ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ, 2007, том 34, № 3, с. 281-289
ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ И РЕЖИМ ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ
УДК 551.49:595.353
СЦЕНАРИИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПОДЗЕМНЫХ ВОД В ЗОНЕ ОСЕДАНИЯ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ НА РАВНИНЕ ПИНТУНГ
(ТАЙВАНЬ)
© 2007 г. По-И Чоу, Че-Ши Тинг
Государственный научно-технологический университет Пинтунг Тайвань, Пинтунг, Нейпу Хсианг, Хсе Фу Роуд, 1 Поступила в редакцию 29.12.2005 г.
Рассмотрены негативные экономические последствия оседания земной поверхности в результате неконтролируемого использования подземных вод. Предложена методика рационального использования подземных вод и поиска оптимальных площадей для разведения различных видов аквакуль-туры при условии сохранения существующего уровня доходов от торговли морепродуктами.
Оседание земной поверхности главным образом наносит ущерб водным и земельным ресурсам, что в свою очередь приводит к негативным экономическим последствиям. Основное средство борьбы с этим явлением - правильная организация использования и охраны подземных вод. Использование подземных вод должно быть основано на сочетании технологических, социальных и организационных подходов к управлению, учитывающих местные условия [4]. Как известно, чрезмерная откачка подземных вод, нефти и газа из подземных резервуаров может вызвать падение уровня подземных вод. Снижение напора подземных вод приводит к уплотнению частиц породы и оседанию поверхности земли в региональном масштабе. Это уже превратилось в серьезную проблему для многих крупнейших городов Азии, в том числе Шанхая, Джакарты, Бангкока, Токио и Осаки.
Из-за отсутствия должного контроля откачка подземных вод на Тайване проводилась без каких-либо ограничений, особенно в городах вблизи эстуария. Стремясь к получению дешевой пресной воды с постоянной температурой, владельцы предприятий аквакультуры откачивали большие объемы подземных вод, что послужило главной причиной локального оседания поверхности. Из-за того, что поверхность земли в районе эстуария опустилась ниже уровня моря, каждый раз при прохождении тайфуна мощные штормовые волны вызывали затопление этой территории. Правительство вынуждено постоянно наращивать высоту дамб и многократно увеличивать расходы на дренажные работы. Различными организациями на Тайване было предложено множество подходов, направленных на борьбу с оседанием поверхности, в частности, прямые ограничения на объемы изъятия подземных вод. Однако такие меры трудно реализовать. Общие ограничения на использование подземных вод не
могут быть единственным средством для решения проблемы. Цель данной работы состоит в выработке реалистичного и гибкого пошагового сценария водоотведения, позволяющего предотвратить развитие оседания почвы, и в то же время, приемлемого для экономики района. Методология этого исследования отражена в блок-схеме.
ОБЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ И ГИПОТЕЗЫ
Оседание земной поверхности может быть следствием целого ряда природных явлений, таких, как извержения вулкана, землетрясения, тектонические подвижки, подъем уровня моря и т.д. Однако, чрезмерный отбор подземных вод, нефти и природного газа, а также добыча других природных ископаемых также может привести к оседанию поверхности. Этот процесс протекает медленно и, как правило, необратимо. По своему действию он отличается от оползней и тайфунов, непосредственно вызывающих очевидную катастрофу в течение короткого времени. Отличие рассматриваемого явления в том, что на начальных стадиях оно проходит незаметно. Только через десятилетия люди начинают обнаруживать интрузии морских вод, осолонение воды в колодцах и возникновение различных расчетных проблем.
До 1969 г. основным видом землепользования на равнине Пинтунг было сельское хозяйство. В связи с интенсивным развитием рыбоводства с 1970-х гг. территории, занятые этим видом деятельности в районе эстуария на равнине Пинтунг, значительно расширились. Торговля продуктами аквакультуры оказалась выгодной для экономики района, поэтому за 1970-1990 гг. площадь используемых территории, производительность, разнообразие используемых видов и цены значительно возросли.
282
ЧОУ, тинг
Схема методологии исследования
На равнине Пинтунг выпадает большое количество осадков, однако их распределение неравномерно. Согласно данным Управления по охране водных ресурсов Тайваня за 1981-2001 гг. 88% годового количества осадков выпадало в сезон дождей (май-сентябрь) и только 12% - в сухой период (октябрь-апрель); месячное количество осадков в засушливый период не превышало 100 мм
мм 600
500
400
300
200 100
0
I II III IV V VI VIIVIII IX X XI XII
Месяц
Рис. 1. Среднемесячное распределение осадков в
г. Пингтунг за 1981-2001 гг.
(рис. 1). В связи с этим в условиях дефицита пресных поверхностных вод основным их источником для выращивания аквакультуры и полива становятся подземные воды.
Глубины залегания подземных вод в сезон дождей и в засушливый период существенно различаются. В сезон дождей уровень подземных вод поднимается за счет дождевого питания и поверхностного стока, а в засушливый период - резко падает в связи с откачкой. В табл. 1 приведены результаты автоматической регистрации уровня подземных вод по месяцам на четырех станциях режимных наблюдений за подземными водами в зоне вдоль эстуария на равнине Пинтунг. Расположение станций показано на рис. 2, на котором видно, что станции Линпиен и Венфенг расположены вблизи зоны оседания земной поверхности, и можно считать, что интенсивные откачки здесь служат причиной значительных сезонных колебаний уровня подземных вод.
