第六章 地下水资源的利用和管理

6地下水资源的利用和管理地下水资源管理：以水文地质学以及有关的环境科学的理论为指导，运用技术、经济、法律和行政的手段，降低人类生产生活活动对地下水资源的危害，协调人类活动与地下水资源之间的关系，达到保护地下水资源、防止在地下水资源开发利用过程中出现不良环境水文地质现象产生的目的。6地下水资源的利用和管理6.1.1地下水资源管理的内容、任务和目的内容：地下水资源的保护、合理开发与最佳利用具体任务：１）确定和控制地下水源的容许抽水量；２）制定区域各类供水水质标准；３）把地下水资源、经济、人口和环境作为统一系统进行分析和预测，并在地下水资源评价的基础上，编制地下水合理开发利用规划，统筹安排区域地下水资源分配6.1地下水资源管理的基本概念6地下水资源的利用和管理6.1.1地下水资源管理的内容、任务和目的具体任务：４）监测相预报地下水动态，实施地下水水质局部防治措施５）协调、监督和管理各部门、各单位之间的计划用水，制止对地下水资源的不合理开发６）建立地下水管理模型和管理体系，完善管理系统，采用经济、法律和行政手段，强化管理措施6.1地下水资源管理的基本概念地下水资源管理中应处理好的几个关系地下水资源管理地下水资源利用和保护的关系地表水和地下水开发利用之间的关系生活、工业和农业用水之间的关系供排水之间的关系6地下水资源的利用和管理6.1.1地下水资源管理的内容、任务和目的地下水资源管理的主要目的：防止由于人为的不合理活动及不合理的地下水资源开发利用所造成的地下水环境质量的降低，防止地下水资源枯竭，控制地面沉降，阻止盐水入侵，预防土壤的次生盐演化和沼泽化，防止地下水污染，实现地下水资源的可持续利用6.1地下水资源管理的基本概念6地下水资源的利用和管理需要对地下水资源进行管理的原因：1）地下水作为重要的供水水源在人类生存和国民经济发展中起着十分重要的作用2）地下水资源分布与储存不平衡而需水量过于集中3）目前世界上不少国家面临着在使用地下水方面所引起的一系列问题4）地下水的开发利用是一项十分复杂的工作6.1地下水资源管理的基本概念6.1.2地下水资源管理的必要性允许开采量：1）在水均衡方面安全抽水量一般不应超出年平均补给量2）经济方面抽水费用不应超过某一标准；3）不应使该抽水量引起水质恶化或地面沉降等公害；4）不能与有关地下水资源法律相抵触。同时满足上述四个条件的抽水量就可被看成是安全抽水量。6.1地下水资源管理的基本概念6.1.3允许开采量的确定6地下水资源的利用和管理地下水水位区域性持续和大幅度下降的原因：1）过量开采如果建立的管井过于密集，而且集中开采同一含水层，再加之管理不善，盲目开采利用，就必然在主要开采部位形成持续性水位大幅度下降6.2开采地下水产生的公害及防治6.2.1区域性地下水水位大幅度下降2）水文地质条件改变使补给因素减少地下水的动态变化，除了受自然因素影响，人类的生产活动也起着相当重要的支配作用：Ａ上游补给区建立水源地、修水库截流或对河流人工改道，都会夺走下游的地下水补给Ｂ上游区的水土流失、洪水淤积及风沙沉积都能减少含水层的渗入补给，从而造成地下水位的下降Ｃ矿山疏干抽水也会夺取地下水6.2开采地下水产生的公害及防治6.2.1区域性地下水水位大幅度下降3）开发利用地下水设计规划的过失开发利用地下水资源在科学技术上很复杂，需要周密的计划。如果在制定一个地区经济发展计划时，没有弄清水文地质条件或水资源评价得出错误结论，则会使地下水的利用量超过允许开采量，造成地下水水位持续下降。6.2开采地下水产生的公害及防治6.2.1区域性地下水水位大幅度下降过量地开采地下水使地下水位大幅度下降，同时也导致地下水压力减少，使地下水与沉积物的压力均衡失调，松散堆积物被压缩、地层失水固结从而产生了地面沉降。开采地下水引起的地面沉降往往发生在河流下游的冲积平原或巨厚松散堆积物发育的大型盆地6.2开采地下水产生的公害及防治6.2.