地下水開采對(duì)環(huán)境的影響

1第五章

地下水開采對(duì)環(huán)境的影響§1

地下水利用與環(huán)境

§2

地下水不合理開采引起的環(huán)境問題

§3

合理利用地下水2/44§1地下水利用與環(huán)境地下水是埋藏在地面以下的巖石和土壤孔隙中的重力水。常見的井水、泉水都是地下水。第五章地下水開采對(duì)環(huán)境的影響3/44§1地下水利用與環(huán)境常見的井水、泉水都是地下水，在巖溶發(fā)育地區(qū)，地下水還可以形成地下河。第五章地下水開采對(duì)環(huán)境的影響4/441.1地下水是重要的水資源地下水與地表水一樣是人類社會(huì)得以生存和發(fā)展必不可少的水資源。從供水的角度，地下水可以長期不間斷地供應(yīng)一定數(shù)量的水，以滿足人類的需求。

例如

美國英國我國§1地下水利用與環(huán)境

47％的飲用水依靠地下水提供

30％的飲用水來自地下水第五章地下水開采對(duì)環(huán)境的影響生活：33.7％的大中城市主要以地下水作為供水水源，全國有1/3的人口飲用地下水灌溉：北方純井灌區(qū)占灌溉總面積約20％，海河流域在水資源開采總量中一般都是地下水

5/44§1地下水利用與環(huán)境1.2地下水資源與環(huán)境密切相關(guān)地下水本身就是環(huán)境的一個(gè)重要組成部分地下水資源的形成與環(huán)境條件有著密切的聯(lián)系

地下水資源的形成不僅與地質(zhì)環(huán)境所提供的儲(chǔ)存條件有關(guān)，而且與地表水體、大氣降水的入滲補(bǔ)給的自然地理環(huán)境有關(guān)。因此，地表徑流狀況、大氣降水量及其入滲條件的任何改變都將直接影響地下水資源的形成（包括數(shù)量和質(zhì)量）第五章地下水開采對(duì)環(huán)境的影響6/44§1地下水利用與環(huán)境1.2地下水資源與環(huán)境密切相關(guān)同時(shí)，地下水資源本身狀態(tài)的改變又反過來對(duì)環(huán)境產(chǎn)生重大的影響。

例如：大量開采地下水會(huì)導(dǎo)致地下水位大幅下降，極大的改變天然的徑流狀態(tài)，相鄰含水層之間的水力聯(lián)系性質(zhì)發(fā)生改變第五章地下水開采對(duì)環(huán)境的影響7/44§1地下水利用與環(huán)境1.2地下水資源與環(huán)境密切相關(guān)此外,地下資源的開采，還會(huì)改變其上部：土壤的水鹽均衡(表土鹽量下行）土壤生態(tài)系統(tǒng)平衡（河流流量減少,泉群消失,湖泊干涸,土壤破壞）地面植被狀態(tài)土層應(yīng)力狀態(tài)正是由于地下水對(duì)人類的重要性，和它與環(huán)境的復(fù)雜聯(lián)系，在開發(fā)地下水資源的時(shí)候，必須充分考慮地下水與環(huán)境之間的相互制約關(guān)系，以達(dá)到興利除弊、獲得最佳的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境效益

第五章地下水開采對(duì)環(huán)境的影響

第一節(jié)結(jié)束8/44§2地下水不合理開采引起的環(huán)境問題2.1由地下水水量均衡被破壞而引起的區(qū)域地下水位持續(xù)下降及其嚴(yán)重后果2.2由地下水水質(zhì)均衡被破壞導(dǎo)致水質(zhì)狀況日趨惡化2.3由含水層天然應(yīng)力狀態(tài)的破壞導(dǎo)致各種環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生第五章地下水開采對(duì)環(huán)境的影響9/44統(tǒng)計(jì)資料：根據(jù)水利部門和地礦部門分散的統(tǒng)計(jì)，1977年北方17?。▍^(qū)）地下水開采量為481億m3,1993年增加至641

