Дакка — столица Бангладеш — с населением более 15 миллионов человек считается мегаполисом и разделяет многие проблемы управления водными ресурсами, характерные для других крупных городов.В то время как прилагаются усилия для поддержания количества и качества воды в городском водоснабжении, откачка воды в Дакке привела к падению уровня грунтовых вод более чем на 200 футов за последние 50 лет, и эти уровни продолжают снижаться со скоростью до 9 футов в год.Последствиями этих действий в мегаполисах, которые часто не замечают, является связанное с этим влияние на качество воды и ее водоснабжение в пригородных или сельских общинах, где водные ресурсы подвергаются стрессу, а поверхностное загрязнение токсичными металлами, органическими материалами и другими загрязнителями повышается. широко распространенный.
Это особенно проблематично в Бангладеш, где естественный мышьяк в неглубоких (менее 200 футов) грунтовых водах угрожает здоровью десятков миллионов людей. Высокие уровни мышьяка существуют в районах, окружающих Дакку, и там люди используют глубокие (более 500 футов) грунтовые воды с низким содержанием мышьяка.
Работа Хана и Майкла показывает, что даже в таких богатых водой системах, как системы в Бенгальском бассейне, перекачка воды в мегаполисы может угрожать региональным ресурсам подземных вод, вызывая быстрый перенос загрязняющих веществ, в частности мышьяка, известного канцерогена, в более глубокие районы. водоносного горизонта, даже за пределами города, где он может загрязнять глубокие колодцы, используемые для уменьшения выбросов мышьяка.«Это проблема экологической справедливости, потому что люди, получающие пользу от городского водоснабжения, не являются людьми, чьи колодцы подвержены риску заражения — заражение мышьяком существует только за пределами города. Там, если колодец сообщества становится загрязненным из-за что происходит в Дакке, у них может не быть другого источника чистой воды », — сказал Майкл, председатель кафедры окружающей среды Unidel Fraser Russell и доцент геологии, который находится в Колледже Земли, океана и окружающей среды.Понимание того, как движутся грунтовые воды
Региональные модели подземных вод, как правило, используют параметры, которые обобщают то, как вода движется по недрам, включая только крупномасштабную геологическую структуру, а не мелкомасштабные детали геологии города или региона, которые они изучают.В своем исследовании Майкл и ее коллеги смоделировали геологию Дакки, используя подробные подземные измерения, а затем применили к модели сильный насосный механизм, чтобы имитировать текущую накачку Дакки.Исследователи обнаружили, что сильная накачка и неоднородность подземных отложений, как в дельте, влияет на общую гидрологию местности.«По сути, откачка вызывает более быстрый поток грунтовых вод, чем обычно, потому что он быстро втягивает воду в массивные городские насосы глубоко в водоносном горизонте.
Это гидрологическое изменение может заставить неглубокие грунтовые воды, где обнаружен мышьяк, мигрировать вниз с гораздо большей скоростью, даже за пределами города, в котором расположены насосы », — сказал Майкл, изучавший проблемы подземных вод в Бангладеш с 2004 года.Но что такое неоднородность?
Майкл объяснил, что водоносные горизонты образуются, когда геологические отложения, такие как песок и глина, естественным образом откладываются с течением времени. Неоднородность относится к тому, как песок и глина ориентированы под землей, в недрах водоносного горизонта, и имеет решающее значение для того, как загрязнители перемещаются в грунтовых водах.В Делавэре слои геологических отложений, как правило, намного длиннее и толще и имеют наклон к морю.
Они довольно последовательны, что означает, что вода из нескольких водоносных горизонтов обычно разделена, и маловероятно, что загрязнение распространится от одного к другому.Однако в системе дельты, такой как Бангладеш, слои глины измельчаются, что позволяет воде двигаться непредсказуемым образом и создает неопределенность в отношении того, защитит ли размещение колодца под слоем глины от загрязнения.В то время как город Дакка, как известно, не заражен мышьяком из-за его уникальной геологии, за пределами Дакки известный канцероген присутствует повсюду.
Если откачка в измененной системе грунтовых вод Дакки продолжится на нынешнем уровне, исследователи предполагают, что некоторые колодцы за пределами центра города могут стать загрязненными раньше, чем считалось ранее; от десятилетий до столетий в зависимости от геохимического воздействия на перенос мышьяка через отложения водоносного горизонта. Другая проблема заключается в том, что насос в Дакке создает низкий уровень воды, что может поставить под угрозу работу ручных насосов далеко за пределами центра города.Ситуация усложняется тем, что мышьяк не имеет вкуса, запаха и цвета и может быть обнаружен в воде только путем тестирования.
Сообщества за пределами центра города с глубокими колодцами, которые обычно считаются с низким содержанием мышьяка, могут не осознавать, что их вода небезопасна.Более широкое значение работы
Кроме того, анализ моделей исследователей показал, что ни одна из типичных гидрогеологических данных, которые ученые собирают на месте, чтобы оценить, является ли скважина безопасной или нет, на самом деле не позволяет прогнозировать, является ли скважина безопасной в этом типе гетерогенной системы.Это открытие резко контрастирует с тем, что предполагалось в прошлом, и показывает, что перемещение мышьяка и других загрязняющих веществ через водоносный горизонт и загрязнение глубоких скважин нелегко предсказать.«Наше исследование показывает, что даже самые хорошо откалиброванные модели могут упустить важную информацию, если модели не учитывают неравномерное и часто быстрое движение воды», — сказал Майкл.Ученые и раньше отмечали эту непредсказуемость в Дакке, но, по словам Майкла, мало кто задумывался о более масштабных последствиях.
«Широко думать о том, какие скважины уязвимы, раньше не делалось. Основываясь на нашем моделировании, если есть какое-либо загрязнение, оно, вероятно, очень локализовано, но в течение следующих нескольких десятилетий оно может стать более распространенным и, безусловно, в следующие несколько сотен лет ", — сказала она.Мониторинг качества воды будет иметь ключевое значение для выявления уязвимых районов, особенно за пределами городских управленческих районов.
И хотя загрязнение является насущной проблемой, в следующем десятилетии также стоит рассмотреть огромные проблемы с водоснабжением.По словам Майкла, поскольку в этом регионе наблюдается сезон дождей и может выпадать до трех футов дождя каждое лето, а иногда и намного больше, искусственное пополнение подземных вод через нагнетательные скважины может стать решением.