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地下水作為水資源的一個重要組成部分,由于具有分布廣泛且穩定、便于開發、相對地表水不易受到污染等優點,已經成為人們生產生活的重要供水水源。隨著人們的生活用水量的不斷提高以及對水資源的污染,導致地下水的開發和利用出現了一系列的嚴重問題。當前保護地下水資源,僅僅控制需求量還是不夠的,尋找新的水源和節水方法,成為當前地下水資源保護的重點。基于此,以下就地下水資源開發的現狀及保護措施進行探討。
一.我國地下水資源開發的現狀問題
1、地下水的開采與補給不相適應。隨著經濟的不斷發展,用水量日益增多,由于干旱少雨,地下水補給不足,給地區的地質條件造成了嚴重的影響,也給地下水的可持續利用帶來了不可估量的后果。據資料顯示,由于過量開采,很多地區地下水相隔幾年后相對的下降了2~3米。有的區域在開發利用地下水時沒有統一規劃,不經過專業部門的研究與論證,隨意開采,造成了出水難及地下水補給困難的雙重損失。
2、存儲量豐富,但南北地區開發有差異。我國地下水資源豐富,占我國水資源的30%。其中山區地下水總量要遠遠的高于平原地區的地下水資源的存儲量。根據調查顯示,一半以上的地下水水質良好,可以提取出來供人們直接引用的。但是,我國南北地區地下水資源存在明顯的差異。相對于北方地區,南方地區的地下水資源豐富,但是北方地區的地下水開發量卻遠遠的高于南方地區。據調查顯示,北方地區的地下水開發量即將占到國家總開發量的80%。如果還是這樣不合理的開發下去,那么北方面臨的可能就是連喝的水都不能自己自給自足。
3、地下水資源的集中開發引發地質問題。由于我國工業的不斷發展,很多的工業發展需要大量的水資源,所以在很多工業區集中的地段,出現了嚴重的地面塌陷、漏斗區和沉降。過度的對一個地區的地下水進行開發,導致地下含水成出現斷層和下降,從而導致地表的下降和塌陷,有些地區還出現了嚴重的漏斗區。我國很多城市的工業集中區都出現了這樣的情況。
4、地下水污染嚴重。地下水的總儲備量是豐富的,如果滿足人們的合理需求也是可以的,但是目前地下水存在著很多的污染情況,這就導致很多的地下水無法被人們使用。造成地下水污染的原因有很多。比如,工業廢水的排放,就會深入地下和地下水混合,污染地下水,同時,開發地下水造成的地面塌陷也會造成污水的回流。據調查顯示,武漢、天津、沈陽等城市的地下水硬度嚴重超標。南京、上海等城市的地下水中也檢測出了很多有害的化學成分。
5、大量的資金投入,造成財政負擔。很多地區對地表水資源的開發和污染,使得很多地下淺層水資源已經出現了匱乏的情況,水井中的水資源迅速減少。有統計顯示,北京市每年購買和更新抽水機就會花去上億元。如果能夠合理的利用地下水資源,那么這些投入都是不必要的。
二、地下水資源開發的保護措施
1、對地下水資源的開發,必須堅持科學論證與合理開發為前提。在地下水開發之前,要經過專家的實地勘察,對地下水所處的地理位置及水位、含水量、水質等要素進行仔細研究,根據地下水勘察與評價及長短期動態觀測等基礎數據,根據不同的開發利用階段編制開發利用規劃,進行允許開發區、控制開發區和禁止開發區的規劃工作,實現水資源的合理與科學地開發,制定出合理的開發計劃。
2、健全國家水資源保護法。利用法律的強制性,貫徹執行水資源保護法和其他相關的水資源法律法規,對保護水資源的部門單位或者是個人給予獎勵。對于不遵循法律,過度開發和破壞水資源的現象要給與嚴厲的制裁。通過法律手段,對地下水資源進行統一的、有規劃的開發和利用,使地下水能夠得到循環持續的利用。
3、國家對水資源的開發進行統一的規劃。我國南北方的地下水資源的開發是存在很大的差異的,北方的地下水開發量占到了總量的80%,說明南北方的水資源開發嚴重的不合理。所以,國家應該對整個國家的地下水資源進行統一的規劃,針對水資源南多北少的情況,將南北方的水資源按一定合理的比例進行開發,這樣就不會導致北方水少開發多的情況,最終才能夠實現我國水資源的均衡開發和可持續使用。
4、控制工業用水,實現水資源的重復使用。工業用水占了人們總用水量的一大部分,所以,想要保護地下水資源首先就要從控制需求做起。世界上很多的國家都在積極的建設節水工業,采取各種措施來降低工業用水。我國的很多城市也意識到了水資源缺乏的問題,采取鋪設循環管道等方法進行水資源的循環利用,大連、太遠都是這方面的代表。但是,我國的平均工業的循環用水整體水平還是很低,需要進一步努力。
5、加大節水技術的投入力度 。很多工業不能夠積極的進行地下水保護措施,一個關鍵的原因就是節水技術的限制以及不能夠對污水進行處理再利用。現在世界上很多發達的國家,在工業上采取了冷卻池、風冷卻等高科技方法,將使用過的水資源進行循環使用。還有很多的國家都建有自己的污水處理廠和凈化池等,將污水進行技術上的處理之后,將污水凈化為農業或者是工業,也甚至是人們可以直接引用的水。雖然在我國也有這方面技術的研發,但是還應該加大資金投入力度和支持力度,研發出各種能過節水的技術和措施。同時,每個工廠也應該有自己的污水處理技術和節水技術的研發機構,保障工業用水的循環使用。
6、用其他的水代替地下水資源。世界上還有很多的水資源,不僅僅只是地下水資源這一種,北冰洋就有大面積的淡水資源。從長遠來看,國家可以尋找一種新的辦法,就是獲取北冰洋的冰塊來供人類使用,但是這項辦法短期之內是不可能實現的,還需要我們進一步的努力。除了北冰洋大面積的淡水資源,世界上還有很多的海水,但是海水是鹽水,并不能夠供我們直接使用,這就要使用淡化技術,目前世界整體的淡化水平都不是很高,只有少數國家的海水淡化技術和設備在世界上是拔尖的,面對著水資源的日益短缺,我們必須要加大對海水淡化技術的重視,將海水作為我們的后備資源,以備不時之需。
結束語:
水資源作為一種重要的生命資源,對我們的社會和生活都產生了巨大的影響。但是,當今世界面臨著嚴重的水資源短缺問題。水資源短缺不僅僅直接給人類的生存帶來嚴重的威脅,而且給經濟的發展和社會的進步都會產生制約性因素。隨著經濟的發展,水資源日益短缺的情況日趨嚴重,針對水資源開發過程中存在的問題,要積極的采取行動,利用科技手段,保障水資源的循環可持續利用。
參考文獻:
[1]錢易等.中國城市水資源可持續開發利用[M].北京:中國水利水電出版社,2002.
[2]閆忠.蘇尼特右旗水資源開發利用問題及對策[J]. 內蒙古水利. 2009(04)
[3]齊邦鋒.曲阜地下水資源分布狀況及開發利用探析[J]. 國土與自然資源研究. 2012(03)
(中國水利水電科學研究院 流域水循環模擬與調控國家重點實驗室,中國 北京 100038)
【摘 要】南水北調中線工程通水后,海河平原區因水源置換與地下水壓采,供水格局發生轉變。基于水資源轉化動態模擬模型MODCYCLE,在對2001~2010年現狀地下水動態平衡模擬分析的基礎上,設置不同供水方案情景,量化模擬未來淺層地下水的動態響應。結果表明:供水格局變化后,隨著降水入滲量和地表灌溉滲漏量增加,地下水總補給量有所增加;隨著人工開采量的減少,地下水總排泄量減少;地下水補排關系改善但仍呈現負均衡。研究可為今后建立海河平原區地下水合理開采模式提供依據,促進區域地下水可持續管理。
關鍵詞 海河平原區;MODCYCLE模型;淺層地下水;動態響應;供水格局
基金項目:水利部公益性行業科研專項(201001018)。
作者簡介:周琳(1990—),女,河南洛陽人,碩士研究生,研究方向為水資源綜合利用與調控。
0 引言
海河平原區是我國經濟發展的重要區域,地下水一直是主要供水水源,且供水比重也呈穩定增長趨勢,近年來更高達66%。自80年代以來,在需水量迅速增加和降水衰減的共同作用下,海河平原區已經成為南水北調受水區地下水超采最為嚴重的區域[1]。長期無序過量的開采地下水資源,導致海河平原區地下水儲量大量消耗,區域地下水水位持續下降,并引發嚴重的地面沉降、海水倒灌、水質污染等環境地質問題[2]。為確保未來海河平原區地下水的可持續利用,保障區域穩定健康發展,多年來學術界一直將當地地下水評價與研究作為關注熱點。
韓瑞光研究建立了海河平原區淺層地下水概念模型,并提出今后模型建設建議[3]。費宇紅等通過研究海河平原區地下水儲量消耗過程,指出該區域地下水可開采利用的潛力已經十分有限,從長遠看南水北調是解決缺水的理想途徑[4]。何杉采用水量平衡的方法,研究分析了南水北調實施后,地下水開采量的減少與入滲補給量的增加,將促使海河平原淺層地下水局部得到恢復[5]。杜思思等聯合運用MODFLOW與水資源配置模型ROWAS,模擬了有無南水北調兩種對比情景下海河平原區地下水的演變[6]。
以上研究通過數據分析與模型模擬等方法對海河平原區的地下水資源作出了評價,但作為模擬情景水文條件的水文系列較短,考慮的情景方案較少。為從更完整的角度驗證工程達效對海河平原區地下水循環恢復所起的作用,本文基于分布式水文模型MODCYCLE,結合多個典型的供水格局情景進行海河平原區地下水的詳細模擬與動態響應分析。
1 海河平原區MODCYCLE模型的構建與驗證
MODCYCLE模型是基于“自然——社會”二元特性開發的分布式水循環模擬模型[7],充分考慮到對自然水循環過程與人工水循環過程的雙重體現[8],可用于人類活動干擾明顯的海河平原區水循環系統的模擬量化。為保證水循環模擬的完整性,本文通過MODCYCLE構建海河流域水資源轉化動態模擬模型,研究和辨析現狀2001~2010年海河平原區淺層地下水動態平衡;選取5個代表性水資源配置方案,模擬預測不同水文系列條件(1956~2000年平水系列、1980~2005年近期枯水系列)和南水北調工程實施情況(南水北調中線工程一期達效、二期達效和加大中線一期引水20%)下海河平原區淺層地下水動態響應。
