Đánh giá sự dễ bị tổn thương và các biện pháp kiểm soát để bảo vệ hệ sinh thái Salburua khỏi các vị trí rò rỉ giả thuyết

Springer Science and Business Media LLC - Tập 25 - Trang 26228-26245 - 2018
Jaime Gárfias1, Hilario Llanos2, Richard Martel3, Javier Salas-García1, Luvina Bibiano-Cruz1
1Faculty of Engineering (CIRA), Autonomous University of the State of Mexico, Toluca, Mexico
2Department of Geodynamics, University of the Basque Country, Vitoria-Gasteiz, Spain
3Institut National de la Recherche Scientifique (INRS-ETE), Québec, Canada

Tóm tắt

Áp lực dân số, đô thị hóa và phát triển công nghiệp, cùng với nhiều yếu tố khác, đã dẫn đến sự suy thoái nghiêm trọng của các tài nguyên môi trường như đất ngập nước. Do đó, một mô hình nước ngầm (MODFLOW) đã được tích hợp với mô hình theo dõi hạt MODPATH để mô phỏng trường đầu dòng chảy động học và phân tích sự dễ bị tổn thương của hệ sinh thái Salburua, đồng thời đề xuất các biện pháp kiểm soát để bảo vệ khu vực ven sông. Các mô phỏng cho thấy rằng các lộ trình theo dõi hạt xuất phát từ các nguồn ô nhiễm tiềm năng có xu hướng di chuyển xuống phía dưới về phía hệ sinh thái nhạy cảm, điều này gợi ý rằng chất lượng của hệ sinh thái thủy văn có khả năng sẽ suy thoái trong tương lai. Sự biến đổi trong các điểm thoát của các hạt cho thấy rằng các khu vực thu hồi có liên quan đến thời gian bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi của các gradient thủy lực. Hai biện pháp kiểm soát các nguồn ô nhiễm tiềm năng gần hệ sinh thái Salburua đã được phân tích. Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng khu vực thu hồi liên quan đến thời gian với hệ thống phễu và cổng nhỏ hơn nhiều so với không có biện pháp kiểm soát, điều này chỉ ra rằng cấu hình cổng ảnh hưởng đến kích thước và hình dạng khu vực thu hồi cũng như thời gian cư trú với hiệu suất suy giảm tốt hơn. Nó cũng cho thấy rằng rào chắn chống rò rỉ ít hiệu quả cho việc kiểm soát nguồn điểm, giả định rằng hiệu suất kiểm soát thủy lực và hiệu quả chi phí là các tiêu chí cho hiệu quả kiểm soát ô nhiễm. Thay vào đó, một chương trình giám sát giếng sẽ cho phép xác định hiệu quả chất lượng nước trong tầng nước và cung cấp một hệ thống hỗ trợ ra quyết định. Cách tiếp cận này có thể được sử dụng để giúp các nhà quản lý nước phát triển các chiến lược bảo vệ dựa vào nền tảng vật lý và định lượng hơn.

Từ khóa

#hệ sinh thái Salburua #ô nhiễm #quản lý nước #mô hình nước ngầm #bảo vệ môi trường #thủy văn

