地下水分析

地下水分析（共12篇）

地下水分析 篇1

0 序言

地下水流运移的空间是一个复杂的随机场,由于介质分布的随机性,水量和水位的分布也将是一个随机量,具有很大的不确定性。在地下水运动所流经的这个不确定环境中对地下水量和水位的预报,就是对地下水资源开发利用的保证程度或风险性分析。这方面的研究主要有:Nicholas Sitar等(1987)利用一阶可靠性分析方法(FORM)分析了具有解析表达的一维地下水流和无吸附的污染物迁移问题,计算结果用Monte Carlo求解结果进行了验证;Cawlfield和Sitar(1988)将该方法推广到二维稳定水流的有限元分析中,并研究了空间变异的影响;La Venue等(1989)用一次二阶矩(FOSM)方法分析了地下水运行时间的不确定性,并与Monte Carlo方法比较;Yeon-Soo Jang等(1994)用一阶和二阶可靠性方法与一维有限差和二维有限元方法耦合完成了污染物迁移的可靠性分析;我国学者把可靠度理论用于地下水污染预测、地下水开发利用和矿井水防治等方面的分析与预测[1,2,3,4,5]。总的看来,这方面的研究还只是初步的,本文利用“JC”法计算了地下水资源开发的可靠性,并分析了参数分布形式对预测结果的影响,提出了利用水文地质参数可靠度估算地下水资源开发风险的简便方法,为采用可靠度理论评价地下水资源开发问题进行了初步探索。

1 可靠度分析的“JC”法

1.1 可靠概率和失效概率

为采用可靠度理论评价地下水资源开发问题进行了初步探索。对于一个问题或一个系统进行可靠性分析(风险分析),就是分析问题的可靠概率或失效概率。可靠性分析的数学表达是借助于描述问题所构成的功能函数来描述的。对于地下水或地下水污染问题来说,可用某流动区内某种指标失效或超标来表达的函数作为功能函数。如定义功能函数g(x)为在t时刻,L处的水位降深超过临界降深的大小。根据功能函数的取值不同,可将所述的问题分为三种状态:g(x)>0为失效状态;g(x)<0为安全状态;g(x)=0为失效面或极限状态面。其中x是基本随机参数向量(或随机变量),在地下水开发利用分析中,可表示为介质参数、距开采井的距离和开采时间等。

地下水开发问题的风险概率(失效概率)和可靠概率(安全概率)分别为:

风险概率值可以用如下的积分来表示:

式中,fx(x)是随机参数向量的联合概率密度函数。

1.2 可靠度分析的“JC”法

“JC”法是“国际结构安全度联合委员会”推荐的一种可靠度计算方法,因最初为Rackwitz-Fiessler提出,亦称“R-F”法,其基本原理是:

确定随机性影响因素,即“基本变量”,记为xi(i=1, 2, 3, Λ,n),建立包括各有关基本变量在内的关系式:

这一关系式称为极限状态方程,其中z=g(x1,x2,Λ,xn)称为“功能函数”。

当功能函数与多个正态基本变量有关时,式(1)代表以基本变量xi(i=1,2,Λ,n)为坐标的n维欧氏空间上的一个曲面。将功能函数在验算点P*处按泰勒级数展开,并仅保留其一次项,推导可知[6],可靠指标β是标准正态空间坐标系中原点到极限状态曲面的最短距离,可用以下方程组迭代求解,得到可靠指标β及验算点坐标值x*1,x*2,Λ,x*n。

式中:uxi—变量xi的均值; σxi—变量xi的标准差;

当基本变量为非正态随机变量时,需进行当量正态化处理,当有相关性的随机变量时,可首先采用正交变换,转换为相互独立的随机变量,然后再利用式(2)~(4)求解,求出β后,就可利用关系式Pf=Φ(-β)求出相应的失效概率。

2 地下水资源开发的可靠度分析

2.1 极限状态方程的建立

由于地下水系统的复杂性和不确定性,地下水位的分布也将是一个随机量,具有很大的不确定性。在对地下水系统进行可靠性分析时,对应确定性方法中不同的计算模型,将导出不同的极限状态方程,也将产生不同的计算结果。考虑可靠度理论的分析特点,采用水文地质中常用的Theis模型的近似解Jacob公式来建立极限状态方程。

式中:T—含水层导水系数; μ*—含水层储水系数;r—观测孔到主孔的距离; t—排水延续时间; Sl—临界水位降深。

地下水资源开发的风险分析就是求解地下水位实际降深大于临界降深的概率值。即:

把有关变量及其分布代入公式(5),即可用“JC”法计算出预测水位的可靠度及验算点的水文地质参数值。

2.2 可靠性指标的确定

利用可靠度理论进行地下水资源开发的可靠性评价需要确定合理的可靠性指标或失效概率。目前常用的方法为类比法和校准法。

类比法或协商给定法是参照人们在日常活动中所经历的各种风险,确定一个为公众所能接受的失效概率即可靠性指标。文献[6]中给出了一些事故所造成的年发生率,这些数据可供地下水资源开发可靠度分析和确定可靠性指标时参考。

所谓校准法,就是通过对现行设计规范安全度的校核(反演计算),找出隐含于现有结构中相应的可靠性指标值,经综合分析和调整,制定今后设计采用的目标可靠性指标。这实质上是充分注意到工程建设长期积累的实践经验,继承现行设计规范规定的设计可靠度水准,认为它从总体上来讲是合理的可以接受的。在现阶段,从实用出发,这是一种比较切实可行的确定设计可靠性指标的方法。

3 实例分析

在某水源地进行非稳定流抽水试验,其抽水量Q=1440m3/d,应用不同观测孔的观测数据求得的水文地质参数如表1。试分析地下水资源开发的可靠性。

注:176.4/176—斜线上为配线法所求参数,斜线下为直线图解法所求参数。

(1) 地下水系统的可靠度计算

对于供水系统地下水资源的可靠度可表示为地下水供水量大于需水量或地下水位降深值小于临界允许降深值的概率。下面以预测距抽水井距离r=500m,抽水时间t=30d的降深值为例进行分析。

对于上表中的参数进行统计分析得:

其中 μT—导水系数均值;

σT—导水系数标准差;

μμ*—贮水系数均值;

σμ*—贮水系数标准差。

把上述参数输入计算机,可得到不同设计降深的失效概率、设计点的水文地质参数。计算结果见(表2)。

注:4.8×10-4/9.2×10-5—斜线上为正态分布所求的失效概率,斜线下为对数正态分布所求的失效概率。

上述计算结果表明:随着设计降深的增大,失效概率逐渐减小,可靠度增大。其对应设计点含水层的导水系数和贮水系数也逐渐的减小。按现有条件下水文地质计算的精度水平,取失效概率为1×10-2~1×10-3比较合理,对应的地下水设计降深值为4.25m。

(2) 地下水位设计降深可靠度与水文地质参数可靠度关系分析

表2不仅计算了地下水位设计降深可靠度和演算点的水文地质参数值,而且还计算了演算点参数的可靠度,计算时考虑了参数分布形式的影响。

计算结果表明,随着水位设计降深失效概率的减少,水文地质参数的失效概率也随之减少,变量失效概率及参数失效概率之间的相关关系如表3。

表3的计算结果表明:设计降深的失效概率与含水层参数的失效概率呈显著的线性相关关系,且受含水层参数分布形式的影响。其中设计降深与导水系数(对数正态分布)的相关关系最为密切,其次为设计降深与导水系数(正态分布)的相关关系,二者的相关系数仅相差0.0001。因此,如无特别要求可用计算较简单的正态分布的导水系数来估算设计降深。计算公式为:

可见导水系数的可靠性与设计降深可靠性的关系最为密切。因此,在实际计算时如采用复杂的模拟模型,无法直接确定设计降深的可靠性时可通过计算导水系数的可靠度来估算模型预测结果的可靠度。

(3)含水层水文地质参数样本均值和最小值的可靠度分析

为便于对比,运用水文地质参数样本均值和最小值计算了模型预测值的可靠度为0.49和0.82。说明不仅均值达不到设计要求,即使使用样本中的最小值也无法保证达到设计要求。因此,对于重要的水资源开发工程应采用可靠度理论进行分析,以确保供水的持续稳定和安全。

4 结语

可靠度分析方法用于地下水资源开发可靠性分析,考虑了水文地质参数的不确定性,避免了确定性方法预测结果的绝对化。通过实例分析了含水层参数可靠度与设计降深可靠度的关系,得出了利用导水系数可靠度估算设计降深可靠度的计算公式。为评估复杂模型预测结果的可靠度提供了一种简便方法。

通过计算参数样本均值和最小值的可靠度,表明不仅均值的计算结果不能满足设计的可靠度要求,就是样本中的最小值也难于满足设计要求。因此对于重要的地下水资源开发工程对预测结果进行可靠性分析是必要的。

摘要：简述了可靠度分析的“JC”法,建立了地下水资源开采分析的极限状态方程。结合实例对地下水开发的风险概率进行了预测计算,分析了各种参数的影响,提出了利用水文地质参数可靠度估算地下水资源开发风险的简便方法。

关键词：可靠性,风险概率,地下水资源,水文地质参数

参考文献

[1]蔡树英,杨金忠.地下水污染风险分析的初步研究[J].武汉水利电力大学学报,1997,(1)6～10

[2]束龙仓,Basil T.Iro Ong’or,陶玉飞.地下水过量开采的概率风险分析[J].自然灾害学报,2007,16(2):101～105.

[3]杜文堂.断层防水煤柱可靠度分析[J].煤田地质与勘探,2001,(1):34～36.

[4]李森,陈家军,叶慧海,孟占利.地下水数值模拟中随机因素的灵敏度分析[J].水利学报,2006,37(8):977～984.

[5]史良胜,杨金忠,林琳,李少龙.基于尺度因素的地下水随机分析[J].水科学进展,2007,18(1):39～43.

[6]黄兴棣编著.工程结构可靠性设计[M].北京:人民交通出版社,1989.

[7]薛禹群主编.地下水动力学[M].北京:地质出版社,2001.

