Coastal hydrogeology
तटीय जल-भूविज्ञान जल-भूविज्ञान की एक शाखा है जो तटीय क्षेत्रों में भूजल की गति और रासायनिक गुणों पर केंद्रित है। तटीय जलभूविज्ञान ताजा भूजल और समुद्री जल के बीच बातचीत का अध्ययन करता है, जिसमें समुद्री जल की घुसपैठ, समुद्र के स्तर से प्रेरित भूजल स्तर में उतार-चढ़ाव, पनडुब्बी से भूजल निर्वहन, मानव गतिविधियाँ और तटीय क्षेत्रों में भूजल प्रबंधन शामिल हैं। मीठे पानी-समुद्री जल इंटरफेस एक गतिशील सीमा है जहाँ मीठे पानी का समुद्री जल के साथ मिश्रण होता है। तटीय जलभूविज्ञान में एक अंतरफलक उस स्थान को संदर्भित करता है जहां जलभृत से ताजा पानी समुद्री जल से मिलता है। स्थिर मीठे पानी-समुद्री जल का अंतर्वेशन एक संतुलन चरण है जहां सीमा अपेक्षाकृत निश्चित स्थान पर स्थित होती है, जबकि समुद्री जल की घुसपैठ या एक मजबूत पुनर्भरण दर संतुलन को तोड़ती है, जिससे एक अस्थिर मीठे पानी-समुद्री जल का अंतर्वेशन होता है। भूजल और समुद्री जल के मिश्रण से एक विशेष रासायनिक प्रणाली बनती है जो परस्पर क्रिया और अंतरफलक को दिखाने के लिए एक अच्छा संकेतक है। भूजल की पम्पिंग और भूमि सुधार जैसी मानवीय गतिविधियाँ संतुलन को तोड़ती हैं, जिससे समुद्री जल की घुसपैठ, रिसाव क्षेत्र का विकास या समुद्र का प्रदूषण होता है। भूजल प्रणाली और महासागर के बीच परस्पर क्रिया जटिल है। प्रभावों को कम करने के लिए निवारक कार्यों और इंजीनियरिंग मापों को अपनाया जाता है। मीठे पानी-समुद्री पानी का इंटरफेस मीठे पानी-समुद्री पानी का इंटरफेस या खारे पानी का इंटरफेस तटीय जल भूगोल में एक आवश्यक पहलू है जो मीठे पानी और समुद्री पानी के बीच संक्रमण क्षेत्र या मिश्रण क्षेत्र के स्थान का पता लगाने की कोशिश करता है। एक तेज इंटरफेस तब बनता है जब संक्रमण क्षेत्र पतला या संकीर्ण होता है। तटीय जलभृतों को सभी जलभृत प्रणालियों के समान तीन श्रेणियों में वर्गीकृत किया जा सकता हैः तलछटी जलभृत, कठोर चट्टान जलभृत और चूना पत्थर जलभृत। घिजबेन-हर्जबर्ग सिद्धांत घिजबेन-हर्जबर्ग सिद्धांत ने जल स्तर को तैयार किया और एक द्वीप या असंबंधित जलभृत में भूजल की सीमा को एक लेंस-आकार बनाना चाहिए। यह सिद्धांत इंटरफेस की निचली सीमा का अनुमान लगा सकता है जो एक जलभृत की क्षमता का एक सामान्य विचार प्रदान करता है। जलभृत की क्षमता का अनुमान लगाकर हम कुछ क्षेत्रों में उपलब्ध भूजल संसाधन का पता लगा सकते हैं। तटीय जलभृतों में मीठे पानी-समुद्री जल इंटरफेस यह माना जाता है कि नीचे दिए गए जलभृत विभिन्न मॉडलों में सजातीय हैं ताकि प्रत्येक जलभृत की हाइड्रोलिक चालकता समान हो। उपरोक्त आंकड़े संभावित तटीय जलभृतों का अनुकरण करते हैं। वास्तव में, यह जटिल है। जटिल भूविज्ञान-गैर-समान चट्टान परतों और अपक्षय के कारण, तट के भीतर सीमित और अपरिष्कृत दोनों जलभृत पाए जा सकते हैं। तल पर कई सीमित