Унгарска наука • 2013 11 • Krisztina Kбrmá

В днешно време все повече чуваме за окончателността на водата. Чуваме, но не разбираме, защото за нас - хората, живеещи в Карпатско-Панонския регион - е естествено, когато отворим крана, винаги има чиста и здравословна вода. Медиите, разбира се, носят слава от далечни страни, от по-сух климат, че милиони деца не могат да ходят на училище, защото трябва да носят питейна вода на семействата си всеки ден. Чуваме, но не разбираме. И все пак наближава периодът, когато най-голямата битка не е нефтът или златото, а чистата и здравословна питейна вода, бъдещото „синьо злато“.

Концепцията за крайбрежна филтрация

Понятието за крайбрежна филтрация се разглежда в литературата в много широки рамки. Различни автори приспособяват този вид снабдяване с вода към различни условия. Всички обаче са съгласни, че системата за филтриране на вода се счита за водоснабдяване, ако малко количество (обикновено най-малко 50%) от съдържащата се в нея вода може да бъде получено от извор, вода или източник на вода. (Фигура 1) (Ray et al., 2003b). В случай на производство на крайбрежна филтрационна вода, ние използваме предимно повърхностни води, само водоносните пластове в контакт с тях, напр. чакъл, чакълест пясък или филтриран от пясък (Ray et al., 2003a). Оттук и името "крайбрежна филтрация". В резултат на производството на вода, водата тече от реката в геоложката среда към производителя. Този изкуствено създаден градиент е действителният фактор на пречистване, тъй като той определя скоростта на потока, т.е. продължителността на филтрацията, в допълнение към качеството на геоложката среда.

Процесите на пречистване на водата, които протичат при крайбрежната филтрация, могат да бъдат разделени на четири групи: хидродинамични (чрез охлаждане), механични (естествено филтриране), биологични (разлагане), физикохимични, разлагащи се, физико-химични (сорбция), сорбция, сорбция., 2003а). Тези процеси частично или напълно премахват органичните и неорганичните замърсители, както и микробиологичните замърсители от потока (Ray et al., 2003b). Докато реката достигне до производителя, тя е напълно или частично почистена. Чистата вода изисква само дезинфекция и може да влезе във водопроводната мрежа. Тази дезинфекция също се изисква главно поради обширната мрежа. Ако водата все още е негодна за консумация от човека, тя ще се използва за пречистване на водата. Пречистването на тази вода, пречистена чрез сухопътна филтрация, обаче е по-просто, рентабилно и по-бързо от пречистването на суровата чешмяна вода (Jaramillo, 2012). Ефективността на филтрацията зависи от качеството на флуида и геоложката среда, тъй като пречистването се извършва само ако в водоносния хоризонт няма примеси или е в по-ниска концентрация от реката. Качеството на филтрираната вода, извлечена от кладенците, ще бъде по-добро от това на първоначалната река.

Произвежданата вода е смес от водата под първоначалната повърхност (задната част) и повърхностната вода (вода). По отношение на крайбрежните филтрирани водни тела е важно да се знае съотношението на водата, произведена от реката и задните води. Системата е чувствителна към замърсяване на подпочвените води, така че в случай на кладенци, целта трябва да бъде да се запази делът на задните води възможно най-малък (Deбk et al., 1992).

В процеса на сухопътна филтрация, т.е. по отношение на пречистващия капацитет, единицата за дебелина от няколко сантиметра контакт с водата на чакълената тераса под коритото на реката, която е няколко сантиметра. Тази единица се нарича тройния слой. Обяснението му може да се обясни с факта, че течността пренася окачени вещества. Този фин материал се влива в порестия обем по време на изтичането на вода в геоложката среда, но може да проникне в него само в малка степен (Hubbs, 2006). Свойството на третичния слой, който биотехническата филтрация преминава през него, е предимство. Трябва да се отбележи обаче, че слоят има много висока устойчивост, така че значително намалява скоростта на изпомпване на водата. Това може да има пагубен ефект върху водоснабдяването на кладенците. Следователно в някои случаи може да се наложи редовно почистване на горния слой на леглото, т.е. да се разхлаби третият слой (Hubbs, 2006). Необходимо е да се проектира капацитетът на наземните филтриращи кладенци според възможността за образуване на третичния слой, но прекомерното изхвърляне на суспендираното вещество (избягване на третичния слой).