1.1 模型數據輸入
按DEM將海河流域劃分為2028個子流域,其中平原區子流域1165個。地下水數值模擬以4km為間距劃分網格單元,有效單元格8383個。模擬氣象數據采用收集的46個氣象站點實測數據展布。地下水水位根據550個淺層地下水位觀測井和210個深層地下水位觀測井的觀測數據插值計算。水文地質參數根據海河流域水文地質調查數據展布。
1.2 模型率定與驗證
模型以2001~2005年為率定期,2006~2010年為驗證期。考慮到海河流域水循環特性,選取地下水位、地下水蓄變量為驗證指標。
1.2.1 地下水位檢驗
圖1所示為2010年末(驗證期末)的實測與模擬淺層地下水位等值線對比,從整體上看,模擬與實測地下水位等值線具有可比性,山前及中部地下水開采密集區的地下水位等值線變化幅度大。
1.2.2 淺層地下水蓄變量檢驗
2001~2010年海河流域淺層地下水蓄變過程統計值(根據2001~2010年《海河流域水資源公報》分析整理)與模擬值對比如圖3。從蓄變模擬結果看,蓄變過程在變化趨勢上一致。經計算得,淺層地下水蓄變量模擬與統計值之間相關系數為0.96,相關程度較高。
從總體上看,對于海河流域這種大空間尺度和長時期的水循環模擬研究,目前的率定驗證結果基本滿足要求。
2 地下水平衡現狀與模擬情景設置
2.1 2001~2010年現狀淺層地下水動態平衡
模擬現狀年時段海河平原區淺層地下水年均補給總量約193.66億m3。其中降水入滲量占總補給量的67.0%,為最主要的補給來源;灌溉滲漏補給量占8.7%。淺層地下水年均排泄總量223.52億m3,其中農業灌溉開采量占總排泄量的49.7%;其次是工業、生活、生態等非農業開采量,占總排泄的27.4%。
2.2 供水格局主要特征
在規劃水平年“三生”需水量規模和可供水量上限確定的前提下,未來海河流域供水格局的變化與水資源合理配置方案密切相關。
本次綜合考慮五維屬性[9]協調,以《海河流域水資源綜合規劃》基于1956~2000年系列(長系列)的推薦方案F1為基本方案。但考慮到該系列對流域近期水資源情勢反映不足,故以1980~2005年系列(短系列)作為對比情景,最終確定了長系列方案F1、F2、F3和短系列方案F4、F5共5個典型水資源配置方案,即供水格局變化方案。方案特征概述如表1:
2.3 供水格局情景模擬
南水北調中線工程通水后,2020年海河流域將引入長江水量79.2億m3,2030年117.5億m3。工程達效后5個推薦方案不同水平年的主要供水量的組成情況見圖3:地下水仍是供水主體,次為外調水和當地地表水。未來該區外調水(含引黃水)供水量將增多,地下水用水幅度隨之減小。
淺層地下水和外調水(含引黃水)的分配情況見圖4:地下水的大用水戶仍然是農業灌溉,外調水主要滿足工業生產與城鎮生活用水,滿足經濟生產需求后,可置換一部分地下水超采量,用于農業灌溉用水和修復生態環境用水,緩解現狀地下水的開采壓力。
3 供水格局變化后地下水動態響應
通過上述已建模型,預測供水格局改變后海河平原區各配置方案不同水平年淺層地下水的水平衡統計結果,從中提取淺層地下水年均補給、排泄、蓄變量的關系見表2。補排狀況如下:
降水入滲量仍是淺層地下水的最主要的補給來源,與現狀相近;引江水量主要通過襯砌渠道和管道輸送到用水戶,故河道滲漏補給量長、短系列差異不明顯,且與現狀平均值接近;地表水灌溉量比例增加,與地下水灌溉開采比例減少使得灌溉滲漏補給量均大于現狀平均值;淺層地下水總補給量短系列與現狀平均值接近,約190億m3,長系列比短系列大約12億m3,其中降水入滲補給量和地表灌溉滲漏量的增加為主要影響因素。
平原區地下水人工開采量仍占據排泄量較高比例,但均不同程度小于現狀平均開采量,尤其是其他開采量(工業/城鎮、生活、生態等)明顯減少;不同方案的潛水蒸發量波動較大,但均大于現狀平均值;淺層地下水向深層地下水越流排泄量迅速減小,長系列略大于短系列;淺層地下水總排泄量均小于現狀平均值224億m3,人工開采量的減少是關鍵因素。
5 結論
本文基于分布式水文模型MODCYCLE,對海河平原區地下水水循環過程進行分項體現。選取綜合考慮氣候條件變化與南水北調工程共同作用的5個典型水資源配置方案為背景,比較了不同水平年與現狀海河平原區淺層地下水補給與排泄結構的變化,以及海河平原區淺層地下水蓄變與埋深的發展變化趨勢,并簡要分析了主要影響因素。主要研究結果如下:
(1)海河平原區淺層地下水總補給量與現狀相比有所增加,主要原因在于隨水文系列和供水格局的變化,降水入滲量和地表灌溉滲漏量增加;(2)淺層地下水總排泄量相對現狀年有所減少,原因在于人工開采量得到控制;(3)供水格局改變后,海河平原區淺層地下水仍將處于負蓄變狀態,但與現狀年情況相比程度已有較大和緩。
研究表明:南水北調工程通水能夠改善當地地下水循環失調的現象。未來需繼續推進工程配套建設,充分發揮工程效益以減緩與遏制地下水環境惡化的趨勢。研究采用的水資源動態轉化模型可考慮作為今后海河平原區地下水管理的日常分析工具,提高區域地下水管理的科學性、針對性和實效性。同時,研究結果可為進一步建立海河平原區地下水合理的開采調控模式提供參考。
參考文獻
[1]劉昌明.發揮南水北調的生態效益修復華北平原地下水[J].南水北調與水利科技,2003,1(1):17-19.
[2]費宇紅,李惠娣,申建梅.海河流域地下水資源演變現狀與可持續利用前景[J].地球學報,2001,22(4):298-301.
[3]韓瑞光.海河流域平原區淺層地下水模型初步研究[J].海河水利,2002(6):15-16.
[4]費宇紅,張光輝,曹寅白等.海河流域平原淺層地下水消耗與可持續利用[J].水文,2001,21(6):11-13.
[5]何杉.南水北調工程實施條件下海河平原淺層地下水恢復前景分析[J].海河水利,2003(2):20-25.
[6]杜思思,游進軍,陸垂裕,等.基于水資源配置情景的地下水演變模擬研究:以海河平原區為例[J].南水北調與水利科技,2011,9(2):64-68.
[7]張俊娥,陸垂裕,秦大庸,等.基于MODCYCLE分布式水文模型的區域產流規律[J].農業工程學報,2011,27(4):65-71.
[8]王潤東,陸垂裕,孫文懷.MODCYCLE二元水循環模型關鍵技術研究[J].華北水利水電學院學報,2011,32(2):33-36.
[關鍵字] 地下水 開發 現狀 影響 策略
[中圖分類號]P641.8[文獻碼] B[文章編號] 1000-405X(2013)-1-163-1
1 我國地下水資源開發現狀
我國地下水資源蘊藏相對比較豐富,由于地下水具有水質好、分布廣、調蓄能力強、不易被污染、供水保證程度高等優點,因此被廣泛開發利用。從目前來看,我國地下水資源利用量占水資源利用總量的16%,每年地下水開采量約為1029億立方米。然而,受我國水資源情況、人口分布情況、經濟發展情況、開發利用情況等一些因素影響,許多城市尤其是北方城市地下水資源的供需矛盾較為嚴峻。目前我國有近400個城市水源通過開采地下水來實現,其中300多個城市不同程度存在缺水問題,且每年缺口在1000萬方左右。據不完全統計,以地下水水源地做為主要供水水源的城市超過60個,目前城市地下水資源遭受污染程度較為嚴重,全國已有136個大中城市地下水遭受到了不同程度的污染。其污染源主要為工業污染、生活污染以及局部農業區地下水污染。
2 地下水開發對于環境的影響
2.1水污染形勢嚴峻。從目前來看,我國在經濟發展的同時,工業"三廢"、生活污水、農業藥品化肥等排放量已達數百萬噸,而這其中,1/3以上的工業廢水以及9/10以上的生活污水,在未經處理的情況下就直接排放到河流、湖泊等環境。造成我國大江大河普遍存在污染帶,中小河流污染情況更為嚴峻。據統計,目前污染河流長度為8.94×104km,其中嚴重污染河流長度為4364km。并且更為嚴重的,我國城市附近的地下水(淺層地下水)也已遭到不同程度污染。
2.2大面積水土流失。大面積水土流失使巖石,地表植被喪失了涵養水源功能,自然界的水會形成地表徑流直接流入江河湖海,因此無法及時補充地下水,造成地下水位下降。我國是世界上水土流失最嚴重的國家之一,據統計,我國水土流失面積為367萬km2,占國土面積的38%,其中水力侵蝕面積179萬km2。
2.3地面沉降或塌陷。根據2011年12月的一項研究結果:目前,我國在19個省份中50多個城市存在不同程度的地面沉降問題,累計沉降量超過200mm,總面積超過7.9萬平方公里。其中長江三角洲、華北平原、汾渭盆地為地面沉降的重災區。地面沉降會給地面或地下建筑物帶來嚴重危害;沿海地區還可能引起海水倒灌等嚴重后果。地面沉降的人為因素主要是因過量開采地下水,導致地下水沉積層的孔隙壓力減小,而有效應力相應增大,造成地層壓密而出現地面沉降現象。
此外,因為地下水開發的不合理而造成的環境問題還有海水入侵回灌、地裂縫、礦區地質災害等。
3 地下水開發的策略
3.1加強地下水污染治理工作。我國針對地下水污染治理的法律法規尚不健全,應逐步健全法規體系,并結合各地區實際情況,將現有的法律法規落實到位。整體而言,要防止水污染治理工作中出現舞弊行為。具體而言,應禁止利用滲井、滲坑、裂隙和溶洞排放、傾倒含有毒污染物的廢水、含病原體的污水和其他廢棄物;禁止利用無防滲漏措施的溝渠、坑塘等輸送或者存貯含有毒污染物的廢水、含病原體的污水和其他廢棄物;多層地下水的含水層水質差異大的,應當分層開采;對已受污染的潛水和承壓水,不得混合開采;興建地下工程設施或者進行地下勘探、采礦等活動,應當采取防護性措施,防止地下水污染;人工回灌補給地下水,不得惡化地下水質。
