地下水资源保护和管理

1、地下水资源保护和管理1目 录地下水资源及环境问题地下水资源保护地下水资源管理2地下水资源及环境问题 中国地质调查局最新公布的我国地下水资源与环境调查结果显示，近年来我国地下水的实际年开采量达到了1100亿立方米，约占全国供水总量的1/5(2007年)。近几年，由于经济的发展及社会发展的需要，地下水的开采量更是加速增长。 由于我国地下水开发利用存在不合理不珍惜的现象，导致水资源短缺矛盾更加突出，水生态环境急剧恶化。 地下水管理制度滞后，对破坏和盗用地下水资源的现象处罚力度不够。随意打井盗用地下水现象较为普遍，其中某些用水大户成为超采、盗用地下水的主力军。3地下水资源及环境问题 我国一些地方不合理

2、抽排地下水已经造成大范围的区域水位下降，使得地下水水位(水头)长期低于允许临界值，引发了多种地质灾害。 截至2003年，全国有50多个城市发生了不同程度的地面沉降和地裂缝灾害，沉降面积扩展到94万平方公里，形成长江三角洲、华北平原和汾渭盆地等地面严重沉降地区。在隐伏岩溶区，由于过度开采地下水，引起地面岩溶塌陷，造成楼房开裂倒塌、人员伤亡、铁路中断。 上海、天津、辽宁、河北、山东、广西、海南等沿海地区因地下水位下降发生的海水入侵，已经呈现由点状向面状发展的趋势，造成群众饮水困难，土地盐渍化，农田减产或绝收。我国北方地区降水稀少，蒸发强烈，植被稀疏，导致大部分地区荒漠化和水土流失严重，生态环境脆弱

3、，荒漠化土地达到17581万平方公里。 4地下水资源及环境问题 目前，全国约有一半城市市区地下水污染比较严重，已成为影响供水安全的重大隐患。有些地区深层水中已检出有机污染物。地下水有机污染物具有致癌、致畸、致突变的“三致作用”，大多数有机污染物在地下水环境中很难通过自然降解过程去除，很可能会长期存在并发生累积。在广大农村地区，长期超量、不规范使用农药、化肥，也对地下水造成一定程度的污染。5地下水资源及环境问题 678珠江口海岸淤积东南沿海海岸侵蚀淤积分布图9地下水资源及环境问题东南沿海地区海水入侵分布图10111213地下水资源保护 地下水资源的保护，就是保护地下水量不致很快被消耗，以致枯竭；

4、保护地下水质不被污染和恶化；保证开采地下水后不致产生不良的环境地质问题，其目的是为了保证长期、安全的开发利用地下水资源。 过量的开采地下水，将导致地下水资源逐年消耗，区域地下水位大幅度下降，开采区地面发生沉降；而对城市、厂矿“三废”治理不当，也将使地下水水质受到污染的范围和深度逐渐扩展。这一切都会严重地影响工农业生产发展，危害人民身体健康 14地下水资源保护一、区域地下水位持续下降 在整个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了补给量，逐渐消耗了储存量，并在一定补给时期内得不到恢复的结果。（1）原因 a：计算的允许开采量偏大，因而导致开采量长期大于补给量； b：不合理开采，“

5、开采地区、层次和时间上的三集中”； c：人为或自然因素发生改变，如修建水库，矿床疏干，土壤改良； d：人口增长及生活水平的提高导致需水量增大。 15地下水资源保护一、区域地下水位持续下降 （2）危害 a：水井报废，被迫更换原有取水设备； b：产生地面沉降、地裂缝及地面塌陷等地质环境问题； c：沿海地区，造成海水入侵，水质恶化； d：以泉源景观为特色的旅游资源破坏； e：引起地下空气缺氧（3）防治措施 最好的措施是防！16地下水资源保护一、区域地下水位持续下降 a：关闭某些水源地或减少开采井数； b：调整开采布局； c：加强地下水管理，建立合理的开采制度； d：人工回灌； e：建立和健全地下水动