Международна перспектива

Първият сухопътен филтрационен басейн започва да се произвежда през 1810 г. по река Клайд (Водния завод на Глазгоу, Великобритания). До средата на 19-ти век той се използва в много райони в Европа и по-късно в много части на света. Това вече е много често срещана форма на успех. Почти всяка държава в Северна и Южна Америка е сред потребителите. В Африка този тип водна основа е описан само по течението на Ннес, докато в Австралия и Океания той се споменава само в литературата. В Азия се извършват множество изследвания, главно в големите страни (Кна, Индия), с цел изграждане на филтрирани крайбрежни водни бази, за да се покрият нарастващите потребности на обществото от вода. В някои случаи, например по някои замърсени реки в Азия, качеството на добиваната вода все още е с лошо качество дори след крайбрежна филтрация, но определено е по-чисто от суровата вода, така че е по-ефективно и по-евтино. Ето защо това е технология, която може да се приложи в голяма част от света, която може да извърви дълъг път за задоволяване на повсеместните нужди от вода на развиващите се страни.

Повечето страни в Европа използват крайбрежни инфилтрати. В Швейцария този тип воден обект е най-важен, покривайки 80% от мрежовите води. Във Франция 50% от главната вода, във Финландия 48%, в Германия 16%, в Холандия само 7% се осигурява от бреговата филтрация (Jaramillo, 2012).

Унгария

През 1865 г. Антал Бюргермайстер направи следното изказване: „Водата на Дунав, пречистена от неговите слоеве камък, винаги е на наша услуга в най-голямо количество“. Тази идея беше първата основа за експлоатация на крайбрежна филтрираща вода в Будапеща. Това изявление беше последвано от акт, по-малко от три години по-късно, въз основа на плановете на английския инженер Уилям Линдли, беше изградена временна водоснабдителна система от страната на Пеща, а по време на работата на Янош Вайн, строителството на окончателната водоснабдителна система започна на 18 октомври. Строежът на водни обекти на остров Сентендре започва през 1899 г. (Kбrolyi - Tolnai, 2008). По това време все повече европейски страни, като Германия от 1870 г. нататък, са изградили система за филтриране на вода, базирана на крайбрежна филтрация.

Днес 40% от населението в Унгария; Близо четири милиона души задоволяват ежедневните си нужди от вода от крайбрежните филтрационни басейни. 75% от нашите водни бази на дълги разстояния са вътрешна филтрация, т.е. те също ще играят основна роля в бъдещото управление на водните запаси. По-голямата част от питейната вода се произвежда по поречието на Дунав, но и други видове питейна вода могат да бъдат намерени по протежение на нашата река, като Муреш. Най-големите водоносни хоризонти, работещи в Унгария на остров Сентендре, могат да бъдат намерени на остров Сентендре, най-големият водоносен хоризонт на дълги разстояния в архипелага.

Значение на изотопите в околната среда

Трасиращите продукти, чийто произход може да се отдаде на природните въздействия върху околната среда, играят все по-важна роля в решаването на днешните хидрогеоложки проблеми. Сред тях, изотипът на кислорода и съотношението на водородните изотопи (δ 18 O и δ 2 H, съответно) и концентрацията на тритий (3 H) бяха използвани в най-широк диапазон. Тези изотопи се наричат консервативни маркери, тъй като могат да бъдат намерени вградени във водната молекула, така че информацията да може да бъде получена директно от потока на водата.