3.2提高地下水資源的利用效率。我國在地下水開發上利用率較高,然而利用效率卻較低,因此應提高地下水的利用效率。例如增強用水行業和產業的科技水平,提高工業用水的技術與工藝;城市生活用水采用先進的節水設備設施,解決城市生活用水"跑、冒、滴、漏"現象,污水處理凈化后循環使用;大力推廣農業節水灌溉等。總之,要通過多種有效措施,全面提高水資源利用率。
3.3強化地下水資源的管理。針對地下水開發而言,應制定打井申報制度、取水許可證制度等相關規定。如果在轄區內打井,開采地下水資源,年初應由打井單位向縣(市、區)水行政主管部門提出申報計劃,經水行政主管部門審查后,列入年度水利建設計劃,并公開公告,由縣級人民政府審批同意,辦理取水許可證。打井必須堅持先辦證,核定取水量,然后打井,其他任何單位不得自行作主批準打井,更不得擅自打井或先斬后奏。嚴格控制打井開荒,凡是新開發項目,特別是土地開發項目,要堅持以水定開發、定項目,需要打井提取地下水的,必須首先由縣級或縣級以上人民政府的水行政主管部門進行水資源論證,通過后方可辦理取水許可證,否則不予立項。針對目前地下水資源管理中出現的新情況、新問題,及時制定相關的規章辦法,完善法規體系,將各方主體行為納入更明確、更具體、更便于操作、更具針對性的法規規范中。
3.4建立地下水動態監測網絡。作為省級水行政主管部門,應科學規劃、合理布設地下水監測井網,建立完善的地下水動態監測網絡以及管理信息系統。為系統地開發、保護和管理地下水資源,必須認真開展有關地下水調查工作,制定綜合性地下水開發、保護和管理的規劃。首先要分析區域內地下水的現狀,并結合經濟社會因素現狀,開展水文地質調查,制成水文地質圖。其次要設立和運營地下水觀測網。按照流域、地域連續觀測和分析典型地下水水位、水質的變動實態,作為地下水開發的基礎資料,再綜合有關地下水的全部資料制作數據庫,為地下水開發提供依據。
3.5開發打造水資源市場。開發打造水資源市場是實現水資源可持續發展的關鍵,也是解決水資源供需矛盾的有效途徑。開發打造水資源市場,應本著"使用者付費"的經濟原則,采取經濟手段以及法律手段,有效解決城市、農村水資源短缺的現狀。
【關鍵詞】永城市 地下水資源 質量 保護措施
1 永城市基本情況概述
永城處在東經115°58′~116°39′,北緯33°42′~34°18′之間,是河南省最東部的城市,地形平坦開闊,地勢由西北向東南傾斜,地面高程31~35m,地面坡度1/8000~1/10000。全市耕地面積206萬畝,占總面積的68.9%,表層土壤北部多為黃河沖積的兩合土和淤土,南部多為淮河沖積的含礓石的黑色泥質粘性壤土。
永城市位于秦嶺東西向構造體系的東端和新華夏構造體系的復合部位。基底組成為寒武―奧陶系碳酸鹽巖類和石炭一二疊煤系地層。晚第三紀以來,沉積了巨厚的上第三系和第四系松散巖層。
永城市屬暖帶半干旱、半濕潤季風氣候,春暖、夏熱、秋涼、冬寒,四季分明。月平均最低氣溫-5.1°c(1月),月平均最高氣溫32.4°c(7月),年平均氣溫14.0~14.3°C,極端最高氣溫41.5°c,最低氣溫為-23.4°c。多年平均相對濕度71%。年平均日照時數2300小時左右,年日照率為52%。初霜一般在10月下旬,終霜期約在3月下旬,最晚到4月下旬,無霜期207天。多年平均降水量805.6mm,年水面蒸發量972mm。
2永城市地下水資源狀況
地下水資源量是指地下水中參與現代水循環且可以更新的動態水量(不含井灌回歸補給量),幾多年平均地下水總補給量減去多年平均井灌回歸補給量,其差值為多年平均地下水資源量。根據平原區地下水資源量評價方法和補給量計算成果,永城市多年平均地下水資源量為36007.8萬m3/a,其中淡水區35411.3萬m3/a,微咸水區596.5萬m3/a。按補給項分類,全市地下水資源量中,降水入滲補給量為34539.7萬m3/a,約占總補給量的91.8%;地表水體補量為1468.0m3/a,約占總補給量的3.9;井灌回歸補給量為1607.4m3占總補給量的4.3%。
根據《河南省水資源研究》永城市淺層地下水資源量23273.7萬米3,可開采量17455.3萬米3,其中:包河區淺層地下水資源量4036.1萬m3,可開采量3027.1萬米3,澮河區淺層地下水資源量7400萬m3,可開采量5550萬米3,沱河區淺層地下水資源量6208.3萬m3,可開采量4656.2萬米3,王引河區淺層地下水資源量5629.4萬m3,可開采量4222萬米3。
3 永城市地下水開發利用現狀
2011年永城市,地下水開采量30115萬米3,其中淺層地下水開采量為26715.4萬米3,深層地下水開采量為3939.2萬米3。
按河流分區,2011年永城市包河區地下水開采量5222萬米3,其中:淺層地下水開采量為4539萬米3,深層地下水開采量為683萬米3;澮河地下水開采量9575萬米3,其中:淺層地下水開采量為8323萬米3,深層地下水開采量為1253萬米3;沱河區地下水開采量8033萬米3,其中:淺層地下水開采量為6982萬米3,深層地下水開采量為1051萬米3。王引河區地下水開采量7284萬米3,其中:淺層地下水開采量為6331萬米3,深層地下水開采量為953萬米3。
行政分區按行業劃分為:2011年永城市農灌開采地下水16114萬米3,其中:淺層地下水開采量為16114萬米3;鄉鎮企業開采地下水816萬米3,其中:淺層地下水開采量為816萬米3;農村生活采地下水1572萬米3,其中:淺層地下水開采量為1706萬米3,深層地下水開采量為766萬米3;城市工業開采地下水11459萬米3,其中:淺層地下水開采量為8322萬米3,深層地下水開采量為3137萬米3;城市生活開采地下水2401萬米3,其中:淺層地下水開采量為1193萬米3,深層地下水開采量為1208萬米3。
河流分區按行業劃分為:2011年包河區農灌開采地下水2795萬米3,其中:淺層地下水開采量為2795萬米3,;鄉鎮企業開采地下水142萬米3,其中:淺層地下水開采量為142萬米3;農村生活開采地下水429萬米3,其中:淺層地下水開采量為296萬米3,深層地下水開采量為133萬米3;2011年澮河區農灌開采地下水5124萬米3,其中:淺層地下水開采量為5124萬米3;鄉鎮企業開采地下水259萬米3,其中:淺層地下水開采量為259萬米3;農村生活開采地下水786萬米3,其中:淺層地下水開采量為542萬米3,深層地下水開采量為244萬米3;城市工業開采地下水3643萬米3,其中:淺層地下水開采量為2646萬米3,深層地下水開采量為997萬米3;城市生活開采地下水763萬米3,其中:淺層地下水開采量為379萬米3,深層地下水開采量為384萬米3;2011年沱河區農灌開采地下水4298萬米3,其中:淺層地下水開采量為4298萬米3;鄉鎮企業開采地下水218萬米3,其中:淺層地下水開采量為218萬米3;農村生活開采地下水659萬米3,其中:淺層地下水開采量為455萬米3,深層地下水開采量為204萬米3;城市工業開采地下水3057萬米3,其中:淺層地下水開采量為2220萬米3,深層地下水開采量為837萬米3;城市生活開采地下水740萬米3,其中:淺層地下水開采量為318萬米3,深層地下水開采量為322萬米3;2011年王引河區農灌開采地下水3898萬米3,其中:淺層地下水開采量為3898萬米3;鄉鎮企業開采地下水197萬米3,其中:淺層地下水開采量為197萬米3;農村生活開采地下水598萬米3,其中:淺層地下水開采量為412萬米3,深層地下水開采量為185萬米3;城市工業開采地下水2772萬米3,其中:淺層地下水開采量為2013萬米3,深層地下水開采量為759萬米3;城市生活開采地下水581萬米3,其中:淺層地下水開采量為289萬米3,深層地下水開采量為292萬米3
4永城市地下水水位變化情況
2011年末全市平原區淺層地下水位平均比上年下降0.78米,地水儲蓄量比上年減少1992.3萬米3。其中地下穩定區(變幅在±0.5米)占22.2%;下降區(水位降幅大于0.5米)占77.8%。年末地下水埋深小于4米的面積占全市總面積的48.2%,4-8米的占55.6%.
5永城市淺層地下水水質現狀評價
受地理條件的影響,永城市境內土壤及含水層中含有大量的高氟、高鈣、高鎂巖土顆粒,經長期風化溶解到含水層中,導致許多地區氟含量和礦化度嚴重超標,形成大面積的高氟高鹽區。
此次評價范圍為永城市各縣區淺層地下水,監測結果依據GB14848-93《地下水環境質量標準》進行了評價。
采用單指標評價法按國家標準GB/T14848-93《地下水環境質量標準》確定單井現狀地下水水質的類別。然后按照超標率(%)(超Ⅲ類水標準,下同)和最大超標倍數(最大監測值/Ⅲ類水標準值-1,下同)兩個指標進行評價。
永城市共監測65眼井,地下水水化學監測井(分布較均勻,監測過程進行了質量控制,監測數據具有較好的代表性, 監測結果依據GB14848-93《地下水環境質量標準》進行了評價。符合國家生活飲用水水質標準的有20眼,合格率為30.8%。劣質水井共有45眼,占全部水質監測井的69.2%,這說明永城市地下水已遭到相當程度的污染,其中相當一部分是因為總硬度、氟化物、礦化度等天然水化學主要成分含量較高,或因氟化物等水化學異常項目造成的,屬于人為影響造成的污染只是一部分。總硬度、礦化度、氟化物、硫酸鹽是永城市地下水的主要超標物。
永城市邙山鎮、條河鄉、薛胡鎮三個鄉鎮水質較差,水樣抽查合格率為0,這三個鄉鎮均屬于苦咸、高氟水。薛胡鎮候樓村砷化物檢出;薛胡鎮南街鐵含量為4.37mg/L,超標倍數為13.6.