億m3，1996年北方各省地下水開采量增至852億m3，北方平原區(qū)2005年比上年同期地下水蓄變量減少74億m3因過量超采地下水，使華北地區(qū)地下水位大幅下降，僅河北境內(nèi)就出現(xiàn)了20多個(gè)漏斗區(qū)，與北京、天津連成一片，影響面積達(dá)5萬平方公里左右，已經(jīng)成為世界上最大的"地下水漏斗"

2.1由地下水水量均衡被破壞而引起區(qū)域地下水位持續(xù)下降及其嚴(yán)重后果

區(qū)域地下水位持續(xù)下降，水資源枯竭原因：超采，補(bǔ)給不足，消耗儲(chǔ)量——持續(xù)下降，資源枯竭第五章地下水開采對(duì)環(huán)境的影響§2地下水不合理開采引起的環(huán)境問題10/442.1由于地下水水量均衡被破壞而引起的區(qū)域地下水位持續(xù)下降及其嚴(yán)重后果

區(qū)域地下水位持續(xù)下降，水資源枯竭北方各省平原區(qū)單位面積地下水蓄變量排序圖

第五章地下水開采對(duì)環(huán)境的影響§2地下水不合理開采引起的環(huán)境問題11/442.1由于地下水水量均衡被破壞而引起的區(qū)域地下水位持續(xù)下降及其嚴(yán)重后果

區(qū)域地下水位持續(xù)下降，水資源枯竭舉例：河北省(石家莊漏斗，衡、滄漏斗)山西太原市(大面積漏斗)山東沿海地區(qū)(萊州灣漏斗)江西南昌湖北孝感市

海南省地下水資源是有限的，合理開采，即采補(bǔ)量相當(dāng)，才可保證持續(xù)不斷的取出一定的水量，使地下水位在平均水平上下波動(dòng)。相反，若長期無限制超采，補(bǔ)不足，耗儲(chǔ)存，——導(dǎo)致地下水位持續(xù)下降而無法回升。第五章地下水開采對(duì)環(huán)境的影響§2地下水不合理開采引起的環(huán)境問題13/44石津灌區(qū)

邢臺(tái)

衡水

石家莊地下水埋深由八十年代的12～16m，下降到目前的23～26m，局部地區(qū)甚至可達(dá)30m以上。觀測資料表明：1990年到1995年，該區(qū)地下水位以0.76～1.19m每年的速度降低，并呈加速下降的趨勢實(shí)例-石家莊附近地下水漏斗14/442.1由于地下水水量均衡被破壞而引起的區(qū)域地下水持續(xù)下降及其嚴(yán)重后果

生態(tài)環(huán)境的破壞1、水位下降—水循環(huán)改變—河流流量減少其一，表層非飽和層加厚，降雨入滲補(bǔ)給土壤水增加，地表徑流、地表水源減少。其二，水位下降襲奪天然條件下河流的水量，將對(duì)河流的航運(yùn)旅游和下游用水戶產(chǎn)生不利影響（右圖）舉例英格蘭(東南部多數(shù)河流流量已無法保證通航、養(yǎng)殖和下游用水)北京市(西郊的長河成為季節(jié)河，永定河、蓮花河已干涸)§2地下水不合理開采引起的環(huán)境問題第五章地下水開采對(duì)環(huán)境的影響15/442.1由于地下水水量均衡被破壞而引起的區(qū)域地下水持續(xù)下降及其嚴(yán)重后果

生態(tài)環(huán)境的破壞2、水位下降—泉群消失和湖泊沼澤干涸天然泉水實(shí)際上是地下水的出口，泉水流出在低洼地帶，形成湖泊。由于地下水位大幅下降，打破了各類水資源的天然依存關(guān)系，便出現(xiàn)了泉水消失、湖泊干涸的嚴(yán)重后果。舉例北京市(玉泉山、海淀、萬泉莊、圓明園、北海、中南海等地曾泉流廣布)泉城濟(jì)南(74年起趵突泉斷流，89年72泉全干。后經(jīng)保泉措施才復(fù)活)太原市晉祠泉群(2個(gè)泉已于72年干枯。)§2地下水不合理開采引起的環(huán)境問題第五章地下水開采對(duì)環(huán)境的影響16/442.1由于地下水水量均衡被破壞而引起的區(qū)域地下水持續(xù)下降及其嚴(yán)重后果