В Института по астрономия и науки за Земята на Унгарската академия на науките от години провеждаме изследвания в Института по геология и геохимия, за да опознаем по-добре крайбрежните филтрационни басейни. В хода на нашите изследвания използваме представените по-горе стабилни и радиоактивни изотопи за изграждане на водни модели и за усъвършенстване на съществуващите. Във водата на кладенците, изследвани на остров Сентендре, бяха определени стабилни състави на изотип на кислород и водород (Kármn et al., 2013). Тук системата се променя бързо и е динамична, тъй като реката достига кладенците за няколко седмици или месеци. Концентрациите на тритий бяха изследвани в кладенците в района на Szigetköz

mйrtьnk (Kábrn - Debk, 2012). В този район кладенците могат да бъдат разположени на няколко десетки километра от реката, така че времената на течове са били няколко години (Balderer et al., 2004).

Моделиране на черна кутия

Най-често използваният метод за извличане на изотопни данни е вашият. прилагане на дисперсионен модел с параметри (Maloszewski et al., 1983, 2002; Stichler et al., 1986, 2008). Този модел може да бъде описан като черна кутия. Изотопният състав на водата, изтичаща нагоре по кладенеца от реката през геоложката среда, се абсорбира от вариращи във времето стойности на концентрация и по време на потока на водата се диспергира в геоложката среда поради дисперсионната си концентрация. Тази променена концентрация на вода може да се смеси с местна фонова вода, което променя състава. Сместа от вода и обратно води дава водата, извлечена от двете, т.е. стойностите на концентрацията на водата се формират чрез смесването на тези два компонента. Стойностите на концентрацията, определени по време на вземането на проби от производителя, се сравняват с изходните стойности на модела с фиксиран параметър, така че моделирането да може да бъде проверено и резултатите от модела да бъдат прецизирани.

Според литературата този метод се използва успешно в няколко области, но за наистина кратки и продължили десетилетия времена на изтичане. В хода на нашата работа успяхме да изпробваме тези екстремни ситуации в унгарските територии. В района на остров Сентендре с кратко време на изтичане ние дадохме специално приложение на модела, като използвахме метода с няколко стъпки, а в района на архипелага доказахме, че методът се използва в продължение на няколко десетилетия.

Остров Сентендре

Будапеща получава значителна част от водоснабдяването си от водите на крайбрежни филтриращи кладенци на остров Сентендре. За да се гарантира безопасната експлоатация на кладенците, особено оценката на въздействието на възможно замърсяване на Дунав, е изключително важно да се знае времето за достигане на дунавската вода и замъгляването на замърсителите. В хода на нашата работа провеждахме много честа проба от четири проби седмично и след това провеждахме ежедневно вземане на проби от водата на Дунав и четири проби вода бяха взети от остров Сентендре всяка седмица. Измерван е съставът на изотипа на кислорода на пробите. Измерените данни бяха сравнени с времевите редове δ18O, изчислени въз основа на модела на параметрите с капкомер. 1 С помощта на наблюдателни кладенци се характеризира и задният бряг.

Капацитетът на производителите не се е променил през разглеждания период, но водоснабдяването на Дунав се е променило. За да можем да извършим точни изчисления на модела, за да оправдаем променящите се условия на околната среда, разделихме разглеждания период на три части, за да се адаптираме към промените във водоснабдяването на Дунав (Kármn et al., 2013). Изследвахме ниска (2) По време на периода на изследване, кислородният състав на Дунав се променя паралелно с водоснабдяването на Дунав.В дунавската вода е добавена още топяща се вода от Алпите, което измества стойността на средната стойност кислородния изотопен състав на Дунав в отрицателна посока, като по този начин осигурява добре откриваем изотоп. (Фигура 2). Моделирането беше възможно само когато имаше ясно измерим отрицателен сигнал във водите на Дунав. Следователно не бихме могли да използваме метода в случай на слабо вода. Въпреки това, в случай на средна и висока вода, може да се изчисли както времето на изтичане, така и дисперсията по време на серията изтичане. В случай на средна вода, водата на Дунав е достигнала производствения кладенец за дванадесет до четиринадесет дни, а частта от дунавската вода

Производството е 60%. В случай на много вода, имаме време за изтичане от шест до осем дни и водата на производителя

95% идват от Dunbub.