地下水分析 篇2

摘要：针对濮阳市地下水代表性样品,采用地下水质量标准及规范、技术要求,对该区地下水污染特征进行27项无机评价及37项有机污染项目定量分析评价,重点对有机污染污染项目进行评价.结果表明,区内地下水污染有机物25项为未污染,12项为轻污染,两项为中污染～严重污染.地下水中,浅层水中有机物检出数目较重深层及深层水中高,检出量大,油田采油区单环芳香烃类有机物含量高于其它地区;金堤河以北为城市区,纺织等轻工制造业较发达,1,2-二氯丙烷检出数量较多.作 者：马晓蕾 王静 黄迁辉 作者单位：马晓蕾,黄迁辉(河南省水文地质工程地质勘察院,河南,新乡,453002)

王静(河北省区域地质矿产调查研究所,河北,廊坊,065000)

污水灌溉对地下水污染的机理分析 篇3

摘 要：本文阐述了灌溉污水中主要的污染指标，并从污水灌溉中的硬度与硝酸盐含量、重金属分布、细菌与病毒和有机物等方面，分析了其对地下水的污染，并探讨了污水灌溉对地下水的影响因素及防治措施，以期为改善地下水环境，合理利用水资源提供参考价值。

关键词：污水灌溉；地下水污染；机理

由于我国的水资源相对不足，所以在干旱和半干旱地区利用污水灌溉是节约水资源的有效途径。但是由于污水中含有很多有毒物质，如果盲目进行污水灌溉，很容易会对地下水造成污染。因此，分析污水灌溉对地下水的污染，探讨污染防治措施，对保护地下水环境有着重要的意义。

1.灌溉污水中主要的污染指标

灌溉污水中对地下水造成污染的主要指标分为以下四种：①微量元素：主要指Zn、Cu、Pb、Cr、Cd、As、Hg、Ni和Mn等；②常见指标：主要指pH值、悬浮质、TDS、硬度、钠离子、硝酸根离子、氯离子、铵根离子、硫酸根离子、镁离子、钙离子、亚硝酸根离子和钾离子等；③有机指标：主要指COD、BOD、PCBs、PAHs、氯仿、矿物油和三氯乙烯等；④微生物指标：主要指大肠杆菌、细菌总数和病原菌总量，如沙门氏菌、霍乱弧菌与痢疾杆菌等。

2.污水灌溉对地下水的污染

2.1研究方法

研究污水灌溉对地下水的污染主要采取调查取样、野外实验和土柱淋滤模拟实验等方法，其中土柱淋滤模拟实验最为常用。例如通过土柱淋滤模拟实验，可以分析氯离子、TDS和总硬度等在土壤中的转化与迁移，证明其与污水灌溉密切相关。

2.2污水灌溉使地下水硬度与硝酸盐含量升高

由于过量使用化肥和污水灌溉，地下水中的硝酸盐离子及其总硬度不断增加，加重了地下水的污染。即使水土系统反硝化作用可以降解部分硝酸盐离子，污水灌溉也会使硝酸盐离子在土壤中的不断累积，并通过淋溶土壤而对地下水造成污染。

污水中的铵根离子含量较高，在对土壤进行灌溉时，污水中的铵根离子和以和土壤胶体中的镁离子和钙离子发生交换反应，从而使得土壤中的含氮量不断增加。同时，污水中的铵根离子经过消化作用，最终会生成硝酸根离子，在短期内会使地下水污染加重。此外，污水中的钠离子在灌溉过程中，可以与土壤或者含水层中的镁离子与钙离子发生置换，从而增加地下水的硬度。

2.3污水灌溉时重金属在水土系统中的分布

在污水灌溉的过程中，土壤颗粒会吸附其含有的重金属，使重金属离子集中在土壤的表层，造成了土壤Zn、Cu、Pb和Cr等重金属污染，而土壤颗粒对重金属的吸附在一定程度上降低了其在地下水中的迁移，所以污水灌溉对地下水重金属污染的直接影响不明显。

土壤中的重金属迁移由其存在形态控制，其存在形态则由它们在土壤中的组分形式、环境条件和土壤组分种类与含量决定。通过土柱淋滤模拟实验可以表明，表面吸附、螯合作用和阳离子交换等是重金属的衰减机理。对Cd、Cu和Zn等重金属，在土壤中有机质的含量较低时，吸附是重金属主要的衰减机理；对Cr、Mo和Pb等重金属，沉淀是其主要衰减机理；对Cd、Pb、Cu和As等重金属，通过淋滤实验证明，其在土壤表层的0～10cm出累积，随着土壤淋溶时间的增加，其向下迁移趋势越显著，进而对地下水造成污染。

2.4灌溉污水中的细菌与病毒对地下水的污染

灌溉污水中会造成地下水污染的病原微生物主要为细菌、病毒和寄生虫等，尤其是细菌和病毒污染最为常见。有研究表明，污水中的大肠杆菌可以迁移至较深土层，而病毒的包囊较小，在经过多孔土壤的过程中不易被过滤和净化，随着水分进入地下水系统的几率较高，所以地下水病毒污染较为严重。病原微生物在水土系统的迁移主要受到存活期、吸附作用与过滤作用的影响。

吸附作用主要取决于环境条件、介质性质与病原微生物的类型，过滤作用则主要取决于介质空隙与病原微生物种类。例如粉土可以对细菌进行过滤，但对病毒无效。同时有实验表明，病毒吸附量和介质pH值密切相关，当pH值>7时，土壤中的病毒不易被吸附，而容易出现迁移；当pH值<7时，土壤中的病毒容易被吸附，而不会出现迁移，所以病毒吸附量会随着土壤pH值升高而降低。

2.5灌溉污水中的有机物对地下水的污染

人类在生产和生活中对有机物的处置不当也会对地下水造成污染。包气带是污染物进入地下水时必经之路，污水中有机物在此过程中出现自然衰减，如吸附、挥发、稀释和生物降解等。有机污染物的吸附作用对其在土壤中的含量与分布有直接的影响。对非极性有机污染物，吸附作用受土壤中有机质的性质与含量控制，对极性的有机污染物，不但要受其含量影响，而且还受到矿物含量及种类和环境的pH值等影响。

3.污水灌溉污染地下水的影响因素及防治措施

污水灌溉对地下水的污染主要取决于灌溉年限、灌溉方式及强度、水文地貌条件、土壤性质及类型和水中污染物性质及类型等。管理部门在进行地下水污染防治时，需要依据其影响因素采取相应的防治措施。

例如对进行长期污水灌溉地区，需要对地下水的水质、土壤重金属含量、有毒物质含量与累积速度、周边生态环境和居民健康状况等进行定期的监测；依据水文地质条件与土壤类型，选择是否进行污水灌溉，如地下水位高和土地的渗透性好的区域可以进行污水灌溉，而水源地则严格禁止污水灌溉；在采取污水灌溉时，其水质需要符合灌溉用水的标准，并在灌溉前进行污水预处理措施，对污水中有毒物质进行无害化处理；采用合适的灌溉方式与灌溉技术，制定科学的灌溉制度，尽量避免使用大水漫灌，以免使污水扩散污染地下水。

4.结束语

总之，污水灌溉虽然可以解决水资源较为紧缺的问题，但是如果管理和应用不当，则会对地下水造成严重污染。只有掌握污水灌溉对地下水污染的机理，采取正确的灌溉方式和技术，才能真正保证地下水环境不受污染和水资源的合理利用。

参考文献：

[1]王昭，杨国华，陈玺，费宇红，张凤娥，陈京生.污灌对地下水的污染及防治对策[J].水文地质工程地质，2008，03：99-103.

[2]杨军.灌溉水中重金属对土壤和农作物的污染风险[D].西南农业大学，2005.

辽西缺水地区地下水资源分析 篇4

水是世界上一切生命活动的基础。淡水资源是基础自然资源, 系生态环境建设的控制因素, 同时又是战略性经济资源。随着环境问题的日益全球化, 水与人口和资源并称为人类21世纪可持续发展的三大社会问题。

辽西地区是最为缺水的区域, 水资源短缺一直困扰着该地区工农业的发展和人民生活水平的提高。近几年随着全球气候的变化, 干旱频繁发生, 尤其是人口的增加和社会经济的迅速发展, 水资源缺乏问题显得尤为突出。

1 缺水状况

辽西地区处于亚干旱大陆性季风气候区, 降水量少, 蒸发量大, 是全省最为干旱缺水的地区。该地区多年平均降水量为430至680毫米左右, 约为全省多年平均降水量的72%, 其中朝阳、阜新地区多年平均降水量分别为430毫米、500毫米, 是全省降水量最少的地区, 而蒸发量多达1800至2200毫米, 是全省蒸发量最大的地区。与此同时, 辽西地区降水时空分布也不均衡, 全年降水量的70%集中在汛期。供水问题已成为影响该地区国民经济发展、人民生活水平提高以及社会稳定的主要因素。根据地区的统计资料和中长期的发展规划资料, 现状供水缺口约为10%, 到2010年供水缺口达30%。由此可见, 水资源缺口较大, 供需矛盾十分突出, 解决用水问题已成为该地区经济发展和居民生活水平改善的重大问题。

2 地下水资源状况

辽困地区地下水补给资源为40.3×108m3/a, 可开采资源为31.8×108m3/a。由此可以看出, 辽西地区的地下水资源的开采程度较高, 开来率达51%。该地区的地下水可分为四类, 即松散岩类地下水、碳酸盐岩类岩溶裂隙水、碎屑岩类孔隙裂隙水和块状岩类裂隙水, 各类地下水的主要特征分述如下:

2.1 松散岩类孔隙水

主要分布于山前倾斜平原区和河谷平原区。含水岩组岩性主要为砂砾卵石、砂砾石、中粗砂等。渗透性较好, 出水量一般为1000m3/d~5000m3/d, 河谷平原区单井, 出水量一般为600 m3/d~3100m3/d。

2.2 碳酸盐岩类岩溶裂隙水

地下水赋存于岩石的可洛性裂隙溶隙之中, 出水量约为110L/s~150L/s。一般地区泉水流量为3.5L/s~10L/s, 矿化程度小于0.5g/L, 地下水水化学类型为HCO3-CaMg型。地下水富水性中等, 且分布不均, 主要赋存于富水构造之中。

2.3 碎屑岩类孔隙裂隙水

含水岩组为主要由侏罗系、石炭系、二叠系构成, 这些层状岩石在燕山期构造运动作用下, 形成了盆地、向斜及早斜充水构造。

3 缺水因素分析

辽宁西部地区地处内陆性温带半干旱气候区, 多年平均降水量491.3mm, 最小年降水量仅284.9mm, 多年平均蒸发量为1738.77mm。可见蒸发作用强烈, 地表水蒸发损失将近1/4。该地区以丘陵地貌为主, 土壤土要为生草棕色森林土, 亚砂土和黄臼土。植被多为草本植物, 覆盖率小, 约为13%, 土层薄, 储水性差, 水土流失严重, 蒸发水量高达降水总量的80%。岩质构造环境脆弱, 是资源型缺水区, 一定量的水资源又因为时空分配不均, 为水资源的有效开发利用带来了一定难度。根据水文和地质条件, 可将水区域分为下面几种缺水类型:

