Соли с водой взаимодействие: Химические свойства солей — урок. Химия, 8 класс.

Соли, растворимость и устойчивость Реакции солей в воде.

Соль можно определить как соединение, которое образуется в результате реакции между кислотой и основанием, но не является водой. В данном разделе будут рассмотрены те свойства солей, которые связаны с ионными равновесиями.

реакции солей в воде

Несколько позже будет показано, что растворимость—это относительное понятие. Однако для целей предстоящего обсуждения мы можем грубо подразделить все соли на растворимые и нерастворимые в воде.

Некоторые соли при растворении в воде образуют нейтральные растворы. Другие соли образуют кислые либо щелочные растворы. Это обусловлено протеканием обратимой реакции между ионами соли и водой, в результате которой образуются сопряженные кислоты либо основания. Окажется ли раствор соли нейтральным, кислым или щелочным-зависит от типа соли. В этом смысле существуют четыре типа солей.

Соли, образуемые сильными кислотами и слабыми основаниями. Соли этого типа при растворении в воде образуют кислый раствор. В качестве примера приведем хлорид аммония Nh5Cl. При растворении этой соли в воде ион аммония действует как

Избыточное количество ионов h4O+, образуемое в этом процессе, обусловливает кислые свойства раствора.

Соли, образуемые слабой кислотой и сильным основанием. Соли этого типа при растворении в воде образуют щелочный раствор. В качестве примера приведем ацетат натрия Ch4COONa1 Ацетат-ион действует как основание, акцептируя протон у воды, которая выступает в этом случае в роли кислоты:

Избыточное количество ионов ОН-, образующихся в этом процессе, обусловливает щелочные свойства раствора.

Соли, образуемые сильными кислотами и сильными основаниями. При растворении в воде солей этого типа образуется нейтральный раствор. В качестве примера приведем хлорид натрия NaCl. При растворении в воде эта соль полностью ионизируется, и, следовательно, концентрация ионов Na+ оказывается равной концентрации ионов Cl-. Поскольку ни тот, ни другой ион не вступает в кислотно-основные реакции с водой, в растворе не происходит образования избыточного количества ионов h4O+ либо ОН . Поэтому раствор оказывается нейтральным.

Соли, образуемые слабыми кислотами и слабыми основаниями. Примером солей такого типа является ацетат аммония. При растворении в воде ион аммония реагирует с водой как кислота, а ацетат-ион реагирует с водой как основание. Обе эти реакции описаны выше. Водный раствор соли, образованной слабой кислотой и слабым основанием, может быть слабокислым, слабощелочным либо нейтральным в зависимости от относительных концентраций ионов h4O+ и ОН-, образуемых в результате реакций катионов и анионов соли с водой. Это зависит от соотношения между значениями констант диссоциации катиона и аниона.

 

Оглавление:

  • часть 1 (Cтроение атома, Химическая связь)
  • часть 2 (Газы, жидкости и твердые вещества, Стехиометрия, Энергетика)
  • часть 3 (Фазовые равновесия, Химическое равновесие, Ионы, Химическая кинетика)
  • часть 4 (Электрохимия)

Реакция воды и натрия: что там происходит

14824

Добавить в закладки

Группа исследователей во главе с Павлом Юнгвиртом (Pavel
Jungwirth) из Чешской академии наук в Праге (Чехия) провели
эксперимент для изучения деталей детонации натрия в воде. Ученые
засняли реакцию с помощью камер замедленной съемки и обнаружили
удивительные подробности. Результаты исследования
опубликованы в Nature Chemistry.

В ходе популярного эксперимента, известного еще с XIX века, в
обычную воду опускают кусок натрия. Это вызывает мгновенную и
бурную реакцию, а иногда, на радость школьников — и взрыв. Все
дело в том, что натрий является одним из щелочных металлов. В
«чистом виде» при комнатной температуре он представляет собой
твердое вещество, которое, однако, можно резать ножом. Всем
известна поваренная соль. В этом виде натрий стабилен, и мы не
видим подобной реакции, к примеру, подсаливая суп, поскольку в
соли натрий присутствует в виде хлорида. Чистые щелочные металлы
– совсем другое дело. Когда они соприкасаются с водой, происходит
реакция окисления. Электроны покидают металл, выделяется тепло и
газ водород, который может воспламениться. Так описывает процесс
хрестоматийная теория популярного эксперимента. Однако в ней все
еще остаются белые пятна.