生態(tài)環(huán)境的破壞3、水位下降—生態(tài)系統(tǒng)惡化—土壤資源破壞水是生命之源，水土同時(shí)又是植物及其它生物的生存依托。干旱地區(qū)，降雨稀少，土壤水分主要依靠地下水向上補(bǔ)給，地下水位的下降直接造成土壤水分的減少，地表植被枯亡、草叢衰退，進(jìn)而土地沙化，土壤資源破壞。舉例北京市石羊河流域吐魯番地區(qū)§2地下水不合理開采引起的環(huán)境問題第五章地下水開采對(duì)環(huán)境的影響18/442.1由于地下水水量均衡被破壞而引起的區(qū)域地下水持續(xù)下降及其嚴(yán)重后果

生態(tài)環(huán)境的破壞4、水位下降—影響局部氣候區(qū)域地下水位的下降，土壤濕度降低，地表水體萎縮，地區(qū)呈現(xiàn)干旱化的趨勢。據(jù)天津統(tǒng)計(jì)資料，近40年來，本區(qū)降水量持續(xù)減少，空氣濕度呈現(xiàn)持續(xù)下降的特點(diǎn)，氣溫在波動(dòng)中緩慢上升

§2地下水不合理開采引起的環(huán)境問題第五章地下水開采對(duì)環(huán)境的影響19/442.2由于地下水水質(zhì)均衡被破壞導(dǎo)致水質(zhì)狀況日趨惡化地下水水質(zhì)惡化指地下水在開采過程中，因水動(dòng)力、水化學(xué)條件的改變，而使地下水中的某些化學(xué)、微生物成分含量不斷增加，以致超出灌溉使用標(biāo)準(zhǔn)的水質(zhì)變壞過程。

地下水水質(zhì)惡化是全球性日趨嚴(yán)重的環(huán)境污染問題的組成部分。2006年調(diào)查顯示，全國2/3的城市地下水水質(zhì)已經(jīng)下降，1/2城市市區(qū)的地下水嚴(yán)重污染，數(shù)以千計(jì)的供水井報(bào)廢；我國地下水污染特點(diǎn)已現(xiàn)出由點(diǎn)向面演化、由東部向西部擴(kuò)展、由城市向農(nóng)村蔓延、由局部向區(qū)域擴(kuò)散的趨勢；污染物組分由無機(jī)向有機(jī)發(fā)展，危害程度日趨嚴(yán)重；地下水污染面積不斷擴(kuò)大，污染程度不斷加重

水質(zhì)惡化的主要原因

——地下水動(dòng)力條件和化學(xué)條件的變化§2地下水不合理開采引起的環(huán)境問題第五章地下水開采對(duì)環(huán)境的影響20/442.2由于地下水水質(zhì)均衡被破壞導(dǎo)致水質(zhì)狀況日趨惡化

水動(dòng)力條件改變導(dǎo)致水質(zhì)惡化1處于多孔介質(zhì)中不同點(diǎn)的流體之間具有能量差，在能量梯度的驅(qū)使下，流體由高(能量)向低(能量)運(yùn)動(dòng)，這種能量差就是流體運(yùn)動(dòng)的水動(dòng)力條件地下水含水層被污水體入侵的條件：二者之間存在某種直接或間接的水力聯(lián)系在地下水開采過程中，形成了污水體向含水層運(yùn)動(dòng)的水動(dòng)力條件水動(dòng)力污染常見的兩種形式：海水入侵傍河取水§2地下水不合理開采引起的環(huán)境問題第五章地下水開采對(duì)環(huán)境的影響21/442.2由于地下水水質(zhì)均衡被破壞導(dǎo)致水質(zhì)狀況日趨惡化

水動(dòng)力條件改變導(dǎo)致水質(zhì)惡化海水入侵——濱海含水層在海岸線處與海水接觸，當(dāng)抽水量超過補(bǔ)給量時(shí)，淡水水位下降，海水進(jìn)入含水層，并逐步向內(nèi)陸推進(jìn)，直至達(dá)到新的平衡?！?地下水不合理開采引起的環(huán)境問題第五章地下水開采對(duì)環(huán)境的影響濱海含水層的咸淡水界面