3.1 资源型缺水

辽宁西部的大多数地区, 多由变质岩及火山岩组成, 基岩裸露, 山峰陡峻, 构造低山丘陵地形, 部分地区由于风化剥蚀强烈, 组成又低又缓的矮丘陵, 岩石完整, 岩石节理及风化、构造裂隙不甚发育, 地形条件不利于水的汇聚, 大气降水被快速排走, 不能转化为地下水。丘陵坡部的残土积层, 因为存在无效厚度的含水层, 不能打井开采。此外, 部分已开采区, 由于需采出量大于可开采量, 已引起水文地质环境问题。从而出现水资源缺乏, 属于资源型缺水类型。

3.2 经济性缺水

辽宁省西部地区的平原区多数是短河流河谷型平原, 地面坡度大, 径流条件好, 第四系含水层透水性好, 单井出水量大, 有地下水的存储能力。但些类型平原地形坡度较大, 地下水流条件好, 水丰富时期的降水快速地随着地表和地下的运流被排走。假设在条件好的河谷平原区, 采取适当的技术措施, 加大降水渗入, 降低地下水远流排泄, 例如修建地下水库, 人工引水回渗等措施, 人工为河谷平原区进行调整, 提高地下水的水位, 提高地下水储库容量及存空间, 可以提高这些地区的地下水的补给量和允许开采量。目前由于经济上的缺乏, 不能投入工程量, 大气降水快速地随着地表和地下运流被排走, 引起地下水贫乏, 属于经济性缺水类型。

4 找水方向

根据辽宁省西部地区的水资源状况以及区域水文地质条件水区域的缺水因素、缺水类型主要可采取的开采模式分析如下:

4.1 资源性缺水区

该类型区应围绕构造断裂带、岩层接触带等线状构造开展工作。该类型区的线状构造主要表现为以下几个方面。

4.1 东西向断裂蓄水构造

辽宁西部地区的东西向断裂蓄水构造常常表现为压性特征明显, 断裂面倾角→般为70°~80°, 常为NW及NE向断裂斜切。该断裂带为弱含水构造, 沿断裂方向有断续的泉水出现, 特别与NW断裂的交接部位, 泉水出露较多, 其含水条件西部好于东部, 泉水流量多为50m3/d~100m3/d。

4.2 北东向断裂蓄水构造

该类型断裂蓄水构造的走向多在NE50°左右, 性质多为压性、压扭性冲断层, 常与张性、张扭性断裂配置, 呈“多”字型构造带。断层部位常有泉水出露, 但富水性偏小, 多为10m3/d~30m3/d, 属弱含水构造带。

4.3 北西向断裂蓄水构造

该类型的断裂蓄水构造的走向多为北西330°, 断裂性质多为张扭性, 长约5km~10km, 断层面倾向北东, 倾角较大, 可达80°, 裂面光滑, 有泉出露流量0.57 g/L~1.24g/L。

4.4 其它类型 (接触带、岩脉等) 蓄水构造

不整合接触带是地层的薄弱部位, 般具有良好的含水空间, 许多接触带出现接触泉、溢出泉, 泉水流量都在40m3/d~86m3/d之间。

风化裂隙水发育地段, 在地形坡降大, 坡脚育黄土层阻水时, 常有泉水出露。泉水流量为10m3/d左右。

岩脉在本区分布较多, 特别是有些小岩脉垂直或斜交地F水流向, 使地下水富集, 并溢出地表形成泉水, 但泉水流量一般偏低。

在花岗岩侵入体的接触带, 也会形成线状或带状含水构造带, 如化石戈乡南部的乌兰山周围接触带, 泉水流量为130m3/d。

上述线状含水构造, 是解决农业用水和饮用水的较好地段, 可适用于零星开采, 需通过地面调查、地球物理勘探等方法进行查证, 以确定水井位置和深度, 在此基础上, 选择专业技术队伍施工成井, 开发地下水资源, 以解决贫困山区的人畜用水问题。

5 地下水开采的经济效益分析

水是生活和生产不可缺少的重要资源, 是影响社会主引济发展和人民牛活水平提高和自然环境的重要因素, 严重缺水已成为制约该地区国民经济发展的“瓶颈”。地方政府和人民群众迫切需要查清本同水文地质条件, 充分含理的开发利用该区的地下水资源。

煤矿开采对地下水环境的影响分析 篇5

煤炭开采工程应该把水文地质勘察工作与前期地质勘探工作结合进行,以查明基本的水文地质条件与相关参数;工程对地下水环境的影响应该按照煤矿类型、评价工作等级、保护目标、评价重点(水质、水量)进行分类确定,并根据相关分类,荻取相关参数选用不同的方法进行评价.

作 者：段颖 段云海 Duan Ying Duan Yunhai  作者单位：段颖,Duan Ying(黑龙江省危险废物管理中心,黑龙江,哈尔滨,150030)

段云海,Duan Yunhai(黑龙江省环境工程评估中心,黑龙江,哈尔滨,150036)

刊 名：环境科学与管理 英文刊名：ENVIRONMENTAL SCIENCE AND MANAGEMENT 年，卷(期)： 32(8) 分类号：X523 关键词：煤炭开采   地下水   影响  

地下水分析 篇6

一、地下水对地铁工程的影响

近年来地铁施工过程中由于地下水渗漏、涌出等造成隧道塌方的事件，都对我国地铁施工再次敲响了警钟。地铁施工必须充分认识到地下水对施工过程安全的影响，重视施工前期的勘探工作，对地下水文环境有充分的勘查，以此保障施工质量以及施工过程中人员的安全。由于城市地铁施工，线路设计上要考虑乘坐便捷性，因此，及时在地下水较为丰富的地段，也要通过防、排等措施惊醒施工。由于地下水的渗漏等，严重影响地铁隧道工程的进行。因此，积极采用新技术防、排地下水，保障工程顺利进行成为了地铁施工企业目前首要的任务。

二、地铁施工过程中地下水的治理

地铁隧道施工过程中，地下水的影响将导致施工进度变慢，严重的还将导致塌方事故。针对这样的情况，采用临时排水沟引出积水、以及帷幕注浆堵水等方式，保障地下隧道干燥，保障隧道施工以及边墙脚基底承载力，保障结构安全是目前地铁隧道施工中防治地下水影响的主要方式。

1、地铁隧道施工中的截水、排水

地铁施工过程中的渗水和漏水对隧道结构有着重要的影响，同时也对施工过程中的机械设备造成腐蚀，而且在一定程度上还存在着漏电隐患，影响施工进度。针对这样的情况，在根据施工前的地质勘探报告，确认地铁隧道所在线路两侧地下水情况，在地下水丰富区域施工时，在地铁隧道靠近水源处开挖截水沟，将流向地铁隧道的地下水通过截水沟拦截。另外通过隧道内排水沟，将地铁隧道内积水及渗水排出隧道。排水沟可利用临时地沟、永久性管槽等形式进行。针对勘探报告以及地铁设计，可以在隧道施工过程中，地铁建成后的排水管网与施工过程的排水沟联合施工，减少充分工程，一次性将排水管网建好后，在隧道施工阶段充当临时排水沟，在隧道建成后，通过疏通与二次对接，成为永久性地铁隧道排水管网，保障地铁隧道内的排水。

2、地铁施工中的堵水与防水

对于地铁施工中，必须穿越地下水丰富的区域时，可以采用帷幕注浆堵水的方式，堵塞衬砌背后的水路保障隧道的防水。对于地铁施工中由于地表水渗漏、或隧道周围渗水，可以采用防水的方式，利用隧道防水层建设来防治隧道的渗水。在防治大面积渗水时，可采用合成树脂、合成橡胶、沥青等材料支撑的防水层进行防水。具体方法为开挖后先喷射混凝土施作初期支护作为一次衬砌，然后铺设防水板，再施作二次衬砌。对于局部的缝隙渗漏，可以采用止水带进行防水，这种方式主要用于隧道建成后的补漏。止水带防水工艺设计在埋设水平施工缝处的止带时，间隔50～100厘米加一个盘条自制的钢筋卡固定止水带，以防浇筑边墙身混凝土时垂直下坠的混凝土压倒止水带，使止水带失效，造成水平施工缝渗水。

三、加强地铁施工地质勘探，促进隧道防水工程实施

隧道施工企业要加强对地质勘探的认识，通过详细的核对与分析地质勘探报告对地铁隧道施工过程中的地质情况有充分的了解。根据施工的进度情况及时进行防水、治水工作设备、材料的储备，促进地铁隧道施工过程中的地下水治理。

结论：

地铁隧道施工中的地下水治理，不仅仅关系到工程的施工进度与施工安全，其对于工程竣工后的行车安全也有着重要的影响。如果隧道防水工程、排水工程以及隧道施工过程中地下水治理工程施工不到位，造成通车后隧道的渗水，这将导致地铁轨道腐蚀，同时影响铁轨地质的稳定与平整，严重影响行车安全。因此，加强地铁隧道施工过程地下水治理、加强隧道工程防水、排水工程质量控制，是提高我国地铁工程质量、提高地铁运行安全的关键。

参考文献：

[1]王威，地铁隧道防水工程，机械工业，2007，2，

[2]杨阳，地铁隧道施工中地下水质量方法分析[J]，科技前沿，2007，12

[3]李辉，地铁工程地质勘探重要性[J]，铁路工业，2006，11

[4]杜鑫，地铁隧道施工防排水[J]，西安工业，2008，8

地下水与边坡稳定的关联分析 篇7

关键词：地下水,边坡,稳定,关联

0 引言

地下水压力是影响边坡稳定的重要因素, 地下水通过对边坡岩土层的泥化和软化来改变边坡岩土层的力学性质和应力状态, 从而对地质安全产生重要的影响。在现行的边坡稳定评价体系中, 对地下水压力有着严格的界定, 但是实际操作中, 因为土质和水质的复杂性很难严格执行。由于对其不够重视, 所以也造成了一定的安全隐患, 甚至是事故。

1 地下水压力特点及类型分析

1.1 地下水压力的特点

边坡中地下水压力的大小和边坡的安全直接相关, 而且地下水压力又和岩土层的透水性和地下水位的条件相关。如果本来的排水渠道还比较通畅, 在接纳了降雨的压力后, 边坡相对而言稳定性比较好, 但是, 如果排水的渠道不通畅, 接纳了降雨的压力后就会有明显的地质灾害隐患。

1.2地下水压力的类型分析

1.2.1 孔隙水压力

孔隙水是指存在于岩土空隙 (裂隙、孔隙、溶隙) 中的水分所形成的压力, 这些压力以静水压力的方式传递下来, 其方向是垂直于地面的。地层中含水层中任何一点的力, 在覆盖土的自身重力作用下, 其力量被岩土的固体和地下水共同分担, 地下水承担的应力即该点承担的空隙水压力与作用面的面积和水的容重有很大的关系。