Чешские исследователи задались целью выяснить подробности этого
процесса. Поначалу они опускали в воду небольшие кусочки натрия.
Результаты оказались непредсказуемы: вспышка то происходила, то
нет. Причиной нестабильности были незначительные колебания в
размере и форме металла. Тогда ученые использовали смесь жидкого
натрия и другого щелочного металла, калия. Это позволило
исследователям производить капли одинаковой формы и величины.

Съемка со скорость тысяча кадров в секунду показала, что через
пять миллисекунд, попав в воду, щелочной металл «съеживается»,
выпуская десятки и сотни «игл». Ученые предположили, что это
происходит в силу того, что электроны из металла мгновенно уходят
в воду, и в нем происходит накопление положительного заряда.
Взаимное отталкивание положительно заряженных частиц разрывает
металл, вызывая появление «игл». В свою очередь это увеличивает
площадь металла, контактирующего с водой, вызывая бурную реакцию.
Компьютерное моделирование, проведенное после эксперимента,
подтвердило этот эффект, хотя и на примере значительно меньшего
количества натрия из-за ограниченности вычислительной мощности.

Подробное объяснение природы этой реакции — которым, как ни
странно, до сих пор никто не озаботился — может быть применено
для предотвращения подобных взрывов на производственных объектах,
использующих щелочные металлы, например, в некоторых видах
ядерных реакторов, которые охлаждаются жидким металлом. Но это
все уже прикладное, как признается руководитель группы
исследователей — похоже, им, как и любым мальчишкам, нравится
играть со взрывчатыми веществами.

И добавим о российских химических новостях — не так взрывчато,
зато куда фундаментальнее — как сообщал недавно наш портал,

российским химикам удалось получить титан с особо низкой
радиактивностью, что может быть крайне полезным для
экспериментов с элементарными частицами.

вода
натрий
щелочные металлы

Информация предоставлена Информационным агентством «Научная Россия». Свидетельство о регистрации СМИ: ИА № ФС77-62580, выдано
Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций 31 июля 2015 года.

НАУКА ДЕТЯМ

«МК» — Математикам прилетел «Град», ботаники кутали пальмы шторами: как выживают донецкие ученые

09:00 / Наука и общество

Кишечные бактерии необходимы для развития социального поведения у рыб

20:00 / Биология, Нейронауки

Исследование: сойки обладают самоконтролем

17:36 / Биология

Российская магнитная катушка для ИТЭР отправлена к месту сооружения реактора

17:30 / Физика

Ученые ТПУ создали образцы протонообменных мембран для получения сверхчистого водорода

16:30 / Инженерия

НГТУ НЭТИ совместно с индустриальными партнерами представил первый в России анимированный переводчик на РЖЯ

15:30 / Здравоохранение

Разработан новый метод оценки искажений в оптических системах

14:30 / Физика

В Москве прошло расширенное заседание коллегии Минздрава России

14:00 / Здравоохранение

Археологи ИА РАН исследовали раннеславянское городище недалеко от Смоленска

13:30 / Археология

Ученые ТГУ нашли способ повысить устойчивость растений к засухам

12:45 / Биология, Климат, Новые технологии, Экология

Памяти великого ученого. Наука в глобальном мире. «Очевиднное — невероятное» эфир 10.05.2008

04.03.2019

Памяти великого ученого. Нанотехнологии. «Очевидное — невероятное» эфир 3.08.2002

04.03.2019

Вспоминая Сергея Петровича Капицу

14.02.2017

Смотреть все

Вторжение соленой воды | Геологическая служба США

По водным ресурсам

2 марта 2019 г.

Повышение уровня моря и Маршалловы острова

Как уровень моря влияет на остров, включая вторжение соленой воды

Вторжение морской воды

Мониторинг растущей озабоченности прибрежных сообществ

  • Обзор

  • Наука

  • Мультимедиа

  • Публикации

  • Новости

Вторжение соленой воды в той или иной степени произошло во многих прибрежных водоносных горизонтах Соединенных Штатов. Поскольку соленая вода не может использоваться для орошения сельскохозяйственных культур или для потребления людьми, вторжение соленой воды может быть очень проблематичным для прибрежных сообществ, которые зависят от запасов пресной подземной воды для средств к существованию. Геологическая служба США изучает, как чрезмерная откачка подземных вод, повышение уровня моря и другие факторы способствуют проникновению морской воды в запасы пресных подземных вод. Это исследование помогает тем, кто управляет водоснабжением, позволяя разработать более эффективные стратегии управления для защиты людей и их источников воды.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

В естественных условиях движение пресной воды в сторону моря предотвращает попадание соленой воды в пресноводные прибрежные водоносные горизонты. Эта граница между пресной и соленой водой поддерживается вблизи побережья или далеко под поверхностью земли. Интерфейс фактически представляет собой диффузную зону, где смешиваются пресная и соленая вода. Эта зона называется зоной рассеяния или переходной зоной.