6、态监测网。17地下水资源保护二、地下水源的污染及水质恶化 （一）主要特征及危害 地下水的水质恶化，是世界上许多国家所共同面临的又一个严重问题，也是全球性环境污染的重要组成部分。 其主要特征有： （1）许多天然地下水中不存在的有机化合物出现在地下水中（如各种合成染料、去污剂、洗涤剂、溶剂、油类及有机农药等）； （2）天然地下水中含量极微的毒性金属元素大量进入地下水中（如汞、铬、铜、砷、铅及某些放射性元素）； （3）各种细菌、病毒在地下水体中大量繁殖；18地下水资源保护二、地下水源的污染及水质恶化 （4）地下水的硬度、矿化度、酸度和某些单项的常规离子含量不断上升，以至超过规定使用标准； 地下水水质

7、环境的恶化，严重损害了地下水资源的使用价值，给人类社会带来了种种不良后果，有损于人体健康，；损害了工业产品的质量，使农作物减产和土地盐化；减少了地下水可采资源的数量，以至使整个水源地废弃；为处理水质，增加了水的单位成本。 我国地下水水质的污染问题，已不容忽视。我国主要城市，有一半是以地下水作为供水水源，全国有1/3的人口饮用地下水。据全国50个城市的调，地下水受到不同程度污染的有45个。此外，我国北方许多城市的地下水硬度逐年增高，某些沿海城市的海水入侵问题也相当严重 19地下水资源保护二、地下水源的污染及水质恶化 （二）原因 （1）污染源：从污染物的成因类型来看，可分为两大类，第一类为天然污染

8、源，即自然界本来就存在着的各种劣质水体，第二类为人为污染源，指因人类活动所形成的污染源，如各种废水、污水、垃圾及化肥、农药等； （2）污染途径（通道）：污染物通常以三种方式进入含水层，第一种方式，在含水层的开采降落漏斗范围内，污染物通过含水层上部的透水岩层直接渗入含水层，因此，一般承压水较潜水有较好的防污染条件。潜水含水层的包气带内如有粘性土层存在，也会有较好的防护能力。20地下水资源保护二、地下水源的污染及水质恶化 第二种方式，污染物从含水层的其它地段进入开采地段。例如，各种天然劣质水体（如海水）、已污染的地表水体或污水体，同故宫与含水层的直接接触带（补给区）渗入含水层，然后再运移到开采地段

9、。当污染源位于水源地上游时，对水源地水质污染的威胁更大。 第三种方式，污染物借助天然或认为的某些集中通道进入含水层（如导水断层通道、裂隙通道和岩溶通道）。这种通道一般多呈点状或线状分布，但是它可使埋深很大的承压水体遭到污染。 人为集中通道，主要是指在各种地下工程、水井施工时，因破坏了含水层隔水顶板（或底板）的防污作用，使工程本身构成了劣质水进入含水层的直接通道。21地下水资源保护二、地下水源的污染及水质恶化 （3）有引起地下水水质恶化的水动力和水化学起因：在开采条件下所出现的水动力、水化学作用是导致地下水恶化的直接起因。 凡污水入侵开采含水层，均要求有一定的水动力条件。 一是开采含水层与污水体

10、之间必须存在某种直接或间接的水力联系；二是由于开采抽水，在开采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（通过弱透水层）地流入并污染了开采含水层。22地下水资源保护二、地下水源的污染及水质恶化 （三）防治措施 防治地下水水质恶化的措施，必须与防治环境恶化相结合，进行综合治理，既要有技术措施，又要有管理措施。 地下水水质恶化，常具有缓慢、隐蔽、不易及时察觉，一旦恶化又难以治理复原的特点。因此治理水质恶化，须采取防、治结合，以防为主的方针，确保供水的质量。 （1）预防性的技术措施 对城市的发展与水源地建设作出全面、合理的规划和布局；设立水源地的卫生防护带；废水的合理排放和城市垃圾的