天然條件下，地下水位高于海平面，水力梯度朝向海洋，淡水向海洋排泄，咸淡水之間保持一平衡的界面；見圖22/44幾種典型的咸淡水界面示意圖§2地下水不合理開采引起的環(huán)境問題第五章地下水開采對(duì)環(huán)境的影響23/442.2由于地下水水質(zhì)均衡被破壞導(dǎo)致水質(zhì)狀況日趨惡化

水動(dòng)力條件改變導(dǎo)致水質(zhì)惡化海水入侵—靜止條件下咸淡水界面關(guān)系1天然條件下，對(duì)靜止的海水，淡水區(qū)可認(rèn)為按靜水壓強(qiáng)分布(圖)，或用動(dòng)力平衡代替靜力平衡，但須設(shè)淡水區(qū)水流是穩(wěn)定水平運(yùn)動(dòng)。在海平面以下、深度為hs的咸淡水界面上，有平衡關(guān)系：shs=f(hs+hf)

即hs=[f/(s-

f)]hf

=[1/(1.025-1)]hf

=40hf

——Ghyben-Herzberg關(guān)系式hs

=40hf

=1這說明，在離海岸任何距離處，穩(wěn)定咸淡水界面在海平面以下的深度為海平面以上淡水深度的40倍

§2地下水不合理開采引起的環(huán)境問題第五章地下水開采對(duì)環(huán)境的影響SaltwaterFreshwater24/442.2由于地下水水質(zhì)均衡被破壞導(dǎo)致水質(zhì)狀況日趨惡化

水動(dòng)力條件改變導(dǎo)致水質(zhì)惡化海水入侵——靜止條件下咸淡水界面關(guān)系1開采條件下，當(dāng)開采量大于天然補(bǔ)給量，地下水位降低，破壞原穩(wěn)定界面，界面向陸地推移——海水入侵含水層

根據(jù)關(guān)系hs

=40hf

，有：若沿海潛水含水層水位普遍下降1m，則咸淡水界面將相應(yīng)上升40m§2地下水不合理開采引起的環(huán)境問題第五章地下水開采對(duì)環(huán)境的影響25/442.2由于地下水水質(zhì)均衡被破壞導(dǎo)致水質(zhì)狀況日趨惡化

水動(dòng)力條件改變導(dǎo)致水質(zhì)惡化海水入侵舉例美國加利福尼亞州的濱海地區(qū)，1944年地下水尚處于海平面以上7.23m，由于過量開采，使水位降至海平面以下5.2m，引起嚴(yán)重的海水倒灌，咸水入侵沿海的13個(gè)含水層，使灌溉水質(zhì)嚴(yán)重惡化，54萬畝良田變?yōu)辂}堿地。遼東半島的大連市，69年海水入侵面積4.2km2,86年200km2；膠東半島的萊州灣地區(qū),95年底海水入侵面積達(dá)到970km2，其入侵速度由每年數(shù)十米發(fā)展到每年的數(shù)百米，造成區(qū)域環(huán)境的破壞和生態(tài)系統(tǒng)的失衡

§2地下水不合理開采引起的環(huán)境問題第五章地下水開采對(duì)環(huán)境的影響26/442.2由于地下水水質(zhì)均衡被破壞導(dǎo)致水質(zhì)狀況日趨惡化

水動(dòng)力條件改變導(dǎo)致水質(zhì)惡化海水入侵控制措施減少地下水開采，控制含水層水位下降，確保開采量小于含水層的補(bǔ)給量已入侵的地區(qū)，采用人工回灌，增大地下水補(bǔ)給量；利用水利工程攔蓄降雨和地表徑流；平行海岸線設(shè)一排回灌井，形成一條測壓水位高于海平面的壓力脊，保持淡水向海洋排泄，阻止海水入侵；或平行海岸線設(shè)置抽水排井，形成一條水位低槽，類似排水溝，防止海水入侵。

§2地下水不合理開采引起的環(huán)境問題第五章地下水開采對(duì)環(huán)境的影響27/442.2由于地下水水質(zhì)均衡被破壞導(dǎo)致水質(zhì)狀況日趨惡化