Откачка подземных вод может уменьшить приток пресной воды к прибрежным районам и вызвать отток соленой воды в пресноводные зоны водоносного горизонта. Проникновение соленой воды уменьшает запасы пресной воды в водоносных горизонтах и, в крайних случаях, может привести к отказу от колодцев. Интрузия соленой воды происходит разными путями, включая боковое вторжение из прибрежных вод и вертикальное движение соленой воды вблизи разгрузочных колодцев. Проникновение соленой воды, вызванное забором пресной воды из системы подземных вод, может сделать ресурс непригодным для использования. Таким образом, планы управления подземными водами должны учитывать потенциальные изменения качества воды, которые могут произойти из-за проникновения соленой воды.

Источники/использование: общественное достояние.

Процесс интрузии соленой воды: На приведенном выше рисунке показано, как может происходить процесс интрузии соленой воды в систему водоносного горизонта. Граница между пресными подземными и солеными водами называется границей раздела пресной и соленой воды. Выход пресных подземных вод к побережью препятствует проникновению соленых вод в сторону суши. Если из системы водоносных горизонтов выкачивается слишком много пресной воды, соленая вода может мигрировать на сушу в результате процесса, называемого «вторжением соленой воды». Если насосная скважина находится рядом с границей раздела пресной и морской воды, мигрирующей в сторону суши, соленая вода может попасть в скважину и также загрязнить водоснабжение.

ГДЕ МЫ ЭТО ВИДЕЛИ?

Одна из частей США, которая столкнулась с вторжением соленой воды, — это Флорида. Во Флориде соленая вода проникла в запасы подземных вод различными способами. Например, соленая вода вторглась в водоносные горизонты, потому что уровень пресных грунтовых вод снизился по сравнению с уровнем моря, что позволяет воде с более высоким градиентом течь к пресной воде. Кроме того, утечка соленой воды из внутренних каналов, утечка между водоносными горизонтами или даже подъем соленой воды с глубины также повлияли на пресноводные водоносные горизонты. Менеджеры по водным ресурсам во Флориде используют информацию из местных, государственных, племенных и федеральных сетей мониторинга вторжения соленой воды, например, из Геологической службы США, для предотвращения и обращения вспять вторжения соленой воды.

 

СВЯЗАННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ Геологической службы США

Геологическая служба США изучает и контролирует границы раздела пресной и соленой воды в прибрежных сообществах, чтобы помочь защититься от вторжения соленой воды. Вот несколько ссылок, демонстрирующих, как Геологическая служба США проводит исследования вдоль каждого побережья.

  • Взаимодействие пресной и морской воды вдоль Атлантического побережья
  • Мониторинг проникновения соленой воды во Флориду
  • Вторжение морской воды в Калифорнию
  • Школа водных наук — Истощение подземных вод

 

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ РЕСУРСЫ

Агентство по охране окружающей среды США (EPA)

  • Адаптация к изменению климата и проникновение соленой воды
  • Вторжение соленой воды в США

Национальное управление океанов и атмосферы (NOAA)

  • Вторжение соленой воды в Каролину
  • Обзор штормового нагона
     

Вот несколько веб-сайтов Геологической службы США, посвященных исследованиям проникновения соленой воды.

Вообразить процессы под поверхностью земли может быть сложно. Вот несколько иллюстраций, которые помогут визуализировать концепцию вторжения соленой воды.

Большинству прибрежных населенных пунктов придется или придется столкнуться с потенциальным вторжением соленой воды, если они перекроют колодцы с грунтовыми водами. Вот несколько недавних исследований, которые демонстрируют науку, лежащую в основе изучения границы раздела пресной и морской воды.

Вот примеры новостей об исследованиях вторжения соленой воды Геологической службы США.

