Groundwater pollution from agricultural activities: an integrated approach

• Autorzy: Anastasiadis P.

Warianty tytułu

PL

Zanieczyszczenie wód gruntowych w wyniku działalności rolniczej: podejście zintegrowane

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Non-point pollution is the most widely spread water contaminant on earth. Nitrate pollution is a serious problem in all European countries (Spalding and Exuer 1993, European Com. Report 1991, Anastasiadis 1994, Xefteris 2000). Nitrate contamination originates mainly from agriculture applications, particularly from the extensive use of nitrogen fertilizer and manure, which leads to nitrate leaching from large land areas in the soil and eventually into the groundwater. This-non point contamination cannot be delineated or controlled. The analysis and prediction of diffuse sources of groundwater pollution, as in case of nitrates, is a very difficult task, due to a variety of reasons such as a) the complex physical process of flow and transport, b) the large scale of the problem and c) the inherent difficulties of efficient sampling. All kinds of processes occur in both the unsaturated and saturated zones and it is, therefore practically infeasible to couple all individual models in order to understand the phenomenon as a whole. As groundwater is the only source of potable water in many places on earth, assessing the health risks from chemicals and protecting humans are given priority in government decisions. For this purpose a complex procedure is required that integrates research and technical expertise from various scientific disciplines. An approach to face the nitrate problem would certainly include the study of the fate of nitrate in soil and groundwater, as affected by a variety of environmental and anthropogenic processes and the evaluation of existing and the development of new agricultural practices relating to quality control and management. For Greece, a member state of European Union, agriculture is a very important sector for the economy and thus the cost of groundwater pollution is an inevitable consequence of its development. Agricultural activities in Greece employ 27% of active population when at the same time the average in European Union is 8%. (N. S. S., 1995). Additionally the 80-90% of total water consumption is used for agricultural activities. Groundwater nitrate contamination from agricultural activities will be a matter of concern for many years to come. In this work a wide range of models have been applied in a study case in Northern Greece. The value of each particular model relates directly to the amount of information and more generally of knowledge we have of every phenomenon, which means that even the more sophisticated models should be validated with reference to specific cases to which they are going to be applied. Due to the diffuse nature of non-point contamination field data are required that can describe to the highest possible level of accuracy the spatial and temporal variations of quite a number of parameters. Statistical and spatial models are very useful in obtaining average values and also in identifying the structure of parameters, variables and their relationships.

PL

Ponieważ woda gruntowa jest jedynym źródłem wody do picia w wielu miejscach na ziemi, priorytetową sprawą w decyzjach rządów musi być oszacowywanie ryzyka zdrowotnego spowodowanego przez substancji chemicznych oraz ochrona ludzi. W tym celu potrzebna jest złożona procedura, która łączy badania i specjalistyczną wiedzę techniczną z różnych dyscyplin naukowych. Podejście, które pomoże rozwiązać problem azotanów na pewno powinno zawierać badanie zachowania azotanów w glebie i wodach gruntowych, które podlegają rozmaitym procesom środowiskowym i antropogenicznym a także ocena istniejących i rozwijających się nowych praktyk rolniczych, wiążąca się z kontrolą jakości i zarządzaniem. Największe antropogeniczne źródło azotanów w wodach gruntowych to rolnictwo. Wysokie stężenia azotanów w wodzie, które często przekraczają normy dla wody pitnej, są głównie spowodowane intensywnego nawożeniem. Wysokie stężenia azotanów w wodzie pitnej mogą spowodować poważne problemy zdrowotne, szczególnie u niemowląt. Istnieje wiele sposobów modelowania i różnych typów metod, które są używane w wszystkich badań nad zanieczyszczeniem wód gruntowych azotanami. Stosowany jest szeroki zakres modeli, od prostych statystycznych do złożonych symulacyjnych i zarządzających. Będące w toku badania obejmują pomiary hydrogeologiczne in-situ, pobieranie próbek wody gruntowej jak również pracę teoretyczną rozszerzoną przez zastosowanie numerycznego modelowania zanieczyszczenia azotanami w płytkich formacjach wodonośnych; wciąż jest to jedno z niewielu zintegrowanych badań w Grecji. Wypracowanie modelu symulacyjnego równolegle z dostępną informacją z badań polowych ułatwia zarówno poprawę modeli oraz planowanie w przyszłości badań in-situ. Rozpatrywana w tym referacie struga zanieczyszczeń pojawiła się w przybrzeż-nej, płytkiej, nasyconej formacji wodonośna, która jest położona w południowo-zachodniej części Półwyspu Chalkidiki w północnej Grecji (rys. 1). Badana formacja wodonośna jest częścią dużego działu wodnego, który spływa do Zatoki Thermaikos. Duża część terenu jest używana jako ziemia rolnicza. Intensywna działalność rolnicza podczas ostatnich dekad wspomagana intensywnym nawożeniem spowodowała poważne zanieczyszczenie wód gruntowych azotanami.

