当前世界环境

介绍

约旦的气候炎热干燥，夏季长而干燥，冬季短而凉爽。约旦的地理位置介于阿拉伯沙漠地区的亚热带干旱和地中海东部地区的亚热带潮湿之间。美国大约70%的平均降雨量是在11月到3月之间。在未来20年，随着人口翻倍，以及气候变化可能使降水更加不确定和多变，水资源短缺将成为一个更大的问题。

约旦是一个值得考察的主要国家，因为它甚至更严重地缺乏淡水资源，与它的地区邻国相比，后者更幸运地拥有水，或有财富用脱盐技术创造它。约旦被认为是世界上第三干旱的国家，这并不奇怪，因为沙漠环境占据了92%的土地面积(Denny et al.， 2008)。其人均可再生水资源份额仅为每年140立方米，预计到2025年将降至每年90立方米(Nortcliff等人，2008)。近年来，由于快速发展、农业扩张和工业化，约旦许多地区的地下水质量不断恶化。但是，由于农业、家庭、工业等各种点源和非点源的污染而失去宝贵的水资源，这是无法承受的。(Awawdeh, 2009)。

盆地北部和西部主要是节理裂隙的存在，这使得这些地区的含水层更容易受到污染，因为受污染的水很容易到达并与地下水混合。许多从上层含水层(B4/B5)涌出的泉水显示出化学或细菌污染，(Chilton, 2006)。

处理/未经处理的废水是地下水污染的另一个主要来源，这可以从Ar Ramtha废水处理厂周围的水井中存在的细菌污染得到证明。总大肠菌群含量可达1600 MPN/100 ml，大肠杆菌含量可达500 MPN/100 ml。岩石/土壤-水相互作用在地下水化学特别是水硬度的改变中起着重要作用(Obeidat et al.， 2012)和(Abu-Jaber and Kharabsheh, 2008)。

耶尔穆克盆地西部地下水普遍受钾污染。钾的浓度在0-163毫克/升之间，平均为7毫克/升，低于世界卫生组织的建议标准(12毫克/升)(世卫组织，2011年)。河流通常含有2-3 ppm的钾。富含钙的花岗岩含有高达2.5%的钾。这种元素主要以K的形式存在⁺(aq)水中的离子。钾存在于各种矿物中，可通过风化作用而溶解。正位废水排放到地表水中是危险的，而且很难净化。

钾在水中的危害很小，但由于其相对较高的迁移率和较低的转化潜能，它确实传播得非常快。钾中毒通常是由化合物中的其他成分引起的，例如氰化钾中的氰化物。摄入一些钾化合物可能特别有害。高剂量氯化钾会干扰神经冲动，神经冲动会干扰几乎所有的身体功能，主要影响心脏功能。当钾(K⁺)肥料施于土壤，K⁺受土壤剖面位移的影响。

K的应用⁺磷肥施用于粘粒含量低、缓冲能力小的沙质土壤⁺与土壤基质的相互作用不强，导致K⁺在土壤溶液中的浓度。K的损失⁺取决于钙的浓度(Ca^＋２)作为淋滤水中的竞争离子和通过土壤的水量。大量的K⁺从作物灌溉地区的土壤中滤出的钙^＋２和其他阳离子，(Kolahchi, 2006)。

耶尔穆克盆地是伊尔比德、约旦河谷北部和安曼的主要生活用水和灌溉用水供应商。因此，耶尔穆克盆地特别值得关注，本研究的目的是:利用SWMS_3D预测上含水层(Rijam- B4)的钾水平，并为决策者和用户提供一些水质管理方案的建议。

材料和方法

网站描述

耶尔穆克河流经叙利亚和约旦边界，并与约旦河汇合。耶尔穆克河流经约旦和叙利亚领土的洪水和基流。Yarmouk盆地位于约旦北部。这个盆地的75%位于叙利亚。在约旦，盆地位于坐标210至270 E和210至240 N(根据巴勒斯坦网格)之间，面积约为1426公里²， (MWI, 2012)，图1。