जलभृत और तट के शीर्ष पर एक अपरिष्कृत जलभृत होना संभव है। समुद्री जल घुसपैठ एक ऐसी प्रक्रिया है जिसमें समुद्री जल मीठे पानी के जलभृत में घुस जाता है। प्राकृतिक या मानवजनित कारक समुद्री जल की घुसपैठ का कारण बन सकते हैं। मीठे पानी के जलभृत का लवणन भूजल के दबाव में परिवर्तन, जल पुनर्भरण में कमी, भूजल निर्वहन में कमी, या जलभृत में प्रवेश करने वाले नमक के अन्य स्रोतों के कारण समुद्री जल के प्रवाह के कारण हो सकता है। संक्रमण क्षेत्र या इंटरफेस या तो भूमि पर स्थानांतरित हो जाएगा या ऊर्ध्वाधर रूप से स्थानांतरित हो जाएगा। समुद्र के स्तर में वृद्धि, बाढ़ या सुनामी भी मीठे पानी के जलभृत में खारे पानी की घुसपैठ का कारण बनती है। इंटरफेस के पास एक कुएं से भूजल की पंपिंग-प्रेरित खारे पानी की अप-कॉनिंग समुद्र के पानी के अप-कॉनिंग का कारण बन सकती है जहां समुद्री पानी ऊर्ध्वाधर रूप से जलभृत में घुस जाता है। जब पम्पिंग दर अधिकतम पम्पिंग दर या महत्वपूर्ण पम्पिंग दर से अधिक हो जाती है, तो समुद्री जल को बाहर निकाल दिया जाता है। विजातीयता और अनिसोट्रोपी जलभृतों के प्रभाव अनिसोट्रोपिक और विजातीय होने चाहिए। एक उच्च पारगम्यता परत मीठे पानी के प्रवाह से जुड़ी होती है। यदि ऊर्ध्वाधर दिशा में जलभृत की हाइड्रोलिक चालकता क्षैतिज दिशा से कम है, तो संक्रमण क्षेत्र क्षैतिज दिशा में अधिक स्थानांतरित होगा। ज्वार-भाटा संक्रमण क्षेत्र को भूमि की ओर धकेल सकता है और संक्रमण क्षेत्र को चौड़ा कर सकता है। ज्वार-भाटा भूजल के गैर-समान प्रवाह को बनाने वाले ज्वारीय दबाव के कम होने के कारण ताजे पानी के समुद्री जल के मिश्रण को मजबूत कर सकता है। ज्वारीय आयाम जितना अधिक होगा, मिश्रण प्रभाव उतना ही अधिक होगा। जलभृत में कम नमी होने से अधिक समान प्रवाह होगा। अन्य कारक भूवैज्ञानिक संरचनाएँ जो विभिन्न परतों को काटती हैं जैसे कि फॉल्ट या डाइक समुद्री जल की घुसपैठ की दिशा और वेग को प्रभावित कर सकते हैं। डाइक, एक आग्नेय इकाई जो अभेद्य है या हाइड्रोलिक चालकता में कम है, समुद्री जल की घुसपैठ को रोक सकती है। दोष जल प्रवाह की दिशा को भी प्रभावित करते हैं जिसका अध्ययन दोष क्षेत्र जलभूविज्ञान द्वारा किया जाता है। नियमित और विनाशकारी बाढ़ दोनों ही समुद्र के पानी के नीचे की ओर घुसपैठ का कारण बन सकते हैं जिससे ताजे नमक के पानी के संक्रमण क्षेत्र को फिर से बनाया जा सकता है। फैलाव समुद्री जल के घुसपैठ के लिए भी जिम्मेदार होगा, क्योंकि उच्च सांद्रता से कम सांद्रता तक विलेय का शुद्ध प्रवाह होता है। उदाहरण के लिए, ताजे पानी की 10 मीटर मोटी परत के पूर्ण लवणकरण में प्रसार के माध्यम से हजारों साल लगते हैं। अन्य कारक पंपिंग-प्रेरित समुद्री जल घुसपैठ हो सकते हैं। पनडुब्बी भूजल निर्वहन पनडुब्बी भूजल निर्वहन (एस. जी. डी.) जलभृत और समुद्र के अंतरफलक पर भूजल