  • Обзор

    Вторжение соленой воды в той или иной степени произошло во многих прибрежных водоносных горизонтах Соединенных Штатов. Поскольку соленая вода не может использоваться для орошения сельскохозяйственных культур или для потребления людьми, вторжение соленой воды может быть очень проблематичным для прибрежных сообществ, которые зависят от запасов пресной подземной воды для средств к существованию. Геологическая служба США изучает, как чрезмерная откачка подземных вод, повышение уровня моря и другие факторы способствуют проникновению морской воды в запасы пресных подземных вод. Это исследование помогает тем, кто управляет водоснабжением, позволяя разработать более эффективные стратегии управления для защиты людей и их источников воды.

    ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

    В естественных условиях движение пресной воды в сторону моря предотвращает попадание соленой воды в пресноводные прибрежные водоносные горизонты. Эта граница между пресной и соленой водой поддерживается вблизи побережья или далеко под поверхностью земли. Интерфейс фактически представляет собой диффузную зону, где смешиваются пресная и соленая вода. Эта зона называется зоной рассеяния или переходной зоной.

    Откачка подземных вод может уменьшить приток пресной воды к прибрежным районам и вызвать отток соленой воды в пресноводные зоны водоносного горизонта. Проникновение соленой воды уменьшает запасы пресной воды в водоносных горизонтах и, в крайних случаях, может привести к отказу от колодцев. Интрузия соленой воды происходит разными путями, включая боковое вторжение из прибрежных вод и вертикальное движение соленой воды вблизи разгрузочных колодцев. Проникновение соленой воды, вызванное забором пресной воды из системы подземных вод, может сделать ресурс непригодным для использования. Таким образом, планы управления подземными водами должны учитывать потенциальные изменения качества воды, которые могут произойти из-за проникновения соленой воды.

    Источники/использование: общественное достояние.

    Процесс интрузии соленой воды: На приведенном выше рисунке показано, как может происходить процесс интрузии соленой воды в систему водоносного горизонта. Граница между пресными подземными и солеными водами называется границей раздела пресной и соленой воды. Выход пресных подземных вод к побережью препятствует проникновению соленых вод в сторону суши. Если из системы водоносных горизонтов выкачивается слишком много пресной воды, соленая вода может мигрировать на сушу в результате процесса, называемого «вторжением соленой воды». Если насосная скважина находится рядом с границей раздела пресной и морской воды, мигрирующей в сторону суши, соленая вода может попасть в скважину и также загрязнить водоснабжение.

    ГДЕ МЫ ЭТО ВИДЕЛИ?

    Одна из частей США, которая столкнулась с вторжением соленой воды, — это Флорида. Во Флориде соленая вода проникла в запасы подземных вод различными способами. Например, соленая вода вторглась в водоносные горизонты, потому что уровень пресных грунтовых вод снизился по сравнению с уровнем моря, что позволяет воде с более высоким градиентом течь к пресной воде. Кроме того, утечка соленой воды из внутренних каналов, утечка между водоносными горизонтами или даже подъем соленой воды с глубины также повлияли на пресноводные водоносные горизонты. Менеджеры по водным ресурсам во Флориде используют информацию из местных, государственных, племенных и федеральных сетей мониторинга вторжения соленой воды, например, из Геологической службы США, для предотвращения и обращения вспять вторжения соленой воды.

     

    СВЯЗАННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ Геологической службы США

    Геологическая служба США изучает и контролирует границы раздела пресной и соленой воды в прибрежных сообществах, чтобы помочь защититься от вторжения соленой воды. Вот несколько ссылок, демонстрирующих, как Геологическая служба США проводит исследования вдоль каждого побережья.

    • Взаимодействие пресной и морской воды вдоль Атлантического побережья
    • Мониторинг проникновения соленой воды во Флориду
    • Вторжение морской воды в Калифорнию
    • Школа водных наук — Истощение подземных вод

     

    ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ РЕСУРСЫ

    Агентство по охране окружающей среды США (EPA)

    • Адаптация к изменению климата и проникновение соленой воды
    • Вторжение соленой воды в США

    Национальное управление океанов и атмосферы (NOAA)

    • Вторжение соленой воды в Каролину
    • Обзор штормового нагона
       
  • Наука

    Вот несколько веб-сайтов Геологической службы США, посвященных исследованиям проникновения соленой воды.

  • Мультимедиа

    Вообразить процессы под поверхностью земли может быть сложно. Вот несколько иллюстраций, которые помогут визуализировать концепцию вторжения соленой воды.

