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1、第三章 地下水资源开发、 保护和管理,地下水资源勘查的任务，除了要查明地下水的形成、分布规律，进行水质和水量的评价，还应进一步研究如何合理地开发利用和保护地下水资源，以利于地下水资源的持续稳定的开采。,地下水资源的形成具有一定规律性。在天然条件下，地下水一般都处于相对平衡的状态之中。因此，只有能正确地认识到地下水的规律性，合理地开发利用地下水资源，就能做到在不破坏地下水原有平衡状态的基础上，充分利用地下水资源为人类造福。 如果违背地下水资源形成的规律性，盲目、恣意的开采地下水资源，必然会破坏其平衡关系，给人类的社会环境和自然界的生态平衡带来不良后果。,国际地下水超采会议（西班牙，1987年10
2、月）指出，地下水的长期超采必然会破坏原有的各种平衡关系，如： 1）量的平衡：入不敷出，最终必然会出现地下水位区域性的持续下降。 2）质的平衡：水动力条件、水化学形成条件的改变，会使得相邻非抽水含水层的劣质水越流进入抽水含水层，导致水质恶化。 3）压力的平衡：地下水的大量开采，使得水压力降低，松散沉积物被压缩，促使地面发生开裂或沉降。,如何正视我国水资源缺乏的国情，合理开发和珍惜地下水资源，让有限的地下水资源在我国的人民生活、生产中发挥更大的效益，是讨论地下水资源的开发、保护和管理的目的。,地下水资源的开发,一、水源地的选择原则 1、大、中型集中式供水水源地 主要是选择取水地段的具体位置，选择原
3、则是： 1）当为满足需水量和节省建井经费时 选择含水层厚度大、层数多，分布广和透水性好的地段。如冲洪积扇的中、上部，冲积平原的古河床等位置。,2）当为增加开采补给量，保证水源地的长期均衡开采时 选择能最大限度地拦截区域地下径流的地段，或能充分夺取各种补给量的地段。如松散沉积物分布区的水源地应尽量靠近补给地下水的河流岸边；基岩地区的水源地应选在集水条件最好的区域性阻水界面的上游一侧；岩溶地区的水源地最好选择在区域地下径流的排泄区附近。,3）当为保证水源地能正常运转时 拟建水源地应尽量远离原有的取（排）水点，减少井孔之间的互相干扰。 4）当为保证水源地的水质时 水源地应选在不易引起水质污染或恶化的
4、地段。如远离排污区的上游、被污染或天然水质不良的水体或含水层。,5）当为避免因开采地下水而产生不良环境地质问题时 水源地应选在不易引起地面沉降、塌陷和地裂缝等有害地质作用的地段上。 6）在能满足水量、水质要求的前提下，为节省投资和便于管理，水源地应尽可能靠近供水区。,2、小型分散式供水水源地 在确定水井布置的具体位置时，除了前面的原则外，还应注意： 1）选择有利的地质构造部位，如断裂破碎带的上部，向斜的核部。 2）强含水裂隙（节理裂隙、层状裂隙、网状裂隙、风化裂隙）带附近。 3）地下水汇水条件良好的位置。 4）有利的地貌单元区。,二、取水建筑物的类型和适用条件 取水建筑物类型的选择，主要决定于
5、开采含水层（带）的空间分布特点及其埋藏深度、厚度和富水性能；同时，也与设计需水量的大小、施工方法及抽水设备类型等有关。 三、取水建筑物的合理布局 取水建筑物的合理布局主要是指取水井在平面和剖面上的布置（排列）形式和井间距离、水井数量等的确定方法。,地下水资源的保护,所谓地下水资源的保护，就是要保护地下水量不因超量开采而被很快消耗，乃至枯竭；保护地下水质不被污染和恶化；保证不因开采地下水而产生不良的地质环境问题。 其目的就是要使人们进一步认识到不合理开采地下水资源将会带来的危害，要从管理地下水资源和保护地质环境的角度出发，重视保护地下水资源，使有限的地下水资源能够长期地、安全地得到开发利用，造福