Tài liệu tham khảo

Abalos-Villaro B (1989) Estudio hidrogeológico preliminar del cuaternario de Vitoria. Bol Geol Min 100(2):227–247 Abid K, Zouari K, Dulinski M, Chkir N, Abidi B (2011) Hydrologic and geologic factors controlling groundwater geochemistry in the Turonian aquifer (southern Tunisia). Hydrogeol J 19:415–427 Allen DJ, Darling WG, Gooddy DC, Lapworth DJ, Newell AJ, Williams AT, Allen D, Abesser C (2010) Interaction between groundwater, the hyporheic zone and a chalk stream: a case study from the river Lambourn, UK. Hydrogeol J 18:1125–1141 Arrate I (1994) Estudio hidrogeológico del acuífero cuaternario de Vitoria-Gasteiz (Araba, País Vasco). Thesis (PhD). University of the Basque Country (UPV-EHU) Arrate I, Sánchez-Pérez JM, Antigüedad I, Vallecillo MA, Iribar V, Ruíz M (1997) Groundwater pollution in quaternary aquifer of Vitoria-Gasteiz (Basque Country, Spain). Environ Geol 30:257–265 Banks EW, Simmons CT, Love AJ, Cranswick R, Werner AD, Bestland EA, Wood M, Wilson T (2009) Fractured bedrock and saprolite hydrogeologic controls on groundwater/surface-water interaction: a conceptual model (Australia). Hydrogeol J 17:1969–1989 Barry F, Ophori D, Hoffman J, Canace R (2009) Groundwater flow and capture zone analysis of the Central Passaic River basin, New Jersey. Environ Geol 56:1593–1603 Bayer P, Finkel M, Teutsch G (2004) Combining pump-and-treat and physical barriers for contaminant plume control. Ground Water 42(6):856–867. https://doi.org/10.1111/j.1745-6584.2004.t01-4-.x Bradbury KR, Rayne TW, Muldoon MA, Roffers PD (1998) Application of a discrete fracture flow model for wellhead protection at Sturgeon Bay, Wisconsin. Wisconsin Geol Nat Hist Surv Open File Rep, pp 98–04 Candela L, Elorza FJ, Tamoh K, Jiménez-Martínez J, Aureli A (2014) Groundwater modelling with limited data sets: the Chari-Logone area (Lake Chad Basin, Chad). Hydrol Process 28(11):3714–3727 Carlson D (2007) Estimate of vertical anisotropy of hydraulic conductivity for northern Louisiana aquifers from grain-size data. Proceedings of Baton Rouge Geological Society's 1st Annual Louisiana Groundwater Symposium, Baton Rouge, Louisiana, vol 1, pp 32–42 Cey EE, Rudolph DL, Aravena R, Parkin G (1999) Role of the riparian zone in controlling the distribution and fate of agricultural nitrogen near a small stream in southern Ontario. J Contam Hydrol 37:45–67 Cheng Q, Wang R, Huang W, Wang W, Li X (2015) Assessment of heavy metal contamination in the sediments from the Yellow River wetland National Nature Reserve (the Sanmenxia section), China. Environ Sci Pollut Res 1:1–8 Correll DL (1996) Buffer zones and water quality protection: general principles. In: Buffer zones: their processes and potential in water protection. Proceedings of the international conference on buffer zones. Samara Publishing Limited, Tresaith, pp 7–20 Crowe AS, Steven G, Shikaze SG, Carol J, Ptacek CJ (2004) Numerical modelling of groundwater flow and contaminant transport to point Pelee marsh, Ontario, Canada. Hydrol Process 18:293–314 Cui B, He Q, Gu B, Bai J, Liu X (2016) China’s coastal wetlands: understanding environmental changes and human impacts for management and conservation. Wetlands 36(Suppl 1):S1–S9 Delottier H, Pryet A, Dupuy A (2017) Why should practitioners be concerned about predictive uncertainty of groundwater management models? Water Resour Manag 31(1):61–73 Dong Y, Xu H, Guomin L (2013) Wellhead protection area delineation using multiple methods: a case study in Beijing. Environ Earth Sci 70:481–488 Durán JJ, García de Domingo A, López-Geta JA, Soria JM (2004) Caracterización geológica e hidrogeológica de los humedales españoles de importancia