Kiểm soát thủy hóa học đối với nước ngầm nông dưới đất phù sa trong đất nông nghiệp: nghiên cứu trường hợp ở trung tâm Bồ Đào Nha

Springer Science and Business Media LLC - Tập 63 - Trang 809-825 - 2010
A. I. A. S. S. Andrade1, T. Y. Stigter2
1Department of Earth Sciences, Centro de Geofísica, University of Coimbra, Coimbra, Portugal
2Geo-Systems Centre/CVRM, Instituto Superior Técnico, Lisbon, Portugal

Tóm tắt

Một nghiên cứu thủy hóa học sử dụng công cụ đồ họa, thống kê đa biến và mô hình hóa đã được tiến hành trong khu vực trầm tích phù sa ở lưu vực sông Mondego, nhằm xác định các yếu tố và quá trình kiểm soát hóa học nước ngầm nông. Nước ngầm đã được thu thập từ 29 giếng quan sát trong sáu chiến dịch lấy mẫu, từ tháng 3 năm 2001 đến tháng 9 năm 2002. Các mẫu nước đã được phân tích cho các tham số vật lý hóa học cơ bản, các ion chính và một số ion phụ. Phân tích cụm phân cấp đã được áp dụng cho tập dữ liệu, bao gồm cả dữ liệu theo dõi không gian và thời gian, và đã xác định được tám loại nước riêng biệt. Với sự trợ giúp của các biểu đồ phân tán thủy hóa học (và vật lý hóa học), có thể xác định các quá trình chính kiểm soát hóa học nước ngầm: (1) thoát hơi nước và bổ sung; (2) hòa tan carbonat canxi và magie và CO2; (3) rửa trôi nitrat từ nông nghiệp; (4) oxy hóa và khử; và (5) trao đổi cation. Những quá trình này thường xuất hiện ở nhiều loại nước hơn một nhưng lại độc đáo trong sự kết hợp và/hoặc mức độ, theo không gian và/hoặc thời gian. Mô hình hóa địa hóa học các loại nước (sử dụng PHREEQC) cho phép xác thực và, ở một mức độ nhất định, định lượng các quá trình ảnh hưởng đến sự phát triển của nước ngầm nông. Những công cụ này có thể cung cấp sự hỗ trợ thiết yếu cho việc đánh giá sự dễ bị tổn thương của nước ngầm với ô nhiễm và cho việc phát triển chiến lược quản lý tài nguyên nước ngầm.

Từ khóa

#thủy hóa học #nước ngầm nông #đất nông nghiệp #mô hình hóa địa hóa học #lưu vực sông Mondego #bảo vệ tài nguyên nước