  • Публикации

    Большинству прибрежных населенных пунктов придется или придется столкнуться с потенциальным вторжением соленой воды, если они переберут колодцы с грунтовыми водами. Вот несколько недавних исследований, которые демонстрируют науку, лежащую в основе изучения границы раздела пресной и морской воды.

  • Новости

    Вот примеры новостей об исследованиях проникновения соленой воды Геологической службы США.

Проникновение соленой воды

Мониторинг, управление и сохранение подземных вод Держите под контролем вторжение соленой воды

Почти две трети населения мира живет в пределах 400 км от береговой линии океана; чуть более половины живут в пределах 200 км, площадь которых составляет всего 10% земной поверхности (Hinrichsen, 2007). Большинство этих прибрежных районов используют подземные воды как основной источник пресной воды для бытовых, промышленных и сельскохозяйственных целей. Поскольку население мира продолжает расти угрожающими темпами, запасы пресной воды постоянно истощаются, что влечет за собой такие проблемы, как вторжение соленой воды, и повышает важность мониторинга, управления и сохранения подземных вод.

 

Взаимодействие пресной и морской воды

Интрузия соленой воды является серьезной проблемой, обычно встречающейся в прибрежных водоносных горизонтах по всему миру. Интрузия соленой воды — это индуцированный поток морской воды в пресноводные водоносные горизонты, в основном вызванный развитием подземных вод вблизи побережья. Там, где подземные воды откачиваются из водоносных горизонтов, которые находятся в гидравлическом соединении с морем, индуцированные градиенты могут вызвать миграцию соленой воды из моря в сторону скважины, что сделает пресноводную скважину непригодной для использования.

Поскольку пресная вода менее плотная, чем соленая, она всплывает на поверхность. Граница между соленой и пресной водой нечеткая; зона рассеивания, переходная зона или граница раздела соленой воды солоноватая, с смешиванием соленой и пресной воды.

При нормальных условиях пресная вода течет из внутренних водоносных горизонтов и районов пополнения в прибрежные районы сброса в море. Как правило, подземные воды текут из районов с более высоким уровнем грунтовых вод (гидравлический напор) в районы с более низким уровнем грунтовых вод. Это естественное движение пресной воды к морю предотвращает попадание соленой воды в пресноводные прибрежные водоносные горизонты (Барлоу, 2003 г.).

Откачка/разработка подземных вод может уменьшить количество пресной воды, стекающей к прибрежным зонам разгрузки, позволяя соленой воде попасть в пресноводные зоны прибрежных водоносных горизонтов. Таким образом, количество пресной воды, хранящейся в водоносных горизонтах, уменьшается (Барлоу, 2003 г.).

Соотношение Гибена-Герцберга предполагает, что в гидростатических условиях вес единичного столба пресной воды, простирающейся от уровня грунтовых вод до границы раздела соленой воды, уравновешивается единичным столбом соленой воды, простирающимся от уровня моря до той же точки на интерфейс. Также на каждую единицу подземных вод над уровнем моря приходится 40 единиц пресной воды ниже уровня моря.

 

X   Уровень грунтовых вод          Уровень морской воды

Граница соленой воды в безнапорном прибрежном водоносном горизонте согласно соотношению Гибена-Герцберга.

 

Этот анализ предполагает гидростатические условия в однородном безнапорном прибрежном водоносном горизонте. Согласно этому соотношению, если уровень грунтовых вод в безнапорном прибрежном водоносном горизонте понизится на 1 м, граница раздела соленой воды поднимется на 40 м.

Обычно интрузия соленой воды в прибрежные водоносные горизонты вызывается двумя механизмами:

  • Боковое вторжение со стороны океана из-за чрезмерного забора воды из прибрежных водоносных горизонтов, или
  • Движение вверх из более глубоких засоленных зон из-за восходящего конуса вблизи береговых разгрузочных/насосных колодцев.

На проникновение соленой воды в пресноводные водоносные горизонты также влияют такие факторы, как приливно-отливные колебания, долгосрочные изменения климата и уровня моря, трещины в прибрежных горных породах и сезонные изменения скорости испарения и пополнения. Скорость перезарядки также может быть снижена в районах с повышенной урбанизацией и, следовательно, с непроницаемыми поверхностями. Вторжение также произошло в районах из-за снижения уровня воды в результате строительства дренажных каналов (Barlow, 2003).