1.2.2 渗透压力

渗透压力指的是地下水渗流在空隙中为对岩土层施加的压力, 也就是我们所说的动水压力, 其实就是在渗透过程中, 损失掉的压力转化为水流方向的力。渗透压力的大小和坡度呈现出标准的相关关系, 即渗透压力和水力的坡度成正比例的相关关系, 因为渗透压力本身也是在水流运动过程中受到了岩土的阻碍才形成的, 其动能与其质量也存在着正相关的关系。

1.2.3 托浮力

边坡处于水下的时候, 受到水的托浮力的影响, 边坡重量低于实际重量, 边坡不够稳定, 一旦发生比较大的地下水位改变就会产生比较大的变形, 造成滑坡等灾害事故。边坡范围内水位增加, 这使得更多的边坡处于托浮力之下, 边坡重量减轻, 但是这也意味着更多的孔隙水进入到边坡中, 如果孔隙水过多, 也意味着边坡自己的负荷增大, 一旦不能维持平衡就可能坍塌。

2 地下水压力影响边坡受力结构改变

2.1 边坡岩体受力改变受地下水的影响巨大

边坡岩体的滑动往往是水的综合作用结果, 其他因素的影响作用比较有限, 其最重要的影响因子即地下水压力, 而地下水压力改变引发灾害事故的最主要因素就是降雨。地下水压力改变了边坡的受力方式, 形成新的力学性质和应力状态, 变化急速, 可以产生多次变化。

处于水下的透水边坡, 主要是受到了水的托浮力作用;不透水的边坡和缝隙, 往往承受着静水压力的作用;地下水渗透则产生着动水压力。同时地下水对边坡还产生着软化和泥化作用, 使得岩土体的抗剪能力大为降低, 同时也溶蚀着边坡, 使得边坡的位置进一步发生了改变。

2.2 地下水位增长对边坡稳定性的影响方式

2.2.1 雨水渗透会降低土层的承受能力和强度

由于土层的承受能力是按照其标准状态 (固态) 进行测算的, 而水分入侵后会改变其状态 (半固态甚至是液态) , 其受力能力大为减少。在水分入侵比较多的时候, 甚至土层会融化, 这样基本形态都已经发生了巨大的变化, 这就很难再承受任何压力了。

2.2.2 裂缝受到静水压力的影响造成边坡破裂和崩塌

在水的作用下, 边坡会形成裂缝, 而裂缝一旦形成就会对其承受能力产生毁灭性的影响, 同时因为缝隙本身是发展性的, 如果不能及时阻断并填充, 裂缝随时会扩大并发生塌陷, 这样将很大程度上改变受力能力, 脆弱部分的力学平衡被彻底打破后, 部分受力点承受的压力过大, 就会瞬间坍塌, 造成边坡外观发生极大的改变。

2.2.3 地下水流动产生动水压力, 对边坡稳定有影响

地下水在流动的时候, 对边坡的稳定也有一定的影响, 特别是在水流运动速度和重量发生了巨大改变时, 对边坡特别是水下边坡的影响比较大。有的脆弱边坡, 在水流和水压长期稳定的情况下, 即使外观危险, 但是还是能够保持相对完好, 但是, 如果接受了外来入侵的压力, 就可能短时间坍塌。

2.2.4 水入侵岩土层, 增加岩土层重量, 对地层的负荷有影响

边坡失稳的原因很多, 而且有的时候原因并不单一, 但是大多时候都是雨水入侵后增加了土层的重量, 从而超过了对应负荷层的承受能力。堆积体沿着基岩顶部滑动, 或者在内部发生滑动, 堆积体的软弱层 (含碎石) 更容易发生滑动。

2.3 地下水压力影响边坡稳定性

2.3.1 地下水压力对土质边坡的破坏影响

边坡的变形作用 (滑坡、崩坍) 等地质变化, 与地下水的压力作用有极其密切的关系。“水滴石穿”, 即使很小的水在长期的作用下都会形成巨大的压力, 同时会对软弱结构面形成冲击力, 产生缝隙。如果边坡是土质的, 在突发降雨的情况下, 不仅水位上涨会对土质边坡造成损害, 而且由于其天然抵抗灾害的能力差, 也会造成很多的压力, 使裂缝增大, 从而造成整个边坡的整体塌陷。如果水流不能够顺利排出, 坍塌的土质甚至会形成堰塞湖, 湖体因为集聚水的力量和土质的力量, 对脆弱的地质结构会形成更大的伤害, 甚至会导致巨大的地质地貌的改变。

2.3.2 地下水压力对石质边坡的破坏影响

在力的作用下, 软弱面会形成新的裂缝, 这些裂缝越来越大, 就会逐渐改变其受力结构, 造成了软弱面的外在形态变化。如果被破坏的表面排水系统不畅, 就会形成水沿着缝隙直接渗透在地层里面, 这就容易引起滑坡或者崩坍等灾害事故, 个别时候甚至会造成巨大的人身和财产伤害和损失。如果边坡岩土的透水性比较好, 水可以很快地渗透出去, 相对就比较安全, 即使造成了地质损害, 损失也比较小, 对整体地貌的影响较小。

2.4 地下水压力造成边坡滑坡, 使生态环境遭到破坏

降雨一旦排水不畅就会造成地下水位猛涨, 最直接的地质灾害事故就是滑坡。大型的滑坡不仅损坏公路, 堵塞河道, 毁灭房屋和村庄, 而且还会在一定范围内造成人畜伤亡, 甚至会造成整个地质地貌的改变和对气候的影响。

降雨对滑坡变形有加剧作用, 降水入侵后滑坡变形严重, 同时在滑坡的后缘会形成裂缝, 裂缝在应力作用下逐渐扩张贯通, 小的裂缝会造成民房墙壁和地板明显开裂, 不能住人, 大的裂缝会形成较大的地质灾害。如果滑坡所在地有化工生产或核工业生产原料, 一旦泄露还会造成生态污染和核污染, 对自然环境和人文环境的损害十分巨大。 (此处的人文环境, 仅仅指历史文物保护地。)

3 意见和建议

3.1 采用正确的方式确定地下水的基本状态

过去想通过分析和计算, 确定地下水的基本状态是比较困难的, 现场实际测量比较可靠, 但是, 人力成本比较高, 而且有一定的风险, 数据采集比较困难。现在使用模型试验和计算机识别技术, 对于复杂的情况准确性很低, 也不能大面积的运用。因此, 在确定边坡情况的时候, 应该综合运用两种技术方式来确定地下水的基本状态。

3.2 对重点区域进行筛查和跟踪

对于滑坡的重点区域要采取综合治理的方式, 平时就应该重点积累资料, 必要的时候建立观测站来进行测量, 一旦发现有危险的信号就要确定危险的程度, 保证范围内的人员和生产资料的安全, 同时确定人员和生产资料的转移方案, 以及必要时应采取的措施。

3.3 地下水与边坡之间存在一种潜在的资源

在我们传统的方式中, 一般都会认为地下水和边坡之间存在着一种灾害的关系, 这是一种“堵”和“防”之间的关系, 但是实际上这是一种潜在的资源, 现在我们国家对此的研发还比较落后, 很少针对其资源性的方面进行课题立项和研发, 这在以后的工作中要多加关注。

参考文献

区域地下水污染风险评价方法分析 篇8

关键词：地下水,污染问题,评价方法

引言

地下水是当前各区域用水的主要来源, 其优势在于水质优秀, 供应量充足, 对于工业、农业和日常生活均具有明显的影响。近几年我国地下水开采量已经翻了一倍, 同时工业和农业用水也越来越趋向于地下水, 这不仅使地下水的高效开采技术得到了充分的发展, 同时也提升了其污染几率, 给环境保护工作造成了障碍。

1 区域地下水环境污染现状

地下水是水循环的重要组成部分, 也是我国城市供水的重要饮用水源之一。而地下水的形成与地质构造、岩性、地形地貌、气象、水文等因素有着不可分割的关系, 研究区不同区域地下水空间分布、补径排特征、运移、动态特征以及水化学性质差异较大。随着地下水资源的日益开发, 其污染日益严峻。如遭到农业面源和城市雨污水径流的污染;城市化和工业化产生的污水和固体垃圾的直接排放污染;采矿和废气矿坑污染;超量开采地下水引发的咸水入侵和自然有害物质的溶解导致地下水水质恶化等。据对我国195个城市检测结果表明, 97%的城市地下水受到不同程度污染, 其中40%污染不断加剧。由于地下水交替程度较弱, 自净能力较低, 对其污染风险评价就显得尤其重要。

2 区域地下水污染风险评价内容

目前我国正在进一步推进国内区域地下水污染的风险评价工作, 该项工作具体包含了四个内容, 分别是地下水的本质脆弱性评价、特殊脆弱性评价、污染物种、地下水价值。其中的本质脆弱性指的就是地下水环境在应对外界因素干扰时的抗性, 也可以称为“适应能力”。该能力的影响因素有很多, 例如地下水位、水体传导能力、低下渗流的介质等, 其在评价时可用公式:Vi=DwDr+RwRr+AwAr+SwSr+TwTr+IwIr+CwCr来表示, 公式当中的w代表影响因素权重;r代表影响因素评级;D为深度;R为净补给量;A为介质;S为土壤种类;T为地下水道坡度;I为包气带;C为水的传导系数[1]。特殊脆弱性指的是当人类活动参与到地下水污染时, 地下水对综合因素的抵抗能力, 这其中的人为因素具有可控性。污染物种类的评价指的是对地下水的污染源进行定性分析, 可分为自然、农业、工业、城市等七种不同的主要污染源, 并根据既往研究数据对其污染等级进行评估, 也可以直接以污染物对地下水自净能力产生的负荷为标准进行分级, 并且我国在2011年时正式颁布了污染物种类分级标准, 为水污染评价提供了统一的法律基础。其中高锰酸钾指数应低于2.0mg/L;氨氮指数在0.02~0.1mg/L之间;汞元素含量低于0.001mg/L;铅含量低于0.01mg/L;氰化物低于0.05mg/L;六价铬含量低于0.05mg/L。地下水的价值评价主要是指其脆弱性和灾害性的关联度, 该评价内容不仅对区域内地下水污染发生几率进行研究, 而且还能够预估因地下水污染而导致的经济损失情况, 使得水污染风险评价工作更加系统化和具体化。

3 区域地下水污染风险评价的具体方法

3.1 指数叠加算法

指数叠加评价算法是应用时间较早的水污染评价方式, 其在使用前需要先建立准确的指标数据群, 然后根据各指标的权重或等级核算风险数据, 最终通过对风险数据的进一步评估, 从而确定水污染风险的等级。在实际应用的过程中该评价方式的主要指标包括地下水的本质脆弱性、污染物种类、外界影响度等, 利用加权叠加的方式进行评估, 所得的结果再与该区域内的地下水功能价值进行加权叠加, 从而进一步确定风险指数。目前国内使用这种评价方式时需要借助Arc GIS软件, 这一评价方法的优势在于对操作技术要求较低, 而且所需要的指标均为直接指标, 容易获得, 也使得地下水污染风险的整体评价工作的成本偏低。但需要注意的是, 由于这种评价方式的基础是线性曲线, 因此不论数据采集如何准确、等级评价如何精准, 所获得的评价等级数据均偏向于主观性, 在评价时虽然借助了污染物种类的指标, 但是未考虑污染物随地下水环境变迁或自净的具体情况, 仅适用于综合性的风险评价, 而不适合针对特定污染点进行评价[2]。