永城市總硬度超標率為73.3%,最大值2620 mg/L出現在條河鄉邵山村,超標倍數為4.82;氯化物超標率為26.7%,最大值945mg/L,出現在薛湖鎮董莊,其超標倍數為2.78;硫酸鹽超標率為60.0%,最大值2500 mg/L,出現在條河鄉邵山村,其超標倍數為9.0;溶解性總固體超標率為80.0%,最大值5790mg/L,出現在條河鄉徐山村,其超標倍數為4.79。條河鄉水質污染極為嚴重,其中邵山村和徐山村抽查的水樣監測結果表明總硬度和硫酸鹽含量均超出2000mg/L。
永城市氟污染較為嚴重,氟化物超標率為90.0%,最大值5.82mg/L,出現在邙山鎮姜樓村,超標倍數為4.82。
6永城市地下水開發利用存在問題及保護對策
6.1永城市地下水開發利用存在問題
(1)淺層地下水水質較差。永城市地下水位下降,境內河流蓄水量少,成為接納城鎮工業和生活廢污水排放的污水河,導致生態平衡破壞,沿岸淺層地下水受到污染。
(2)中深層地下水開采存在一定問題。在地下水開采中,開采無序,破壞了水資源的可持續性利用開發,加劇了供需矛盾。缺乏有效的統一規劃和管理,盲目打井,淺井干了打深井。
(3)用水效率偏低,蓄水保水嚴重不足。農業灌溉渠道滲漏嚴重,正當需用水時,河水無水可放,導至農戶不得不自行打井取水,加劇了水資源供需矛盾突出,造成地下水超采嚴重。盡管地下水儲量不小,但要保持平衡的可開采利用量僅是地下水補給的來源量。隨著農業種植結構的調整,高耗水的經濟作物種植面積逐年擴大,但灌溉技術仍然是傳統的大水漫灌居多,因而農業用水量迅速增加,加之大多數河流的水不能直接飲用,農戶就自行打井開采地下水。
6.2永城市地下水保護對策
根據永城市水資源現狀和實際,建設節水型社會和加強水污染治理是保障全區社會經濟可持續發展的必由之路。
(1) 加強節水型社會建設,加快建設節水型社會步伐。首先要加強對建設節水型社會工作的領導,建立健全組織機構。把節水政策措施、用水定額、節水目標等具體任務分解落到實處。將節約用水規劃納入國民經濟發展計劃,使其成為科學合理地開發利用水資源的重要依據,利用經濟杠桿的作用促進資源合理配置;農業灌溉是用水大戶,農業節水既要綜合考慮產業結構,調整作物種植比例,提高單位面積的經濟效益,最大限度地降低用水量,也要大力推廣節水灌溉工程技術和田間管理節水技術,全面提高灌溉水的利用系數,提高用水效率。(2)合理禁止非飲用性中深層地下水開采。為實行水資源統一管理,嚴格取水許可制度,達到政出一家,杜絕多頭審批開采。并逐步封閉現有的非飲用水中深井,特別是在自來水管網覆蓋范圍內的中深井。(3)合理開發現有水資源。能開發利用地表水和用調蓄設施作為自備水源的不開采地下水,能開采淺層地下水的不開采中深層地下水。對所有開采中層地下水的強制推行分質供水和節水器具強制性標準。(4)要在河道沿線兩側一定范圍內,大力推廣節水灌溉。嚴格控制地下水超采,使淺層地下水位逐步得到回升,這才是有效控制淺層地下水污染加劇和改善水質的根本途徑,努力提高水資源的利用效率,實現水資源的可持續利用和社會經濟的可持續發展。
參考文獻:
[1] 黃輝.淺析我國地下水資源的保護.《黑龍江科技信息》,2009(34):335-335.
[2]閔劉杰.蚌埠市開發利用地下水資源存在的問題與保護對策.《治淮》,2013(9):22-23.
[3] 茹克亞?加馬力.淺談新疆地下水資源開發利用與保護對策.《大陸橋視野》,2015(14):6-7.
論文摘要:介紹了尚志市地下水資源概況,地下水開發利用現狀及存在的問題,并提出了解決問題的建議。
1 地下水資源概況
尚志市位于螞蟻河中游沖洪積平原上,西部為丘陵,南部為波狀臺地,東部螞蟻河自南向北流經全區。發育于山區的大亮子河及小亮珠河在本區西北部匯合成亮珠河,自西向東流入螞蟻河。區內地形起伏不平,地形總趨勢為南高北低,西高東低。區內堆積有較厚的第四紀松散砂礫石層。
地下水總的分布規律是從丘陵到河谷區,由埋藏條件復雜、分布不均、水量貧乏的基巖裂隙水,變為埋藏條件簡單、分布穩定、富水性較強的砂礫石孔隙水。
1.1地下水類型及含水巖組特征
地下水類型依據賦存條件、含水層巖性、水力特征等可分為第四系松散巖類孔隙水、碎屑巖類裂隙孔隙水。第四系松散巖類孔隙水又分為第四系砂礫石孔隙潛水、第四系砂礫石孔隙微承壓水、第四系粉質粘土微孔隙裂隙水。
第四系砂礫石孔隙潛水主要分布于螞蟻河及其支流高、低漫灘和一級階地中,含水層由全新統現代河床沖洪積層及溫泉河組、上更新統顧鄉屯組的砂礫石、含粘土砂礫石以及其下部的中更新統下荒山組的含粘土砂礫石組成。
第四系砂礫石孔隙微承壓水分布于本區西部及南部的波狀臺地中,含水層主要由中更新統下荒山組砂礫石、含粘土砂礫石組成,局部夾有粉質粘土透鏡體,上覆較厚的粘土和粉質粘土。
第四系粉質粘土微孔隙裂隙水分布于山前臺地中以及波狀臺地區上部,含水層巖性為粉質粘土和粘土。
碎屑巖類裂隙孔隙水分布于第四系之下,地下水類型為弱承壓水,含水層由弱膠結的砂巖、砂礫巖及風化裂隙組成,巖石膠結程度較好,局部膠結較弱,孔隙不發育。
1.2 地下水的補給、逕流及排泄條件
尚志市地下水的補給、逕流及排泄條件受氣象、水文、地形、巖性等因素控制、尤其以氣象、水文起主要作用。
1.2.1 地下水的補給
根據尚志市氣象、水文、地形、巖性特點,在階地、河漫灘區,由于地勢較平坦,上覆粘土層薄,局部含水層出露,易于接受大氣降水的補給,潛水與大氣降水關系極為密切,故大氣降水為其主要補給來源。
山前臺地區地下水主要補給來源為大氣降水。波狀臺地砂礫石含水層中的孔隙微承壓水,主要補給來源為大氣降水的入滲及區外的側向逕流補給。
丘陵區的基巖裂隙水主要接受大氣降水補給,第三系孔隙裂隙水主要補給來源為第四系孔隙水越流及側向逕流補給。
1.2.2地下水的逕流與排泄條件
地下水逕流條件主要受地形及地貌條件所控制,逕流方向基本由西南流向北東,匯入螞蟻河。只是臺地區由于地形條件的制約,地下水逕流方向由西向東呈不對稱的扇狀或散流狀。地下水排泄方式主要以蒸發、側向逕流排泄為主。
階地、河漫灘區地下水逕流條件好,流速較快,地下水的主要排泄方式是潛水蒸發和側向逕流排泄于河流,其次為人工開采。 轉貼于
臺地區地下水逕流條件較好,地下水排泄方式主要為以側向逕流排泄于階地、漫灘,有少量人工開采。
隱伏于第四系之下的第三系裂隙孔隙水,地下水逕流滯緩,以側向逕流排泄為主。山丘區基巖裂隙水,以逕流方式排泄于臺地,局部經短途逕流,以泉的形式排泄。
1.3地下水化學特征
地下水水化學成分,由于受地下水的形成、運移以及地形地貌、地層巖性、氣候水文等自然環境的影響,有著較為明顯的水平分帶性變化。陰離子中HCO3-較為穩定,含量高,陽離子則以Ca2+為主,地下水水化學類型以HCO3—Ca型水為主,地下水PH值在6.3—7.5之間,總礦化度一般小于0.5g/l,總硬度為17.5mg/l—854mg/l,總堿度10.7mg/l—245mg/l。
2、地下水開采現狀及存在問題
尚志市地下水的開發利用程度較低,主要開采第四系孔隙水。區內地下水總補給量為640×104m3/a,可開采量為500×104m3/a,可開采量是由總補給量來保證的,開采程度是有保證的。地下水開采主要由市政自來水公司水源地、工業企業自備井水源和農業灌溉井組成。
由于受原生地質環境影響鐵、錳普遍超標,又因工業廢水和生活污水的任意排放及被農藥污染的農灌水的回滲,局部的第四系砂礫石孔隙水中的氨氮、亞硝酸鹽氮、耗氧量、細菌總數等指標超標。區內地下水已受到不同程度的污染,但大部分地區只是輕度污染,經處理后可作為生活用水。
3、地下水開發利用規劃及建議
漫灘區呈條帶狀沿螞蟻河及其支流兩岸分布,地下水為砂礫石孔隙潛水,埋深1.5-3.0m,上覆粘性土厚1-3m,含水層厚9.0-20.4m,巖性為中砂、砂礫石及含粘土砂礫石。滲透系數10-25m/d,單井涌水量1000-2200m3/d。適宜淺井開采,井深10-20m,井型為大口井、管井為宜,井徑300-1000mm,井距600-700m。主要用于井渠結合水田用水。
階地區主要分布于中部,南部呈零星分布,地下水為砂礫石孔隙潛水-微承壓水,埋深1-5m,上覆粘性土厚2-5m,含水層厚9-22m,巖性為砂礫石及含粘土砂礫石。滲透系數5-16m/d,單井涌水量500-1000m3/d,適宜淺井開采,井深15-25m,井型為管井,井徑250-300mm,井距700-800m。主要用于井渠結合水田用水及農村、鄉鎮人畜飲用水。
波狀臺地區分布于本區西部、南部,地下水為砂礫石孔隙微承壓水,埋深5-16m,上覆粘性土厚5-16m,含水層厚5-16m,巖性為砂礫石及含粘土砂礫石。滲透系數6-25m/d,單井涌水量多小于500m3/d。適宜淺中深井開采,井深15-27m,井型為管井,井徑250-300mm,井距500-600m。主要用于旱田節水灌溉及農村、鄉鎮人畜飲用水。