２开采地下水引起的地面沉降砂层释水压密为弹性变形，所引起的地面沉降为暂时性的地面沉降粘性土层发生塑性释水压密后，土层固结，即使水位恢复，土层不回弹，所引起的地面沉降是永久性的，不可消除的墨西哥城的地面沉降也许是世界上最严重的，至1950年，该城已下降6米多6.2开采地下水产生的公害及防治6.2.2开采地下水引起的地面沉降(一)咸水入侵Ａ近海地区的潜水含水层或承压含水层往往与海水相连．在天然状态下陆地的地下淡水向海洋排泄，含水层保持较高的水头，淡水与海水保持某种动态平衡，因而陆地淡水含水层能阻止海水入侵。如果大幅度开发陆地淡水．必然破坏原有的平衡，导致含水层中原来保存淡水的空间被海水侵入，而使水质恶化6.2开采地下水产生的公害及防治6.2.3开采地下水引起的咸水入侵6.2开采地下水产生的公害及防治6.2.3开采地下水引起的咸水入侵Ｂ我国西北及华北某些地区，因地质历史时期的大陆盐化作用，形成咸水含水层．由于以后条件发生变迁，又在上部形成淡水含水层，淡水体呈浮于咸水之上的凸镜体状。一旦淡水体因超量开采而厚度变小，就会产生咸水水位的相应上升Ｃ我国内陆地区往往在不同深度分布有水质不同的多个含水层，当开采某一含水层时，上部或下部的高TDS水就可能越流补给，或通过隔水层尖灭处绕流补给开采层，使地下水水质混杂而恶化。6.2开采地下水产生的公害及防治6.2.3开采地下水引起的咸水入侵(二)海水入侵的防治Ａ在滨海地区防止海水入侵最有效的措施是向含水层中进行回灌，使淡水含水层的水头总是高于海面，形成一道压力墙阻止住海水的推移。Ｂ也可只在抽水井与海岸线之间打一排回灌井，形成—条高出海平面的“压力脊”。Ｃ当无法进行地下水回灌时，为防止海水入侵，最简单的是减少开采量，使含水层水位不再进—步下降6.2开采地下水产生的公害及防治6.2.3开采地下水引起的咸水入侵(二)海水入侵的防治Ｄ调整抽水井的排列方式，使向海的一侧水位保持在一定高度上．就等于是保留了一个压力脊Ｅ也可在离海岸较近距离处设一排抽水井抽水，形成—个较深的水位低槽，就象是一条沟，可暂时阻止海水推移，但沿海岸的抽水井中抽出的地下水水质不会良好，应注意监测。6.2开采地下水产生的公害及防治6.2.3开采地下水引起的咸水入侵由于强烈开采地下水使水位降低，原先储存地下水的空间被空气所取代，在动水位以上，含氧空气则贯流于土层空隙之间。由于这类空间是属于非常强烈的还原环境，土层中的一些化学成分所进行的氧化还原反应最终会将动水位之上饱气带中的氧气消耗掉，造成缺氧6.2开采地下水产生的公害及防治6.2.４地面下空气中的缺氧由于开采条件下地下水的活动，使第四系地层和下伏可溶岩层接触处发生潜蚀作用，随着水动力条件的改变，地下水水位升降频繁，促使风化土和岩溶裂隙中充填的砂、土被潜蚀搬运，当地下水位急剧下降后，对土体的浮托力突减，上覆土层在自重压力作用下，逐步失去稳定性而产生地面塌陷地面塌陷大多发生在可溶岩地区6.2开采地下水产生的公害及防治6.2.5过量开采引起的地面塌陷6地下水资源的利用和管理地下水人工补给，又称为地下水人工回灌、人工引渗或地下水回注，是当今各国广泛采用的增加地下淡水补给的措施和方法其实质就是借助某些工程设施将地表水自流或用压力注入地下含水层，以便增加地下水的补给量。6.3地下水资源的人工补给6地下水资源的利用和管理地下水人工补给的作用：Ａ能有效地稳定住地下水位下降Ｂ能用来控制地面下降Ｃ改变地下水的水质Ｄ建立淡水帷幕，防止海水或污水入侵Ｅ改变地下水的温度；6.3地下水资源的人工补给6地下水资源的利用和管理地下水人工补给的作用：Ｆ保持地热水、天然气含气层或石油层的压力Ｇ处理地面径流、排泄洪水Ｈ利用地层的天然自净能力，处理工业污水、使废水更新6.3人工补给地下水的目的1）补充地下水源，增大含水层的储存量，进行季节性和多年性调整人工补给地下水是进行季节性和多年性的地下水资源调节、防止地下水含水层枯竭的行之有效的方法。6.3.1人工补给地下水的目的6.3地下水资源的人工补给1）补充地下水源，增大含水层的储存量，进行季节性和多年性调整与地表水库蓄水相比，人工回灌对增加地下水淡水资源，具有更大的优越性。