3.2 污染物模拟评价方式

污染物模拟评价方式是基于物理、化学以及生物学的知识, 对污染物的实际变迁情况进行研究, 从而弥补指数叠加评价方式的缺陷。该评价方法主要是先对区域地下水的风险表征进行假设, 并以模拟的方式反推风险的发生几率。其模拟的过程就是污染物在地下水环境当中随水流移动、深入下层水的整个过程, 可以有效地评估随着时间的推移污染物对地下水体的影响情况, 最终利用污染物变化时的污染浓度、分布区域等指标进行加权叠加评价, 获得更加准确的地下水污染风险等级。

这种方法的优势在于能够对地下水的污染情况进行定量的分析, 同时还可以分析出污染物对水体产生的毒性影响, 对周围其他环境因素构成的影响。该方式的有点在于利用科学严谨的仿真模型作为评价依据, 通过数学公式对风险指标进行计算, 使得整个评价过程均处于定量分析状态下。国际上通常采用Modflow作为模拟软件, 虽然之后又出现了其它的软件, 但这一软件的应用范围最广, 我国也在尝试将其应用于国内地下水污染评估工作当中。但这种评价方法对操作技术要求较高, 非专业人员难以开展工作。

3.3 不确定评价方法

从本质上来说, 地下水污染的风险评价就是对不确定因素的评价, 一旦这些不确定的因素均不出现, 则说明不会发生任何风险。因此, 在污染风险评价过程中需要对这些不确定的因素进行定性、定量的综合分析, 并依据其表现的风险情况设定等级。从地下水自身的性质角度来看, 其属于一种完全开放的自然环境, 并且状态也在随时变化, 这就反映了地下水本身的不确定性。我国研究者认为可以将地下水的不确定性分为三个部分, 分别是指标、模型以及资料的不确定, 可以依据这些不确定数据进行评估。

在实际风险评价时可以选择随机模型评价, 同样需要对地下水环境进行模拟, 然后根据模型当中的各种变量确定评价时的参数, 在此过程中参数的确定可以借助高斯随机模型来完成, 如随机因素的种类较多, 还可以采用贝叶斯定律对随机模型进行推导。风险评价时还需要将随机模型与普通模型数据进行对比, 从而确定随机模型的优势收敛速度[3]。同时, 也可以利用计算机软件当中的模糊分析技术, 将地下水模型先进行模糊化处理, 然后对其中的规律性进行逐步研究, 从而确定整体随机性的变化情况, 我国该种方法多采用多属性决策分析模型。

4 结语

区域内地下水污染问题十分严重, 其不仅影响着自然环境, 同时对人体的健康也会构成明显的影响。在对地下水污染风险进行评价时, 主要包括本质脆弱性、特殊脆弱性、污染物种类、地下水价值等多个因素。在评价时可采取指数叠加、污染物模拟以及随机变量等多种方式进行分析。

参考文献

[1]滕彦国, 左锐, 苏小四, 等.区域地下水环境风险评价技术方法[J].环境科学研究, 2014, 27 (12) :1532~1539.

[2]方良, 周书葵, 刘迎九, 等.铀尾矿库地下水污染风险评价方法研究[J].环境工程, 2016, 34 (01) :100~102.

地下水除铁除锰技术分析 篇9

铁和锰都是人体的必须的微量元素, 水中含有微量的铁和锰一般认为对人体无害。我国饮用水标准GB5749-85规定, 生活饮用水中铁的含量不得超过0.30mg/L, 锰的含量不得超过0.10 mg/L[1]。水中的含铁量大于0.30mg/L时水就变浑, 超过1mg/L时, 水具有铁腥味。人体吸入过多的锰会带来某些器官的病变。铁锰含量超标会在供水管道壁上积累铁锰沉淀物而降低输水能力, 沉淀物剥落下来时会发生水质在短时间变“黑水”或“红水”的现象。

1 地下水除铁除锰主要机理

地下水中碳酸溶解岩层中的二价铁锰氧化物, 使铁锰分别以Fe2+, Mn2+的形式析出, 此外还有一些高价铁锰的氧化物 (如Fe2O3, MnO2等) , 在地下水所处地层缺氧的还原环境中, 能被地下水中硫化氢等还原为Fe2+, Mn2+的形式。

铁、锰均是过渡性金属元素, 其标准氧化还原, 电位分别为Ψ° (Fe3+/Fe2+) =0.771V及Ψ0 (MnO2/Mn2+) =1.231V[2], 锰的氧化还原电位高于铁, Mn2+比Fe2+难以氧化。地下水中Fe2+, Mn2+与空气中的氧接触后发生如下反应:

Fe2+氧化为Fe3+, 并以Fe (OH) 3的形式析出, 再通过沉淀、过滤就能去除, 而去除水中的锰就困难得多。在溶解氧充足的条件下, 水的pH对铁锰的氧化速率的影响起决定性作用。地下水或经曝气后pH范围一般为6.0~7.5, 应用研究结果表明, Fe2+在这一pH范围内自然氧化速度已较快;Mn2+则需将pH提高到9.5以上时自然氧化速度才明显加快, 在实际应用中甚至通过强曝气设施, 尽最大可能地散除地下水中CO2来提高pH也不能达到这一条件, 同时因Mn2+比Fe2+难以氧化, 对于铁锰共存地下水 (尤其铁含量较高时) , 锰的去除极有可能受到铁快速氧化的干扰, 进一步增加了除锰难度。

20世纪60年代, 李圭白提出了接触氧化法, 根据“活性滤膜”自催化理论, 使曝气后水直接通入滤池, 随着运行时间的增加, 滤料上逐步包裹了对Fe2+、Mn2+氧化有自催化作用的铁质和锰质活性滤膜, 成分为Fe (OH) 3及MnO2, 铁质滤膜和铁泥都是由微小的球状三价铁的氢氧化物组成[1,3]。它的扩散系数 (E) 很大, 与滤料颗粒表面的粘附力远远大于自然氧化法中的絮状铁质悬浮物。滤料表面锰质活性滤膜的除锰过程, 首先是水中二价锰被滤膜吸附, 然后再被溶解氧氧化。一般吸附过程十分迅速, 而氧化过程则比较缓慢, 所以氧化就成为反应的控制步骤。被滤膜吸附的二价锰氧化水解后, 又生成新的活性滤膜物质参加反应, 所以锰质活性滤膜的除锰过程, 也是一个不断更新的催化反应过程。

2 地下水除铁除锰技术

2.1 自然氧化法除铁除锰

建国初期, 国内地下水除铁大多采用的自然氧化除铁工艺, 包括曝气、氧化反应、沉淀、过滤等一系列复杂的流程。曝气是先使含铁地下水与空气充分接触, 让空气中的氧气溶解于水中, 同时大量地散除地下水中的CO2, 以提高pH值。Fe2+氧化为Fe3+并以Fe (OH) 3形式析出, 再通过沉淀, 过滤得以去除。Mn2+则需将pH值提高到9.5以上时自然氧化速度才明显加快, 在实际应用中甚至通过强曝气设施, 尽最大可能地散除地下水中的CO2, 来提高pH值也不能达到这一条件。有时为了提高pH值, 需向地下水中投加碱 (如石灰) , 使工艺流程更复杂, 处理后水的pH值太高, 需酸化后才能正常使用, 进一步增强了管理难度及运行费用。自然氧化法除铁、锰反应过程中, 氧化和沉淀两过程要求水在反应沉淀池中停留相当长的时间。该工艺系统复杂, 设备庞大, 投资多, 且除铁、锰效果不甚理想。

2.2 接触氧化法除铁除锰

含铁锰地下水曝气后经滤池过滤, 能使高价铁、锰的氢氧化物逐渐附着在滤料的表面上, 形成铁质、锰质滤膜, 使滤料成为黑色或暗色的“熟砂”。这种自然形成的熟砂的接触氧化作用, 能大大加快氧化速度。这种在熟砂接触催化作用下进行的氧化除铁除锰过程, 称为曝气接触氧化法。

接触氧化法是李圭白等于20世纪60年代研制开发的技术[3], 含Fe2+、Mn2+地下水曝气后进入滤层中, 能使高价铁、锰的氢氧化物逐渐被附着在滤料表面, 形成铁质、锰质滤膜, 这种自然形成的活性滤膜具有接触催化作用, 在pH值中性范围内, Fe2+、Mn2+就能被滤膜吸附, 然后再被溶解氧化, 又生成新的活性滤膜物质参与反应。由于活性滤膜的自催化作用, 不仅解决了自然氧化法流程复杂的问题, 而且在pH>7.5的条件下实现了除锰, 有效降低了除锰pH的下限要求, 降低了除锰难度;同时, 接触氧化法省去了反应、沉淀环节, 大幅度降低了工程投资及运行费用, 是地下水除铁除锰技术的重大突破。接触氧化法中铁质活性滤膜对容易氧化的铁的祛除非常有效, 但在除锰方面则发现一些新问题。一方面, 地下水一般为铁锰共存, 为排除铁快速氧化对锰氧化的干扰, 接触氧化法采用一级曝气、过滤除铁, 二级曝气、过滤除锰的分级去除方法, 工艺流程仍然比较复杂, 运行费用也偏高;另一方面, 锰难以氧化, 在滤层中不能快速氧化为MnO2而成为附着于滤料上的锰质活性滤膜, 除锰能力形成周期较长, 而且由于经常性反冲洗等外界因素的干扰, 有效的锰质活性滤膜很难形成并保持稳定。

Wilsonl980年指出载体的表面性能对氧化Mn2+有重要影响, 并且发现有机物对Mn2+存在络合作用。对除锰的反应速度产生了阻滞作用。所以当地下水中有机物含量过高时, 稳定的锰的络合物吸附在滤料的表面会造成接触氧化过程的受阻。而且滤料表面形成活性滤膜是一个比较缓慢的过程。在过滤终期时, 要控制好反冲洗强度, 强度过大时, 很容易将滤料表面的滤膜冲洗掉, 这样势必造成过滤初期水质超标的现象。