總之,對地下水的開發要統一規劃,統一管理,按開采技術條件合理確定井距、井位和井深,而且要充分利用地表水,使地下水與地表水綜合開發利用。地下水可供水量,現狀年以淺層地下水的實際開采量作為可供水量,近、遠期可供水量以可開采量作為控制。
參考文獻
關鍵詞:南水北調;地下水;工程影響
中圖分類號:P64;TV68 文獻標識碼:A 文章編號:
南水北調中線沙河至黃河段起點位于河南省魯山縣薛寨村北,終點在滎陽市西北王村,線路長234.9 km[1]。渠線沿伏牛山、嵩山東部的低山丘陵和黃淮平原的過渡地帶北上,沿途地貌為丘陵、崗地和河谷平原相互穿插分布。該段工程沿線地下水埋深較淺,賦存類型包括:碳酸鹽巖巖溶裂隙水,分布在寶豐西南;基巖裂隙水,分布在魯山及陘山;其他地段為松散巖類孔隙水,富水性中等[2]。
由于沿線工程地質、水文地質條件復雜,特別是在膨脹土、不利地層組合、深挖方等工程地質條件下,高地下水位或者地下水位變動可能對工程建設和運行安全造成影響,因此研究地下水位變化規律及對工程安全的影響具有重要意義。
1 資料收集
1.1 近三年地下水位實測資料
2010年5月對中線沙河至黃河段開展了為期一周的淺層地下水位調查工作,調查渠段總長240 km,調查獲得淺層地下水位109處,平均2 km一個控制水位點;2010年10月針對5月第一次水位測量情況,選取埋深小于10 m的79處井位,進
行了第二次水位調查,監測井次統計表見表1。2011年5月再次對沙河至黃河段開展了為期一周的淺層地下水位調查工作,共調查水位點103個,平均約2 km一個水位觀測點。
為了分析沙河至黃河段沿線地下水位年內變化規律,本文選擇了22眼觀測井(見表2),自2011年2月至10月對沿線地下水位進行逐月觀測,取得了9個月的觀測數據。2012年5月又對沿線開展了為期2天的淺層地下水位調查工作,共調查地下水位點39個。
表1 中線工程沙河至黃河段沿線地下水位實測數統計
1.2 地下水位多年歷史監測資料
為了分析沿線地下水年際變化規律和趨勢,根據監測井的分布、監測層位、資料完整情況等因素,收集整理了中線工程沙河至黃河段沿線40 km范圍內的11眼國家級地下水長期監測井資料,見表3[3]。國家級監測井資料按照地下水監測規范要求,專人測量,監測頻率每5日1次,每月6次。監測資料時間跨度最早從1965年開始,部分為20世紀80、90年代起進行監測。
1.3 近三年實測地下水位變化情況分析
根據2010年5月、10月監測數據、國家級和省級長系列監測資料,經測算延展,推測出沙河至黃河段沿線歷史最高和最低水位值,繪制了中線沙河至黃河段沿線地下水位圖,見圖1。根據2010年-2012年4次地下水位實際調查監測數據,對監測點位不同時間地下水位進行分析,初步得到相應渠段近3年地下水位的變化情況,見圖2,表4。
由圖1可以看出,從2010年5月-2012年6月,各點地下水位變化不大,同年中豐水期地下水位略高。由圖2可以看出,2011年5月份水位與2010年同期相比,多數井位數據略高,2012年同期水位又有所下降。
表3 中線工程沙河至黃河段沿線國家級長期監測井基本情況
圖1 2010年沙河至黃河段沿線地下水位變化曲線
2 地下水位變化規律分析
2.1 地下水位年內變化規律分析
2.1.1 長期監測井地下水位年內變化分析
國家級長期監測井數據系列長采集相對密集,更能直觀地看出地下水位在一年時間內的變化過程。選擇了4101230001號國家級監測井(新鄭市)作為代表,繪制該井典型年份和多年平均地下水位年內變化圖,見圖3。從圖中可以看出,多年年內水位在1月開始緩慢下降,至6月水位達到年內最低,然后轉而上升,至10月上旬達到汛后最高水位,因此呈“單峰單谷型”水位動態過程。
圖3 4101230001號國家級監測井(新鄭市)多年年內地下水位變化曲線
2.1.2 專門監測井地下水位年內變化分析
沙河至黃河段共設專門觀測井22眼,根據水位資料分
析,多數專門觀測井年內最高水位出現在9月-10月或者3月,最低水位出現在6月-7月。圖4為寶豐縣楊莊鎮烏鸞照村監測井,地下水位年內變化規律明顯,2月開始緩慢下降,至5月降至年內最低,之后逐漸回升,到9月達到一年內的最高水位,年變幅約2.0 m。
圖4 寶豐縣楊莊鎮烏巒趙村地下水位年內變化曲線
Fig.4 Variation of groundwater level in Wuluanzhao Village,Yangzhuang Town of Baofeng County
2.1.3 高水位期和低水位期地下水位對比分析
根據2010年5月底、2010年10月底調查的沙河至黃河段淺層地下水現狀埋深情況,對沿線地下水位特征值進行了分析統計,見表5。
根據2010年5月底和2010年10月底調查的平原區(不含山地、崗丘區)79眼相同調查井的地下水位埋深資料,得到用魯山樓張村至鄭州劉德城村淺層地下水位變幅(圖5),反映了該區段沿線平原區淺層地下水位年內波動情況。
圖5 中線沙河-黃河南段地下水位2010年豐枯變幅曲線
從表5、圖5可以看出,寶豐、郟縣、禹州、長葛、新鄭等沖洪積扇地區,地下水位埋深較淺,水位波動較大,表明地下水補徑排條件較好,地下水位與降雨變化明顯;中牟至黃河南[JP+1]段,地下水埋藏深,地下水位變幅不大;部分觀測井10月底[JP]
表5 中線沙河至黃河段淺層地下水現狀埋深情況統計
測量的水位低于5月份測量的水位,分析原因是個別井剛抽過水,尚未恢復到穩定狀態。
2.2 地下水位年際變化規律分析
2.2.1 地下水位影響因素
地下水位動態變化主要受地層條件和補徑排條件影響[4]。中線總干渠穿越的區域,可以分為兩類,一類是山前丘陵、崗地和河谷沖洪積平原,地下水主要受降雨和地表水體補給,人為影響較小;一類是平原區,尤其是發達城鎮區域[5]。隨著城市范圍的擴大,地面硬化造成降水補給減少,經濟發展使開采量增加,改變了城區的水文地質條件和地下水補逕排條件。以鄭州市為例,地下水開采層位由淺層逐漸變為深層,地下水位逐年下降,如20世紀50年代火車站以南中深層地下水為自流區,水頭高出地面15 m,70年代水位埋深30 m,80年代水位埋深已經超過50 m,形成約的中深層地下水降落漏斗。[HJ1.7mm]
2.2.2 地下水位變化規律分析
從2000年至2011年地下水位多年動態變化曲線圖上
可以看出,沿線11眼國家長期監測井中有2眼井地下水位顯著下降,下降幅度大于3 m;有5眼井基本持平,變幅不超過1 m;有4眼井地下水位略有上升,一般不超過3 m。
從監測井對應的渠段上來看:沙河至許昌段(潁河以南)地下水位有小幅下降(圖6);[JP+1]許昌至新鄭段地下水位略有上
126.14 m。經比較分析,沙河至黃河段現狀地下水位高于底板的渠段長122 km,占總長的52%。從多年情況來看,鄭州、滎陽段(長約40 km)歷史最高水位高出渠道底板10 m以上,但是現狀地下水位埋藏較深,接近于歷史低位,低于渠道底板10 m左右。這是由于鄭州及其周邊地區地下水多年超采引起。在南水北調通水以后,該段地下水位有可能回升到渠道底板以上。
3.2 地下水位變化對工程的影響
(1)渠道邊坡易失穩。根據南水北調中線工程沙河至黃河段工程勘察成果,沙河至黃河段渠坡穩定性較差且地下水位也高于渠道底板的風險渠段共有15段,長約80 km。黏性土、膨脹泥巖或軟質碎屑巖的雙層結構巖土體,遇地下水后,容易誘發邊坡失穩。
(2)承壓地下水頂托造成基坑涌水涌砂。當渠道和建筑物基坑下賦存承壓地下水,基坑開挖使含水層覆土減少到一定程度時,承壓地下水可能頂裂或沖毀基坑頂板,造成涌水涌砂。基坑突涌將會破壞地基強度,并給施工帶來很大困難。
(3)地下水側向或垂直滲漏影響渠道運行安全。地下水位低于設計水位的渠段,當渠坡和渠底分布有砂、砂礫石層時,一般都會在地下水作用下發生側向或垂直滲漏[6]。渠道滲漏可能造成通水后的水量損失、渠坡滲透變形破壞等問題,影響渠道正常運行,無法發揮工程效益。
4 總結
(1)沿線淺層地下水位年內波動特征明顯。淺層地下水位年內基本為持續下降-上升-緩[HJ1.98mm]慢下降3個階段。一般最高水位出現在每年9月-10月,最低水位出現在5月-6月。寶豐、郟縣、禹州、長葛、新鄭等崗地和沖洪積扇地區,地下水位埋深較淺,受降雨影響明顯,水位波動較大。其中寶豐段和禹州段豐枯水位變幅較大。新鄭至黃河段,由于地下水位埋藏較深,年內水位變幅較小。
(2)淺層地下水位多年動態呈現不同的變化特征。平原和崗丘兩大水文地質區,地下水位多年變化規律不同:a.在新鄭以南的丘陵、崗地和河谷地帶地下水總體埋藏淺,受氣象因素影響明顯,年內變化幅度大,多年平均變幅在1~3 m。20世紀90年代以來,地下水水位多年有不同幅度的波動,但無明顯上升或下降趨勢。b.在鄭州、滎陽等地區,地下水埋深大,地下水位處于歷史低位,與2000年相比,地下水位下降3~5 m。
從近3年實測及搜集的歷史資料分析來看,中線沙河至黃河段沿線地下水位變化趨勢雖然總體上比較平穩,但若遭遇強降雨等外界不利因素,地下水仍可能會對工程安全造成威脅。因此,中線地下水問題仍應引起設計、施工及建設管理單位高度重視。[HJ1.995mm]