Tài liệu tham khảo

Almeida AC, Soares AF, Cunha L, Marques JF (1990) Proémio ao estudo do baixo Mondego. Biblos LXVI:17–47 (in Portuguese) Almeida C, Mendonça JL, Jesus MR, Gomes AJ (2000) Sistemas aquíferos de Portugal Continental. Instituto da Água/Centro de Geologia da Universidade de Lisboa, Lisboa, 3 volumes (in Portuguese) Andrade AIASS (2005) Hidrogeoquímica e caracterização da contaminação hídrica nos corpos aluvionares do Mondego entre Coimbra e Montemor-o-Velho [in Portuguese]. PhD Thesis, Universidade de Coimbra, Portugal, 365 pp (in Portuguese) Andrade AIASS, Stigter TY (2009) Multi-method assessment of nitrate and pesticide contamination in shallow alluvial groundwater as a function of hydrogeological setting and land use. Agric Water Manag 96:1751–1765 Appelo CAJ, Postma D (2005) Geochemistry, groundwater and pollution, 2nd edn. A.A. Balkema Publishers, Leiden, The Netherlands, p 649 Ayenew T, Fikre S, Wisotzky F, Demlie M, Wohnlich S (2009) Hierarchical cluster analysis of hydrochemical data as a tool for assessing the evolution and dynamics of groundwater across the Ethiopian rift. Int J Phys Sci 4:76–90 Banks D, Frengstad B, Midtgard AK, Krog JR, Strand T (1998) The chemistry of Norwegian groudwaters: I The distribution of radon, major and minor elements in 1604 cristalline bedrock groundwaters. Sci Total Environ 222:71–91 Barbosa BP, Soares AF, Rocha RB, Manupella G, Henriques MH (1988) Carta Geológica de Portugal. Notícia explicativa da folha 19-A Cantanhede. Serviços Geológicos de Portugal, Lisboa, 46 pp. (in Portuguese) Causapé J, Quiléz D, Aragüés R (2004) Assessment of irrigation and environmental quality at the hydrological basin level II. Salt and nitrate loads in irrigation return flows. Agric Water Manag 70:211–228 CCRC (1988) Programa de desenvolvimento da região Centro, vol 1. Comissão de Coordenação da Região Centro. Minist. Plan. e Adm. do Território, Coimbra, 146 p (in Portuguese) Clesceri LS, Greenberg AE, Eaton AD (1998) Standard methods for the examination of water and waste water. American Public Health Association, American Water Works Association, Water Environment Federation, 20th edn. United Book Press Inc., Washington, USA p. variate Cloutier V, Lefebvre R, Therrien R, Savard MM (2008) Multivariate statistical analysis of geochemical data as indicative of the hydrogeochemical evolution of groundwater in a sedimentary rock aquifer system. J Hydrol 353:294–313 Cristo FP (1998) Águas subterrâneas no Baixo Mondego. In: Projecto Praxis XXI 2/2.1/CTA—156/94—O Baixo Mondego: organização, geossistemática e recursos naturais, Coimbra, Portugal, pp 105–123 (in Portuguese) DGADR (2008) Aproveitamento Hidroagrícola do Baixo Mondego. Direcção-Geral de Agricultura e Desenvolvimento Rural. http://www.dgadr.pt/ar/a_hidroagricolas/exploracao/ahmond.htm. Accessed 1 Nov 2008 (in Portuguese) Dreher T (2003) Comment on Güler C, Thyne GD, McCray JE, Turner AK (2002) Evaluation of graphical and multivariate statistical methods for classification of water chemistry data. (Hydrogeol J 10:455–474). Hydrogeol J 11:605–606 EEA (2003) Europe’s water: an indicator-based assessment. Topic Report 1/2003, European Environmental Agency, Copenhagen, Denmark, 97 pp. http://www.eea.europa.eu/publications/topic_report_2003_1. Accessed 26 Nov 2009 EEA (2005) Source apportionment of nitrogen and phosphorus inputs into the aquatic environment. EEA Report No 7/2005, European Environmental Agency, Copenhagen, Denmark, 48 pp. http://www.eea.europa.eu/publications/eea_report_2005_7. Accessed 26 Nov 2009 Everitt BS (1986) Cluster analysis (reprinted version), 2nd edn. Gower Publishing Company Ltd., Hampshire, England 136 Fisher RS, Mullican WF (1997) Hydrochemical evolution of sodium-sulfate and sodium-chloride groundwater beneath the Northern Chihuahuan Desert, Trans-Pecos, Texas, USA. Hydrogeol J 5:4–16 Goulding K (2000) Nitrate leaching from arable and horticulture land. Soil Use Manag 16:145–151 Güler C, Thyne GD (2003) Reply to comment by T. Dreher to Güler C, Thyne GD, McCray JE, Turner AK (2002) Evaluation of graphical and multivariate statistical methods for classification of water chemistry data. (Hydrogeol J 10:455–474). Hydrogeol J 11:607–608 Güler C, Thyne G (2004) Hydrologic and geologic factors controlling surface and groundwater chemistry in Indian Wells–Owens Valley area, southeastern California, USA. J Hydrol 285:177–198 Güler C, Thyne GD, McCray JE, Turner AK (2002) Evaluation of graphical and multivariate statistical methods for classification of water chemistry data. Hydrogeol J 10:455–474 Hazen A (1911) Discussion: dams on sand foundations. Trans Am Soc Civil Eng 73:199 Helstrup H, Jørgensen NO, Banoeng-Yakubo B (2007) Investigation of hydrochemical characteristics of groundwater from the Cretaceous–Eocene limestone aquifer in southern Ghana and southern Togo using hierarchical cluster analysis. Hydrogeol J 15:977–989 Hvorslev MJ (1951) Time lag and soil permeability in ground water