由于地下含水层分布广泛，厚度大，储水的容量也相当大；储存在地下的淡水温度恒定，蒸发损耗很小，具有天然自净能力，取用方便，能防止污染；地下储水不占地表耕地，不需要地面引水工程设施，投资小、经济合理。6.3.1人工补给地下水的目的6.3地下水资源的人工补给２）控制地面沉降人工回灌可以促进地下水位大幅度上升，增加土层回弹量。国内外许多研究结果说明，采取人工补给是防止地面沉降的有效措施。上海市l966年以来利用深井回灌及其它相应措施，基本控制了地面沉降。到1974年为止，地面标高保持在1965年的水平，并略有回升。6.3.1人工补给地下水的目的6.3地下水资源的人工补给3）防止或减少海水入侵含水层近年来，因海水入侵严重影响地下水水质的一些地区，陆续采用人工回灌的方法来改变污染状况，已经取得良好的效果。采用人工补给也可控制咸水的越流补给6.3.1人工补给地下水的目的6.3地下水资源的人工补给4）改变地下水的水质某些地区的地下水水质可能本来就差，也可能是因后来被污染而变坏，使其不能满足工农业生产和生活用水的要求。采用人工回灌方法，向地下输入淡水，与原来的咸水或被污染的地下水混合，并发生离子交换等物理、化学受应，可以使地下水逐渐淡化，水质得到明显改善。6.3.1人工补给地下水的目的6.3地下水资源的人工补给4）改变地下水的水质某些工厂在生产工艺过程中要求特殊类型的水质。当市政供水系统或直接抽取的地下水不能直接满足水质要求时，也可用回灌的方法改造原来地下水水质，把经专门处理过的水回灌到地下，按一定的比例关系定期抽水和灌水，这种方法比较简单经济6.3.1人工补给地下水的目的6.3地下水资源的人工补给５）改变地下水的温度工业用地下水的目的之—，是利用地下水作为冷、热源。夏季用于产品的冷却，调节和降低车间的温度、湿度；冬季利用于车间取暖和锅炉用水。许多工厂利用含水层中地下水流速缓慢和水温变化幅度小的特点，用回灌方法改变地下水的温度，提高地下水的冷热源储存效率。6.3.1人工补给地下水的目的6.3地下水资源的人工补给５）改变地下水的温度具体作法是冬季向地下水灌入温度很低的冷水，到夏天时再开采用于降温，夏季则向地下灌入温度较高的水，到冬季再抽出用于生产或取暖。6.3.1人工补给地下水的目的6.3地下水资源的人工补给6）保持地热水、天然气和石油地层的压力在开采石油或水溶性天然气时，由于地层中的油、气、水被大量抽出，而使石油或天然气压力下降，产量降低。向含油层或含气层中高压回灌，以水挤油或气，能保持和增加石油或天然气的有效开采量。此外，在地热区采用人工回灌，可以明显增大地下热水开采量，甚至实现地下热水的人工自流。6.3.1人工补给地下水的目的6.3地下水资源的人工补给6.3.2人工补给地下水的水源和水质要求用作人工补给地下水的水源有：地表水(江河、湖泊、水库、池塘)、工业回水和工业废水、城镇公共供水(自来水)、地下水等。其中又以地表水为主。人工补给水的水质要求随目的、用途及所处水文地质条件等不同而有所不同6.3地下水资源的人工补给6.3.2人工补给地下水的水源和水质要求确定回灌水源的水质标准时，一般应注意以下3个原则：1）回灌水源的水质要比原地下水的水质好，最好达到饮用水的标准2）回灌后不会引起区域性地下水的水质变坏和受污染；3）回灌水中不应含有能使井管和过滤器腐蚀的特殊离子或气体。6.3地下水资源的人工补给6.3.2人工补给地下水的水源和水质要求6.3地下水资源的人工补给6.3.2人工补给地下水的水源和水质要求确定补给地点时，必须对该地区的水文地质条件进行调查和研究，主要包括：岩石的空隙性；岩石的水理性质及包气带和含水层的厚度、埋藏条件；地下水径流和排泄条件；岩石的化学成分及自净作用等地下水在冲积层的孔隙介质中径流较缓慢，回灌的地下水不易消失掉，且有利于大面积人工补给和开采，因此人工补给大都在冲积松散物组成的含水层中进行。6