Тези изчисления показват, че тези крайбрежни филтърни кладенци, които са изключително близо до реката (50-200 m), реагират много по-бързо и в по-голяма степен на промените във водоснабдяването на Дунав от преди.

В района на Szigetköz, представеното по-горе моделиране е извършено с помощта на концентрации на тритий (Kábrn - Deák, 2012). Концентрацията на тритий във водите на Дунав е била най-висока през 1963 г., когато са проведени експерименти с водородна бомба в целия свят. По време на тези експерименти концентрацията на тритий в атмосферата се увеличава, в резултат на което съставът на утайките и реките също се променя. Този променен състав на водата може да бъде добре проследен в линията на изтичане под повърхността. Концентрациите на тритий в кладенците в района са измервани няколко пъти след 1984 г. от Йозеф Дебк. Резултатите от тези измервания са използвани за моделиране.

В хода на моделирането успяхме да опишем как продължителността на времето за изтичане и участъкът на дунавската вода се променят по протежение на пътя на потока, когато се отдалечава от Дунав (Karmrn - Debk, 2012). Кладенците достигнаха максимума в кладенците близо до Дунава, а по-късно и във фонтаните; по време на теча (Фигура 3). Частта от Дунавската вода намалява, когато се отдалечава от Дунав, водата под повърхността се смесва с произведеното количество вода.

Получените резултати допринасят за по-точното разбиране на настоящата система за воден поток, така че веднага след като се използват водни бази на дълги разстояния, ще имаме точни познания за цялата област. В същото време той обръща внимание на изключителната важност на защитата на района, тъй като замърсителите, които сега се причиняват, могат да застрашат бъдещото използване на водния басейн.

Заключения

Експлоатацията на естествената система за крайбрежно филтриране е използвана и широко разпространена форма на производство на вода в света. В Унгария тя има особено голяма история и крайбрежната филтрация също е от голямо значение за бъдещото управление на водоносния хоризонт. С ваша помощ можете да получите чиста или пречистена вода. По-нататъшното пречистване на предварително обработената вода е по-бързо и по-рентабилно от пречистването на повърхностните води директно. Замърсяването и изменението на климата ни създават нови предизвикателства. Съвременните методи (напр. Изотопни тестове) могат да помогнат за решаването на проблемите със замърсяването на водата, които също могат да спомогнат за насърчаване на безопасно и икономично развъждане на международно ниво.

Ключови думи: крайбрежна филтрация, Дунав

Balderer, Werner P. - Synal, H. A. - Deбk J. (2004): Прилагане на метода на хлор-36 за обособяване на попълване на подземни води на големи речни системи: Пример за река Дунав в Западна Унгария (зона Szigetköz). Геология на околната среда. 46, 755–762. • WEBCНM

József Deбk - E. Hertelendi - M. Sьveges - Zs. Barkúczi (1992): Произходът на водите на партизърските кладенци е концентрацията на тритий и използването на техните кислородни изотопи в техния хидрологичен процес. 72, 204–210. • WEBCНM

Хъбс, Стивън А. (2006): Промени в хидравличната проводимост на речното корито и специфичния капацитет в Луисвил. В: Hubbs, S. A. (ed.): Хидрология на филтрацията на речния бряг, въздействия върху капацитета на системата и качеството на водата. Спрингър, 199–220. • WEBCНM