11、合理填埋处理。23地下水资源保护二、地下水源的污染及水质恶化 面源，主要指农业污灌、施肥、农药、酸雨，以及城市暴雨径流等所产生的污染。对其治理，可采取以下措施：慎重的开展污灌；使用易被植物吸收或被土壤分解的化肥和对人体毒性小的农药，并严格掌握化肥与农药的使用量；对灌溉用污水进行预处理。 （2）兴建配套的环境工程，大力开展污水的处理和利用。 （3）采取防止劣质水（污水）入侵开采含水层的水力措施。例如当海水或其他劣质水从侧向侵入开采含水层时，可采用所谓“水力”措施来组织劣质水体的入侵：“补给水丘”或“淡水屏障”法；“抽水槽”法；“注水和抽水相结合”；修建“地下挡水墙”。24地下水资源保护二、地下水

12、源的污染及水质恶化 除以上措施外，在某些情况下，消减水源地的开采量、减小开采水位降深及防止水位降落漏斗扩展至外围劣质水体等，也会对防止劣质水体入侵有一定作用。 有一种情况是因不合理灌溉，使大面积土地发生此生盐渍化而恶化了生态环境。其主要防治措施是合理的进行灌溉。25地下水资源管理一、地下水资源管理的目的和任务 由于人类对地下水资源大规模的开发利用，目前世界上许多地区地下水的开采量都超过了当地的可供水量，出现了各种环境恶化现象。解决这些问题的根本途径，就是要加强对地下水资源，乃至整个水资源进行科学管理，做到合理开发利用地下水资源和防止产生一切不良后果。 地下水资源管理，就是人们按照生活、生产和水

13、循环本身的客观规律，研究如何合理地规划、勘察、开发、利用、调控及保护地下水资源和防治地质环境恶化，使它们处于对人类社会生活与生产最有利的状态。26地下水资源管理一、地下水资源管理的目的和任务 地下水资源管理的基本目的，就是采用科学的措施，保证在地下水资源开发中做到最优规划、最优评价、最优设计和最优开采运行，把开采或排泄地下水可能或已经造成的危害降低到最小，并在经济、技术、社会和环境上获得最大的效益。 地下水资源管理的任务，就是将地下水从规划调配、评价、开采利用到保护水资源、保护环境，以及开源节流等一系列环节，全部纳入科学管理之中；建立管理模型，实施最优化的论证与选择，以满足各方面对水的需求，或

14、权衡利弊，保证重点用水对象的要求。27地下水资源管理二、地下水资源管理的内容 管理的内容有三个方面：法制管理措施、行政组织措施和技术经济措施。 （一）制定有关法律，依法对水资源进行管理 目前，许多国家都制定了有关水资源的法律，以监督水资源的合理利用，保护其免遭污染和枯竭。我国已实施多种有关水资源的立法，其中首推“水法”（1988年）。国家除制定“水法”等法律之外，还应依法划分管理区域，建立相应的组织，集中领导，确定水资源管理原则，并进行全面管理。28地下水资源管理二、地下水资源管理的内容 “水法”的基本任务是：调节水体的使用，以保证居民和国民经济部门的合理开发和利用；保护水体免遭污染和枯竭；防

15、治因取水引起的各种环境灾害；改善水体状况；保护企业、团体、机关与公民的用水权利，加强水利关系方面的法制。 “水法”的总则中，从水资源范畴、所有权、开发利用、防治水害、保护水资源、水污染防治、计划用水及节约用水到国家统一管理等项均作了总的规定。之后，分别对水资源的开发利用，水、水域和水工程的保护，用水管理，防汛与防洪等项作了全面的法律规定，最后对法律责任等作了阐述。29地下水资源管理二、地下水资源管理的内容 （二）建立水资源管理的组织机构，集中领导，统一管理水资源工作 从中央到地方建立统一的、赋有行政和法律权力的水资源管理机构，是进行水资源管理工作不可缺少的组织保证。 （1）我国各级政府中已成立