प्रवाह है। यह समुद्र की ओर बहने वाले पानी के प्रवाह को संदर्भित करता है। निकटवर्ती पनडुब्बी भूजल निर्वहन को 0 से 10 मीटर की सीमा के रूप में परिभाषित किया गया है, तटबंध एस. जी. डी. को 10 मीटर से 10 किमी के रूप में परिभाषित किया गया है और अपतटीय एस. जी. डी. को 10 किमी से अधिक के रूप में परिभाषित किया गया है। स्थलाकृति, लवणता और तापमान परंपरा और ज्वारीय पंपिंग पनडुब्बी भूजल निर्वहन के लिए प्रेरक बल के लिए जिम्मेदार हैं। स्थलाकृति-संचालित प्रवाह किसी क्षेत्र की स्थलाकृति और भूविज्ञान भूजल की पारगम्यता और प्रवाह नेटवर्क को प्रभावित करता है। एक असंशोधित जलभृत के लिए, भूजल निर्वहन तट के पास होगा और समुद्र की ओर प्रसार के साथ निर्वहन कम हो जाएगा। सीमित जलभृतों के लिए, भूजल समुद्र की ओर तटबंध क्षेत्र में आगे बह सकता है या यहां तक कि पनडुब्बी स्प्रिंग्स भी विकसित कर सकता है। भूजल ज्वारीय गतिशीलता ज्वार-भाटा द्वारा समय-समय पर समुद्र के स्तर में परिवर्तन तटीय जलभृत प्रणाली के भूजल स्तर में उतार-चढ़ाव का कारण बनेगा। समुद्री ज्वार का ज्वारीय संकेत अधिक क्षीण हो जाता है और भूमि की बढ़ती दूरी के साथ इसमें देरी होती है। कुओं में जल स्तर में उतार-चढ़ाव समुद्र और जलभृत के बीच संबंध की डिग्री के कारण हो सकता है; भूजल प्रवाह समुद्र से अच्छी तरह से जुड़ा हुआ है; समुद्री ज्वार के बारी-बारी से लोडिंग और अनलोडिंग से प्लास्टिक विरूपण होता है। कुएँ में जल स्तर के दोलन के परिमाण की ज्वारीय दक्षता समुद्र तल के दोलन तक लगभग 42 प्रतिशत से 44 प्रतिशत है। उदाहरण के लिए, यदि समुद्र तल के दोलन का परिमाण 1 मीटर है, तो जल स्तर के दोलन का परिमाण 0.42 से 0.44 मीटर होगा। हालांकि, तट से और दूर, भूजल में उतार-चढ़ाव कम होगा। तटीय भूजल प्रणालियों का रसायन तटीय भूजल प्रणाली में स्थलीय (ताजे पानी) भूजल, समुद्री जल और दो का मिश्रण होता है। वर्षा स्थलीय भूजल के पुनर्भरण का मुख्य स्रोत है। मिश्रण क्षेत्र में, डाइल्यूशन होता है जिसके परिणामस्वरूप वहाँ पानी की विभिन्न रासायनिक संरचनाएँ होती हैं। लवणता समुद्री, प्राकृतिक स्थलीय और मानवजनित स्थलीय लवणता का स्रोत है। महासागर के कुल घुलनशील ठोस (टी. डी. एस.) 33 और 36.5 जी. एल.-1 के बीच हैं। 25 डिग्री सेल्सियस पर मानक समुद्री जल का टीडीएस 36 ग्राम-1 है। तट के पास समुद्री जल का टीडीएस कम होगा क्योंकि नदी के माध्यम से ताजे पानी की आपूर्ति होती है। समुद्री जल के टी. डी. एस. में चार्ज भूजल आपूर्ति, पनडुब्बी स्प्रिंग और संक्रमण क्षेत्र के अस्तित्व का संकेत दे सकता है। विद्युत चालकता विद्युत चालकता (ईसी) लवणता की व्याख्या करने का एक और तरीका है। विद्युत चालकता विद्युत प्रवाह को ले जाने की पानी की क्षमता को दर्शाती है। उच्च विद्युत चालकता विघटित आयनों की उच्च सांद्रता को दर्शाती है। तापमान में 1 