Большинство случаев вторжения соленой воды происходит в прибрежных районах, что до сих пор было предметом обсуждения, но могут быть затронуты и внутренние районы. Проблемы с засолением в некоторых регионах, окружающих Рио-Гранде в Нью-Мексико и Техасе, объясняются подъемом глубоко циркулирующих грунтовых вод, которые являются более солеными из-за естественных лежащих в их основе геологических образований (Доремус, 2008). Более соленые подземные воды выносятся на поверхность насосами для орошения и других целей. Подобные явления были отмечены в аллювиальном водоносном горизонте долины реки Миссисипи в Арканзасе, где в ответ на откачку соленая вода также поднимается вверх из более глубоких пластов (Reed, 2002).

 

Происшествие вторжения

Случаи вторжения соленой воды были обнаружены еще в 1845 году на Лонг-Айленде, штат Нью-Йорк. Вторжение происходит в прибрежные водоносные горизонты по всему миру и становится все более серьезной проблемой в таких регионах, как Северная Африка, Ближний Восток, Средиземное море, Китай, Мексика и, в первую очередь, атлантическое побережье и побережье Мексиканского залива в Соединенных Штатах и ​​Южная Калифорния. Увеличение использования подземных вод привело к тому, что граница раздела соленой воды сместилась вглубь суши и ближе к поверхности земли на большей части атлантического побережья США, а также в Южной Калифорнии.

 

Водоносные горизонты района Лос-Анджелеса

Треть запасов пресной воды в районе Большого Лос-Анджелеса поступает из местных источников подземных вод. Этими источниками пользуются более 10 миллионов жителей округа Лос-Анджелес (Эдвардс и Эванс, 2002 г.). Из-за быстрого роста населения к 1920-м годам общий поток грунтовых вод изменился на противоположный, что привело к попаданию морской воды в некоторые прибрежные водоносные горизонты бассейна Лос-Анджелеса. В 1950-х годах были установлены три нагнетательные/барьерные скважины в попытке остановить проникновение морской воды. При такой сложной гидрогеологии побережья эти барьеры были эффективны лишь частично. Текущие исследования пытаются составить карту и понять общую гидрогеологию района, и предпринимаются усилия по поиску альтернативных решений, таких как опреснение.

 

Дисбаланс Китая

С начала 1960-х годов прибрежные водоносные горизонты Китая изучались на предмет проникновения соленой воды. С переходной зоной от 1,5 до 6,0 км и площадью водоносного горизонта более 580 км2 увеличение проникновения соленой воды является серьезной проблемой в этом районе.

Исследование, проведенное в городе Лайчжоу в 1971 году и в городе Лункоу в 1979 году, показало, что чрезмерная откачка грунтовых вод в этих районах вызвала проникновение соленой воды. В 1979 площадь проникновения соленых вод составила 16 км2. К 1989 г. зона вторжения соленой воды превратилась в непрерывную зону площадью 238 км2 в Лайчжоу. В 1970-х годах площадь интрузии соленых вод в юго-западной части изучаемой территории ежегодно увеличивалась на 4 км2. В начале 1980-х годов эта цифра увеличилась до 11,1 км2, а с середины 1980-х до 30 км2. Этот быстрый рост усиливает необходимость в надлежащих методах мониторинга и контроля проникновения соленой воды.

 

Методы и приборы, использованные для исследования

В конце 1960-х гг. активизировались усилия по бурению для химического анализа проб подземных вод и определения режимов течения на основе пьезометрических уровней. Геофизические методы исследования были введены позже, и было обнаружено, что они дают больше информации быстрее, чем методы бурения. Впоследствии геофизические методы стали более важными для мониторинга вторжения соленой воды.

 

Выездной техник
измеряет
воды
отметки уровня
определение
потенциометрическая
поверхность водоносного горизонта.

В настоящее время существует множество доступных методов, включая каротаж скважин, химический анализ проб подземных вод, исследование взаимодействия между матрицей водоносного горизонта и подземными водами, а также, наиболее распространенное, профилирование концентрации хлоридов, профилирование вертикальной проводимости и температуры.

 

Проводимость и температура, используемые для оценки солености

Способность водного раствора проводить электрический ток посредством движения ионов измеряется посредством проводимости. Соленость – это измеренная масса растворенных солей (ионов) в растворе. Таким образом, показания электропроводности дают хорошее представление о солености. Как правило, по мере увеличения солености общее количество растворенных твердых веществ (TDS) в растворе увеличивается, а также увеличивается проводимость.