水動(dòng)力條件改變導(dǎo)致水質(zhì)惡化傍河取水水質(zhì)惡化1開采河岸附近潛水含水層中的水，改變了河流與潛水的補(bǔ)排關(guān)系，襲奪了河流流量；若地表河流遭污染，必然側(cè)滲污染含水層，導(dǎo)致地下水質(zhì)惡化。開采量增大，河流污染加重，地下水質(zhì)惡化更趨嚴(yán)重?！?地下水不合理開采引起的環(huán)境問題第五章地下水開采對(duì)環(huán)境的影響污染的河水污染的地下水28/442.2由于地下水水質(zhì)均衡被破壞導(dǎo)致水質(zhì)狀況日趨惡化

水動(dòng)力條件改變導(dǎo)致水質(zhì)惡化傍河取水水質(zhì)惡化1若潛水含水層的水位低于河流水位，河流必側(cè)滲補(bǔ)給地下水，河水水質(zhì)惡化必導(dǎo)致地下水的水質(zhì)惡化。隨著我國河流污染加劇，傍河取水的水質(zhì)惡化也不斷加劇。在我國，以沈陽市渾河沿岸的諸水源地，鞍山太子河岸邊的首山河源地，蘭州和西安的大型傍河水源地的水質(zhì)惡化問題最為嚴(yán)重。措施——凈化河水§2地下水不合理開采引起的環(huán)境問題第五章地下水開采對(duì)環(huán)境的影響29/442.2由于地下水水質(zhì)均衡被破壞導(dǎo)致水質(zhì)狀況日趨惡化

水動(dòng)力條件改變導(dǎo)致水質(zhì)惡化1水動(dòng)力污染常見的兩種形式：海水入侵傍河取水

水化學(xué)條件改變導(dǎo)致水質(zhì)惡化§2地下水不合理開采引起的環(huán)境問題第五章地下水開采對(duì)環(huán)境的影響30/442.2由于地下水水質(zhì)均衡被破壞導(dǎo)致水質(zhì)狀況日趨惡化

水化學(xué)條件改變導(dǎo)致水質(zhì)惡化指地下水在開采過程中，出現(xiàn)礦化度、硬度及鐵鎂離子含量增高及PH值降低等水質(zhì)惡化現(xiàn)象產(chǎn)生原因：含水層疏干——大氣進(jìn)入——變成強(qiáng)氧化環(huán)境——增強(qiáng)含水層中硫、鐵、錳以及氮的化合物的氧化作用——促進(jìn)環(huán)境的酸化，使原來在還原條件下幾乎不溶于水的化合物（如土中常存在的鈣、鎂、鐵、錳化合物）變得較易溶解——地下水中鈣、鎂、鐵、錳離子含量增加，礦化度、硬度隨之提高。硬度的提高已成為北方地下水水質(zhì)惡化的一個(gè)主要問題?！?地下水不合理開采引起的環(huán)境問題第五章地下水開采對(duì)環(huán)境的影響31/442.2由于地下水水質(zhì)均衡被破壞導(dǎo)致水質(zhì)狀況日趨惡化

水化學(xué)條件改變導(dǎo)致水質(zhì)惡化水化學(xué)條件改變的積極作用如：在地下水流緩慢而使天然水質(zhì)不良的地區(qū)，強(qiáng)烈抽取地下水，可促進(jìn)地下水交替循環(huán)的改善，淋溶作用加強(qiáng)，從而降低地下水中超標(biāo)的溶質(zhì)濃度。吉林省中東部的含高鐵孔隙潛水和西部的高氟潛水，多年用抽水強(qiáng)度較大的水井供水，水中的含鐵和含氟量都明顯低于使用年限短開采強(qiáng)度小的井水

§2地下水不合理開采引起的環(huán)境問題第五章地下水開采對(duì)環(huán)境的影響32/442.2由于地下水水質(zhì)均衡被破壞導(dǎo)致水質(zhì)狀況日趨惡化水井工程結(jié)構(gòu)或施工質(zhì)量問題引起地下水水質(zhì)惡化