Jaramillo, Marcela (2012): Филтриране на брега на река: Ефективна и икономична технология за пречистване на питейна вода. Дина. 79, 171, 148–157. Меделин, февруари 2012 г. ISSN 0012-7353 • WEBCНM

Krisztina Kábrm - József Deák (2012): Изследване на системата за стратифициран воден поток Szigetkzz въз основа на тритиево моделиране. XIX. Конференция за повърхностните води, Резюме. 20. • WEBCНM

Krisztina Kбrmá - Maloszewski, P. - Deбk J. - Furius I. - Szabу Cs. (2013): Определяне на времето на транзитно преминаване във филтрирана система на брега на реката чрез данни за изотопни кислородни данни, използвайки модела с параметри. Списание за хидрологични науки. DOI: 10.1080/02626667. 2013808345 • WEBCНM

András Kбrolyi - Béla Tolnai (2008): VНZ-RAJZ. 140 години в столичната служба. Fхvбrosi Vнzmыvek Zrt., Bp. • WEBCНM

Maloszewski, Piotr - Rauert, W. - Stichler, W. - Herrmann, A. (1983): Прилагане на модели на потока в алпийски водосборен басейн с използване на данни от тритий и деутерий. Вестник по хидрология. 66, 319–330. • WEBCНM

Maloszewski, Piotr - Stichler, W. - Zuber, A. - Rank, D. (2002): Идентифициране на поточните системи в карстово-пукнатия порест водоносен хоризонт, Schneealpe, Австрия, чрез моделиране на екологични изотопи 18O и 3H. Вестник по хидрология. 256, 48–59. DOI: 10.1016/S0022-1694 (01) 00526-1

Рей, Читаранджан - Мелин, Г. - Лински, Б. Р. (2003а): Въведение. В: Ray, Chittaranjan - Melin, G. - Linsky, B. R. (eds.): Филтрация на речния бряг, подобряване на качеството на източника-вода. Kluwer, Лондон, 1–15. • WEBCНM

Рей, Читаранджан - Мелин, Г. - Лински, Б. Р. (2003b): Речник. В: Ray, Chittaranjan - Melin, G. - Linsky, B. R. (eds.): Филтрация на речния бряг, подобряване на качеството на изворните води. Kluwer, Лондон, 335–353. • WEBCНM

Ray, Chittaranjan - Prommer, Henning (2006): Симулация на индуциран от запушване поток и химически транспорт в система за филтриране на речния бряг. В: Hubbs, S. A. (ed.): Хидрология на филтрацията на речния бряг, въздействия върху капацитета на системата и качеството на водата. Спрингър, 155–177 • WEBCНM

Stichler, Willibald - Maloszewski, P. - Moser, H. (1986): Моделиране на инфилтрация на речни води с помощта на данни за кислород-18. Вестник по хидрология. 83, 355–365. • http://tinyurl.hu/do3e/
Stichler, Willibald - Maloszewski, P. - Bertleff, B. - Watzel, R. (2008): Използване на изотопи на околната среда за определяне на зоната за улавяне на водоснабдяването с питейна вода, разположено близо до езерото на драга. Вестник по хидрология. 362, 220–233. • WEBCНM

Szarka Lászlу (2008): Подземни води, резервати за жадна планета? Geo-Fifika, Образователна брошура за науката за Земята 14., Hillebrand Nyomda Kft., Sopron

LBBNOTES

1 По дефиниция:
δ 18 O = ([18 O/16 Ominta]/[18 O/16 Ostandard] - 1) Ч1000.

2 mBf: за средното ниво на водата на Балтийско море като средно
в метри над морското равнище.

1. ббра • Опростено очертание на крайбрежна филтрационна система (по Ray et al., 2003a)

2. ббра • Нивото на водата в Дунав и еволюцията на състава на изотипа на кислорода в производствения комплекс, задната част, валежите, Дунав и моделиране на остров Сентендре

3. ббра • Време на изтичане на кладенци в района на Szigetköz по протежение на потока