения превышает скорость подпитки. В некоторых местах уровень грунтовых вод падал более чем на 5 футов (1,5 м) в год во время максимальной добычи. В крайних случаях требовалось углубление колодцев для достижения постоянно падающего уровня грунтовых вод. В 21-м веке признание значимости водоносного горизонта привело к усилению освещения региональными и международными журналистами.

Практика сохранения воды ( террасирование и севооборот ), более эффективные методы орошения (центральное вращение и капельное ) и уменьшенная площадь орошения помогли замедлить истощение водоносного горизонта, но уровни, как правило, все еще снижаются в таких областях, как юго-западный Канзас и Техасский Панхандл. . В других областях, таких как части восточной и центральной Небраски и региона к югу от Лаббока, штат Техас , уровень воды поднялся с 1980 года.

Центр поворота ирригатор был описан как «злодей» в Нью - Йорк Таймс статьи, «Уэллс Сухие, плодородные равнины превратить в пыль» пересчитывая снижение беспощадных частей Огаллали водоносный горизонт. Шестьдесят лет интенсивного земледелия с использованием огромных ирригаторов с центральной осью опустошили части водоносного горизонта Высоких равнин. Для замены грунтовых вод в истощенном водоносном горизонте потребуются осадки от сотен до тысяч лет. В 1950 году в Канзасе орошаемые пахотные земли занимали 250 000 акров (100 000 га); с использованием кругового орошения было орошено почти три миллиона акров земли. В некоторых местах в Техасе Панхандл уровень грунтовых вод был осушен (обезвожен). «Обширные участки сельскохозяйственных угодий Техаса, лежащие над водоносным горизонтом, больше не поддерживают ирригацию. В западно-центральном Канзасе до пятой части орошаемых сельскохозяйственных земель на 100-мильном участке (160 км) водоносного горизонта уже высохло».

Система орошения с центральным поворотным механизмом считается высокоэффективной системой, которая помогает экономить воду. Тем не менее, к 2013 году, как потребление воды эффективность центра поворота оросителя улучшился на протяжении многих лет, фермеры выбрали растения более интенсивно, орошает больше земли, и выращивать зерновые культуры , а жажду , чем снизить потребление воды - пример Джевонса Paradox в упражняться. Один из подходов к сокращению количества используемых грунтовых вод заключается в использовании очищенной оборотной воды для орошения; другой подход - перейти на культуры, которым требуется меньше воды, например подсолнечник .

Несколько рек, например Платт , текут ниже уровня водоносного горизонта. Из-за этого реки получают сток грунтовых вод (основной сток), вынося его из региона, а не подпитывая водоносный горизонт.

Плотина на озере Оптима в западной Оклахоме стоимостью 46,1 миллиона долларов оказалась бесполезной, когда понижение уровня водоносного горизонта резко сократило сток реки Бивер , предполагаемого источника воды в озере.

Ускоренное сокращение запасов водоносного горизонта

Истощение между 2001 и 2008 годами включительно составляет около 32% совокупного истощения за весь ХХ век. В Соединенных Штатах основными потребителями воды из водоносных горизонтов являются сельскохозяйственное орошение и добыча нефти и угля. «Кумулятивное полное истощение подземных вод в Соединенных Штатах ускорилось в конце 1940-х годов и продолжалось почти с постоянной линейной скоростью до конца века. Помимо широко признанных экологических последствий, истощение подземных вод также отрицательно сказывается на долгосрочной устойчивости запасов грунтовых вод. чтобы помочь удовлетворить потребности страны в воде ".

С 1940-х годов откачка из Огаллалы в некоторых районах опустила водоносный горизонт более чем на 300 футов (90 м). Производители предприняли шаги, чтобы уменьшить свою зависимость от поливной воды. Оптимизированные операции позволяют им производить значительно больший урожай, используя примерно то же количество воды, которое требовалось четыре десятилетия назад. Тем не менее, потери водоносного горизонта в период с 2001 по 2011 год равнялись трети его кумулятивного истощения за весь ХХ век. Огаллала пополняется в основном за счет дождевой воды, но ежегодно до водоносного горизонта доходит лишь около одного дюйма осадков. Осадки на большей части Высоких равнин Техаса минимальны, испарение велико, а скорость инфильтрации низкая.

В течение 1990-х годов водоносный горизонт содержал около трех миллиардов акров футов грунтовых вод, используемых для орошения сельскохозяйственных культур, а также питьевой воды в городских районах. Спрос на воду опережает ее восполнение. Уровень воды особенно падает в Техасе и Нью-Мексико. Продолжение долгосрочного использование водоносного горизонта «хлопотно и нуждается в капитальной переоценке,» в соответствии с историком Полом Х. Карлсон , профессор-почетным из Техасского университета в Лаббках . В 2020 году сообщалось, что водоносный горизонт будет «сухим» в течение двадцати лет.

Экологические споры

Предлагаемый трубопровод Keystone XL

Карта, показывающая толщину водоносного горизонта водоносного горизонта Огаллала с проложенным предлагаемым маршрутом трубопровода Keystone XL.

В 2008 году TransCanada Corporation предложила построить трубопровод Keystone XL протяженностью 1661 милю (2673 км) для транспортировки нефти из нефтеносных песков Атабаски в Альберте на нефтеперерабатывающие заводы недалеко от Хьюстона, штат Техас . Предлагаемый маршрут трубопровода пересекает восточную часть песчаных холмов Небраски ; Противники маршрута ссылаются на риск для водоносного горизонта Огаллала, связанный с возможностью загрязнения разлитым разбавленным битумом .