因水井結(jié)構(gòu)不合理,施工質(zhì)量低劣,或井管損壞而使相鄰劣質(zhì)含水層中的水體或地表劣質(zhì)水體沿井管、井壁間隙或井管破損處進(jìn)入開采層，導(dǎo)致開采層水質(zhì)惡化例子吉林省西部松遼平原的乾安、長嶺等高氟潛水分布區(qū)，60年代，國家撥出“防氟改水”?？钣糜诖蛏罹ㄉ顚映袎核┙鉀Q飲用水源問題。但許多深井在成井時(shí)，對(duì)上部高氟水含水層未能進(jìn)行有效隔離，或干脆沒有隔離，這樣，上、下含水層連通，致使承壓水的含氟量上升，水質(zhì)遭破壞。一些工礦企業(yè)的地表污染水體沿井管和井壁間隙下滲污染地下水的事件也時(shí)有發(fā)生§2地下水不合理開采引起的環(huán)境問題第五章地下水開采對(duì)環(huán)境的影響33/442.3由于含水層天然應(yīng)力狀態(tài)的破壞導(dǎo)致各種環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生起因：地下水是維持土體平衡的一個(gè)重要因素。大量開采地下水，水體從含水層孔隙中排出而使地下水壓力降低，改變了土體原來的應(yīng)力狀態(tài)和平衡條件，致使土體結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性遭到破壞，產(chǎn)生各種環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害

由于這種原因引起的地質(zhì)災(zāi)害主要有：地面沉降巖溶地面塌陷地裂縫§2地下水不合理開采引起的環(huán)境問題第五章地下水開采對(duì)環(huán)境的影響34/442.3由于含水層天然應(yīng)力狀態(tài)的破壞導(dǎo)致各種環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生

地面沉降原因：土壤飽和時(shí)，骨架支承力＋水壓力=上覆荷載壓力即（常數(shù)）過量開采承壓水，水壓減小，骨架承受壓力增大，致使骨架壓密，破壞原有水力平衡，產(chǎn)生地面沉降粘性土，水壓力減小使土層原有結(jié)構(gòu)被破壞，并重新組合排列。這種粘土層的釋水壓密是不可逆變形，它是產(chǎn)生地面沉降的最主要原因。

§2地下水不合理開采引起的環(huán)境問題第五章地下水開采對(duì)環(huán)境的影響σ35/442.3由于含水層天然應(yīng)力狀態(tài)的破壞導(dǎo)致各種環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生

地面沉降沉降量計(jì)算：§2地下水不合理開采引起的環(huán)境問題第五章地下水開采對(duì)環(huán)境的影響認(rèn)為水和巖層符合彈性變形規(guī)律，由虎克定律，可得到水和巖石的壓縮系數(shù)：水的壓縮系數(shù)：巖石的壓縮系數(shù)：據(jù)壓力水頭和壓力之間的關(guān)系：P=

H

（為水的容重），經(jīng)整理后，得到地面沉降量M的計(jì)算公式：M

＝H

(e-

Mnw)H——水頭變化量；e

——彈性釋水系數(shù)；M——含水層厚度；n——孔隙度。36/442.3由于含水層天然應(yīng)力狀態(tài)的破壞導(dǎo)致各種環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生

地面沉降沉降量計(jì)算：§2地下水不合理開采引起的環(huán)境問題第五章地下水開采對(duì)環(huán)境的影響對(duì)于粘性土層，s=0.02~0.05cm2/kg，而w一般為0.00005cm2/kg，即s>>n

w

，此時(shí)沉降量M的可近似認(rèn)為僅由巖石的壓縮而導(dǎo)致，計(jì)算可簡化為

M

=HMs砂層的s一般為10-5~10-4cm2/kg，必須按下式計(jì)算沉降量M：

M

＝H

(e-

Mnw)

試驗(yàn)表明，粘性土的沉降量遠(yuǎn)大于砂土

37/442.3由于含水層天然應(yīng)力狀態(tài)的破壞導(dǎo)致各種環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生

地面沉降實(shí)例：上海市:§2地下水不合理開采引起的環(huán)境問題第五章地下水開采對(duì)環(huán)境的影響歷年地下水位、地下水開采量與地面沉降的關(guān)系時(shí)間日平均開采量×104t地下水位m年均地面沉降量mm解放前4.5-5.0>-1024194921.4-1035195837-34105196513-19.8722.1由于采取封井限采，有所減緩，07年沉降量6.8mm。38/442.3由于含水層天然應(yīng)力狀態(tài)的破壞導(dǎo)致各種環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生

