地下水超采与环境地质灾害

地下水超采与环境地质灾害研究
摘要：本文在参考多个地区水文地质状况、地下水开采情况及治理措施的基础上，总结了地下水超采的危害，并对地下水的开采管理提出了一些建议。

关键词：地下水；地质灾害；研究
下水是地质环境中重要的组成部分，也是地质环境不可分割的部分，某些地区由于对地下水资源缺乏科学的评价与管理，常常盲目扩大开采，造成一系列环境地质灾害问题。

广西所处西南地区，地壳结构及动力学背景极为复杂，在高原隆升的驱动下，新构造运动及差异升降强烈；大江、大河深切谷，动力地质现象极为发育，成为全球地质灾害最为严重的地区之一。

同时，西南地区也是我国水能资源的主要聚集区，水力资源占全国的61%，随着我国西部开发进程的加快，所面临的地质灾害问题将更加突出。

因此，研究地下水与地质灾害的关系，以便对地下水开采引起的环境地质问题进行科学防控，具有重要的现实意义。

1地下水对岩土体的影响
地下水是一种重要的地质营力，它与岩土体之间的相互作用，一方面改变着岩土体的物理、化学及力学性质，另一方面也改变着地下水自身的物理、力学性质及化学组份。

运动着的地下水对岩土体产生三种作用，即：物理作用（包括润滑作用、软化和泥化作用、结合水的强化作用）、化学作用（包括离子交换、溶解作用、水化作用、水解作用、溶蚀作用、氧化还原作用）以及力学作用(包括
静水压力和动水压力作用)。

地下水与岩土体相互作用的结果影响着岩土体的变形性和强度，而岩土体中应力的变化(自然力和人类工程力)导致地下水的补给、径流和排泄条件的改变，最终诱发地质灾害的发生。

2地下水与岩土体相互作用导致的地质灾害分析
2.1地沉地裂
地下水是存在于地下含水介质中的水体，它与岩土颗粒共同承担着自身的和外来的压力，随着地下水的大量抽取，原来由地下水所分担的那部分压力转移，到岩土颗粒骨架上，从而引起土体颗粒的压密，产生地沉，当沉降不均匀时还可导致严重地裂问题。

例如我国河北平原、天津、上海等地，由于工业区内深井分布过于集中，地下水过量开采，造成沉降区域迅速扩展，形成沉降漏斗，如河北地下水超采形成7大漏斗，面积高达4.4万km2。

地沉地裂作为一种因过分抽取地下水，引起地下水位下降而诱发的水文地质灾害，常常是一个渐变，起初不为人们所重视，等严重时则会导致墙倒屋塌，路断堤陷。

2.2滑坡
据统计，因地下水渗透作用引起的滑坡占90%以上。

在我国南方地区，大量大型滑坡都与降雨特别是暴雨密切相关。

在我国的寒区发生的滑坡大多与冻融作用密切相关。

在库区发生的滑坡都与库区水位的变化有关。

由地下水与岩土体相互作用引起的斜坡失稳，地下水空隙静水压力和动水压力起重要作用。

根据斜坡体内地下水的
补给、径流和排泄条件分析，由于地下水受到降水入渗补给，斜坡内地下水动态属非稳定流，在补给区的山顶地下水水力力梯度小于零(δh＜0＝、在径流区地下水水力梯度等于零(δη＝0)、在排泄区的坡脚地下水水力梯度大零(δh＞0)。

因此，在补给区的包气带岩土体的有效应力大于其总应力，在坡顶补给区的饱水带地下水动水压力增强了岩土体的强度；在坡脚为地下水的排泄区，岩土体承受很大的静动水压力，岩土体的有效应力大大减小，从地下水水动力学特征看，斜坡的顶部较安全(斜坡的顶部的拉裂缝是由于坡脚的滑移诱发的)，而坡脚易失稳。

2.3矿坑水害
水文地质条件是矿产开采的一种重要控制性因素，人们若不重视或不掌握当地的水文地质条件，便会在矿产开采中冒险或闯祸。

据统计，2007年至2009年1-3月，全国煤矿共发生70余起透水事故，死亡人数达300多人。

这些频频发生的水害事故，不仅给矿产的开发造成巨大损失，更对伤亡矿工家庭造成了永远不能弥补的伤害。

究其原因，其中之一即是对水文地质条件认识不清，因此，深藏地下的地下水会成为为害社会的不安定因素，值得警觉。

2.4水库诱发地震
到目前为止，世界上已有100多座水库发生过诱发地震，我国就有20多例，其可能造成大坝、附近建筑物的破坏及人员的伤亡。

水库诱发地震是水—岩相互作用的结果，它的诱发因素主要如下：1）水库水荷载作用，增加了库区岩体的自重应力，从而改变库区
岩体的应力场；2）渗透空隙静水压力作用，是由于库水沿库底岩体及潜在活动断层渗透而产生的使岩体内有效应力减小的力，使断层产生扩容，减小其抗剪强度；3)渗透空隙动水压力作用，是由于库水沿库底潜在活动断层渗流作用，这种作用尤其发生在岩溶或渗透性强的地区。