2.3 生物氧化除铁除锰

针对常规技术难以彻底解决地下水除锰的状况, 张杰等于20世纪90年代在我国率先开展了地下水生物法除锰新技术的理论及应用研究。并通过大量的微生物学试验, 证明了滤池中铁细菌的高效生物除锰作用。生物滤池是利用铁细菌的吸附、催化氧化作用去除铁、锰。对Mn2+具有催化氧化活性的细菌 (有人称其为铁细菌) 广泛存在于自然界中, 生物圈中有锰存在的地方就有这类细菌存在, 目前已发现这类细菌有18个属。生物滤层中铁细菌对铁的生物氧化作用是客观存在的, 但铁的氧化仍主要是化学氧化作用, 自然氧化法与接触氧化法能够除铁充分证实了这一点;锰的氧化则主要是铁细菌的生物氧化作用, 但前提条件是必须有Fe2+的存在, Fe2+可能是铁细菌锰氧化酶的激活剂。

结束语

生物法在工程投资及运行费用要比前两种工艺低, 因为铁细菌具有一种特殊的生物酸, 能在水中二价铁被溶解氧氧化的反应中起催化作用, 二价铁被氧化后再经过滤层时被截留而去除。在生物滤池中, 微生物在低含铁量和低溶解氧含量的情况下, 在处理过程中起很大的作用;但在高含铁量的地下水中, 生物作用对于铁的去除几乎没有影响。原水经过滤池时, 微生物利用水中的溶解氧氧化锰获得能量, 不断繁殖并附着于滤料表面, 同时二氧化锰也沉积下来, 与微生物一起形成了锰质活性滤膜。在生物滤池中, 曝气后直接过滤流程简单, 构筑物少, 水力停留时间短, 对pH值的要求较宽, 只要大于6.0即可有良好效果。所以该方法是目前该领域的最新发展方向。

参考文献

[1]严煦世, 范瑾初等.给水工程[M].北京:中国建筑工业出版社, 2003.

[2]天津大学无机化学教研室.无机化学 (第二版) .

地下水环境影响评价的要点分析 篇10

1 地下水环境影响评价的目的

地下水环境影响评价是属于环境管理范畴, 它的根本任务是认清人们对地下水环境影响的看法得出一些结论。它的主要目的是保护地下水, 虚拟开发建设项目对地下水造成的影响, 从而选择合理的方法减少不必要的影响, 已达到保护水资源的目的。

2 人类活动对地下水的影响

水是人类赖以生存的必须品, 人类在开发建设的同时务必要对水资源起到保护, 否则一旦失去纯净水, 人类将难以继续存在。人类在建设开发的过程中到底哪些方面造成了对地下水资源的影响, 以下是人类活动对地下水影响的几大点。

2.1 工业生产对地下水的影响

工业生产需要大量的水资源, 而且还排除大量的工业废水, 直接或间接地对水资源造成污染。工业废气中含有大量的二氧化碳, 致使酸雨的形成, 酸雨再降到地表导致土壤酸化, 进而也导致了地下水资源的酸化, 而且酸雨中还含有金属矿物质, 这会使地下水中加入了矿金属, 造成地下水污染。

2.2 农业生产对地下水的影响

在种植农作物的过程中, 为了提高农产品收成, 赚取更多的效益, 农药和化肥被大量使用, 虽然这样做会增产增收, 但也给土地和地下水带来不少影响。目前, 农业生产中使用的化肥以氮肥和磷肥为主, 不过磷肥中的磷酸盐可以被土壤吸附, 只有少部分被溶解, 因此氮肥成了污染地下水资源的主要原因。氮肥经过一些列的变化最终渗入地下水, 从而增加了水中的氮浓度, 恶化水质。

除了化肥的因素, 农药的影响也丝毫不差, 而且它的危害性更为严重。农药中含有大量的化学物质, 经过喷射器喷洒在农作物上后, 一部分被作物吸收, 一部分随降雨进入土壤里, 而且它停留的时间越久对土壤和地下水的危害就越大, 尤其是某些农药中含有特殊的化学药剂, 其特性可以长时间留在土壤里, 时刻影响着地下水。

农业生产中除了化肥和农药的使用影响地下水外, 还有一种因素对地下水的影响也很大, 那就是农业灌溉。农作物的生长除了所需的肥力养料外还有更重要的一点就是水。水的多少直接影响农作物的长势, 如果水资源充足, 那么农作物就会长势快, 反之亦然, 这样就会造成大量灌溉的出现。合理的灌溉方式对农作物的作用很好, 也不会产生负面影响, 但过分的不合理灌溉就会给地下水和环境造成巨大影响。首先, 灌溉吸取大量的地下水, 直接导致地下水减少, 这样造成的危害是导致地质塌陷, 甚至会出现海水倒灌的局面, 其次, 用地表水进行灌溉, 这种灌溉下, 会直接导致地下水位的抬升, 甚至会有次生盐渍化的情况出现。最后一种灌溉方式是用污水灌溉, 这种灌溉危害最大, 本身灌溉水就不干净, 一旦使用这种水灌溉, 危害的不仅仅是地下水, 农作物也会造成危害, 导致农作物中金属元素升高, 甚至直接致使农作物的死亡。

2.3 过度砍伐, 开更荒地地下水的影响

森林属于大自然调节天气最为重要的一环, 它有调节气候, 净化空气, 固土涵水的功能, 也影响着降雨情况, 一旦森林减少, 就会促使环境发生巨大变化。事实上, 人类目前已经过度砍伐森林, 开辟着更多的荒地, 这种情况直接削弱了水土保持, 造成水土流失, 甚至是引发水资源短缺。

2.4 其他情况对地下水的影响

这里指的是包含施工调水, 水库大坝的建设以及矿山开采对地下水的影响。如, 施工调水, 致使当地地下水下降, 水库则是改变地下水与地表水动力联系, 矿山开采则是改变地表形态, 使地下水资源的流通途径发生改变, 甚至受到矿物质的污染。

3 地下水的防治措施

3.1 源头控制方法

从根本上解决对地下水的污染。具体操作如, 减少废弃物的排放, 如工厂的工业废水, 要求必须按照一定的标准排除。或者加强管理, 禁止废水废气的随意排放, 对工厂和生活用水进行监督, 方式污染水质的废水渗入地下。还可以提高科学技术手段, 通过科学的方式, 减少或者消除一些列废水废气废物的出现。

3.2 实现科学灌溉, 改进农药化肥

传统的农药化肥中含有大量的化学元素, 有些可以被植物吸收分解, 有些却残留土壤中, 通过对变农药化肥的改进, 使其既不会失去原来的功效又能够保护水资源。再者, 在农业生产中推行科学灌溉方法, 加强人们的科学理念, 防止对地下水直接污染的情况出现。

3.3 保护自然, 禁止乱砍乱伐

保护森林, 确保森林覆盖率, 这样会防止水土流失的出现, 能够留住水资源, 保证了水资源的源泉。

4 结语

本文通过研究地下水的问题, 发现人类的许多情况对地下水都有着或多或少的影响, 为了保护地下水资源, 我们必须重视起来, 降低人类活动对地下水的影响, 确保我们未来的发展有着丰厚的水资源, 为我们提高源源不断的动力。

摘要：地下水资源是人类不可或缺是资源, 然而人类在生产生活中, 排入大量的污水, 导致地下水受到污染, 本文通过研究地下水的环境, 从而得出污染地下水的因素, 解决地下水当前面临的难关成了不能忽视的问题。

关键词：地下水,环境影响,评价

参考文献

[1]朱学愚, 钱孝星.地下水环境影响评价的工作要点[J].水资源保护, 1998, 04:48-53.

[2]魏华, 彭博.地下水环境影响评价的必要性浅析[J].河南水利与南水北调, 2013, 03:60-61.

地下水分析 篇11

关键词：煤田；地下水；保护与开采

1 概述

该煤田位于鄂尔多斯盆地的东南部，在现在已经探明的煤炭资源储量当中，该区内的侏罗纪煤田是我们国家最大的煤田之一，陕北侏罗纪煤田的储量大约占我国煤总量的百分之十四。这个地区更以优越的开采技术条件、简单的地质构造、优良的煤质、丰富的储量非常受到人们的关注。按照国家的规划，21世纪这里会是煤炭工业首选的西移基地，将对国民经济有着很重要的意义。考虑到环境保护的问题，限制了这个地方的地下水开采，已经禁止工厂使用地下水资源。然而，开采这个地方的煤炭，这个地方的地下水严重地影响了矿工的生命安全，在采煤之前，必须把煤矿上面的水资源排除干净。这一点与保护地下水政策正好相反，并且面临着水资源的严重浪费。所以我们要研究措施，找到两全其美的办法，既不破坏水资源又能开采煤炭，从而带来经济效益。

2 煤炭开采对地下水的影响

一般情况下，隔水层存在于上覆的松散岩类含水层与煤系地层的含水层之间，这两个水层之间并没有什么关系。但是当开采煤矿时，地面下就会形成很多的巷道和巷井，它们纵横交错着成为“冒裂带”，外层地面也会出现裂隙或者塌陷区，这样含水层结构也会跟着发生变化。松散层潜水就是因为水平排泄或者径流转变成以垂向的渗漏为主。

2.1 采煤对地下水的影响 由于本地区的地质条件和煤层特征，在开采煤炭时会产生冒落带或者裂缝带，然后会发展引发到第四系的萨拉乌苏组含水层底部，影响地表，疏干到第四系的地下水。如果开采就可能导致大幅度降低地下水位，就需要外围的缓冲，采取措施，达到既保水又采煤的完美结果。榆神矿区的西部区将是安全的开采区，采煤的同时不会损坏地下水层。

最早的采煤矿井是大柳塔煤矿，它的开采就会影响到地下水。这个矿井内有一条完整的河泉，煤层是藏在泉域的下部，煤层的厚度约为6～7m，深度为80～90m，可以开采的厚度是4m。以当時的科技，想要开采它又不会触到水资源是很艰难的，如果没有好的措施不但会影响开采的数量和质量，还会威胁到煤矿工人的生命安全。从1995年7月开始开采，一年后开采结束。那时在开采前对整个地下水位作了大量的研究，制定并采取了很多措施，利用了疏降水钻孔的方法保护了地下水层，完成了煤炭开采工作。

2.2 影响程度研究 本次工作在充分研究榆神矿区萨拉乌苏组含水层水文地质特征、底部隔水层厚度、分布稳定性及隔水性能、煤层上覆基岩及基岩风化带的工程地质特征、煤层赋存特征的基础上，想要更好地保护水资源不受到任何破坏，同时还能最大限度的开采更多的煤矿资源，从这种角度上看，陕北地区的煤炭开采及其对地下水的影响程度可以划分为3个区，即采煤保水区（Ⅰ）、采煤失水区（Ⅱ）、采煤无水区（Ⅲ），分区情况如图1所示。