Интенсивность использования территории в зоне эстуария для выращивания рыбы и креветок чрезвычайно высока. Обычна ситуация, когда из одного кубического метра воды получают 20 кг морепродуктов [8]. Однако, из-за отсутствия пра-
Таблица 1. Колебания уровня подземных вод, м, на станциях режимных наблюдений по месяцам
Станция Годы V VI VII VIII IX X XI XII I II III IV
Хсиньюань 1995-2001 -2.69 -2.21 -2.14 -1.63 -1.81 -1.94 -2.08 -2.15 -2.46 -2.54 -2.69 -2.87
Тунгканг 1982-1997 -1.88 -1.73 -1.62 -1.41 -1.13 -1.13 -1.17 -1.16 -1.21 -1.28 -1.57 -1.74
Линпиен 1982-2001 -9.69 -7.51 -7.17 -5.56 -4.79 -5.16 -5.54 -6.1 -6.33 -7.01 -7.97 -9.13
Венфенг 1984-2001 -5.52 -4.78 -3.1 -1.77 -1.16 -4.09 -1.12 -1.25 -1.75 -3.05 -4.06 -4.88
СЦЕНАРИИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПОДЗЕМНЫХ ВОД В ЗОНЕ ОСЕДАНИЯ (а) Месяц
(в)
0
-0.4 -0.8 -1.2 -1.6 -2.0
V
Месяц
IX X ^ II Х1 XII 1 и
I п
II
III
IV
(г)
IX X XI XII
II
III
IV
Рис. 2. Колебания уровня подземных вод, м, на станциях. а - Хсинюан, б - Тунгканг, в - Линпиен, г - Венфенге. Квадрат - зона наблюдений, круг - зона проседания поверхности.
вильных представления об устойчивом развитии и защите окружающей среды, в практику некоторых местных фермеров вошла не только чрезмерно интенсивная круглосуточная откачка подземных вод, но и доставка больших количеств солоноватых вод на участки на суше для выращивания специальных видов водных растений. Результатом этого стали значительная интрузия соленых вод и нарушение естественной экологии на территории в зоне эстуария. Неконтролируемое освоение ресурсов подземных вод привело к негативным последствиям, особенно серьезным в зонах концентрации аквакультуры. Суммарное оседание поверхности земли составило >3 м, наблюдаются
интрузия соленых вод, падение уровня подземных вод и снижение дебитов откачных скважин [5].
Существует утверждение, что технология разведения морепродуктов была значительно усовершенствована, главным образом, за счет введения контроля качества воды для повышения продуктивности, однако при этом игнорировалось влияние плотности нагрузки на окружающую среду и интенсивности отбора подземных вод. Рассматриваемые территории приобрели известность, а местные жители за последние годы обогатились благодаря выращиванию, переработке и экспорту морепродуктов за счет использования подземных вод. Однако теперь дополнительно полученные средства должны быть направлены на ликвида-
I
284
чоу, тинг
цию последствий оседания поверхности. Необходимость формирования рациональной системы во-допотребления для аквакультуры очевидна.
Формулировка гипотезы
Создание рациональной системы водопотреб-ления для аквакультуры предполагает поиск видов для разведения, оптимальных с точки зрения потребления воды, и необходимой площади при условии сохранения современного уровень доходов от торговли производимыми продуктами. Другими словами, необходимо найти путь к эффективному снижению водопотребления на аква-культуру, не оказав при этом влияния на доходы в регионе. Эта важная проблема требует серьезного рассмотрения, а одно из возможных решений может состоять в регулировании распределения водных ресурсов между выращиваемыми видами. Анализу водопотребления для аквакультуры посвящено много исследований, однако в большинстве из них рассматриваются только проблемы улучшения качества воды. Сценарии оптимизации водопотребления для аквакультуры рассмотрены авторами некоторых исследований, проведенных на Тайване [3].
Так в [3] была предложена многокритериальная нечеткая функция для решения задач такого типа и применен алгоритм глобальной оптимизации для поиска приемлемого сценария аквакультуры в демонстрационном районе. Ранее была разработана нечеткая логика [9] в качестве схемы для представления и расчета нечетких суждений. Это многозначная логика, позволяющая интерпретацию на основе введения промежуточных категорий в области неопределенности. Другими словами, многокритериальная функция не определяет единственное оптимальное решение, а допускает существование множества возможных решений (неединственное решение). В связи с этим, можно рассматривать некоторые идеальные решения, максимально удовлетворяющие заданным условиям. Наиболее совершенный сценарий разведения различных видов, удовлетворения потребности в воде и снижения ее запасов, а также получения идеального дохода представлен в [3]. Несмотря на теоретическое совершенство плана структуры аквакультуры, предложенного руководителям рыбного хозяйства, реализовать его очень трудно. Поскольку оседание поверхности происходит медленно и, как правило, необратимо
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.