地下水环境问题

地下水环境问题分类
地下水资源问题
地下水源短缺，地下水贮存量逐步枯竭。 水质性水资源短缺。
地面变形和破坏
地面沉降 岩溶地面塌陷 地裂缝
地下水-土壤-生态环境问题
土壤盐渍化 土地沙漠化
地下水水质问题
地下水质量下降 海咸水入侵 地下水污染
地面沉降
秦皇岛柳江水源地地下水开采引起的地面塌陷
土壤盐渍化
是指地下水中盐分不断向上运移到土壤 表层聚集形成盐渍土的作用过程。 土壤表层0.2m厚度内易溶盐含量大于 0.1%的土壤层为盐渍土。 主要成分：氯化物、硫酸盐类 成因
原生盐渍化 次生盐渍化
土壤盐渍化的形成与发展
机理：地下水位埋深过浅，地下水的蒸发浓 缩作用。 形成条件
不会引起地表 土发生荒漠化 的潜水埋深下 限 （约5m）。
由潜水供 给以满足 生态需水 要求的潜 水埋深下 限（小于 约3m）。
土地沙漠化的防治。按照生态环境、经 济效益和社会效益统一协调发展的原则， 科学合理利用水土资源。
上、中、下游水资源的合理配置。 限制旱地耕作 建立防护林体系 ………
滨海平原区 三角洲地区 面积大的平原和盆地
在深部承压含水层超量开采地下水
地面沉降的预测
统计模型：建立地面沉降量-地下水位和地 下水开采量之间的相关模型； 基于机理的解析模型和数值模型 目前尚无准确地方法用于预测地面沉降。
地面沉降的控制
控制地下水开采
岩溶地面塌陷
在碳酸盐岩分布区，在天然和人为因素 作用下，地面覆盖物出现下沉、开裂， 以致突然向下陷落，形成各种规模和形 态的坑、槽，这种现象称为岩溶地面塌 陷。
海咸水入侵
在滨海地区和咸水分布区，由于超量开 采地下水淡水，使地下水流场发生变化， 海咸水逐渐向淡水区推进的，从而使地 下水逐渐咸化的过程。 防止：
控制地下水开采 淡水压力墙
海水入侵
咸-淡水界面
海水入侵模式--1
海水入侵模式--2
地下水污染
在人类活动的影响下，地下水质变化朝着水质 恶化方向发展的现象。 污染源
地下水污染的途径。根据谁动力学特点，可分 为四种途径：
间歇入渗型 连续入渗型 越流型 径流型
防治
控制污染源—最好的方法 水动力学方法—通过控制地下水的流场控制地下水 中污染物的运移路径 化学和生物化学的方法 抽水净化法
有效应力原理
地面沉降是一个全球性的地质灾害，世 界各国位于沿海或地平原上的工业发达、 人口高度密集的城市和地区，几乎都发 生过地面沉降。
国外：日本、美国、墨西哥、欧洲、东南亚 各国、……
最大沉降量：墨西哥城（9m）、东京（4.6）、 美国加州圣华金流域（9m）
中国：
1921年上海开始发现出现地面沉降； 地面沉降比较严重的城市和地区有：上海 （2.63m）、天津（2.2m）、宁波、苏锡常地区、 沧州、西安、北京、太原、
潜蚀论 真空吸蚀论 气泡论、液化论、……
形成条件
岩溶发育特征：塌陷发生的强度与岩溶发育 的程度正相关。 上覆盖层的特征：
土层厚度小于10m的最容易产生塌陷，1030m塌陷较少，大于30m很少产生塌陷； 砂性土易塌陷，粘性土不易产生塌陷；
地下水动力条件：
地下水径流集中和地下水位波动频繁、剧烈地段。 地下水位在可溶岩和松散层界面附近波动更易产 生塌陷。
沧州漏斗第Ⅲ含水组历年
开采量与中心水位及地面沉降发展关系
西安市地面沉降分布于地下水开采产生的降落漏斗范围一致
北京市历年地下水降落漏斗分布图
北 京 平 原 19 87 19 97 地 面 沉 降 分 区 示 意 图 ~
易于发生地面沉降的地区
松散层厚度大、分布面积广、粘性土层厚度 大的地区，如滨海相、河口相、湖相沉积层， 细土平原地区等：
难以逆转性：地下水一旦受到污染，边喊难治理和 恢复。主要原因在于地下水流速慢，交替时间长。
源自文库接污染和间接污染
直接污染：地下水污染组分直接来源于污染源，如 污水直接入渗污染地下水。
间接污染：在污染物向下迁移的过程中，经过复杂 的物理、化学及生物作用的产物，进入地下水，如 垃圾渗滤液对地下水的污染等。
气候因素：干旱、半干旱气候，蒸发作用强烈， 降水量小的地区，易于产生土壤盐渍化； 粉砂土最易产生盐渍化：有一定的毛细上升高度 和速度，而粘土毛细上升的速度慢，砂质土毛细 上升高度小。 水文地质条件：低洼的地下水的排泄带，地下水 埋藏浅，径流滞缓。地下水位埋深小于3m，一 般在1m左右。
次生盐渍化产生的原因