參考文獻(References):
[1] 南水北調中線一期工程可行性研究總報告[R].武漢:長江水利委員會長江勘測規劃設計研究院,2005.(SouthtoNorth Water Transfer an Engineering Feasibility Study for the General Report[R].Wuhan:Changjiang Water Resources Commission,Changjiang Institute of Survey Planning and Design Institute,2005.(in Chinese))
[2] 南水北調中線一期工程初步設計報告[R].武漢:長江勘測規劃設計研究有限責任公司,2009.(North Water Transfer a Preliminary Design Report[R].Wuhan:Changjiang Institute of Survey Planning and Design Institute,2009.(in Chinese))
[3] 中國地質環境監測院.中國地質環境監測地下水位年鑒(20052009)[M].北京:中國大地出版社,2009.(China Geological Environmental Monitoring Institute.China GeoEnvironment Monitoring Groundwater Levels Yearbook(20052009)[M].Beijing:China Land Press,2009.(in Chinese))
[4] 黃定華.普通地質學[M].北京:高等教育出版社,2010:100101.(HUANG Dinghua.Physical Geology[M].Beijing:Higher Education Press,2010:100101.(in Chinese))
【關鍵詞】水資源;現狀;煤炭對地下水污染;防治
中圖分類號:TV213 文獻標識碼:A 文章編號:
一、前言
煤炭中含有大量的元素,其在開采和加工過程中,會對地下水造成不同程度的污染。面對當前水資源匱乏的現狀,如何加強煤礦開采和加工過程中對地下水的污染防治,是擺在我們面前的一個重點問題,也是難點問題。
二、當前我國地下水污染現狀
地下水占中國水資源總量的1/3,也是居民生活用水的重要來源。2011 年,全國共200 個城市開展了地下水質監測,其中“較差”、“極差”水質監測點比例為55%;與2010 年相比,15.2%的監測點水質變差。全國90%的地下水遭受不同程度污染,60%污染嚴重。地下水污染與地表水污染有明顯的不同:一是地下水的污染源不易確定;二是在排除地下水污染源之后,進入其含水層的污染物仍將長期產生不良影響。
三、地下水中的污染源
我國地下水開采以每年25 億立方米的速度遞增,由于地下水占到水資源總量的1/3,全國近70%的人口飲用地下水,因此地下水是重要的飲用水源。但地下水正在面臨污染加劇,我國大約有90% 的地下水正在遭受著不同程度的污染。進入地下水的污染物有人為因素,也有自然過程。我們常說的地下水污染是人為因素造成地下水水質惡化的現象。
質種類繁多,一般根據物質成分及其對人體的影響劃分為地下水細菌污染與地下水化學污染兩大類,也有人把地下水的熱污染單獨劃分一類,而成為三種類型劃分。細菌污染與熱污染的時間與范圍均有限;而化學污染則常具有區域性分布特點,時間上長期穩定,難以消除。地下水污染源具體包括:
1、自然源:無機物、痕量金屬、放射性元素、有機物、微生物。
2、農林業污染源:化肥、農藥、禽畜糞便、灌溉回歸水、秸桿殘余、造林與砍伐。
3、城市污染源:生活固體廢物處置、生活廢水排放、廢水集中排放、廢物堆場、其他城市污染源。
4、工礦業污染源:尾礦、采礦排水、采礦廢水、工業固液廢物、廢水回注井、傾泄與滴漏。
5、管理失誤造成的污染源:地下水源地選址失誤、咸水入侵、海水入侵、成井失誤、廢棄鉆孔、無序土地開發和灌溉。
四、造成地下水污染主要的因素
根據分析,管網建設滯后、污水直接排放、固體廢棄物滲濾液、開采活動、土壤污染物淋溶、地表水污染等因素是造成地下水污染的最主要原因。
1、管網建設滯后:城市快速擴張,管網維護保養不及時,污水外滲進入地下水體。
2、污水直接排放:部分工業企業通過滲井、滲坑和裂隙排放、傾倒工業廢水,造成地下水污染。
3、固廢滲濾液:城市生活垃圾處理能力尚存較大缺口,垃圾滲濾液對地下水形成巨大威脅;監管不嚴,2008 年新的滲濾液標準尚未全面實行,國內大量垃圾填埋場需改造;全國超過2 億噸工業廢棄物待處置,滲漏污染地下水。
4、開采活動:石油化工行業勘探、開采及生產等活動顯著影響地下水水質。
5、土壤污染物淋溶:國內土壤污染問題相當嚴重,其中一些污染物易于淋溶,對相關區域地下水環境安全構成威脅
6、地表水污染:在地表水污染較嚴重地區,因地表水與地下水相互連通,地下水污染十分嚴重。
五、采煤與煤加工對地下水的污染
1、采煤
煤的采掘生產活動需排放各類廢棄物,如礦坑水、廢石和尾礦等。這些廢棄物的不合理排放和堆存,對礦區及其周圍地下水環境構成了以下危害:
一是礦坑充水。礦坑充水使處于封閉狀態的煤系地下含水層與空氣接觸, 由于煤層中含有大量的黃鐵礦及其他金屬硫化物, 礦坑充水可在較短時間內使地下水形成酸水。
二是廢石、尾礦。廢石經過雨水的沖泡之后所形成滲濾液會對礦區地下水帶來危害,具體情況根據廢石所含微量元素的不同影響程度也不相同。
煤矸石和粉煤灰滲濾污染地下水。在煤礦區,煤矸石分布廣泛,粉煤灰在灰場區內排放堆存,在雨水和灑水作用下,煤矸石和粉煤灰中有毒有害元素可滲濾進入土壤,并向淺層地下水遷移,污染淺層地下水。
2、煤燃燒
煤在燃燒時會釋放出重金屬。在高溫燃燒時難以氣化的重金屬元素在燃燒過程中被飛灰和底渣所吸附, 存留灰和底渣中,再經沖灰渣水排至貯灰場。灰渣中的部分可溶的微量重金屬元素會因雨水沖洗、滲透等原因滲入地下水中,對地下水體造成污染。
3、 煤氣化
煤的地下氣化。是通過直接對地下蘊藏的煤炭進行可控制性的燃燒產生煤氣后,輸出地面的一種能源采集方式。煤的地下氣化對地下水產生的有機污染物是酚類化合物且主要是石炭酸。在煤的地下氣化帶附近:一是煤層高溫分解的有機污染物向周圍巖層的擴散和滲透; 二是有機污染物通過地下水的滲透向含水層四周遷移;③逸出的氣體如氨氣、硫化物在溶解后會改變地下水的pH、Eh 值, 進而影響地下水的BOD 和COD。
六、煤炭開發對地下水污染的防治措施
1、充分利用矸石山
要消除矸石山災害, 最好的辦法是使其變廢為寶進行綜合利用。煤矸石的利用途徑,分為以下三類:一是煤矸石的熱能利用。利用煤矸石中含有一定數量煤炭的性質進行回收;二是煤矸石的建材利用,煤矸石作為建筑材料,是當前煤矸石綜合利用的主要途徑,技術相對比較成熟;三是煤矸石的其它方面利用。
2、地下含水層保護措施
消除地下水污染源和切除污染物滲入地下含水層的途徑。如禁止用滲坑、滲井方式排放廢水;嚴格控制污水灌溉水質;采礦過程中注意矸石及尾礦堆放點的選擇;酸性礦井水、高礦化度礦井水經處理后方可外排;建立地下水動態監測網,及時發現水量、水質變化,找出影響因素。
3、煤燃燒前凈化技術
一是清潔的加工技術。指在減少污染和提高利用效率的煤炭洗選加工、燃燒轉化、煙氣凈化和污染控制等一系列新技術的總稱,是使煤炭釋放的污染控制在最低水平,達到煤炭的高效清潔利用的技術。
二是洗選煤技術。煤炭洗選是潔凈煤的源頭技術,煤炭通過先進的物理選煤技術可降低原煤灰分50%——80%,脫除黃鐵礦硫60%——80%。洗選煤是降低燃煤煙塵和SO2,直接有效的潔凈技術。采用先進的洗選技術可使煤中重金屬元素含量明顯降低。
三是型煤技術。是利用一定比例的粘結劑或固硫劑將一種或數種煤粉, 在一定壓力下加工成具有一定形狀和一定理化性能的煤加工技術。使用型煤的環境效益和節能效果非常明顯。
4、煤燃燒后凈化技術
采用高效除塵器脫除亞微米顆粒, 使重金屬與煤灰塵一同減少; 如濕式煙氣脫硫技術能有效地控制易揮發重金屬元素;煙道后處理系統,采取能同時凈化多種污染物的多段凈化裝置。
5、 礦區廢水的控制技術
在礦區采取各種措施,嚴格控制廢水的排放量,減少廢水對地下水的污染。包括:
(1)改革生產工藝,盡量減少廢水排放量。如選礦廠可采用無毒藥劑代替有毒藥劑,選擇污染程度小的選礦工藝,減少選礦廢水中的污染物質。
(2)循環用水,一水多用。開展水采礦井煤泥水處理技術的研究, 使水采煤泥和洗煤廠洗煤煤泥經浮選后全部廠內回收。
七、結束語
世界能源的緊張,需要加大對我國煤炭資源的開采和利用。水資源的匱乏,需要加強對水資源的保護。這兩個方面是同等重要,不能只抓一面而放棄另外一面。因此,在煤炭開發利用的過程中,就要在各環節加強對地下水的保護。
參考文獻
[1] , 燃煤污染現狀及其治理技術綜述[J]煤炭資源,2012
[2] 李曼,我國地下水污染現狀及防治對策[J]環境保護,2011