图1 保水采煤区

采煤保水区（Ⅰ）：该类型区主要由沙层-土层-风化带-基岩组合而成，沙层为主要含水层，一般厚度20～40m，其下为隔水层（土层、基岩风化带），一般厚度60～80m，分布连续、厚度大，而且上覆基岩厚度普遍大于100m。因此，保水条件良好。该类型区主要分布在2-2煤烧变岩以西地区。

采煤失水区（Ⅱ）：第一种，萨拉乌苏组含水层零星分布，地下水资源贫乏，并且煤层上覆基岩厚度薄，隔水层分布不连续，如果留设防水煤柱，必然使大量煤层不能开采。因此，没有必要舍弃大量煤炭而保护少量地下水。

无水采煤区（Ⅲ）：煤层覆岩结构类型为土层-基岩或基岩直接出露的类型，无萨拉乌苏组含水层分布，采煤时不受含水层影响，主要分布在研究区外的秃尾河以东、神北矿区拧条塔井田等地区。

3 陕北侏罗纪煤田地下水保护与开采利用对策

3.1 矿区地下水保护对策

3.1.1 随着对地下水资源不断地增加，影响也变得越来越大，为此可以在影响强烈的地区建立一些煤水共采区，还可以建设水源地，可以大力地开采地下水资源，然而，增大开采水资源的同时，还可以对生态植被进行一系列的补偿，制定一些有效的修复方案，可以利用开采出来的地下水以及补偿的费用对植被进行合理的修复，并且可以利用一系列的人工干预措施对生态植被进行保护，这样就可以很好地避免生态环境发生急剧地恶化。

3.1.2 在水资源需求量非常小的阶段里，可以先釆对地下水影响比较小的，并且植被和地下水没有什么关系的煤矿资源，对于地下水对侏罗纪煤田资源影响非常大的地区，应该限制开采，而对于影响非常大的地区应该实施煤与水共采方案，并且在影响非常大的地方区建设一些水源地，这样就可以很好的对植被生态进行补偿以及修复。

3.2 矿区地下水保护性开采利用方案

3.2.1 保护性开采利用的目标。煤矿的地下水保护性的开采利用主要的目标就是应该建立既有城镇及工业区集中供水，还可以保障采煤安全的综合性的水源工程。

3.2.2 开采模式。结合陕北侏罗纪的水文地质资料，煤田的地下水开采应该适当地进行运用超量的疏干以及适量截流相互结合的开采模式。因为疏干开采地下水，可以形成以采煤工作面为重点的地下水位降落的漏斗，并且在一定的范围里可以适当地对地下水的运动特征以及天然流场进行改变。其中指导思想就是在直接影响的地区按照采煤安全的要求疏干进而抽取煤田地下水，而在间接影响的地区通过截流的方式对开采井田的侧向流入量进行适当的减少。所以，间接影响的地区应该从动态的角度进行考虑，可以把直接影响的地区当中的近几年采煤影响不到的地区也分到间接影响区域里面。

这个工程可以设计为由很多个水源地组成，并且以侏罗纪煤田地下水系统为单元进行适当地规划建设，这样就可以很好地对每个井田一一实施部署进行避免。结合我国“五年”的每一类规划以及采煤的进度，水源地的服务年限不得小于二十年。而水源地的开采井布置以及集中取水的地区应该设置一系列的设施，这样就可以避免煤矿发生塌陷事故，确保了采煤系统的安全性，而开采井应该设计一个大口径管井。对于疏干开采必须设置在直接影响的地区，而开采井必须保持集中，一定要恰当地远离煤炭开采的地区，开采井之间的距离以及数量必须结合采煤的进度以及地下水富水性的强弱等一系列的因素进行确定。对于截流开采井，必须垂直于地下的水流向，要适当合理地进行开采，一定要控制在勘查评价的可采的范围里。在开采的过程当中，截流开采必须随着采煤推进向着疏干开采进行转化，开采量也必须随着数量的增多而加大。

3.3 制定区域地下水资源开发一煤炭开采规划。为了减少资源浪费，保护水资源与生态环境，我们需要建立区域性地下水资源以及煤炭资源管理的机构，必须结合陕北侏罗纪煤田地区的环境条件、地下水资源以及煤炭资源的赋存情况等一系列的因素进行合理地规划，一定要考虑到每个矿区不同的水文地质条件，适当地把陕北侏罗纪煤田资源开采以及地下水资源的开发恰当地结合起来。现在煤矿的采煤规划，对地质条件、地下水资源考虑的太少，对地下的含煤情况考虑的太多。因此，必须结合陕北侏罗纪煤田的环境地质条件、工程地质以及水文地质条件，选择科学的方法，制定出来合理的开发规划，这就是陕北侏罗纪煤田开发的必经之路。

风沙滩地区河流是全排型河流，为了可以实现地下水资源合理利用，并与生态环境以及社会经济协调发展，采取下面对策措施： ①必须以流域为单元进行合理的开发；②应该因地制宜，制定合理的地下水开发模式；③必须建立健全合理水资源管理体系，强化水资源管理工作。

4 结束语

综上所述，该地区的地下水开采过程当中，涉及了很多的复杂问题，结合陕北侏罗纪煤田的水文地质条件以及一些政策，更好地利用煤田地下水，解决水资源的短缺，满足该地区社会经济发展的水资源需求，无疑是有效保护环境以及陕北地区水资源的最佳选择，对陕北侏罗纪煤田地下水保护以及开采进行分析显得十分必要和紧迫。

参考文献：

[1]李莹.陕北煤炭分布区地下水资源与煤炭引起的水文生态效应[J].西安科技大学学报，2013（05）：41-43.

[2]赵艳红.陕西主要煤矿区地下水保护目标赋存特征及其保护利用对策[J].采矿技术，2011（09）：81-83.

[3]白喜庆，孙立新.榆神府矿区煤炭开发对地下水的影响及生态环境负相应[J].地球学报，2012（23）：54-58.

[4]张博伟.陕北煤矿开采的水文效应及矿井水合理利用研究[J].中国煤田地质，2012（04）：41-43.

吐鲁番地区地下水资源状况分析 篇12

1概况

1.1地理概况

吐鲁番盆地位于新疆维吾尔自治区中部偏东地区,属于天山南麓的一个山间盆地,素有“火洲”之称。吐鲁番地区东临哈密,西、南与巴音郭楞蒙古自治州的和静、和硕、尉犁、若羌县毗连,北隔天山与乌鲁木齐市及昌吉回族自治州的奇台、吉木萨尔、木垒县相接,是中国内地连接中国新疆、中亚地区及南北疆的交通枢纽。吐鲁番盆地形如橄榄状山间盆地,其四面环山, 为封闭式盆地。盆地北部天山博格达峰为最高海拔5 445m, 中部艾丁湖是吐鲁番盆地的最低点,海拔为-154 m。地理位置为87°41′E~91°54′E,41°12′N~43°37′N。南北长约240 km,东西宽约300km,总面积为70 188km2,占全疆总面积的4.4%[1]。吐鲁番北部山区是水资源的形成区。盆地以天山山脊为南北坡分水岭,地势由北向南倾斜。吐鲁番盆地以艾丁湖为中心,呈环状分布的地形,盆地长期以来,接受四周风化剥蚀,由流水搬运沉积,在山前形成倾斜平原和细土砾质冲积平原,组成盆地最具生命力的绿洲平原带。

1.2气候

吐鲁番盆地属于典型的大陆性暖温带荒漠气候,日照充足,热量丰富但又极端干燥,降雨稀少且大风频繁,故有 “火洲”、“风库”之称。这里全年日照时数为3 000~3 200h左右, 太阳年辐射量139.5~150.4千卡/cm2,全年平均气温13.9 ℃,高于35℃的炎热日在100d以上。夏季极端高气温为49.6 ℃,地表温度多在70 ℃以上,有过82.3 ℃的纪录。当地素有 “沙窝里烤熟鸡蛋”、“石头上烤熟面饼”之说。冬季极端最低气温-28.7 ℃;日温差和年温差均大,全年10 ℃ 以上有效积温5 300 ℃以上,无霜期长期达210d左右。由于气候炎热干燥, 干旱少雨,年平均降水量仅有16.4mm,而蒸发量则高达1 711 mm以上,干旱指数104,属极端干旱区[2]。

1.3社会经济

吐鲁番地区辖吐鲁番市、鄯善县和托克逊县,共有11个镇、15个乡。根据第六次全国人口普查统计,吐鲁番地区总人口约622 903人,同第五次全国人口普查2000年11月1日零时的550 731人相比,10年共增加72 172人,增长13.10%。 年平均增长率为1.24%。全地区人口中,汉族人口155 863人,占总人口的25.02%,各少数民族人口467 040人,占总人口的74.98%。与2000年第5次全国人口普查相比,汉族人口增加27 550人;各少数民族人口增加了44 622人。农业人口占62.1%,非农业人口占37.9%。吐鲁番是资源型地区之一, 全地区发展主要依托丰富的矿产资源,形成特有的工业体系[1]。 2010年吐鲁番市地表水资源量3.253 2亿m3,地下水资源量2.174 3亿m3,可供利用的水资源总量为3.866 1亿m3,其中地下水可采量为1.278 9亿m3。全市水资源人均占有量1 401m3(新疆为3 970 m3,全国为2 600 m3),仅为全国人均水平的53.91%,水资源相对较少,是我国西北地区严重缺水的城市[3]。

2地下水资源概况

吐鲁番地区南、北盆地主要接受山前地下水侧渗、河道渗漏、渠系及农田灌溉产生的渗漏。地下水排泄主要有人工排泄和天然排泄,根据调查和统计资料看,人工排泄在项目区占主导地位,主要有机井开采、坎儿井和少量的截潜流。天然排泄主要有泉水出露、潜水蒸发和侧向排出。吐鲁番地区境内吐鲁番市地下水研究程度相对较高。有多家科研院所对平原区地下水资源进行了分析评价,为吐鲁番市的地下水开发利用起到了一定的指导作用。2000年吐鲁番市平原区地下水资源量评价为3.270 9~3.154亿m3。据2006年《新疆吐鲁番市地下水超采区划定报告》,2000年吐鲁番市地下水可开采量2.523 2亿m3,其中坎儿井现状出水量0.578 5亿m3,平原泉水现状排泄量0.480 6亿m3,机电井可开采量0.788 9亿m3。 根据2005年版《新疆地下水资源》,2000年鄯善县平原区地下水资源量为1.801亿m3。托克逊县地下水资源年均量为0.655亿m3,占水资源总量的27.5%。