observations. U.S. Army Corps of Engineers, Engineer Research and Development Center, Waterways Experimental Station, Vicksburg, Miss. Bulletin 36 Ibrakhimov M, Khamzina A, Forkutsa I, Paluasheva G, Lamers JPA, Tischbein B, Vlek PLG, Martius C (2007) Groundwater table and salinity: spatial and temporal distribution and influence on soil salinization in Khorezm region (Uzbekistan, Aral Sea Basin). Irrig Drain Syst 21:219–236 Jalali M (2007) Assessment of the chemical components of Famenin groundwater, western Iran. Environ Geochem Health 29:357–374 Kim JH, Kim RH, Lee J, Chang HW (2003) Hydrogeochemical characterization of major factors affecting the quality of shallow groundwater in the coastal area at Kimje in South Korea. Environ Geol 44:478–489 Kumar M, Ramanathan Al, Keshari AK (2009) Understanding the extent of interactions between groundwater and surface water through major ion chemistry and multivariate statistical techniques. Hydrol Process 23:297–310 Lorite-Herrera M, Jimenez-Espinosa R (2008) Impact of agricultural activity and geologic controls on groundwater quality of the alluvial aquifer of the Guadalquivir River (province of Jaén, Spain): a case study. Environ Geol 54:1391–1402 Martinez DE, Bocanegra EM (2002) Hydrogeochemistry and cation-exchange processes in the coastal aquifer of Mar Del Plata, Argentina. Hydrogeol J 10:393–408 O’Shea B, Jankowski J (2006) Detecting subtle hydrochemical anomalies with multivariate statistics: an example from ‘homogeneuos’ groundwaters in the Great Artesian Basin, Australia. Hydrol Process 20:4317–4333 Oliveira JT, Pereira E, Ramalho M, Antunes MT, Monteiro JH (coord.) (1992) Carta Geológica de Portugal na escala 1:500 000, 5ª edição, 2 folhas. Serviços Geológicos de Portugal. Lisboa Parkhurst DL, Appelo CAJ (1999) User’s guide to PHREEQC (version 2.0)—A computer program for speciation, batch-reaction, one-dimensional transport, and inverse geochemical calculations, vol. Water-Resources Investigations Report 99-4259. US Geological Survey, Denver, Colorado, USA, 312 p Postma D, Boesen C, Kristiansen H, Larsen F (1991) Nitrate reduction in an unconfined sandy aquifer: water chemistry, reduction processes, and geochemical modeling. Water Resour Res 27:2027–2045 Rajmohan N, Elango L (2004) Identification and evolution of hydrogeochemical processes in the groundwater environment in an area of the Palar and Cheyyar river basins, southern India. Environ Geol 46:47–61 Ramos C, Agut A, Lidón AL (2002) Nitrate leaching in important crops of the Valencian Community region (Spain). Environ Pollut 118:215–223 Rebelo F, Cunha L, Almeida AC (1990) Contribuição da geografia física para a inventariação das potencialidades turísticas do Baixo Mondego. Cadernos Geogr 9:3–34 (in Portuguese) Scheytt T (1997) Seasonal variations in groundwater chemistry near Lake Belau, Schleswig-Holstein, Northern Germany. Hydrogeol J 5:86–95 Soares AF, Marques JF, Rocha RB (1985) Contribuição para o conhecimento geológico de Coimbra. Memórias e Notícias, Publ. Mus. Lab. Mineral. Geol., Univ. Coimbra 100:41–71 (in Portuguese) Spalding RF, Exner ME (1993) Occurrence of nitrate in groundwater—a review. J Environ Qual 22:392–402 Spalding RF, Watts DG, Schepers JS, Burbach ME, Exner ME, Poreda RJ, Martin GE (2001) Controlling nitrate leaching in irrigated agriculture. J Environ Qual 30:1184–1194 SPSS for Windows, Rel. 16.0.1.2007. SPSS Inc., Chicago Stigter TY, van Ooijen SPJ, Post VEA, Appelo CAJ, Carvalho Dill AMM (1998) A hydrogeological and hydrochemical explanation of the groundwater composition under irrigated land in a Mediterranean environment, Algarve, Portugal. J Hydrol 208:262–279 Stigter TY, Carvalho Dill AMM, Ribeiro L, Reis E (2006a) Impact of the shift from groundwater to surface water irrigation on aquifer dynamics and hydrochemistry in a semi-arid region in the south of Portugal. Agric Water Manag 85:121–132 Stigter TY, Ribeiro L, Carvalho Dill AMM (2006b) Evaluation of an intrinsic and a specific vulnerability assessment method in comparison with groundwater salinisation and nitrate contamination levels in two agricultural regions in the south of Portugal. Hydrogeol J 14:79–99 Stumm W, Morgan JJ (1996) Aquatic chemistry, 3rd edn. Wiley, New York, USA, p 1022 Swan ARH, Sandilands M (1995) Introduction to geological data analysis. Blackwell Science Ltd., Oxford, England, p 446 Swanson SK, Bahr JM, Schwar MT, Potter KW (2001) Two-way cluster analysis of geochemical data to constrain spring source waters. Chem Geol 179:73–91 Takai Y, Kamura T (1966) The mechanism of reduction in waterlogged paddy soil. Folia Microbiol 11:304–313 Thayalakumaran T, Bristow KL, Charlesworth PB, Fass T (2008) Geochemical conditions in groundwater systems: implications for the attenuation of agricultural nitrate. Agric Water Manag 95:103–115 Zhu GF, Su YH, Feng Q (2008) The hydrochemical characteristics and evolution of groundwater and surface water in the Heihe River Basin, northwest China. Hydrogeol J 16:167–182