Słowa kluczowe

PL

wody gruntowe; zanieczyszczenie wód; azotany; wpływ rolnictwa na wody gruntowe

• Wydawca: Politechnika Koszalińska
• Czasopismo: Rocznik Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2004
• Tom: Tom 6
• Strony: 19--30
• Opis fizyczny: Bibliogr. 33 poz.

Twórcy

autor

Anastasiadis P.

• Technological Educational Institute of Serres, Greece

Bibliografia

• 1. Anastasiadis P.: Investigation of nitrate pollution of groundwater with application to a phreatic aquifer in Chalkidiki Peninsula. Phd Thesis, Dep. Civil Engn. A.U.TH. (In Greek). 1994.
• 2. Anastasiadis P.: Modeling techniques in the control of non-point sources pollution of groundwater. 5th Conference on Environmental Science and Technology, (ed.T. Lekkas), Molyvos, Lesvos, Greece, pp.118÷125. 1997.
• 3. Anastasiadis P., Latinopoulos P.: Prediction of nitrate contamination of an aquifer by numerical modeling. 3th Conference on Environmental Science and Technology, (ed. T Lekkas), Molyvos, Lesvos, Greece, pp.97÷104. 1993.
• 4. Anastasiadis P., Latinopoulos P.: Comparison between aquifer solute concentration and monitoring wells. Annual Journal of Environmental Protection, vol.4, pp.207÷217. 2002.
• 5. Anastasiadis P.: Relationship between aquifer nitrate concentration and monitoring boreholes. Fresenius Environmental Bulletin, vol. 12, No 10, pp. 1246÷1251. 2003.
• 6. Bear J.: Hydraulics of Groundwater. McGraw-Hill, New York. 1979.
• 7. Blegen R., Hess J., Denne J.: Field comparison of groundwater sampling devices. NWWA Second Annual Outdoor Action Conference, Las Vegas USA 1988.
• 8. Bouchard C.D., Willams M.K., Surampalli R.Y.: Nitrate contamination of groundwaters sources and potential health effects. J. of AWWA, 82÷90. 1992.
• 9. Burnett R., Frind O.E.: Simulation of contaminant transport in three dimension 2.Dimensionality effects. Water Resour. Res., vol. 25(4), 695÷705. 1987.
• 10. Daus A.D., Frind E.O.: An Alternating direction Galerkin technique for simulation of contaminant transport in complex groundwater systems. Water Resour. Res., Vol. 21(5), 653-664. 1985.
• 11. Dourson M., Stern B., Griffin S., Baily K.: Impact of risk-related concerns on U.S. Environmental Protection Agency programs. Nitrate Contamination, NATO ASI Series vol., G30, eds. I. Bogardi and R.D. Kuzelka, Springer Vergal, Berlin Heidelberg, pp. 477÷487. 1991.
• 12. ECETOP, Nitrate and Drinking Water, European Chemical Industry, Ecology and Toxicology Center, Technical Report No 27, Brussels Belgium 1988.
• 13. European Economic Community. Council directive on the protection of waters from agricultural nitrate pollution, Official J. No. 91/676/EECL, 375, 1÷8. 1991.
• 14. Frind E.O., Matanga G.B.: The dual formulation of flow for contaminant transport modeling: 1. Review of theory and accuracy aspects. Water Resour. Res., 21(2), 159÷169. 1985.
• 15. Frind, E.O., Matanga G.B., Cherry J.A.: The dual formulation of flow for contaminant transport modeling: 2. The Borden aquifer. Water Resour. Res., 21(2), 170÷182. 1985.
• 16. Frind, E.O.: The principal direction technique: A new approach to groundwater transport modeling, in Proceedings. Fourth International Conference on Finite Elements in Water Resources, Technical University Hannover, Germany, June 1982.