6、于人类。,一、区域地下水位持续下降的原因、危害及防治措 1、区域地下水位持续下降的原因 一个地区的地下水位之所以会持续下降，其实质就是在含水层或含水层的某些地段上，由于地下水的开采量长期地超过补给量，并逐渐消耗了储存量，且其被消耗的储存量在短时间内又得不到恢复的结果。 判断一个地区的地下水位是否持续下降，主要是观测降水补给对地下水位的变化的影响。,造成地下水位持续下降的原因主要有： 1）地下水资源评价结论不够准确。由于对地下水资源的形成条件认识不足，导致所计算的允许开采量偏大，致使开采量长期大于补给量。 2）不合理开采。由于缺乏管理或管理不到位，在地下水集中开采区会出现在开采地段、开采层位和开
7、采时间上的“三集中”开采现象。,3）人为或自然因素变化导致地下水的补给量逐年减少。 （1）由于河床淤积、水利工程兴建和气候条件变化等原因，地表水流量减少的同时也导致了地表水对地下水的补给量减少。 （2）由于植被的破坏，导致小气候发生变化、降水量减少、地表径流速度加快，减少了地表水对地下水的补给量。 （3）由于矿床开采和地下工程开挖对地下水的疏干，或建设截流工程等，引起地下水位下降。 （4）由于都市化建设进程的加快，导致能够接受降水补给的地表裸露面积逐年减少，影响了地表水对地下水的补给量。,4）经济建设的发展、人口的快速增长及生活水平的提高，对水的需求量和水质的要求逐年提高，加快了区域地下水位下
8、降的速度。,2、区域地下水位持续下降的危害 1）使取水工程的出水量不断减少。 由于区域地下水位下降，使取水工程的出水量日益减少，取水成本不断增加，严重时会出现因抽水泵头够不着水位而导致水井报废。,2）引发地面沉降、地裂缝及地面塌陷等环境地质问题。 虽然造成地面沉降的原因比较复杂，但是，由于过量抽取地下水，地下水位大幅度持续下降，是促使上部易压缩粘土层中的孔隙水排出，引起土层的固结压缩，而导致地面下沉的主要原因。 过量抽取地下水的危害，在第四纪松散沉积物分布区主要表现为地面沉降，在大厚度粘性土（黄土）分布地区则表现为地裂缝，而在隐伏岩溶型水源地则主要表现为地面塌陷。 到2003年，全国50多个城
9、市发生了地面沉降和地裂缝灾害，总沉降面积达9.40万km2，其中长江三角洲地区、华北平原和汾渭盆地最为严重。,3）海水入侵 在沿海地区，由于过量开采地下水，区域地下水位持续大幅度下降，破坏了咸淡水的天然平衡状态，诱发了海水向大陆的入侵，使开采含水层的水质恶化，降低了地下水的利用价值。 发生海水入侵的地区主要分布于 辽宁、河北、天津、山东、广西和海南。其中，环勃海地区表现最为严重，至2003年底，该地区海水入侵面积已达2457km2，比20世纪80年代末增加了937km2，增加速率为62km2/年。,4）岩溶大泉干枯断流 由于区域地下水位的持续下降，导致岩溶地区的许多著名景观大泉压力水头降低、泉
10、流量和涌势减小，干枯断流时间逐年增加，使以泉源为景点的旅游观赏价值大减。如山东济南趵突泉、河南辉县百泉、山西太原晋祠泉等。,3、区域地下水位持续下降的防治措施 1）预防对策 （1）合理评价地下水资源，对地下水、地表水进行全面规划、统一调度。 （2）统筹兼顾地下水开采和矿坑排水，供排结合，减少地下水开采量，充分利用水资源。 （3）加强对地下水资源开发利用的管理，杜绝无政府主义，避免“三集中”开采。 （4）提高对地下水资源保护重要性的认识，珍惜水资源，建立节水型社会。,2）治理措施 （1）压缩开采量。减少开采井数和单井开采量，把总开采量压缩到地下水补给量所允许的范围内。 （2）调整开采井布局。减小
11、开采井密度，扩大水源地范围；减少某些开采层位、开采地段的开采强度；对大厚度含水层或多个含水层，可采用分段取水或分层取水办法。 （3）建立合理的开采制度。实行采水许可，限制井距、井深、水位降深和单井开采量。 （4）人工补给地下水。对条件允许的地区，可对含水层进行地下水的人工补给，以扩大地下水的资源量，防止区域地下水位的持续下降。 （5）加强对水情的监测和预报工作。要建立和健全地下水动态监测网，及时发现和了解地下水的动态变化趋势。,二、地下水水质恶化的特征、危害、原因及防治措施 1、地下水水质恶化的主要特征及危害 1）地下水水质恶化 地下水在开发利用过程中，因环境污染和水动力条件、水化学形成条件的