internacional. In: Proc. XXXIII Congress of IAH-ALHSUD, Zacatecas, Mexico. Conference on groundwater flow understanding from local to regional scales. Zacatecas, México Epelde AM, Cerro I, Sánchez-Pérez JM, Sauvage S, Srinivasan R, Antigüedad I (2015) Application of the SWAT model to assess the impact of changes in agricultural management practices on water quality. Hydrol Sci J 60(5):825–843 EVE (1996) Mapa hidrogeológico del País Vasco a escala 1:100.000. Ente Vasco de la Energía – Basque Energy Agency, 377 pp + maps Feng S, Huo Z, Kang S, Tang Z, Wang F (2011) Groundwater simulation using a numerical model under different water resources management scenarios in an arid region of China. Environ Earth Sci 62:961–971 Forster CB, Lachmar TE, Oliver DS (1997) Comparison of models for delineating wellhead protection areas in confined to semiconfined aquifers in alluvial basins. Ground Water 35(4):689–697 Freeze RA, Cherry JA (1979) Groundwater. Prentice-Hall Canada Inc., Toronto 552 p García-Linares C, Martínez-Santos M, Martínez-Bilbao V, Sánchez-Pérez JM, Antigüedad I (2003) Wetland restoration and nitrate reduction: the example of the periurban wetland of Vitoria-Gasteiz (Basque Country, North Spain). Hydrol Earth Syst Sci 7(1):109–121 Gregory SV, Swanson FJ, McKee WA, Cummins KW (1991) An ecosystem perspective of riparian zones. Bioscience 41:540–551 Haria AH, Shand P (2006) Near-stream soil water-groundwater coupling in the headwaters of the Afon Hafren, Wales: implications for surface water quality. J Hydrol 331:567–579 Harou JJ, Lund JR (2008) Representing groundwater in water management models - applications in California. Tech. Rep., California Energy Commission, PIER energy–related environmental research program, CEC-500-2008-092, University of California, Davis, CA, EUA Karakuş H, Aydin H, Erdem O (2017) A hydrologic restoration attempt of the dried Akgöl wetland (central Anatolia, Turkey). Wetlands 37:837–850 Liang J, Liu J, Yuan X, Zeng G, Lai X, Li X, Wu H, Yuan Y, Li F (2014) Spatial and temporal variation of heavy metal risk and source in sediments of Dongting Lake wetland, mid-South China. J Environ Sci Health A 50(1):100–108 Lu XH, Jin MG, van Genuchten MT (2011) Groundwater recharge at five representative sites in the Hebei plain, China. Ground Water 49(2):286–294 Mahmoudpour M, Khamehchiyan M, Nikudel MR, Ghassemi MR (2016) Numerical simulation and prediction of regional land subsidence caused by groundwater exploitation in the southwest plain of Tehran, Iran. J Eng Geol 201:6–28 Maître V, Cosandey AC, Desagher E, Parriaux A (2003) Effectiveness of groundwater nitrate removal in a river riparian area: the importance of hydrogeological conditions. J Hydrol 278:76–93 Maître V, Cosandey AC, Parriaux A, Guenat C (2005) Wetlands and aquatic processes. A methodology to estimate the denitrifying capacity of a riparian wetland. J Environ Qual 34:707–716 Mansell RS, Bloom SA, Sun G (2000) A model for wetland hydrology: description and validation. Soil Sci 165:384–397 Martínez M (2008) Dinámica espacio-temporal de la calidad de las aguas de la Zona Vulnerable de Vitoria-Gasteiz (País Vasco). Funcionalidad del Humedal de Salburua en la atenuación de nitratos. Ph.D. thesis, Univ. Basque Country, Spain, 307 p Martínez-Santos M, Ruíz-Romera E, Martínez-López M, Antigüedad I (2012) Influence of upwelling on the shallow water chemistry in a small wetland riparian zone (Basque Country). Appl Geochem 27:854–865 McDonald MG, Harbaugh AW (1988) A modular three-dimensional finite-difference groundwater flow model. Techniques of water-resources investigations of the United States geological survey, book 6, Chapter A1, 586 p Mohamed