डिग्री सेल्सियस की वृद्धि होने पर विद्युत चालकता में 2 प्रतिशत की वृद्धि होती है। स्थलीय भूजल की रासायनिक संरचना स्थलीय भूजल पर धनायनों का प्रभुत्व हैः पोटेशियम (के +), सोडियम (ना +), कैल्शियम (सी. ए +) और मैग्नीशियम (एम. जी +) और आयनः क्लोरीन (सी. एल-), बाइकार्बोनेट (एच. सी. ओ. 3-) और सल्फेट (एस. ओ. 42-)। प्रत्येक आयन की सांद्रता> 1mgl−1 होती है। रासायनिक संरचना अत्यधिक भूविज्ञान पर निर्भर करती है जो स्थानीय चट्टानों की संरचना और वर्षा और नदियों जैसे पुनर्भरण स्रोतों की रासायनिक संरचना है। ताजा भूजल संभवतः क्षारीय होता है क्योंकि इसमें कैल्शियम और मैग्नीशियम होता है। समुद्री जल की रासायनिक संरचना में सोडियम (Na +) और क्लोरीन (Cl-) का प्रभुत्व है। समुद्री जल की रासायनिक संरचना में लंबे निवास समय के कारण विभिन्न महासागरों के बीच छोटी परिवर्तनशीलता होती है जो मिश्रण की सुविधा प्रदान करती है। तटीय जलभृत में रासायनिक प्रक्रियाएँ तटीय जलभृतों में भौतिक और रासायनिक प्रतिक्रियाएँ होती हैं, जिनमें ऑक्सीकरण-कमी प्रतिक्रियाएँ, खनिज विघटन और वर्षा, अम्ल-क्षार प्रतिक्रियाएँ, आयन विनिमय और गैसों का विघटन और विलयन शामिल हैं। वे रासायनिक प्रक्रियाएँ स्थलीय जलभृत प्रणाली में भी होती हैं। विभिन्न रासायनिक प्रक्रियाओं की दर जलभृतों के विभिन्न भागों के तापमान और दबाव पर निर्भर करती है। विभिन्न जलभृतों के लिए वर्षा प्रमुख पुनर्भरण है। इस प्रकार, भूजल अम्लीय होगा। प्रवाह पथ या प्रवाह दूरी बढ़ने के साथ भूजल कम अम्लीय हो जाता है। आयन विनिमय समुद्री जल में मुख्य रूप से सोडियम और क्लोरीन होता है जबकि ताजा भूजल में कैल्शियम और बाइकार्बोनेट का प्रभुत्व होता है। कैशन विनिमय रासायनिक समीकरण द्वारा दिए गए संक्रमण क्षेत्र में होता हैः Na + + 1/2Ca-X2 → 1/2Ca2 + + Na-X, जहाँ X मिट्टी के कणों पर विनिमय स्थल है। समुद्री जल की तुलना में, संक्रमण क्षेत्र के पानी में अधिक कैल्शियम होगा और सोडियम में कमी होगी। ताजे पानी के साथ तुलना करें, यह विपरीत मामला है। मैग्नीशियम और पोटेशियम जैसे अन्य धनायनों का भी आदान-प्रदान होता है। मैग्नीशियम और कैल्शियम का सोडियम के लिए आदान-प्रदान किया जाएगा। चूना पत्थर के जलभृत में, भूजल की अम्लता के कारण कैल्साइट घुल जाता है। मैग्नीशियम की उपस्थिति के साथ, संक्रमण क्षेत्र में डोलोमाइट बन सकता है। खनिज विघटन और वर्षा चूंकि वर्षा अम्लीय होती है, इसलिए यह विभिन्न खनिजों को घुलनशील बनाती है। उदाहरण के लिए, वर्षा जलभृत के अंदर कैल्साइट या डोलोमाइट को घोल देती है। संक्रमण क्षेत्र में जहां ताजा भूजल समुद्री जल से मिलता है, समुद्री जल की प्रचुर मात्रा में मैग्नीशियम के कारण डोलोमाइटाइजेशन होता है। डोलोमाइट की वर्षा होती है। रिडक्शन-ऑक्सीकरण प्रतिक्रिया रिडक्शन-ऑक्सीकरण प्रतिक्रियाएँ (रेडॉक्स) उन पुनर्भरण