【關鍵詞】 地下水 取水井 水源
取水井是一種常見的取水工程,廢棄取水井如不妥善處理,將會危害地下水質和造成地下污染的污染。本文在剖析廢棄取水井的產生來源,分析廢棄取水井可能產生的危害和當前廢棄取水井的管理現狀的基礎上,提出了加強取水井管理保護地下水資源的對策和建議。
1 地下水取水井工程現狀
(1)地下水開發利用現狀。地下水是水資源的組成部分,是保障國民經濟社會長期可持續發展的重要戰略資源。地下水在分布比較廣泛,水源比較穩定,我國許多省把地下水作為工業和生活用水的主要水源。特別是在地表水源不足的北方地區,開發利用地下水源,發展農田灌溉,改善和開辟了牧區缺水草場,解決了廣大地區人畜飲水。根據2013年公布的第一次全國水利普查成果,全國地下水取水井有9749萬眼,其中機電井5383萬眼,人力井4366萬眼;地下水取水量每年達到1084億立方米。全國共有地下水源地1847處。
(2)地下水開發利用技術。地下水的開發形式大致可分為:垂直取水系統、水平取水系統。水平取水建筑物的類型按不同地貌和水文地質條件,常采用的有集水管道、坎兒井和載潛流工程等。水平取水建筑物受地形條件的影響較大,北方地區采取垂直取水系統的比較普遍,這種系統的主要特征是取水建筑物的方向與地面垂直,包括各種類型的水井,如筒井、管井、筒管井、自流井、井群等。按照井型結構主要有:磚井、石井、混凝土井、大骨料井、輻射井、機井、真空井等。按井筒位置與含水層的關系可以分為完整井和非完整井兩種。完整井井筒穿過所用含水層(一個或數個)的整個厚度,井底座落在隔水層上。水是由井壁進入井內。非完整井井筒沒穿過所用含水層(一個或數個)的整個厚度,水由井壁、井底同時進入或僅從井壁進水,或僅從井底進水。
一般情況,為了盡可能的多開采地下水,采用完整井的情況較多。由于完整井穿過多個含水層,易造成多個含水層之間的水源串層,造成地下水水質變化,必須要做到隔水層的封堵,避免不同含水層之間水源串層。
(3)地下水取水構筑物類型。按開采和取集地下水的方法及構筑物型式分為管井、大口井、滲渠、輻射井。管井主要適用于開采深層地下水(一般多為承壓水),因井管直徑較小,成井深,井壁需用各種材料制成的管子加固,故稱管井。打管井要用專門的鑿井機械鉆孔,一般要用深井水泵提水。這是現在北方地區開采深層地下水常用的一種井型。管井的深度隨所取用含水層的埋深深度和開采條件而定。農用機井,一般為80-200米,部分井在300米左右。地下水分為潛水(無壓)、承壓水和泉水,潛水一般指地表面以下至第一層隔水層以上的含水層,其補給來源較近,有的是地表水的滲透,有的是江河水的滲透,其水質和水量的變化較明顯,與周圍環境的關系甚為密切。
2 廢棄取水井產生和來源
(1)建設取水工程過程中產生的廢井。鑿井施工過程中,一方面由于施工工藝原因或施工人員對水文地質結構的不熟悉,導致鑿井不成功而異地重建,產生一部分未及下管而形成的鉆孔。另一方面少數取水井成井后出水量小,達不到使用要求,因沒有實用價值而成為廢井。
(2)取水井達到使用壽命而報廢。取水井像所有的取水工程一樣是有使用壽命的,在使用后期即便是經過維修也只能暫時延長使用壽命,最終取水井會因達到使用年限不具維修價值而報廢,這種方式產生的廢棄井占大部分。
(3)地下水位持續下降產生的報廢取水井。地下水的大量長期開采會導致地下水位的持續下降,形成地下水降落漏斗,一部分取水井因水泵懸于地下水位之上失去取水功能,導致取水井廢棄。在部分城市地下水源地、少數工業取水集中的地區,因長期超采導致地下水位不斷下降,加之沒有替代水源,取水井越打越深,較早開鑿的取水井水泵無法下到靜水位一下,不得不報廢棄用。
(4)因用途轉變而廢棄的取水井。隨著城市的擴展和工業經濟發展,一部分耕地變為工業用地和城市用地,當公共管網到達后人們采用公共供水管網水源供水,導致原耕地上遺留灌溉取水井失去功能而廢棄。由于農田灌溉對水質要求較低,當耕地轉為其他用途,原來灌溉用取水井水量和水質無法滿足工業生產或居民生活使用要求,導致原農業灌溉井棄置不用,造成耕地灌溉井成為廢棄。
(5)由于政策調控而停用的取水井。一部分地區用水規劃和政策改變、用水結構調整也會帶來一些正常使用的取水井被廢棄停用。比如有的地區借助引黃便利,建設引黃工程,使用黃河水作為公共供水水源,出于保護地下水資源的目的,將正在使用的自備井做封閉處理。隨著生活水平提高,人們利用優質水源替代劣質水源,也會導致原水質較差的取水井被廢棄。
以上是廢棄水源井的主要來源,絕大多數的水源井是因達到使用壽命而正常報廢。對于廢棄水源井的管理,不能因停止取水而結束,在取水井報廢或放棄使用后,必須要采取技術封填措施。如不進行技術封填,一方面會對地下水產生不利影響,隨著廢棄井的停用,井管暴露在地下潮濕的環境中慢慢腐蝕,洞穿多個含水層的完整井的將會造成地下水串層,地下咸水層越流補給到淡水層,造成水質惡化。另一方面,還可能導致地表雨水雜物等經井口流入地下,對地下水造成污染,更可怕的是如果被作為排污井向地下排污,將對地下水造成無法挽回的損失。
3 廢棄井的危害及現狀
(1)廢棄取水井的危害。地表以下地層復雜,地下水流動極其緩慢,地下水污染具有過程緩慢、不易發現和難以治理的特點。地下水污染的原因主要有:工業廢水向地下直接排放,受污染的地表水侵入到地下含水層中,人畜糞便或因過量使用農藥而受污染的水滲入地下等。污染的結果是使地下水中的有害成分如酚、鉻、汞、砷、放射性物質、細菌、有機物等的含量增高。污染的地下水對人體健康和工農業生產都有危害。?地下水污染與地表水污染有一些明顯的不同:由于污染物進入含水層,以及在含水層中運動都比較緩慢,污染往往是逐漸發生的,若不進行專門監測,很難及時發覺;發現地下水污染后,確定污染源也不像地表水那么容易。更重要的是地下水污染不易消除。排除污染源之后,地表水可以在較短時期內達到凈化;而地下水,即便排除了污染源,已經進入含水層的污染物仍將長期存在。
(2)廢棄取水井管理的法律依據。對于廢棄取水井的管理,《中華人民共和國水污染防治法》有如下規定:“禁止利用滲井、滲坑、裂隙和溶洞排放、傾倒含有毒污染物的廢水、含病原體的污水和其他廢棄物。”《山東省實施辦法》規定“禁止向滲井、滲坑、裂縫、溶洞以及棄用和報廢水井排放有害物質。報廢水井應當由原使用者及時封閉;拒不封閉的,由有管轄權的水行政主管部門組織封閉,所需費用由原使用者承擔。”根據上述規定,報廢水井的封閉主體為原水井使用者,監督管理則是具有管轄權的水行政主管部門。倘若封閉不徹底,僅僅是貼封條或是把井口焊死,仍然是沒有解決根本問題,深層取水井洞穿的多個含水層仍然通過井管連通,井管腐蝕后可能造成地下水的混層,不同含水層越流補給會導致地下水水質變化。
(3)廢棄水源井的管理現狀。法律對于廢棄取水井的封閉沒有規定詳細的操作規程和技術規范,未對拒不封閉措施取水單位制定規定相應處罰措施,缺乏實際的可操作性。當前城市規劃區內的城市和工業取水井的封閉有水行政主管部門的監管,監督部門能夠監督封閉,但農村灌溉井暫時不需辦理取水許可證和繳納水資源費,行政主管部門也就沒有管理權,無法監督灌溉井的封閉,造成廣大農村的灌溉井則成為廢棄取水井管理的空白。
4 加強廢棄水源井管理的對策和建議
(1)規范取水井的報廢管理程序。盡快制定并報廢井管理實施細則,明確不同廢棄取水井必須要采取的技術封閉措施,明確封閉的責任主體,對不履行封閉義務的制定相應的處罰措施。
(2)健全廢棄取水井管理制度。加強在用取水井的建檔管理,對城市規劃區內的取水井建立檔案,實施全過程的制度化管理,加強取水井報廢管理,對于各種報廢取水井必須在水行政主管部門的監督下進行技術封閉和驗收建檔,最大程度保護地下水資源。
(3)加強鑿井行業的引導與管理。對鑿井行業的從業行為進行引導和規范,加強鑿井施工企業的技術培訓和業務指導,提高成井率和成井質量,減少鑿井過程中的廢棄井的產生,延長取水井使用年限,將全部取水井納入管理,對取水井實行開鑿、使用、報廢全生命周期的管理。
關鍵詞:地面沉降;地下水;開采量;地下水動態
山東省濟寧市地面沉降是由于開采深層地下水引起的,只要在地下水位以下存在可壓縮層,過量開采地下水使地下水位大幅度下降,就有可能引發地面沉降。該市正處于汶泗河沖洪積扇的前緣,松散層厚度較大,一般為220-300m,易于壓縮的粘性土層相對較厚,而目前工業和城市建設用水主要靠抽取地下水,地下水位已降到埋深30-40m,因此產生地面沉降地質災害是不可避免的。
1.自然地理概況
本區屬溫帶半濕潤季風氣候,四季分明。多年平均降水量為675.7mm,多年平均水面蒸發量為1786.3mm,多年平均為13.6℃。城區屬淮河水系南四湖流域,地表河流較發育,東有光府河、西有梁濟運河,南鄰南四湖,市區內有老運河及其支流府河、越河穿過。區域地形屬魯中山區與魯西平原的交接地帶,地處南四湖流域的下游,京杭運河和南四湖以東為汶泗河多次泛濫沉積形成的山前傾斜平原,由北、東北向南微傾,西部為黃河沖積平原,西高東低。
2.水文地質及工程地質條件