过量补给地下水造成地下水位抬高，接近地 表，在一定的气候条件下，产生盐渍化作用。 原因和地段
大量地表水灌溉地区，河套灌区、银川平原等； 水库周边，特别是平原水库周边，如新疆玛纳斯 冲洪积扇缘部位的平原水库，造成水库周边 2km范围内土壤盐渍化； 引水渠渗漏造成沿水渠两岸土壤盐渍化；
危害：盐渍土石土壤溶液的渗透压升高，植
岩溶地面塌陷往往具有突发性，有时规 模巨大，危害严重。
我国碳酸盐岩分布广泛，是世界上岩溶 塌陷最严重的国家之一。
岩溶地面塌陷的原因和机理
大量开采地下水 大量矿坑排水 两者都造成地下水位急剧、持续下降，停采 后或丰水季节水位迅速上升，地下水位的急 剧波动，对溶洞中的松散充填物具有溶蚀和 冲蚀作用，是可溶岩中的空洞扩大，并在上 浮松散该层中产生隐伏土洞，进一步发展则 使顶部失衡而产生塌陷。 观点
城市生活和工业废水 城市和工业垃圾和废物 农业活动及采矿活动造成的污染源
污染物种类
化学污染物：无机、有机、重金属等 生物污染物：细菌、病毒、寄生虫 放射性污染物：各种来源的放射性同位素
地下水污染的特点
隐蔽性：即使地下水受到严重污染，也往往是无色 无味的，而不是像地表那样。人类饮用了污染的地 下水，对人体的影响也是慢性的长期作用，不易察 觉。
地面沉降：通常是指在人为因素作用下，是地 下松软土层压缩而导致地面标高降低的一种复
杂水文地质、工程地质现象。
主要原因：
大型建筑物对地基的荷载作用； 开采地下油、气资源； 大量抽排地下水：绝大多数区域性大面积地面沉降
都是由于大量抽排地下水所引起的。
主要危害：
沿海城市海水倒灌、码头失去功效 城市废水和地表积水排泄不畅，地表积水； 建筑遭破坏（不均匀沉降）：建筑物开裂， 道路、桥梁、地下管道开裂；
土壤盐渍化的继续发展：由于土壤盐渍化被迫弃耕 的土地，极易遭受干旱大风气候的侵袭，久而久之， 使土地沙漠化。 过度利用土地，旱地耕作。在水资源贫乏地区旱地 耕作，使土质疏松分散，在风蚀条件下，极易产生 土地沙漠化。
潜水埋深指标示意图
不会导致地表土发生 盐渍化、不危害作物 生长的潜水埋深的最 小值（上限）。
物根系吸水困难，甚至难以生长。
防治措施
降低地下水位 淋洗土壤积盐 改进土壤质地
土壤沙漠化
土壤沙漠化是指在干旱、半干旱地带， 由于人为活动对土壤环境的影响，使疏 松沙质地表的绿色土地出现以风沙活动、 沙丘起伏为主要标志的类似沙漠景观的 环境退化过程。 干旱、半干旱地区地下水的生态作用
沙 漠 中 的 绿 洲 — 胡 杨 林
地下水环境问题
中国地质大学（北京） 水资源与环境学院 邵景力
地下水与环境
地下水是人类赖以生存和发展的宝贵的、 不可取代的自然资源。 地下水是重要的，在很多地区是最重要 的环境要素。
地下水是重要的水体，地下水径流式重要的 水循环过程。 地下水积极参与地质过程和地球演化过程。 地下水具有重要的生态功能。 地下水与其赋存的岩土共同构成地表的应力 平衡系统。
人类活动主要从三个方面对地下水产生影响：
过量开发或排除地下水
过量开采地下水 矿坑排水
过量补充地下水
大量地表水引水和灌溉
平原水库
污染物进入地下水
主要污染物：生活污水和垃圾、工业废水和废渣、农用肥料和 农药。
人类的这些活动，改变了原来地下水的成分、地 下水的循环条件和应力状态，进而造成一系列地 下水环境问题。
沙漠中的红柳
罗布泊干枯的胡杨
塔 里 木 河 两 岸 枯 死 的 胡 杨
大西海子水库泄水闸
放 水 后 的 塔 里 木 河 河 道
放 水 后 塔 里 木 河 岸 边 胡 杨 林
土壤沙漠化的形成和发展
流域上中游不合理引用河水，使河流中下游段径流 量大幅度减小甚至断流，进而引起下游湖泊的萎缩 和干涸，地下水位下降，植被凋萎甚至死亡，地表 裸露，风沙活跃。这是造成我国干旱、半干旱地区 土地沙漠化的主要原因。
标高损失：国家测量标志失效、洪峰警戒水 位不准； ……………………
地面沉降的机理
太沙基有效应力原理：在外荷作用下，土体 各点产生的应力增量称为附加应力。饱水土 体中任一点的附加应力由颗粒骨架的有效 应力和孔隙水压力共同承担，并有下式 成立： =+ 粘性土的释水压密固结：
沙砾含水介质的弹性压缩，弹性变形，速度快， 沉降量小，可回弹； 粘性土塑性变形，速度慢，沉降量大，水位恢复 后回弹量很小，粘性土压密固结。--是地面沉降 的主要层位。