地面沉降實(shí)例：華北地區(qū)：天津市70年代中期地面沉降范圍達(dá)7000余平方公里，80年代初市區(qū)累計(jì)最大沉降量2000余毫米；華北平原區(qū)的地面沉降中心仍在不斷發(fā)展?！?地下水不合理開采引起的環(huán)境問題第五章地下水開采對(duì)環(huán)境的影響華北地區(qū)地面沉降監(jiān)測網(wǎng)點(diǎn)39/442.3由于含水層天然應(yīng)力狀態(tài)的破壞導(dǎo)致各種環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生

地面沉降實(shí)例：西安市區(qū)：1983年統(tǒng)計(jì)，沉降面積達(dá)220平方公里，1984年最大累計(jì)沉降量達(dá)942毫米，最大沉降速率123毫米/年。臺(tái)北市：40年代，大部分地下水自流；61年已發(fā)現(xiàn)地面沉降，至84年累計(jì)沉降量1900毫米，不少地區(qū)超過2米，沉降范圍235平方公里。長江三角洲地區(qū)：上海市累計(jì)地面總沉降量達(dá)2700毫米；蘇州、無錫、常州地區(qū)最大累計(jì)沉降量800－1050毫米；寧波、杭州、嘉興、湛江等市也有不同程度的沉降?！?地下水不合理開采引起的環(huán)境問題第五章地下水開采對(duì)環(huán)境的影響40/442.3由于含水層天然應(yīng)力狀態(tài)的破壞導(dǎo)致各種環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生

地面沉降危害性：一些城市面臨被海淹沒的危險(xiǎn)東京、曼谷、倫敦、威尼斯等加重城市防洪排澇防潮負(fù)擔(dān)曼谷、上海、天津等城市，地面沉降，城市防洪系統(tǒng)降低，使積水難排，洪、潮災(zāi)害加重。如天津，地面沉降使海河兩岸防洪堤下降1-2m，加上河道淤積，使海河泄洪能力下降2/3，77年7月，市區(qū)暴雨積水損失2億元。造成建筑物破壞由于地面的不均勻沉降，城市建筑、公路鐵路、橋梁輸水管道、灌溉系統(tǒng)等遭到破壞，對(duì)人民生命、財(cái)產(chǎn)安全、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成巨大損失?！?地下水不合理開采引起的環(huán)境問題第五章地下水開采對(duì)環(huán)境的影響41/442.3由于含水層天然應(yīng)力狀態(tài)的破壞導(dǎo)致各種環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生

地面沉降控制措施：限制地下水的開采量地表水人工回灌，補(bǔ)給地下水資源調(diào)整地下水的開采層次

§2地下水不合理開采引起的環(huán)境問題第五章地下水開采對(duì)環(huán)境的影響42/442.3由于含水層天然應(yīng)力狀態(tài)的破壞導(dǎo)致各種環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生

巖溶地面塌陷概念：地面塌陷是指地表覆蓋物出現(xiàn)下沉、開裂以至突然向下陷落，形成各種坑、槽的地質(zhì)現(xiàn)象，它是在覆蓋型巖溶地區(qū)大量開采地下水引起的一種嚴(yán)重的環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害。原因：當(dāng)在覆蓋型巖溶地區(qū)開采地下水或礦坑排水時(shí)，由于洞穴充填物和水體被帶出，地下水流對(duì)蓋層的溶蝕和沖刷作用加劇，使溶巖中空洞擴(kuò)大，覆蓋土層的結(jié)構(gòu)及其穩(wěn)定性遭到破壞，從而導(dǎo)致地面塌陷?！?地下水不合理開采引起的環(huán)境問題第五章地下水開采對(duì)環(huán)境的影響43/442.3由于含水層天然應(yīng)力狀態(tài)的破壞導(dǎo)致各種環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生

巖溶地面塌陷特點(diǎn)：突然性，難預(yù)防，損失大舉例：貴州水城盆地工業(yè)水源地,開發(fā)前為水田,環(huán)境良好；68年開發(fā)不久產(chǎn)生塌陷,到79年，井周出現(xiàn)塌坑731處，見圖塌陷區(qū)抽水井§2地下水不合理開采引起的環(huán)境問題第五章地下水開采對(duì)環(huán)境的影響44/442.3由于含水層天然應(yīng)力狀態(tài)的破壞導(dǎo)致各種環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生