MM, Al-Suwaidi N, Ebraheem A, Al Mulla M (2016) Groundwater modeling as a precursor tool for water resources sustainability in Khatt area, UAE. Environ Earth Sci 75(5):400 Mylopoulos N, Mylopoulos Y, Tolikas D, Veranis N (2007) Groundwater modeling and management in a complex lake-aquifer system. Water Resour Manag 21(2):469–494 Nwankwor GI, Anyaogu CN (2000) Hydrologic characteristics of a small tropical riverine wetland at Ulakwo. Imo state, Nigeria. Hydrogeol J 8:646–653 Pankow JF, Cherry JA (1996) Dense chlorinated solvents and other DNAPLs in groundwater: history, behavior, and remediation. Waterloo Press, Portland, p 522 Paradis D, Martel R, Karanta G, Lefebvre R, Michaud Y, Therrien R, Nastev M (2007) Comparative study of methods for WHPA delineation. Ground Water 45(2):158–167 Pollock DW (1994) User’s guide for MODPATH/MODPATH-PLOT, version 3: a particle tracking post-processing package for MODFLOW, the US: geological survey finite-difference ground-water flow model. US Department of Interior Ramírez del Pozo J (1973) Síntesis Geológica de la Provincia de Alava. Edit. Dpto. de Obras Sociales de la Caja Municipal de Ahorros de Alava, Vitoria-Gasteiz, 90 p Rayne TW, Bradbury KR, Muldoon MA (2001) Delineation of capture zones for municipal wells in fractured dolomite, Sturgeon Bay, Wisconsin, USA. Hydrogeol J 9(5):432–450 Restrepo JI, Montoya AM, Obeyeskera J (1998) A wetland simulation module for the MODFLOW ground water model. Ground Water 36:764–770 Rosenberry DO (2008) A seepage meter designed for use in flowing water. J Hydrol 359(1–2):118–130 Sahu P, Michael HA, Voss CI, Sikdar P (2013) Impacts on groundwater recharge areas of megacity pumping: analysis of potential contamination of Kolkata, India, water supply. Hydrol Sci J 58(6):1340–1360 Sánchez-Pérez JM, Antigüedad I, Arrate I, García-Linares C, Morell I (2003) The influence of nitrate leaching through unsaturated soil on groundwater pollution in an agricultural area of the Basque country: a case study. Sci Total Environ 317:173–187 Schlumberger Water Services (2010) Visual MODFLOW, modular three-dimensional finite-difference groundwater flow model, Version 2010.1. Schlumberger Water Services, Waterloo, Ontario, 676 p Schoups G, Addams CL, Minjares JL, Gorelick SM (2006) Sustainable conjunctive water management in irrigated agriculture: model formulation and application to the Yaqui Valley, Mexico. Water Resour Res 42(10):W10417 Starr RC and Cherry JA (1990) In situ barriers for groundwater pollution control. Presented at 'Prevention and treatment of soil and groundwater in the petroleum refining and distribution Industry', Montreal, Quebec, October 16 & 17, 1990 Starr RC, Cherry JA (1994) In situ remediation of contaminated ground water: the funnel-and-gate-system. Ground Water 32:465–476 Stratford CJ, Acreman MC, Rees HG (2011) A simple method for assessing the vulnerability of wetland ecosystem services. Hydrol Sci J 56(8):1485–1500 Swanson SK (1996) A comparison of two methods used to estimate groundwater recharge in Dane County, Wisconsin. MSc thesis, University of Wisconsin, Madison Yu KF, Lehmkuhl F, Falk D (2017) Quantifying land degradation in the Zoige Basin, NE Tibetan plateau using satellite remote sensing data. J Mt Sci 14(1):77–93. https://doi.org/10.1007/s11629-016-3929-z Yuan LR, Xin P, Kong J, Li L, Lockington D (2011) A coupled model for simulating surface water and groundwater interactions in coastal wetland. Hydrol Process 25:3533–3546 Zhou Y, Jiang Y, An D, Ma Z, Xi B, Yang Y, Li M, Hao F, Lian X (2014) Simulation on forecast and control for groundwater contamination of hazardous waste landfill. Environ Earth Sci 72(10):4097–4104