图1:Yarmouk盆地位置图 点击这里查看图

位于Zarqa河和Yarmouk河之间的北约旦(图1)是该国水文图上的一个关键区域。邻近的山区和高地海拔1200米，是约旦大裂谷以东最高的高地。耶尔穆克河流经叙利亚和约旦的边界，划定了研究区的北部边界，而约旦河代表了西部边界。耶尔穆克河发源于Jabel Al-Arab(叙利亚)，从约旦和叙利亚领土流出。Al-Wehda大坝于2006年在约旦和叙利亚之间建造，

该大坝每年为约旦提供约110千立方米的饮用水。排入大坝的泉水的水质对水库蓄水的可用性具有重要的决定作用。耶尔穆克河流域雨量充沛，水质良好。它也是伊尔比德、约旦河谷北部和安曼的主要家庭用水和灌溉用水供应商。耶尔穆克盆地的地下水质量反映了盆地区域内外的土地使用情况，前者仍然局限于雨水灌溉和一些灌溉农业(al - taani, et al.， 2012)和(Batayneh, 2010)。

数据收集与分析

基本数据的收集包括查阅相关文献，建立一个由地貌、地质、地球物理和土壤数据组成的地质数据库。它还包括收集关于以前研究的详细资料和为各种水、矿物勘探目标和井水污染浓度而钻的井的数据。数据收集还将包括基础地图、卫星图像、航空照片和地质地图(MWI, 2012)。水文数据包括井位、井深、井况、含水层代码、水位、测试数据、井产量、抽水持续时间、静态水位、地下水矿化度、钻井启动和含水层性质。
SWMS-3D的输入数据请参见
Al Balqa应用大学的实验室对水井的化学性质进行了分析，并与约旦的标准进行了比较。研究了钾浓度作为污染指标的时空变化。利用地质统计程序GS生成了污染和地下水位图⁺版本5.1，使用克里格插值方法。

建模 模型描述

该模型采用高斯消去迭代法数值求解饱和-非饱和水流的理查德方程和溶质输运的对流色散方程。流量方程包含一个用于植物吸收的汇项。该程序可用于非饱和和可变饱和多孔介质的溶质和水的运移。控制溶质输运方程为:



其中c是溶液浓度(ML³)， s为吸附浓度(-)，μ_w和μ_年代分别为液相和固相的一级速率常数(T^－1)， ρ为土壤容重(ML³)、γ_年代和γ_w是零阶速率常数(ML³T^－1)和固体(T^－1)， Dij为色散系数张量(L²T^－1）.

SWMS-3D的输入数据由三个输入文件给出，而输出结果由17个输出文件给出。该模型考虑了几种边界条件。这些边界条件包括特定的水头(dirichlet型)边界条件，特定的通量(neuman型)边界条件，以及模拟相对较深土壤剖面自由排水的单位垂直水力梯度的特定梯度条件。SWMS -3D模型也可以实现大气边界条件。还可实施渗水面、瓷砖排水。同样的边界和初始条件可以用于溶质输运边界。

模型参数 并运行

所需的模型参数是从文献中估计的，包括:土壤、天气数据、化学品(污染物)和模拟参数。模型为(K⁺)。这些条件包括地面和垂直流动。钾将被作为一种污染指标。

对该模型进行了1、5、10、15、20和25年的钾离子试验。初始条件是从2005年开始估计的，以便能够检查该模型是否能够在头五年之后以相当精确的精度预测耶尔穆克盆地地下水井中的钾浓度。2010年井中实际和模拟的钾浓度如表1所示。

结果与讨论

建模结果 实际数据与数学模型的相似性

图2 (A和B)由SWMS_3D仿真模型得到。这两个数字说明了2010年实际和模拟的钾浓度之间明显的相似性。

表1:耶尔穆克盆地2010年实际和模拟钾含量(mg/l) 点击这里查看表格

图2:实际钾浓度(mg/l) 在耶尔穆克上含水层(2010)，(A)和模拟 耶尔穆克上游钾浓度(mg/l) 含水层(2010),(B)。 点击这里查看图

实际浓度和模拟浓度之间的这种相似性验证了SWMS_3D模型，这意味着该模型能够以相当准确的精度预测耶尔穆克上部含水层的实际浓度和含水量。这将验证2020年，2030年未来价值的其他结果。图3展示了模型的未来预测。

