水资源开发中的环境效应(PPT33张)

第二节 水资源开发引起的典型地质环境问题
水资源开发可能引起的地质环境问题有多种，包括地 面沉降、地面塌陷、诱发地震、库岸浸没与沼泽化等。 一、地面沉降 （一）地面沉降事例
地面沉降是目前世界上许多取用地下水的平原井灌区共 同面临的严重问题。因开采地下水，美国的长滩市地面下 降9.5米 ,东京4.6米, 大阪2.88米, 墨西哥城为6米；美国加 利福尼亚州、泰国曼谷、日本东京、意大利威尼斯、英国 伦敦都是世界上地面沉降强烈地区，部分沿海滨城市甚至 面临着市区被海水淹没的危险。
水资源的开发利用会改变地表水、地下水的天然状 态和周转节律，使水成为诸环境要素中变化最快的因 子。水的数量、质量及能量（这里主要指水头）的快 速变化，一旦超过环境某一方面的阈值（或抗干扰能 力）时，环境就会发生变化，伴随而来的是一系列环 境问题。为了保证水资源的合理开发、永续利用造福 于人类，又能防止或尽可能减缓环境变化带来的危害， 水资源的开发利用必须兼顾环境的保护，对可能出现 的问题即环境负效应予以高度重视。
第一节 水资源开发的环境负效应
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水资源开发利用不恰当可能引起的环境问题大 体有三类： ①地质环境问题； ②水环境问题； ③生态环 境问题。
从水、岩（土）、生（物）相互作用的角度出 发，又可归纳为:
水盐失调、岩土体变形失稳、生态退化等三种 环境负效应。
第一节 水资源开发的环境负效应
一、水盐失调
水、盐失调主要指水的量与质发生快速、明显的变化， 水量、盐分含量的增多或减少。在自然条件下，水分和盐分 在空间和时间上分布是不均匀的，它们以系统的方式存在， 具有季节、年份或多年的动态变化，其变动的幅度和周期在 宏观上是稳定的。然而，在人为活动频繁，水、盐的变化常 常具有快速、明显的特点。另外，水资源的开发还有可能改 变区域水量和盐量的总平衡。例如河北平原在60—70年代海 河水系的入海水量约20亿m3/a，这些水可将上游区和平原区 的盐分带入大海，以保持平原区土壤的盐分总平衡。
的关系之上的。
三、 生态退化
• 自然条件下，水、盐、土壤种类的分布具有区 域相对稳定的特点，其时空结构是在长期的自然 演化过程中形成的，与此对应的是植物种群、群
落也具有鲜明的分带性和稳定性。可以这样说，
植物对生境的选择在相当大的程度上是对土壤水 分、盐分的选择。不同的土壤和水盐条件就会生 长不同的植物。
三、 生态退化
• 水资源大规模开发与利用，可加快植物的演替速
度，改变演替方向。拦蓄地表水、大强度抽取地下
水、过量灌溉均有可能在较短时间内改变水分的天 然分布，进而影响土壤层的水盐运动过程，导致水
土背景值变化。水资源开发利用得当，土壤水盐条
件会得到改善，有利于植物的生长，促进野生植物 的正向演替。反之，土壤水盐条件会恶化，植物朝 着逆向演替，即植物退化的方向发展。
第一节 水资源开发的环境负效应
一、水盐失调
如今，由于大量拦蓄地表水、过量开采地下水，入海水 量已减少到一亿m3/a左右，地表水的排盐功能急剧下降，来 自西部太行山区和当地各种生产活动产生的盐分绝大部分因
无去路，最终只能积淀在平原区。“南水北调”工程年调水
300 亿 m3/a （黄河以北 150—200 亿 m3/a ），相当于年输入 盐分600万吨（其中黄河以北300—400万吨），若不充分考
二、 岩土体变形失稳
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在许多新生代沉积盆地，强烈抽取地下水，使水、土之间固
有的压力平衡状态遭到破坏，特别是孔隙水压力的减小，土体有 效应力增大，导致明显的地面下沉，开裂。在岩溶发育区，快速 大降深的抽水活动，则会因真空吸蚀、潜蚀、气爆等作用，使第 四系覆盖层垮落，造成地面塌陷、开裂等现象。 地表水的拦蓄工程，可改变周边地段岩土体的含水量和当地 的地下水渗流场，使岩土体及其结构面的力学强度降低、动水压 力增强，甚至会使某些土的物理结构发生改变（如膨胀土）。因
虑排盐措施，该项工程的实施无疑会进一步加剧河北平原的
盐分聚积，给子孙后代留下隐患。
二、 岩土体变形失稳
在天然条件下，由于外力侵蚀和重力作用，岩 土体的变形、失稳会不断发生，而水资源的开发则 会诱发岩土体变形、失稳或增大其发生频率。这是 因为地表水的拦蓄工程，可改变周边地段岩土体的 含水量和当地的地下水渗流场，使岩土体及其结构 面的力学强度降低、动水压力增强，甚至会使某些 土的物理结构发生改变（如膨胀土）。因此，在水 库修建后常发生边岸滑坡、崩塌等问题。对于某些 高坝水库则会因过高的静水荷载引起地震。
章水资源开发中的环境效应
为了解决水资源在时间、空间、数量、 质量等方面与用水需求不相适应的问 题，人们采取各种工程措施如修建水 库，开挖引水渠道，构筑提水工程， 截流工程，凿井等，用这些人工源汇 调整地表水和地下水的时空分布，从 而达到开发利用的目的。但是也应看 到，任何事物都有正、反两个方面。
第五章 水资源开发中的环境效应
此，在水库修建后常发生边岸滑坡、崩塌等问题。对于某些高坝
水库则会因过高的静水荷载引起地震。
三、 生态退化
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• 生态退化实际上是指一个系统在超载干扰下逆 向演替的生态过程。 按照著名生态学家 E.P 奥得姆的观点，生态系
统是由生物（植物、动物）和物理环境构成的有
机整体。生态系统是建立在水和植物这一最根本
（二）地面沉降机理分析
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地下水位大幅度下降，促使上部易压缩粘性土层中的孔
隙水排出、进而引起土层的固结压缩，这是地面沉降最常见 的原因。
• 孔隙水压力可理解为水对上覆地层的浮托力。由于这种 浮托力的存在，使实际作用于砂层骨架上的应力减少。实际 作用于砂层骨架上的应力，称作有效应力 Pz。天然平衡条件 下，总垂直应力等于孔隙水压力与有效应力之和，即：
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P=u+Pz
Pz＝P－u （6.3）
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有效应力等于垂直总应力减去孔隙水压力，这就是著名 的泰沙基（Terzaghi）有效应力原理。
Baidu Nhomakorabea
二、岩溶地面塌陷
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碳酸盐岩分布区地下发育有大量洞穴和管道等岩溶形态。 在洞穴和管道埋藏浅，其开口直接被厚度较小的第四纪松散堆 积物覆盖的地段，强烈抽取岩溶水极易发生覆盖层陷落、开裂、 下沉，形成各种规模和形态的地表坑、槽，这种现象称为岩溶 地面塌陷。 地面塌陷的机理目前主要有以下几种解释：①潜蚀论：此 观点认为，抽水加大了井孔附近岩溶水的水力梯度，在动水压 力作用下，溶洞充填物和洞顶处的松散土层不断冲蚀，掏空， 导致洞顶失稳；②真空吸蚀论：溶洞顶部被粘土覆盖或充填的 承压水分布区，抽水引起水位大幅度下降，使洞顶空腔呈低气 压（真空）状态，对盖层产生吸力，使其向下冒落；