• 17. Frind, E.O. Pinder G.F.: The principal direction technique for solution of the advection-dispersion equation. Scientific Computing, pp. 305÷313, North-Holland, Amsterdam. 1982.
• 18. Frind E.O., Germain D.: Simulation of contaminant plumes with large dispersity contrast: Evaluation of alternating direction Galerkin models. Water Resour. Res., 22(13), pp. 1857-1873. 1986.
• 19. Helsel R.D., Hirsch R.M.: Statistical methods in water resources. U.S. Geological Survey, Water Resources Division, 22092 USA, Elsevier. 1992.
• 20. Kelly W.E., Curtis B. Adelman D.: Nitrate ground-water modeling for agricultural and other non-point sources. In "Nitrate Contamination", NATO ASI Series, Vol. G 30, I. Bogardi and R.D. Kuzelka, Springer-Verlag, 97÷113. 1991.
• 21. Kinzelbach W.K.H., Frind E.O.: Accuracy criteria for advection-dispersion models. Proc. VI Inter. Conf. on Finite Elements in Water Resources, Lisbon, pp. 489÷501. 1986.
• 22. Latinopoulos P., Anastasiadis P., Xefteris A.: Modeling of groundwater contamination from agricultural activities: A Greek experience. In press: 5th International Conference, "Hydrosoft 94", 21÷23 September 1994, Porto Carras, Greece 1994.
• 23. Latinopoulos P., Anastasiadis P., Xefteris A.: Nitrate pollution from agricultural activities of a shallow aquifer in Chalkidiki peninsula, Greece. Proc. Second Inter. Confer. on Water Pollution, Milan, 631÷638, 1993.
• 24. Leisman M.H., Frind E.O.: A symmetric-matrix time integration scheme for the efficient solution of advective-dispersion problems. Water Resour. Res., vol. 25(6), 1133÷1139. 1989.
• 25. Latinopoulos P., Xerteris A., Anastasiadis P.: Installation and operation system for groundwater sampling and monitoring. Inter. Conference “Water Resources Management” Larisa Greece, pp. (In Greek). 1996.
• 26. Mirvish S.S.: The significance for human health of nitrate, nitrate and N-nitroso compounds. Nitrate Contamination, NATO ASI Series vol., G30, eds. I. Bogardi and R.D. Kuzelka, Springer Vergal, Berlin Heidelberg, pp. 253÷265. 1991.
• 27. Spalding R.F., Exner M.E.: Occurrence of nitrate in groundwater – A review. Journal of Environmental Quality, vol. 22, pp. 392÷402. 1993.
• 28. Pedersen K.J., Bjerg P.L., Christensen T.H.: Correlation of nitrate profiles with groundwater and sediment characteristics in a shallow sandy aquifer. Journal of Hydrology, vol. 124, 263÷277. 1991.
• 29. Pinder F., Frind E.: Application of Galerkin’s procedure to aquifer analysis. Water Res. Res., 8(1), 108÷120. 1972.
• 30. Pinder F., Gray W.: Finite element simulation in surface and subsurface hydrology. Academic, Orlando, Flo. 1977.
• 31. National Statistical Services of Greece: Distribution of Greek area by the land use, Inventory of agriculture and cattle-breeding. G:71, Athens, 1995.
• 32. Xefteris A., Darakas E. Latinopoulos P.: Fertilizers pollution on aquifer in Chalkidiki. 5th Hel. Conference of Hellenic Hydr. Union, Larisa, Greece pp. 320÷327. (In Greek). 1992.
• 33. Xefteris A.: Investigation of groundwater quality degradation in Kalamaria plain with emphasis to nitrate contamination. Ph.D. Thesis, Dep. Civil Engn. A.U.TH Greece. (In Greek). 2000.