图3:两个显示预测的地图 2020年和2030年的钾浓度 点击这里查看图

讨论

从图3可以观察到一个现象:未来十年(2020年)钾浓度的增加。但在2020- 2030年间，这一数字的大幅上升是显而易见的，这可以归因于集约种植，不断增加有机和化学肥料的使用，破坏了自然生态平衡。两者都是钾的来源，或过度抽取地下水，提高了上含水层地下水中钾和其他污染物的浓度。这也可以归因于城市和正位生源活动的增加，可能钾和其他污染物从附近的污水处理厂或固体废物处理地点泄漏。特别是在洪水或渗滤液或液体负荷超过渗透潜势蒸发时，或由于上述部分或全部原因时。图4展示了模型中使用的井的位置以及Yarmouk上部含水层的泉水。

图4:使用的弹簧和井的位置 在模拟钾浓度时 点击这里查看图

时间趋势和时间变化

从图5中可以清楚地看出，观测期(2004-2012)钾浓度快速增加，这与SWMS_3D模型模拟期(2006-2030)钾浓度计算结果一致。而且可以明显看出，从2007年开始，钾的浓度值急剧增加。这表明污染在那个时期有所增加，这可能是由于取水增加或农业活动增加。

图5:钾的时间变化 在公元1295年(2004 -2012年) 点击这里查看图

参考文献

1. Abu-Jaber, N.和Kharabsheh, A.， 2008。约旦北部耶尔穆克盆地上部地下水的起源和运动。环绕。青烟。54: pp.1355 - 1365。
2. Al-Taani, A.， Batayneh, A.， El-Radaideh N.， Al-Momani I.， And Rawabdeh A.， 2012。约旦北部耶尔穆克盆地主要泉水中硒含量的监测，世界应用科学杂志，v18, Num. 5, 2012, Pp.704-714。
3. awwdeh, M.和Jaradat, R.，2009。基于DRASTIC方法的约旦耶尔穆克河流域含水层污染脆弱性评价
4. Batayneh。2010。北约旦耶尔穆克盆地泉水中的重金属及其在健康风险评估中的潜力国际物理科学杂志，研究论文，第5卷。
5. 奇尔顿J。,2006年。含水层污染脆弱性评估及对提取影响的敏感性。保护地下水有益于健康:管理饮用水源的质量。世界卫生组织饮用水水质系列。IWA，伦敦，第199-239页。
6. Denny, E.， Donnelly, K.， Mckay, R.， Ponte, G.， and Uetake, T.， 2008。约旦可持续水资源战略。密歇根大学安娜堡分校杰拉尔德·福特公共政策学院国际经济发展项目。
7. 约旦气象部门(JMD)， 2010。交通部年报。安曼,约旦。
8. Kolahchi Z.和Jalili M.，2006。水质对沙质土壤钾淋溶的影响，干旱环境学报，Vol.68,页624 - 639。
9. 水利灌溉部(水利部)，2012。约旦标准和计量学会:饮用水标准JS 286:2008，第五版，阿拉伯文，2012年5月26日检索。
10. Nortcliff, S.， Carr, G.， Potter, R.B.， and Darmame, K.， 2008。《约旦的水资源:未来的挑战》地理文件第185号，联合王国雷丁大学。
11. Obeidat, M.， Ahmed, Y.， Hamouri N.， Adnan, M.， and athinner, F.，(2008)。岩溶泉的硝酸盐污染评价，Banikanana，北约旦，revsta Mexicana De cienciasgeological icas, V. 25, Num. 3, 2008, Pp. 426-437。
12. 世界卫生组织，2011年。饮用水质量指南，瑞士日内瓦。