Представители трубопроводной отрасли отметили, что тысячи миль существующих трубопроводов, по которым идет сырая нефть и очищенные жидкие углеводороды, в течение многих лет пересекали водоносный горизонт Огаллала в юго-восточном Вайоминге, восточном Колорадо и Нью-Мексико, западной Небраске, Канзасе, Оклахоме и Техасе. Нефтепровод Pioneer пересекает восток-запад через Небраску, а трубопровод Pony Express , который пересекает водоносный горизонт Огаллала в Колорадо, Небраске и Канзасе, с 2013 года переводился с природного газа на сырую нефть в соответствии с разрешением Федерального правительства. Комиссия по регулированию энергетики .

В качестве ведущего агентства по проекту трансграничного трубопровода Государственный департамент США заказал оценку воздействия на окружающую среду в соответствии с требованиями Закона о национальной экологической политике 1969 года . В Заявлении о воздействии на окружающую среду делается вывод о том, что проект представляет небольшую угрозу «неблагоприятного воздействия на окружающую среду». Отчет был составлен Cardno Entrix , компанией, которая оказала помощь Государственному департаменту и Федеральной комиссии по регулированию энергетики в подготовке заявлений о воздействии на окружающую среду для других предлагаемых проектов TransCanada. проекты. Хотя «компании, подающие заявки на строительство государственных проектов, обычно участвуют в назначении и оплате анализа воздействия», несколько противников проекта предположили, что может быть конфликт интересов. В ответ на эту озабоченность Управление Генерального инспектора Государственного департамента провело расследование потенциального конфликта интересов. В отчете о расследовании от февраля 2012 года говорится, что конфликта интересов ни при выборе подрядчика, ни при подготовке отчета о воздействии на окружающую среду не было.

Президент США Барак Обама «изначально отказался от строительства трубопровода Keystone XL в январе 2012 года, заявив, что ему нужно больше времени для экологической экспертизы». 17 февраля 2013 года митинг у Национальной аллеи собрал около 40 000 человек в знак протеста против Keystone XL. В январе 2014 года Государственный департамент США опубликовал Заключительное дополнительное заявление о воздействии на окружающую среду трубопровода Keystone для исполнительного резюме проекта Keystone XL , в котором сделан вывод о том, что, согласно моделям, крупный разлив сырой нефти из трубопровода, достигший реки Огаллала, может распространиться на 1214 футов (370 м), при этом растворенные компоненты распространяются на 1050 футов (320 м) дальше.

В начале своего президентства президент США Дональд Трамп отменил решение президента США Барака Обамы, подписав исполнительные меморандумы в поддержку трубопровода Keystone XL в январе 2017 года. 20 января 2021 года президент Джо Байден подписал указ об отзыве выданного разрешения. в ТК Energy Corporation для XL трубопровода Keystone (этап 4). 9 июня 2021 года TC Energy отказалась от планов строительства трубопровода Keystone XL.

Сохранение

С 2010 года Район охраны грунтовых вод Норт-Плейнс, который включает восемь округов к северу от Амарилло , включая округа Мур и Даллам , предложил ежегодный демонстрационный проект стоимостью 300 000 долларов США по экономии воды, которую фермеры перекачивают из водоносного горизонта Огаллала. Участвующие фермеры выращивают кукурузу, используя чуть более половины воды, которая им обычно требуется для орошения полей, или они сажают кукурузу на несколько недель позже обычного. В проекте используются поворотные оросители вместо более дорогого капельного орошения. По словам районного менеджера Стива Уолтора, сохранение важно, учитывая снижение уровня водоносного горизонта. Местная некоммерческая организация Ogallala Commons, названная в честь самого водоносного горизонта, которая не только сотрудничает и поддерживает местные коммуникации, но также работает над сохранением водоносного горизонта Огаллала и его окрестностей.

В 2013 году одиннадцать фермеров участвовали в программе сохранения, при этом некоторые посевы производились на сухой, а не на орошенной почве. Они оставляют больше места между растениями - метод, позволяющий удерживать влагу в течение более длительного периода времени. Датчики почвы позволяют фермерам собирать точную информацию об уровне влажности своих культур. Мотивация к экономии воды исходит из районных правил по добыче воды из водоносного горизонта. Геологическая служба США определила уровень воды в водоносном горизонте уже более упал в Техасе , чем в любом другом государстве в бассейне.

Фермеры на своей земле могут бесплатно черпать воду из водоносного горизонта. Затраты на перекачку низкие, поскольку используемое топливо, природный газ , стоит недорого. В округе Норт-Плейнс впервые были установлены ограничения на откачку в 2005 году, а четыре года спустя они ужесточились. Некоторые скважины теперь должны иметь счетчики. Еще одна проблема, стоящая перед районом, заключается в том, что более высокие цены на зерновые вынудили некоторых засеять дополнительные поля и еще больше увеличить использование воды из водоносного горизонта.

Смотрите также

использованная литература

внешние ссылки

Координаты : 36 ° 59′26 ″ с.ш., 101 ° 26′52 ″ з.д. / 36,99056 ° с.ш.101,44778 ° з. / 36.99056; -101,44778

Наука об окружающей среде