渗透空隙动水压力作用的结果，直接在潜在活动断层面上产生沿水流动方向的剪应力(γδη)，以降低断层面的抗剪强度；4)水—岩相互作用的物理化学作用，导致断层带上的软弱物质软化及结构改变，从而引起断层带物质的c，φ值减小，降低断层面的抗剪强度；5)库水在沿断层向下渗透过程中，在水与岩石之间产生热流的不平衡，即存在热输运，而诱发水流向低温方向的流动。

由于热输运产生的附加应力也是断层滑移的一个重要方面。

这五种因素在活动或潜在活动断层存在的地区都能诱发地震的发生，也可能为单个效应，也可能为综合效应。

2.5海水入浸，淡水咸化
一般情况下，陆地含水层的淡水水位比海水水位高，但经过长期大量抽取陆地淡含水层，会使其地下淡水水位低于海水水位，导致海水通过透水层(弱透水层)渗入陆地淡含水层中，这种现象称为海水入侵。

它使地下淡水盐碱化，从而破坏地下水资源。

在我国，发生海水入侵的地区主要包括广西、海南、辽宁、河北、山东等省(自治区)。

2.6 局部地区水资源衰减并伴随地下水污染
水源地超量开采造成水资源衰减主要是井位布局不合理，供水
井集中，以及超量开采，导致水源地地下水水位降深过大，形成地下水漏斗并逐年扩展。

水资源衰减影响生产用水，造成的经济损失难以估量。

地下水超采造成的地下水污染主要有两个方面的原因：一是由于过量开采地下水导致岩溶塌陷，破坏上覆第四系隔水层，地表污水及劣质潜水通过塌陷段渗入；二是因过量开采地下水，造成水位降低，水量减少，同时水在地下净化时间变短，此外，水位降低和地下水漏斗的扩展则增加了地下水接受补给的范围以至于超出水源地保护区范围，实际就是扩大了受污染面积。

这些原因都会造成水质变化。

3建议
3.1分区控制开采地下水
依据地下水超采造成危害的程度的预测评估，并考虑地下水资源的恢复、补给能力，将地下水开采管理划分为禁采区、限采区和控采区或不同的保护区，进行分区开采。

深层地下水和浅层严重超采区实行禁采政策，如市区内、长期农业灌溉的严重超采区；浅层地下水一般超采区、已引发地质灾害地区和受污染地区，并具有一定的补给及恢复能力的地区实行限采政策；轻微超采区实行控制开采，实现采补平衡。

并通过适当调整不同地区的水资源费来协助施行分区管理的政策。

3.2加强对水资源的监测工作，完善地下水监测网络
要加强地下水动态监测网络体系建设，布设地下水位、水量、水质观测井开展监测；对城市重要的工业、生活、城镇集中水源地
取水口、重点排污口安装远程监控设施，进行数据传输的控制，建立地下水资源动态自动监测系统．运用微机技术定期分析监测资料．发布监测区的水情预报和预测，为加强水资源管理和防治地质灾害提供科学依据。

3.3 充分利用雨水资源、加强水循环利用等方法，减少对地下水的开采
充分利用雨水灌溉，开展人工增雨作业，增设人工增雨作业点，灌溉季节增加有效降雨，工业生产和民用中尽量多的利用中水，据有关资料统计，城市供水的80%转化为污水，经收集处理后，其中70%的再生水可以再次循环使用。

合理利用中水、雨水，减少地下水的开采量，以恢复和养蓄地下水，改善水文地质环境。

此外，还可以加强生态治理、加强地下水污染治理，通过拦蓄工程、湿地工程等，提升水体自我降解和生物降解能力。

3.4 强化地下水及涉及地下水的减灾增益的研究
一是加强对地下水的地质属性、合理开采及防止地沉地裂的研究。

地下水作为特殊的地质因子，其开采的方式和开采量的大小对区域的地质条件起着重要的影响作用，诸如前面所提及的由于地下水的不合理开采造成的地沉地裂等环境地质问题便是证明。

因此，应充分肯定并认识地下水的地质属性，深化对地下水开采量度及防止地沉地裂的研究；二是地下水超采治理办法的研究。

可以采用回灌方法，恢复养蓄地下水。

因地制宜开展地下水人工回灌。

人工回灌是防治地面沉降的有效手段之一，且方法简单，并能起到蓄水储
能的综合效果，但需水量大。

应积极创造条件，在保证水质的前提下，进行回灌。

各含水层组之间水力联系较好的地区，具有接受大气降雨入渗与河水补给的特点，建设引雨回灌工程，利用雨洪资源渗漏回补地下水。

三是沿海地区海水入侵防治方法的研究。

可在供水井与海水之间打一排井，利用抽水造成水位低槽，或用注水方法形成水力屏障；在有利地质条件下，也可修建地下防水堤等。

参考文献：
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