巖溶地面塌陷§2地下水不合理開采引起的環(huán)境問題第五章地下水開采對(duì)環(huán)境的影響45/442.3由于含水層天然應(yīng)力狀態(tài)的破壞導(dǎo)致各種環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生

巖溶地面塌陷§2地下水不合理開采引起的環(huán)境問題第五章地下水開采對(duì)環(huán)境的影響江西上饒廣西賀州驚現(xiàn)20多個(gè)天坑福建龍巖市46/452.3由于含水層天然應(yīng)力狀態(tài)的破壞導(dǎo)致各種環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生地裂縫“地裂縫”地面裂縫的簡稱。是地表巖層、土體在自然因素(地殼活動(dòng)、水的作用等)或人為因素(抽水、灌溉、開挖等)作用下，產(chǎn)生開裂,并在地面形成一定長度和寬度的裂縫的一種宏觀地表破壞現(xiàn)象。（地震裂縫）

§2地下水不合理開采引起的環(huán)境問題第五章地下水開采對(duì)環(huán)境的影響

第二節(jié)結(jié)束47/45§3合理利用地下水地下水是一種重要的資源，合理利用可以造福人類，而不合理的利用則會(huì)給人類和環(huán)境帶來災(zāi)難除了利用地下水進(jìn)行供水以外，適時(shí)適地合理利用地下水還有以下用途（以農(nóng)業(yè)為例）：降低地下水位，防止土壤返鹽騰空庫容用于除澇防漬充分利用降雨資源，增加入滲水量，減輕防洪壓力促進(jìn)土壤脫鹽和地下水淡化

第五章地下水開采對(duì)環(huán)境的影響

第五章結(jié)束48/45要求理解海水入侵和地面沉降的原因和機(jī)理，掌握相應(yīng)的計(jì)算方法（自己推導(dǎo)以增強(qiáng)理解）。第五章地下水開采對(duì)環(huán)境的影響

第五章結(jié)束49/442.2由于地下水水質(zhì)均衡被破壞導(dǎo)致水質(zhì)狀況日趨惡化§2地下水不合理開采引起的環(huán)境問題第五章地下水開采對(duì)環(huán)境的影響

承壓含水層抽水的升錐界面海水入侵——升錐界面實(shí)際開采條件下，由于抽水作用使原天然界面向抽水井底部方向升高，該現(xiàn)象稱為界面升錐，所形成的向抽水井底部錐形凸起的界面稱為升錐界面。當(dāng)抽水流量較小，升錐界面未達(dá)到抽水井，可形成新的平衡。此時(shí)，抽出的水仍為淡水。天然狀況抽水后

水動(dòng)力條件改變導(dǎo)致水質(zhì)惡化50/442.2由于地下水水質(zhì)均衡被破壞導(dǎo)致水質(zhì)狀況日趨惡化§2地下水不合理開采引起的環(huán)境問題第五章地下水開采對(duì)環(huán)境的影響海水入侵——升錐界面當(dāng)過濾器靠近頂板時(shí)，承壓含水層抽水時(shí)的升錐界面如圖c圖e表示潛水含水層中抽水形成的降落漏斗和升錐界面情況。

水動(dòng)力條件改變導(dǎo)致水質(zhì)惡化剖面圖51/442.2由于地下水水質(zhì)均衡被破壞導(dǎo)致水質(zhì)狀況日趨惡化§2地下水不合理開采引起的環(huán)境問題第五章地下水開采對(duì)環(huán)境的影響海水入侵——升錐界面對(duì)于靜止海水，抽水量大小不同，形成不同的穩(wěn)定界面，圖f；當(dāng)抽水量不斷增大，超過臨界流量時(shí)，界面和咸水會(huì)到達(dá)抽水井。升錐界面的確切形狀和臨界抽水量受多種因素影響（地下水補(bǔ)給量，K,界面以上淡水流速，井深，井距海岸距離，含水層厚度等）。

水動(dòng)力條件改變導(dǎo)致水質(zhì)