16、了水资源管理办公室或委员会，对本地区的水资源进行统一管理。大的河流也有建立专门管理机构的，如黄河水利委员会、长江水利委员会等。 （2）各级水资源管理机构，应切实作到全面有效地管理。贯彻“水法”，统一规划和调配区内一切有关水资源的工作。 具体如下：30地下水资源管理二、地下水资源管理的内容 a：对“三水”作统一技术管理，核定区内水资源总量，研究它们相互间的转化，制定地表水与地下水联合开发方案； b：对各种水源的生产与科学研究，作统一规划与管理； c：协调区内水资源，对供、排水及人工补给进行水资源调配，不许各自为政；统一规划与管理建井工作； d：对供水的开源、用水与节流，进行统一的规划与管理； e

17、：对保护水资源和环境地质灾害，进行预测与防治的管理； f：建立地下水动态观测网，负责地下水位、水质、水量的动态观测；做好观测资料的积累、分析与储存工作，据地下水开采动态作定期水情预报31地下水资源管理二、地下水资源管理的内容 要想制定一个正确的水资源管理方案，必须首先查明区域水资源总量和各类水资源的互相转化关系；其次，必须了解构成区域水资源的各个水量均衡项目对今后持续供水的意义及其在开采前后可能产生的变化；最后，在开采利用中，必须有统筹兼顾、综合平衡的观点。32地下水资源管理二、地下水资源管理的内容 （三）水资源管理中的技术经济措施 （1）水资源管理应“开源”与“节流”并重 据统计，目前，我国

18、地表水的开发利用率只占河川年径流量的17%，浅层地下水的利用率也仅为24%，故寻找新水源在某些地区尚有潜力。但在许多地区，更应重视其他开源措施，而节流则是刻不容缓的重要工作。 1）开源 地下水的开源主要包括修建地下水库、进行人工补给、含水层回灌及储冷储热、利用矿井排水及开发地下热水等。33地下水资源管理二、地下水资源管理的内容 a：建造地下水库 充分利用地下库容储存淡水。优势在于： 在丰水期，把多余的地表水或外流的地下水储存于地下，既增加了水源地总的水资源量，也保证了旱期含水层较大的供水能力；减少蒸发损失；工程投资少；不淹没土地；可根据含水层温度稳定的性能，储存冷水或热水，节省能源。 目前，世

19、界上已有几百个地下水库在运转，按其工程构筑物的形式，可分为有坝、无坝和混合式三种。34地下水资源管理二、地下水资源管理的内容 b：人工补给 就是通过各种人工方法，把地表水补充。蓄积到含水层内，以增加可利用的地下水资源量。 人工补给是直接扩大地下水资源最有意义的手段，也是解决当前许多地区过量开采地下水、水资源不足和改善水圈环境的一个重要途径，梗死后防治区域水位下降、沿海地带的海水入侵及地面沉降等地质灾害的有效措施之一。 某个地区能否采用人工补给增加地下水的可开采量，主要决定于当地的水文地质条件、有无可利用的补给水源及经济上是否可行。35地下水资源管理二、地下水资源管理的内容 b：人工补给 人工补

20、给地下水的方法有两种方法。直接补给，单纯以人工补给地下水位直接目的的方法，包括地面入渗法、地下灌注法及地下径流调节法（即在含水层中修建地下水坝或挡水帷幕）。间接方法，那些为其它目的修建的工程同时也可起到增加地下水补给量的方法，如修建地表水库，农田灌溉，取水构筑物，造林和绿化。 补给水进入含水层后，可能引起水质的恶化。 地下水的人工补给要根据不同的水文地质条件，预先确定入渗补给速度，补给量和补给时间，并查清补给过程中水质的变化，以制定合理的补给方案，并做好水质的防护。36地下水资源管理二、地下水资源管理的内容 c：矿山排水作为供水水源 用矿山排水作供水，充分利用水资源并解决供、排水矛盾的最好措施