濟寧市市區新近系-第四系松散層厚度達220-300m,巖性為粘性土與砂性土交替堆積而成,其中表土層為第四系全新統松散粘性土層,厚度為2.3-9.8m;其下到96.7-113.9m為第四系更新統粘性土與砂礫石層交替堆積,期間發育了4-7層含水砂層,含水砂層垂向上主要集中于埋深10-40m和60m以下兩個相對富集砂層層位上,分別構成了淺層孔隙潛水-微承壓水及深層孔隙承壓水兩個含水層組。
埋深約110m以下至基巖面,為新近系半膠結松砂巖與硬粘土或粘土巖互層組成,其中的半膠結松砂巖主要分布在埋深150m以淺,且具有一定的導水性能和較好的富水性,與上部第四系更新統下部的含水砂層存在較為密切的水力聯系,可作為深層承壓含水層組的一部分,下部的硬粘土或粘土巖則構成了深層孔隙水承壓含水層組的隔水底板。
根據組成松散層土體各層的工程物理力學性質及對固結壓縮變形的影響程度,可將區內的
松散層土體劃分為粘性土、砂性土及半膠結層,按其沉積層序和富水、導水性能共劃分為7個工程地質層。
①表土層
區內普遍分布,為第四系全新統沖積、湖積相沉積,厚度2.3-9.8m,巖性主要為淺黃色粉質粘土、粘土,該層位于地下水包氣帶中,不含重力水,是降水入滲補給地下水的溶濾層。
②第一壓縮層
由更新統沖洪積層組成,層頂埋深2.3-9.8m,層底埋深14.9-28.1m,層厚11.3-23.8m,巖性主要由棕黃、黃褐色粉質粘土、粘土及薄層砂層透鏡體組成。近數十年來,由于城區大量開采地下水,使得地下水位大幅度下降,目前已基本處于疏干狀態,屬正常固結土或微超固結土。
③第Ⅰ含水砂層組
區內廣泛發育,由第四系更新統沖洪積物堆積而成,層頂埋深一般在14.9-28.1m,層底埋深29.8-49.9m,層厚9.9-23.9m。主要由兩層含水砂層夾粉質粘土組成,構成本區的淺層潛水-微承壓孔隙含水層。
④第二壓縮層
由更新統沖洪積而成,在區內廣泛分布。層頂埋深29.8-49.9m,層底埋深50.9-75.6m,層厚15.4-45.6m。巖性以深棕黃、褐黃伴灰綠色粘土、粉質粘土為主,夾兩層中粗砂透鏡體,局部夾有薄層粉土透鏡體。由于處于水位以下,含水層地下水位下降后,在水壓力差的作用下,必定向相鄰的含水層中釋放,從而產生排水固結作用,因此,該層是本區目前產生地面沉降的主要壓縮層位。
⑤第Ⅱ含水砂層組
為更新統沖洪積物,在區內廣泛分布,層頂埋深58.7-75.6m,層底埋深96.7-113.9m,層厚30.3-46.5m。一般由3層含水砂層組成,砂層單層厚度較大,一般單層10-15m,巖性以中粗砂、粗砂為主,局部中細砂,分選性、磨圓度較差,結構密度中密-密實。砂層連續性好,分布穩定,為深層承壓孔隙含水層組的主要部分。
⑥半膠結層(松砂巖與粘土層互層)
由新近系沖洪積、洪坡積堆積而成,巖性主要為灰白色、青灰色-灰綠色、銹黃色粘土巖與松砂巖互層組成,局部夾1-2層中粗砂。頂板埋深一般在96.7-113.9m,底板埋深225-300m,厚度大于110m,與下伏石炭二疊系或侏羅系基巖呈不整合或平行不整合接觸。
⑦基巖
由石炭系二疊系煤系地層和侏羅系紅色砂巖構成,是本區埋藏在松散層之下的較穩定基地。
3.沉降區工程地質結構分區
在第Ⅱ含水砂層組以上的地層是由不同性質的粘性土和砂層透鏡體呈互層狀分布,砂層的空間分布極不穩定,直接控制著粘性土壓縮層的組合和厚度變化,該埋深段的粘性土多屬正常固結或微超固結土,在附加應力增大時一般均發生排水固結作用,其壓縮性較高,是造成地面沉降的主要壓縮層。
在第Ⅱ含水砂層組以下地層組合中,地層分布較穩定,砂性土和粘性土的厚度變化較小,且粘性土堅硬,多為超固結土甚至為半成巖的粘土巖,壓縮性較低,其地層組合變化對地面沉降影響比較小,反映在平面上表現為土層壓縮造成的地面沉降比較均勻。
根據第Ⅱ含水砂層組以上(埋深約60m以淺)含水砂層的空間分布和砂層厚度及粘性土壓縮層厚度的差異狀況,在區域上可將工作區土體劃分為3個不同類型的工程地質結構分區(圖1)。
Ⅰ區(易沉降區):淺部砂層厚度較薄,一般厚度小于10m,以粘性土壓縮層為主,該區由于淺部粘性壓縮層厚度較大,在同等水位降幅下易于產生較明顯的地面沉降,目前的地面沉降漏斗中心就位于該區內。
Ⅱ區(較易沉降區):埋深60m以淺砂層厚度稍大,一般介于15-20m,土體以粘性土壓縮層為主。城區大多屬于該區,分布在Ⅰ區的。該區雖然淺部砂層較Ⅰ區厚,但粘性土壓縮層仍占主要部分,是較易產生地面沉降的地區。
Ⅲ區(較穩定區):埋深60m以淺,粘性土壓縮層和砂層互層,砂層厚度一般大于20m,主要分布于市區西北部及南部一帶。
4.地下水開采利用現狀
①城區供水水源地集中開采現狀:該市市地下水取水設施的建設和發展很快,自1958年開始開采地下水作為市區和近郊的工業及生活用水水源,但當時的需水量大約在1萬m3/d,主要開采埋深在60m以上的第四系淺層水,隨著城市工業發展和人口的增加,60m以上的地下水已不能滿足需要,開采井逐漸加深,取水層位已延伸至60-150m,供水水源地規模越來越大,其取水范圍已擴展到包括市中區全部和城郊部分,面積約180km2。1987年市區實際開采量約16.7萬m3/d,1992年為21.2萬m3/d,1995年為33.86萬m3/d,目前已超過35萬m3/d,全部取自埋深60-150m的第四系孔隙水。
②地下水分散開采現狀:在城區范圍外的廣大農村,除個別廠礦用水相對集中外,地下水開采主要呈分散取水方式。分散開采的主要供水對象是農田灌溉,其次為鄉鎮工業用水和生活用水。區內農業水利化程度較高,鄉村面積約120km2。機井密度20眼/km2,開采模數30萬m3/(km2.a),開采井深度一般為30-60m,單井出水量80m3/h。
5.地面沉降與地下水開采的關系
(1)地面沉降現狀
該城市市地面沉降是1988年山東地礦局測繪隊在其作高程控制測量時首先發現的,通過長期觀測資料分析證實,該地面沉降規模在逐年增大,沉降中心位于礦山機械廠―西紅廟―師范學校―南岱莊―劉莊一帶,形狀呈東西向近似橢圓形,由于吳泰閘水廠供水井移至建機廠、李莊一帶,增加了對地下水的開采,造成整個城區地面沉降幅度增大,沉降面積也不斷擴大。截止20世紀90年代末,總沉降量大于70mm區域近127km2,大于100mm的范圍已達88km2,大于150mm的面積已達15.5km2,市區最大地面沉降量已達239.7mm。該市地面沉降區域上也不均勻,平面上沉降幅度較大的地區主要集中在城區北部的自來水開采井分布范圍內,由北向南逐漸減小。
(2)地面沉降現狀與開采量的關系
隨著城市規模不斷擴大和工業經濟迅速發展,對地下水需求量快速增加,城區地下水多年持續超量開采,造成地下水降落漏斗規模不斷擴大(表1)。
(3)地面沉降現狀與地下水位的關系
濟寧市市地面沉降與地下水位的變化關系密切,隨水位持續降低,沉降量增大,水位年均降幅達0.76m。沉降范圍擴展,同一地點地面沉降的速率和沉降幅度與地下水位的下降具有明顯的同步變化特征(圖2)。
區域上地面沉降的分布范圍基本與地下水水位降落漏斗的分布范圍一致,并隨著北郊水源地的大規模開發利用,開采布局調整,水位降落漏斗中心北移,沉降范圍向市區北部擴展(圖3)。濟寧市地面沉降尚未造成嚴重破壞,但已經引發了房屋開裂、水源地井管上升破壞、城市排水管道錯位、城市防洪能力降低等災害現象,對城市環境產生了不利的影響。
6.結論及建議
(1)影響地面沉降不均勻性的主要因素是第Ⅱ含水砂層組以上,特別是水位埋深以下至第Ⅱ含水砂層組頂界面粘性土和砂性土層的厚度及其組合變化。
(2)隨著城市規模不斷擴大和工業經濟迅速發展,對地下水需求量快速增加,城區地下水多年持續超量開采,造成地下水降落漏斗規模不斷擴大。
(3)城市市地面沉降與地下水位的變化關系密切,同一地點地面沉降的速率和沉降幅度與地下水位的下降具有明顯的同步變化特征。
(4)區域上地面沉降的分布范圍基本與地下水水位降落漏斗的分布范圍一致。
(5)建議建立、健全地下水動態和地面沉降監測系統,建設城區地面沉降基巖標、分層標監測系統,進而初步建立起地下水水量――水位――地面沉降數學模型,預測以后地面沉降的發展趨勢,實現地面沉降的適時預警。
參考文獻:
[1]鄭朋.地面沉降與地下水開采問題在探討[J].天然氣工業,2007(10):60-62.
[2]方武均,丁峰,葛萍濤等.地下水超采引起在地面沉降問題及解決思路[J].科技情報開發與經濟,2008,18(26):205-207.
[3]董克剛,于強,王威等.天津市地面沉降區地下水開采指標綜合評定方法研究[J].分析研究,2007,2(1):27-29.
[4]董克剛,王威,于強等.天津市地面沉降區土水比論述[J].水文地質工程地質,2008(5):76-79.
[5]陳聚忠,宋雯,韓月萍等.天津濱海新區地面沉降趨勢預測[J].防災科技學院學報,2010,12(4):7-10.
[6]王若柏.城市地面沉降在災害鏈特征―以天津市為例[J].氣象與減災研究,2008,31(1):54-57.