12、改变，以及不良的开采手段所造成的水中某些化学、微生物成分的含量不断增加，以至超出规定的使用标准的水质变化过程。,2）地下水水质恶化的表现形式 （1）地下水中出现了本不应该存在的各种有机化合物（如合成洗涤剂、去污剂、有机农药等）。 （2）天然水中含量极微的毒性金属元素（如汞、铬、镉、砷铅及某些放射性元素）大量进入地下水中。 （3）各种细菌、病毒在地下水体中大量繁殖，其含量远超出国家饮用水水质标准的界限指标。 （4）地下水的硬度、矿化度、酸度和某些常规离子含量不断增加，以至大幅度超过了规定的使用标准。,3）地下水水质恶化的危害 （1）减少了地下水可采资源的数量（水质型缺水） （2）影响了人体的健康
13、 （3）损害了工业产品的质量 （4）改变了土壤的性质，使农作物大幅度减产 （5）增加了水处理成本，侵犯了消费者的权益,2、地下水水质恶化的原因 1）存在引起地下水水质恶化的污染源 （1）天然污染源：自然界中本来就存在的各种劣质水体（如地表污水体、地下高矿化水等）；含水介质或包气带中所含的某些易溶盐类。,（2）人为污染源：人类活动所形成的污染源。 a）直接污染源：各种污染物直接通过包气带进入含水层中。如生活污水和工业废水不经处理的随意排放；农药、化肥的大量施用；工业废渣和城市垃圾的不合理堆放、填埋等。 b）间接污染源：各种污染物先进入大气或地表水体，而后再通过各种途径进入含水层中。如工业废气排放
14、产生的“酸雨”；污水灌溉；输油管道的泄漏； 井管或输水管道的腐蚀等。,2）存在污染物质进入含水层的途径 （1）通过包气带渗入：在开采井降落漏斗的影响范围内，污染物通过包气带向地下水面垂直下渗。如污水池、垃圾填埋场等。 污染程度主要取决于：包气带岩层的厚度；包气带岩性对污染物的吸附和自净能力；污染物的迁移强度。 （2）由地表水侧向渗入：被污染的地表水从水源地外围侧向进入开采含水层，或海水入侵到淡水含水层。 污染程度取决于含水介质的结构、水动力条件和水源地距地表水体的距离。,（3）由集中通道直接注入 天然通道：与污染源相沟通的各种导水断裂、岩溶裂隙带及隔水顶板缺失区（天窗）。一般多呈线状或点状分布
15、，可使埋深较大的承压水体受到污染。 人为通道：在各种地下工程、水井的施工中，因破坏了含水层隔水顶、底板的防污作用，使工程本身构成了劣质水进入含水层的通道。,3）存在引起地下水水质恶化的水动力和水化学起因 （1）水动力条件的改变 a ）开采含水层与污水体之间必须存在有直接或间接的水力联系； b ）由于抽水而在含水层中形成相对于污染水体的负压区，从而促使污水直接或间接地流入并污染开采含水层。,海水入侵：因水动力条件改变而引起的海水向大陆含水层的推移过程。 天然条件下，地下水向海洋排泄，咸淡水界面位置依靠含水层中淡水的水头压力高于海面来维持； 在开采条件下，当开采量大于补给量时，含水层中淡水的水头压
16、力就难以维持原先的平衡条件，咸淡水界面就会向大陆推移，使水质恶化。,（2）水化学条件的改变 在地下水开采过程中，随着地下水位的下降，氧气进入被疏干的含水层，促使硫、铁、锰及氮化合物的氧化作用加强，出现了地下水中矿化度、硬度铁、锰离子含量增高和pH值降低的现象。 试验证明，当上述化学反应进行到一定时期后， 最终将会达到一个新的平衡。在新的平衡条件下，决 定水质的主要因素是水中的CO2和腐殖酸含量。 研究认为，地下水硬度在开采过程中升高的原因 还与灌溉水质和表层土壤及其下层沉积物中富含钙、 镁等易溶盐类有关。,3、地下水水质恶化的防治措施 1）预防措施 指那些有助于防止地下水水质恶化现象产生的各种措施，包括减少污染物的产生和防止污染物渗入开采含水层。,（1）在制定城市发展规划时，必须考虑保护地下水水质不受污染。新建水源地应选择城市上游或地下水的补给区。 （2）应严格控制水源地的开采降深和开采