क्षेत्रों में होती हैं जहाँ कार्बनिक पदार्थ उपलब्ध होते हैं। जब वर्षा या नदी कार्बनिक पदार्थों के साथ मिट्टी में प्रवेश करती है तो ऑक्सीजन मीठे पानी में घुल जाती है। रेडॉक्स प्रतिक्रियाओं और सूक्ष्म जीववैज्ञानिक प्रक्रियाओं के तहत ऑक्सीजन का नुकसान हो सकता है। पाइराइट या सल्फाइड खनिजों का ऑक्सीकरण भी पानी के अंदर घुलित ऑक्सीजन का उपभोग करता है। लंबी यात्रा दूरी के दौरान भूजल में घुलनशील ऑक्सीजन सांद्रता का स्तर कम हो जाता है। अवायवीय स्थितियाँ गहरे सीमित जलभृत में होती हैं। अवायवीय स्थितियों में, सल्फेट में कमी, मेथेनोजेनेसिस और फेरिक आयरन में कमी हो सकती है। इससे लोहा, मैंगनीज, नाइट्रोजन डाइऑक्साइड, नाइट्रोजन, मीथेन और हाइड्रोजन सल्फाइड भूजल में घुल जाते हैं। रासायनिक और समस्थानिक संकेतक भूजल की रासायनिक संरचना में परिवर्तन समुद्री जल की घुसपैठ का एक संकेतक है। यह क्लोराइड के बहु-स्रोतों को रोकता है, जिससे भूजल की लवणता में परिवर्तन होता है। समुद्री जल की घुसपैठ को अलग करने के लिए Na/Cl, Ca/Cl, Mg/Ca, Cl/Br, Ca/Mg और Cl/HCO3 सहित रासायनिक सांद्रता अनुपात का उपयोग किया जा सकता है। मानवजनित प्रभाव भूमि सुधार तटीय शहरी विकास के लिए तटीय क्षेत्रों में समतल भूमि बनाने का एक तरीका है। सुधार क्षेत्रीय भूजल प्रवाह प्रणालियों, भूजल निर्वहन क्षेत्रों का स्थान, रिसाव क्षेत्र, भूजल विभाजन, समुद्री जल और ताजे भूजल के बीच अंतरफलक और जल रसायन विज्ञान को प्रभावित करते हैं। सुधार के बाद एक नए संतुलन तक पहुँचने में वर्षों से लेकर दशकों तक का समय लगता है। सुधार-रासायनिक और भूजल परिवर्तन भूमि-भराव सामग्री तटीय क्षेत्रों के संतुलन को बदल देगी। भूमि-भराव सामग्री भूजल, समुद्री जल और समुद्री तलछट के साथ रासायनिक और भौतिक रूप से परस्पर क्रिया करती है। भराव सामग्री रेत, पूरी तरह से वातित आग्नेय चट्टान या यहाँ तक कि अपशिष्ट भी हो सकती है। भराव सामग्री की नियुक्ति और भराव सामग्री की विविधता जलभृत को विषम बना सकती है। भूजल में रासायनिक परिवर्तन को सामान्य रूप से निर्धारित करना मुश्किल है। यह भरने की सामग्री पर निर्भर करता है। पुनरूद्धार के बाद भूजल निर्वहन कम हो जाता है क्योंकि भरने से उपसतह प्रवाह पथ की लंबाई बढ़ जाती है। नतीजतन, ऊपर की ओर या दृष्टिकोण में जल स्तर की ऊंचाई बढ़ेगी। वर्षा नई भूमि का पुनर्भरण करती है और भूमि की भंडारण क्षमता को बढ़ाती है। जल स्तर और समुद्री भूजल निर्वहन को बढ़ाना और भविष्य में जल विभाजन को स्थानांतरित करना। भूजल प्रवाह मार्गों की लंबाई समुद्री मिट्टी के अंदर प्रदूषकों को भंग कर सकती है और प्रदूषकों को समुद्र में ला सकती है। तटीय जल-भूविज्ञान में समुद्र के स्तर में परिवर्तन समुद्र के स्तर में वृद्धि और बाढ़ अंतरफलक को भूमि की ओर धकेल देगी। इस प्रकार, समुद्री जल भूमि में ऊर्ध्वाधर