2.1水资源利用总量

汇总吐鲁番地区地表水、地下水开采量、坎儿井及泉水利用量可以得出(表1),吐鲁番市用水总量为40 395万m3。其中,地下水源已占用水总量的58%,农业用水占各业水比重达95%。吐鲁番市现状农业灌溉面积4.4万hm2,其中常规灌溉面积3.64万hm2,滴灌面积0.41万hm2,管道灌溉面积0.34万hm2,现状年渠系水水利用系数为0.65。鄯善县用水总量为49 905万m3。其中,地下水源已占用水总量的78.6%,地表水源占总用水量的21.4%。农业用水占各业水比重达94.7%。 鄯善县现状农业灌溉面积4.37万hm2,主要分布在二塘沟河区、柯柯亚河区和坎儿其河区。鄯善县农业用水量为47 249万m3。托克逊县水资源主要由阿拉沟、鱼尔沟两条河沟年径流量和地下水资源量组成,水资源总量为2 385万m3,地表水资源总量为1 730万m3,占水资源总量的72.5%,地下水资源量为655万m3,占水资源总量的27.5%;因此加大节水力度,提高水资源利用率是吐鲁番地区经济可持续发展的保证,从现状农业状况看,吐鲁番地区还有一定的节水潜力。

注:利用水源中,地下水源为井水及泉水、坎儿井水利用量;吐鲁番市大河沿河区地表利用水源含大草湖利用泉水。

2.2地下水资源补给量

根据2005年版《新疆地下水资源》得表2,山前侧渗、平原区河道渗漏、农田灌溉(含井灌回归)是吐鲁番地区地下水的主要补给项。其补给方式如图1所示。

万m3

2.3泉水

2.3.1泉水成因及分布

泉水是地下水涌出地表的天然水流。吐鲁番地区泉水是来自山区地表水转化为盆地地下水后,在地势因素影响下,沿着北部盆地由北向南流动,被不透水体的火焰山所阻隔,由此沿着火焰山的北缘溢出地表形成泉。吐鲁番地区泉水出露点均在地表径流深等值线50 mm以下区域,可视为平原泉水。 吐鲁番地区泉水主要分布在火焰山的北缘分布(溢泉)。吐鲁番市北盆地地下水接受山区河水“龙口”不断的补给,受地形和构造的控制,由山前向南径流,至火焰山受阻而溢出成泉。在吐鲁番构造缺口,直接以地下水径流的方式侧向流入南盆地。 由于北盆地地形坡度大,含水层以卵砾石为主,地下水径流条件好。南盆地是一个近东、西走向的封闭盆地,地下水从盆地四周向艾丁湖区径流,径流条件受地形、岩性和补给条件控制。 地形坡度从盆地边缘的2% 到中部的1.3%、腹部的小于0.4%。区内地下水大体由北向南流动,并最终流向低洼地艾丁湖。第四系地层颗粒由环盆地边缘的卵砾石、砂砾石为主,向盆地腹部过渡到砂和黏性土层为主。地下水补给条件西部好于北部,北部又好于南部和东部。因此,地下水径流条件自盆地边缘向盆地中心由好变差,且西部径流条件好于北部、北部径流条件又好于东部和南部,对于北部来说,吐鲁番构造缺口带和沟口冲洪扇带又好于扇间凹地带。

2.3.2泉水出流量

据《新疆吐鲁番盆地地下水资源可持续利用研究》报告, 2004年吐鲁番市和鄯善县分别有泉眼18处和45处。据2008年吐鲁番市水文局对区内的泉水实测和统计分析资料,吐鲁番市泉水出流量为1.061亿m3(含大草湖泉水),较2004年减少0.238亿m3。2010年鄯善县泉水出流量为0.686亿m3;较2004年减少0.359亿m3,平均每年减少6.78%。2010年对吐鲁番市(不含大草湖泉水)泉水进行实测,得出年出流量为0.710 8亿m3。

2.4地下水开采利用量

2.4.1井水开发利用量

吐鲁番地区地下水开发利用始于20世纪70年代,从始至今,吐鲁番市和鄯善县已累计凿井4 800多眼,其中鄯善县开凿井为3 000多眼。20世纪八十年代后地下水开发力度逐步增大,2008年吐鲁番市地下水开采量为16 444万m3,鄯善县井水开采量为34 093万m3。吐鲁番市农业地下水占总开采量的94%,生活及工业用水仅占地下水开采量的6%。2009年鄯善县农业地下水占总开采量的93.8%,生活和工业用水分布别仅占地下水开采量的2.5%和3.7%。

2.4.2坎儿井及泉水利用量

据本次调查资料(表3),吐鲁番市坎儿井及泉水现状年出流量分别为5 785和7 108万m3,坎儿井及泉水出流水量主要在灌溉季节3-10月份利用,分别为3 608和3 546万m3,引水比例分别为62%和50%。坎儿井及泉水总利用量为7 154万m3。据2010年吐鲁番水文局实测坎儿井和泉水资料,鄯善县坎儿井及泉水现状年出流量分别为6 958和789万m3。吐鲁番设计院提供的资料鄯善县坎儿井和泉水利用量分别为4 564.6和557.3万m3,引水比例分别为65.6% 和70.6%,坎儿井及泉水总利用量为5 121.9万m3。

根据吐鲁番水文水资源勘测局提供资料反映,从2003年普查和2009年复查坎儿井数量、水量变化来看,在6年中新疆有水坎儿井中报废或干涸的有202条,平均每年干涸或报废34条坎儿井,其中吐鲁番地区干涸167条,平均每年干涸28条。 其中吐鲁番市的恰特喀勒乡、亚尔乡和艾丁湖乡是坎儿井干涸和水量减少明显的乡镇。

吐鲁番地区地下水开发利用已经达到一定程度,在用水水平比较低的历史时期内,地下水没有超采,但是随着当地社会经济的发展,用水量不断增加,用水水平不断提高,使地下水补给量减少,造成地下水位下降、坎儿井和泉水的干涸。

鄯善县在大规模开采地下水的背景下,鄯善县平原泉水排泄量由2004年的1 045万m3,减少到2010年的686万m3,减少359万m3,减少了34.4%。鄯善县泉水出流量呈减小趋势。

据资料,2009年鄯善县有水坎儿井较2003年减少25条, 减少了24.5%,而坎儿井出水量只减少138万m3,仅减少了1.9%,两者统计数字相差较大。对照2003年统计坎儿井数据,出水量较少和极少流量的坎儿井统计数量较多,在区域地下水位大幅下降的背景下,鄯善县出水坎儿井数量减少幅度较大。另一方面,坎儿井是鄯善县利用地下水方式之一,近年在保护坎儿井的政策支持和灌溉生产需求下,对有出水潜力的坎儿井进行了挖掘延伸和修理,出水量有了一定提高。在此条件下,鄯善县坎儿井出水流量逐年减少幅度较小。

3地下水资源开采引起的问题

2013年11月-2014年11月,运用地下水位仪对吐鲁番市的某条坎儿井水位以及库容水位进行检测记录。从图2、图3中可以看出灌溉期内,由于对水资源利用量大,坎儿井库容水位下降,坎儿井水位也下降,非灌溉期内有回升,整体呈下降趋势,而出现的峰值,可能因为传感器掉进水里,数据记录不准确。

随着区内石油化工及工农业经济发展,水资源需求日益增大,地下水开发利用程度大幅提高,由此产生的水资源供需矛盾凸显。20世纪80年代初以来,区内地下水过量开采而引发的环境地质问题也随之凸现,地下水资源匮乏成为目前该区国民经济可持续发展的瓶颈和制约因素。以人工水库代替天然湖泊及地下含水层,长期以来落后的灌溉方式及忽视节水工程等,造成沙漠与灌溉绿洲之间过渡带得不到水源,从而引发了区域地下水水位下降。据新疆地质环境监测院历年监测资料, 2006-2010年吐鲁番监测区地下水水位动态呈现慢速、中速下降趋势,5年来监测区北部地下水水位累积下降2.62m,中部累积下降2.02m,南部累积下降3.98m[3];地下水溢出泉群干涸;下游土壤次生盐渍化等诸多水环境问题。

4水资源开发利用存在的问题与建议

4.1区内用水结构不合理

工农业用水比例不合理,农业用水比例大,占用水总量的94.6%,工业用水以及重复利用水资源低于全国平均水平。但是社会总产值主体为工业,农业产值相对较低。调整产业用水结构是流域经济可持续发展的保证。吐鲁番地区现状农业用水存在可节约空间,水权从农业向工业的转化,不仅符合国家所倡导的“构建节水型社会”的要求,同时也提高水资源利用效率。

4.2区域地下水过度开发已引起局部生态环境退化

吐鲁番地区地下水因过度开采地下水,出现区域地下水降落漏斗,已划定为地下水超采区。存在坎儿井、泉水流量衰减、 土地荒漠化及水质污染等现象。拟通过需水总量控制、供用水结构调整、生态环境保护、水资源合理配置及水权转让等措施缓解和消除城镇化对水资源和水生态带来的负面影响。

4.3水资源开发利用缺乏有力管理

区内绿洲区为地下水超采区,地下水的开采则主要集中在灌区绿洲地带。平原绿洲地下水超采严重,机井分布密度较大,造成地下水开采过程中的乱凿井、乱开采现象。布局不合理、节水措施无法全面落实、开采量不能准确掌握,导致水资源管理体系的破坏及水资源的巨大浪费。合理协调上、下游地表水、减缓和抑制本区地下水开采,合理调配地表水及地下水开发力度,是本区水资源科学管理方面需要解决的问题。

4.4小型农田水利工程老化失修严重,综合利用效率低

项目区斗、农渠以下的农田水利工程运行时间长,建设标准低,国家无专项配套资金建设,而农民群众投入资金有限,使得工程老化失修严重,灌溉设施不全,渠系水利用系数低,灌溉保证率较低。灌区支渠管理体制不顺,投入不足严重影响配水到户;斗、农渠系投入不足, 管理水平差异较大,导致渠系维护费用不稳定,流量计量设施基本没有,流量控制设施较少,防渗率较低且破坏严重,已不能满足现灌区灌溉管理的需要。

4.5农业节水发展不够

吐鲁番地区气候干旱,生态环境脆弱,水资源贫乏而珍贵。 应必须通过工程与非工程措施,对生活、生态和生产的合理配置中,必须要节约用水。目前项目区的农灌方式和技术仍然较为落后,水资源浪费严重,节水灌溉普及工作才初步展开,节水灌溉的潜力巨大。节水灌溉就成了规划区实现经济发展目标的有力保障。

4.6监测体系不健全、手段落后

由于缺乏较完善的地下水的监测体系,目前项目区内有零星的地下水水位监测点,控制面不大,因此,在地下水集中开采区域,应建立健全系统的地下水监测网,控制地下水的盲目开采,为地下水合理开发利用提供科学依据。

参考文献

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[2]阿布都热合曼,卞正富,瓦哈甫.吐鲁番盆地的水资源运转规律及其持续利用研究[J].水文,2009,29(3):50-54.

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[4]吐鲁番水文水资源勘测局.鄯善县地表水资源调查评价报告[R].新疆吐鲁番:水文水资源勘测局,2010.

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