По определению Геологической службы США, соленая вода имеет общую концентрацию растворенных веществ 35 000 мг/л, из которых 19 000 мг/л приходится на хлориды (Barlow, 2003). Профилирование концентрации хлоридов является основным компонентом соленой воды и является очень распространенным методом исследования интрузий соленой воды. По мере увеличения концентрации хлоридов в соленой воде увеличивается и проводимость. Таким образом, проводимость является очень хорошим индикатором содержания хлоридов и солености.

Электропроводность зависит от температуры; поэтому профилирование обеих этих переменных становится важным фактором при определении поведения переходной зоны и границы раздела соленой воды.

 

С помощью таких устройств, как ТЛХ-метр Solinst модели 107 (температура, уровень, электропроводность), можно оценить соленость по показаниям электропроводности и температуры, снятым на дискретной глубине. Измеритель TLC оснащен «умным» датчиком, который обеспечивает точные измерения температуры и электропроводности и прикреплен к высококачественной плоской ленте для измерения глубины. Зонд и лента закреплены на прочной катушке, что упрощает работу. Подобные приборы упрощают вертикальное профилирование температуры и электропроводности.

Например, при использовании стандартных методов показания электропроводности 25 000 мкСм/см и показания температуры 20°C дают оценку солености 17 ppt (APHA et al, 2005). С помощью этого метода исследования скважинные профили солености можно использовать для отслеживания колебаний границы раздела соленой воды. Это, в свою очередь, увеличивает потенциал для решения проблем проникновения соленой воды.

 

Для непрерывного мониторинга границы раздела соленой воды такой прибор, как Levelogger 5 LTC, позволяет точно регистрировать данные электропроводности, а также температуры и уровня воды каждые 2 секунды. Levelogger 5 LTC идеально подходит для долгосрочного мониторинга проникновения соленой воды благодаря своей компактной, водонепроницаемой конструкции, не требующей особого обслуживания.

Levelogger 5 LTC сочетает в себе регистратор данных, батарею на 8 лет, память на 100 000 наборов показаний, датчик давления, датчики температуры и электропроводности в небольшом корпусе 22 мм x 208 мм. Его легко развернуть, откалибровать и запрограммировать.

Чтобы легко создать сеть скважин для мониторинга, Levelogger 5 LTC можно интегрировать в систему телеметрии Solinstd, что обеспечивает удобный доступ к удаленным данным в режиме реального времени. Система телеметрии STS устанавливает сигналы тревоги, которые срабатывают при достижении определенного уровня проводимости, уведомляя персонал о возможных условиях проникновения соленой воды. Levelogger 5 LTC также совместим с SDI-12 и может быть интегрирован в сеть SDI-12 или SCADA.

С помощью такого прибора, как Levelogger 5 LTC, можно отслеживать границу раздела соленой воды с течением времени и выдавать предупреждения в режиме реального времени при возникновении или ухудшении условий вторжения.

 

Контроль и управление вторжением соленой воды

Одним из ключей к контролю вторжения соленой воды является поддержание надлежащего баланса между водой, выкачиваемой из водоносного горизонта, и количеством воды, подпитывающей его. Постоянный мониторинг границы раздела соленой воды необходим для определения надлежащей техники управления. В прошлом многие общины, которые сталкивались с проблемой проникновения соленой воды, просто устанавливали новые добывающие скважины дальше вглубь суши. Это только усложняло вопрос.

С тех пор применялись различные методы, помогающие облегчить опасения по поводу вторжения соленой воды. Усилия по содействию сохранению водных ресурсов и ограничению забора воды из прибрежных водоносных горизонтов были в центре внимания во многих областях. Также поощряется использование альтернативных источников пресной воды. Установки по опреснению морской воды появляются в прибрежных районах по всему миру.

Там, где нет других вариантов получения пресной воды, были успешно предприняты усилия по поддержанию уровня грунтовых вод путем накопления поверхностных и ливневых стоков или использования речной воды для пополнения уровня грунтовых вод. Системы хранения и восстановления водоносных горизонтов (ASR) могут помочь восстановить водоносные горизонты, в которых наблюдалось долгосрочное снижение уровня воды из-за чрезмерной откачки.