और क्षैतिज रूप से प्रवेश करता है। पुनर्भरण क्षेत्र में कमी से भूजल और भूजल स्तर में कमी आती है। द्वीपों के लिए, समुद्र के स्तर में वृद्धि मीठे पानी की मात्रा को कम कर देगी जिसके परिणामस्वरूप मीठे पानी का लेंस छोटा हो जाएगा। समुद्र के स्तर में वृद्धि से तटीय कटाव की दर भी बढ़ जाती है जिससे तटरेखा पीछे हट जाती है। समुद्री जल घुसपैठ प्रबंधन से सामाजिक और आर्थिक नुकसान होता है। समुद्री जल की घुसपैठ को रोकने के लिए समुद्री जल घुसपैठ प्रबंधन को बढ़ावा देना महत्वपूर्ण है, जिसमें ताजे पानी के पुनर्भरण में वृद्धि, पंपिंग नियंत्रण, कुएं के डिजाइन में सुधार, बाधाओं का निर्माण और भूमि और जल प्रबंधन शामिल हैं। ताजे पानी के पुनर्भरण में वृद्धि उन क्षेत्रों के लिए जहां पर्याप्त ताजे पानी की आपूर्ति है, ताजे पानी को जलभृत भंडारण और पुनर्प्राप्ति (ए. एस. आर.) नामक जलभृतों में डाला जा सकता है। पम्पिंग कुओं में इंजेक्शन के अलावा, घुसपैठ बेसिन या नहरों का उपयोग घुसपैठ और भूजल की पुनःपूर्ति के लिए किया जाता है। कुएँ की बनावट में सुधार कुएँ के स्थान और बनावट में सुधार समुद्री जल की घुसपैठ के प्रभाव को कम कर सकते हैं। उदाहरण के लिए, एक कुआँ बनाना जो जल स्तर के करीब हो, जिसमें एक कुआँ संक्रमण क्षेत्र से बहुत दूर हो। समुद्री जल की घुसपैठ की संभावना को कम करने के लिए कम पम्पिंग दर वाले कई कुओं, क्षैतिज पम्पिंग कुओं और रेडियल कुओं का निर्माण किया जा सकता है। साथ ही एक कुएँ की अधिकतम पंपिंग दर और महत्वपूर्ण पंपिंग दर की गणना करना। पम्पिंग दर को उस सीमा को पार करने से रोकें जो अति-पम्पिंग है। समुद्र में ताजे पानी के प्रवाह और जलभृत में समुद्री जल की घुसपैठ को कम करने के लिए इंजीनियर बाधाओं का निर्माण किया जा सकता है। इंजीनियर बाधाएँ हाइड्रोलिक बाधाएँ या भौतिक बाधाएँ हो सकती हैं। हाइड्रोलिक बाधाएं कुएं में ताजे पानी को इंजेक्ट करके या कुएं से खारे पानी को पंप करके काम करती हैं। नदियों का पानी, वर्षा और उपचारित अपशिष्ट जल को कुएं में डाला जा सकता है। इंजेक्शन कुएँ का स्थान पंपिंग कुएँ से बहुत दूर होना चाहिए ताकि पानी के पंपिंग और इंजेक्शन के निष्क्रियकरण को रोका जा सके। भौतिक बाधाएँ अभेद्य दीवारें हैं, जो ताजे भूजल और समुद्री जल के बीच संपर्क को काट देती हैं। 1970 के दशक से कट-ऑफ दीवारें बनाई गई हैं। स्लरी दीवारें और ग्राउट दीवारें एक प्रकार की कट-ऑफ दीवारें हैं। घोल की दीवारें पानी, मिट्टी और बेंटोनाइट या कंक्रीट से बनी होती हैं, जो एक अभेद्य दीवार बनाती हैं। ग्राउट दीवारें सीमेंट, बेंटोनाइट या सिलिकेट अभिकर्मकों से बनी होती हैं। हाइड्रोजियोलॉजी फॉल्ट ज़ोन हाइड्रोजियोलॉजी भूजल पुनर्भरण खारे पानी की घुसपैठ लवणता कुल घुलनशील ठोस ज्वार-भाटा पनडुब्बी भूजल निर्वहन कुआँ आइसोटोप हाइड्रोलॉजी संदर्भ जल विज्ञान महासागर