21、之一。 由于没有采取有效的措施和合理规划，目前，全国许多矿山水多被污染，被大量的浪费掉。并成为周围地表水与地下水的污染源。 如能对矿坑排水进行综合规划，将排水用于城市或工农业供水，则可缓解当地的供、排水矛盾。37地下水资源管理二、地下水资源管理的内容 2）节流 国内，虽然许多地区供水紧张，但却存在着普遍而大量的各种浪费水资源的现象。开展节水措施，不仅是为了解决水资源的供需矛盾，也是减少排污量、改善环境、提高企业经济效益的有效措施。 a：废（污）水水质处理回收，提高重复利用率。 国内除北京、大连等少数城市废水的重复利用率达78%80%左右外，多数城市还停留在20%50%，有很大潜力。 b：推广先

22、进的节水措施。 c：提倡节约生活用水。38地下水资源管理二、地下水资源管理的内容 （2）运用水资源管理模型进行地下水资源的科学管理 运用系统论与系统分析方法，建立水资源或地下水资源系统管理模型，优化出最合理的开发方案。 地下水资源管理模型是为达到某既定管理目标，利用运筹学中的最优化技术方法，建立起的一组数学模拟模型中的数值模型。实质上，即由地下水流或溶质运移等数学模型和管理数值模型耦合而成的复合模型。通过对此模型的运算，使该系统的特定目标达到最优。 常用的地下水资源管理模型： 按模型中的变量性质可分为确定性系统管理模型、随机性系统管理模型；39地下水资源管理二、地下水资源管理的内容 按参数分布

23、状况可分为分布参数系统与集中参数系统管理模型； 按解决问题的性质可分为水力管理模型、水质管理模型和政策评价及经济管理模型； 按目标函数及约束条件的性质可分为线性规划与非线性规划管理模型；按目标函数多少又可分为单目标管理模型和多目标管理模型。 地下水资源管理模型，主要有三个部分组成： 1）决策变量：为了优化开发地下水资源，人们通过控制与调配该地下水系统开发与运行的决策来达到目的。这些人为可控变量成为决策变量。某些学者提出的主要决策变量如下： 40地下水资源管理二、地下水资源管理的内容 a：抽水量在地域上和时间上的分布； b：人工补给量在地域上和时间上的分布； c：与含水层有水力联系的地表水体的水

24、位； d：开采地下水的水质； e：人工补给用水的水质； f：新增加的抽水井、人工补给设施的容量、地点和建造时间等。 2）目标函数：经过系统管理后要达到的特定目标，以决策变量的数学表达式来表示。 41地下水资源管理二、地下水资源管理的内容 目标函数的内涵，随管理目的或管理模型的类型而异， 根据实际开发地下水时采用的具体管理目的、措施或要求的不同，常取管理区内地下水开采“各节点水位和的最大值”、“各节点水位总降深的最小值”、“各点水位回升的最大值”、“供水量最大或水利用率最高”、“水中特定组分浓度与允许浓度之差最小”、“环境变化量最小”等中的一个或多个为目标函数。42地下水资源管理二、地下水资源管

25、理的内容 3）约束条件：在地下水资源管理寻优过程中，对地下水资源系统与自然环境系统、经济系统、人为活动及社会环境等的控制条件。 主要有：水力学约束，包括地下水流状态方程约束、地下水位约束（如为防止地面沉降或海水入侵而给定地下水位的上或下界约束）、地下水量约束（如控制回灌量、允许总用水量或泉水流量最小值等）；水质约束；经济约束（产值或需求约束）；环境约束；资源约束（如投资总量、地表水或地下水可供最大水量、河流保持最小流量值等）；取水或人工补给设备容量约束条件等。43地下水资源管理二、地下水资源管理的内容 （3）地下水监测工作 为掌握水资源管理方案的执行情况和预测未来地下水的天然和开采动态，以及环境条件的变化趋势，以便及时调整管理方案和采取防治措施，都必须全面、系统地进行地下水动态监测工作，尤其是在地下水库区和利用回收废水进行人工补给的地区。因此，地下水动态监测工作是水资