 

Глубокая подпиточная скважина создает гребень грунтовых вод.

 

Другие методы борьбы с вторжением соленой воды, такие как использование глубоких скважин для подпитки, также оказались успешными. Эти скважины создают высокую потенциометрическую поверхность, что позволяет откачивать грунтовые воды ниже уровня моря в сторону суши из созданного гребня грунтовых вод. В некоторых случаях у берега были сооружены барьерные колодцы для откачки соленой воды и восполнения градиента пресной воды по направлению к морю.

Во всех этих случаях необходимы гидрологические исследования и мониторинг качества воды, чтобы помочь лучше понять движение и взаимодействие пресной и соленой воды в недрах и определить наилучший метод борьбы с вторжением соленой воды. Потенциометрическое картирование поверхности водоносного горизонта может предоставить важную информацию, определяющую направление потока подземных вод в замкнутом водоносном горизонте. Это определяется нанесением отметок уровня воды на карту и оконтуриванием результатов. Контурная поверхность известна как потенциометрическая поверхность, которая фактически является картой гидравлического напора в водоносном горизонте.

Сеть мониторинговых скважин позволяет постоянно наблюдать за границей раздела соленой воды после того, как будут приняты стратегии управления. Это обеспечивает раннее предупреждение о вторжении соленой воды и отслеживает эффективность стратегии. В целом, необходимы надлежащие методы мониторинга и управления подземными водами в сочетании с охраной подземных вод, чтобы держать под контролем вторжение соленой воды и обеспечивать устойчивые запасы пресной воды для будущих поколений.

 

Ссылки

Элли, Уильям М. и Чарльз Дж. Тейлор. 2001 Мониторинг уровня грунтовых вод и важность долгосрочных данных об уровне воды. Циркуляр Геологической службы США: 1217.

Эннинг, Дэвид. 2008. Растворенные твердые вещества в бассейновых водоносных горизонтах юго-запада. Юго-западная гидрология. Март/апрель 2008 г.: 18–19.

Американская ассоциация общественного здравоохранения (APHA), Американская ассоциация водопроводных сооружений (AWWA) и Федерация водной среды (WEF). 2005. Стандартные методы исследования воды и сточных вод: 2520 Соленость.

Этуотер, Ричард. 2008. Проблемы управления соленостью, стоящие перед Южной Калифорнией. Юго-западная гидрология. Март/апрель 2008 г.: 16–17.

Барлоу, Пол М. 2003. Подземные воды в пресноводных и морских средах Атлантического побережья. Циркуляр Геологической службы США: 1262.

De Breuck, W. 1991. Гидрогеология проникновения соленой воды: методы и инструменты. Verlag Heinz Heise GmbH & Co KG, Ганновер, Германия, стр. 223.

Доремус, Дейл. 2008. Управление соленостью в Рио-Гранде – реальная возможность? Юго-западная гидрология. Март/апрель 2008 г.: 24–25.

Дрисколл, Флетчер Г. 1986. Подземные воды и колодцы: контроль проникновения соленой воды. Подразделение Джонсона, Сент-Пол, Миннесота, стр. 773.

Эдвардс, Брайан Д. и Кевин Р. Эванс. 2002. Проникновение соленой воды в прибрежные водоносные горизонты Лос-Анджелеса – морская связь. Информационный бюллетень Геологической службы США 030-02.

Фриз, Аллан Р. и Джон А. Черри. 1979. Подземные воды: Оценка источников подземных вод. Prentice-Hall, Englewood Cliffs, New Jersey, стр. 375-378.

Хиббс, Барри и Мерседес Мерино. 2007. Обнаружение геологического источника солености в водоносном горизонте Рио-Гранде. Юго-западная гидрология. Июль/август 2007 г.: 20–21, 33.

Хинрихсен, Дон. 2007. Планета-океан в упадке. Доступно: [онлайн] http://www.peopleandplanet.net/?lid=26188&topic=44&section=35. Доступ: 7 ноября 2007 г.

МакНью, Элизабет Р. и Сара Арав. 1995. Подземные воды: поверхностные геофизические исследования границы раздела пресной и соленой воды в прибрежной зоне Лонг-Айленда, Нью-Йорк. т. 33 № 4, стр. 615-626.

Рид, Т.Б. 2002. Состояние уровня воды и отдельные условия качества воды в аллювиальном водоносном горизонте долины реки Миссисипи в Восточном Арканзасе.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *