地下水环境 第5章 地下水开采对环境的影响

地下水环境第5章地下水开采对环境的影响

第五章地下水开采对环境的影响

§1 地下水利用与环境

地下水是埋藏在地面以下的岩石和土壤孔隙中的重力水。常见的井水、泉水、包括岩溶发育地区的地下河等等，都是地下水

1.1 地下水是重要的水资源

•地下水与地表水一样是人类社会得以生存和发展必不可少的水资源。

•地下水作为一种资源，主要是从供水的角度来说的。地下水可以长期不间断地供应一定数量的水，以满足人类的需求。

例如：美国有47％的饮用水依靠地下水提供；英国有30％的饮用水来自地下水；我国：生活用水方面，有33.7%的大中城市主要以地下水作为供水水源，灌溉方面，北方纯井灌区占灌溉总面积约20%，海河流域在水资源开采zylh 中一般都是地下水。

1.2 地下水资源与环境密切相关

地下水资源与环境密切相关，可以从以下几个方面看出：

•地下水本身就是环境的一个重要组成部分：地下水资源的形成不仅与地质环境所提供的储存条件有关，而且与地表水体、大气降水的入渗补给的自然地理环境有关。因此，地表径流状况、大气降水量及其入渗条件的任何改变都将直接影响地下水资源的形成（包括数量和质量）。

•地下水资源的形成与环境条件有着密切的联系。大气条件、地表水文径流影响地下水的补给、消耗和径流。

•同时，地下水资源本身状态的改变又反过来对环境产生重大的影响。例如: 大量开采地下水会导致地下水位大幅下降，极大的改变天然的径流状态，相邻含水层之间的水力联系性质发生改变

•此外,地下资源的开采，还会改变其上部：土壤的水盐均衡(表土盐量下行)；土壤生态系统平衡（河流流量减少，泉群消失，湖泊干涸，土壤破坏）；土层应力状态（地面沉降）；地面植被状态。

•正是由于地下水对人类的重要性，和它与环境的复杂联系，在开发地下水资源的时候，必

须充分考虑地下水与环境之间的相互制约关系，以达到兴利除弊、获得最佳的经济、社会和环境效益。

§2 地下水不合理开采引起的环境问题

2.1 由于地下水水量均衡被破坏而引起的区域地下水位持续下降及其严重后果1、区域地下水位持续下降，水资源枯竭

原因：超采，补给不足，消耗储量——持续下降，资源枯竭

统计资料：（见图版）

北方各省平原区单位面积地下水蓄变量排序图：只有青海、辽宁、山东、宁夏的蓄变量是正的，其余均为负。

举例：河北漏斗；山西太原漏斗，山东沿海地区，江西南昌，湖北孝感，海南省等

概括：地下水资源是有限的，合理开采，即采补量相当，才可保证持续不断的取出一定的水量，使地下水位在平均水平上下波动。相反，若长期无限制超采，补不足，耗储存，——导致地下水位持续下降而无法回升

2、生态环境的破坏

（1）水位下降—水循环改变—河流流量减

少

•其一，表层非饱和层加厚，降雨入渗补给土壤水增加，地表径流、地表水源减少。

•其二，水位下降袭夺天然条件下河流的水量，将对河流的航运旅游和下游用水户产生不利影响。

举例：英格兰，北京市

（2）水位下降—泉群消失和湖泊沼泽干涸•天然泉水实际上是地下水的出口，泉水流出在低洼地带，形成湖泊。

•由于地下水大幅下降，打破了各类水资源的天然依存关系，便出现了泉水消失、湖泊干涸的严重后果。

举例：北京市，泉城济南，太原市晋祠泉群

（3）水位下降—生态系统恶化—土壤资源破坏

•水是生命之源，水土同时又是植物及其它生物的生存依托。

•干旱地区，降雨稀少，土壤水分主要依靠地下水向上补给，地下水位的下降直接造成土壤水分的减少，地表植被枯亡、草丛衰退，进而

土地沙化，土壤资源破坏。

•举例;

（4）水位下降—影响局部气候

•区域地下水位的下降，土壤湿度降低，地表水体萎缩，地区呈现干旱化的趋势。

•据天津统计资料，近40年来，本区降水量持续减少，空气湿度呈现持续下降的特点，气温在波动中缓慢上升。

2.2 由于地下水水质均衡被破坏导致水质状况日趋恶化

地下水水质恶化指地下水在开采过程中，因水动力、水化学条件的改变，而使地下水中的某些化学、微生物成分含量不断增加，以致超出灌溉使用标准的水质变坏过程。

•地下水水质恶化是全球性日趋严重的环境污染问题的组成部分。；

•2006年调查显示，全国2/3的城市地下水水质已经下降，1/2城市市区的地下水严重污染，数以千计的供水井报废

•我国地下水污染特点已现出由点向面演化、由东部向西部扩展、由城市向农村蔓延、由局部向区域扩散的趋势；污染物组分由无机向有机发展，危害程度日趋严重；地下水污染面积

不断扩大，污染程度不断加重

•水质恶化的主要原因——地下水动力条件和化学条件的变化

1、水动力条件改变导致水质恶化

•处于多孔介质中不同点的流体之间具有能量差，在能量梯度的驱使下，流体由高(能量)向低(能量)运动，这种能量差就是流体运动的水动力条件

•地下水含水层被污水体入侵的条件：二者之间存在某种直接或间接的水力联系；在地下水开采过程中，形成了污水体向含水层运动的水动力条件。

•水动力污染常见的两种形式：海水入侵；傍河取水。

（1）海水入侵——滨海含水层在海岸线处与

海水接触，当抽水量超过补给量时，淡水

水位下降，海水进入含水层，并逐步向内

陆推进，直至达到新的平衡。

滨海含水层的咸淡水界面天然条件下，地下水位高于海平面，水力梯度朝向

海洋，淡水向海洋排泄，咸淡水之间保持

一平衡的界面；见图

天然条件下，对静止的海水，设水流稳定，

在海平面以下、深度为h s的咸淡水界面上，有平衡关系：γs h s=γf(h s+h f)，即h s=[γf/(γs-γf)]h f =[1/(1.025- 1)]h f =40h f

开采条件下，当开采量大于天然补给量，地下水位降低，破坏原稳定界面，界面向陆地推移——海水入侵含水层。根据关系h s = 40 h f ，有：若沿海潜水含水层水位普遍下降1m，则咸淡水界面将相应上升40m 。

升锥界面：实际开采条件下，由于抽水作用使原天然界面向抽水井底部方向升高，该现象称为界面升锥，所形成的向抽水井底部锥形凸起的界面称为升锥界面。

对于静止海水，抽水量大小不同，形成不同的稳定界面，图f；当抽水量不断增大，超过临界流量时，界面和咸水会到达抽水井。

升锥界面的确切形状和临界抽水量受多种因素影响（地下水补给量，K, 界面以上淡水流速，井深，井距海岸距离，含水层厚度等）海水入侵的控措施：

•减少地下水开采，控制含水层水位下降，确保开采量小于含水层的补给量

•已入侵的地区，采用人工回灌，增大地下水