水文地质学课件ppt版 15 地下水与环境

第十五章地下水与环境

GroundwaterandEnvironmentFundamentalsofHydrogeoloy

水文地质学基础CompanyLogo本章内容15.1地下水是活跃的环境因子15.2地下水环境效应概述15.3地下水水质危害

15.4地下水引起的岩土体变形与位移

15.5地下及地面开挖引起的涌水

15.6岩溶地区的干旱与洪涝

15.7地下水与土壤15.8地下水支撑的生态系统

15.1地下水是活跃的环境因子地下水不仅是宝贵的资源，还是普遍而活跃的环境因子。地下水特性：①普遍分布于地壳表层，易于流动并发生变化；②以含水系统为单元赋存地下水，以特定水流模式构成时空有序的水流系统；

③地下水与地表水体、岩土体、土壤以及生物群落之间，通过物质循环及能量交换，构成动态平衡系统。15.2地下水环境效应概述地下水环境效应：⑴地下水水质危害：包括天然水质有害地下水、地下水污染、海水及咸水入侵淡水含水层；⑵岩土体变形与位移，包括地面沉降、地裂缝、岩溶塌陷、滑坡、水库诱发地震、潜蚀与管涌、黄土湿陷、黄土喀斯特、膨胀土、冻土融冻变形等；⑶地下及地面开挖引起的涌水；⑷岩溶地区的干旱与洪涝；⑸地下水对土壤的正负效应；⑹地下水对生态系统的支撑作用。15.3地下水水质危害地下水水质危害分为两类：天然地下水水质危害——地方病的主要祸根；人为活动导致的地下水水质恶化

(包括地下水污染、海水入侵及咸水入侵淡含水层)——使可利用的地下水资源因水质恶化而减少。15.3.1天然地下水有害水质与地方病作为饮用水源的地下水，微量元素含量过多或过少，都会引起地方病。水致地方病的分布多具有地带性——气候、地质、地貌因素结合下的特定水文地球化学环境，是影响地下水元素含量异常的原因。15.3.2地下水污染

广义contamination有危害狭义pollution有危害超过标准地下水污染在人为影响下，地下水的物理、化学或生物特性发生不利于人类生活或生产的变化，称为—地下水污染地下水污染达到一定程度，便不合乎供水水源的要求（对于不同用途的地下水，污染标准是不同的）

地下水污染意味着可以利用的宝贵的地下水资源在减少（所谓水质性缺水即此）污染源---污染途径---污染防治与预测15.3.2地下水污染污染物质主要来源于

生活——污水与垃圾工业——污水与废渣农业——肥料与农药全球几乎找不出不受污染的净地南极企鹅体内已检出滴滴涕两极冰雪的铅浓度在逐年增加我国50个城市调查，45个城市的地下水已受到硝酸盐、酚、氰、有机磷等的污染，包头市受氰化物污染的面积达162km2污染在地下水迁移方式污染物在地下水中的迁移由对流与弥散构成对流：污染物与水流速度同步运移

弥散：分子扩散（浓度差产生）、机械弥散（速度差产生—空隙大小、单孔速度不同）污染物在水中----“污染晕”呈橄榄球状迁移V1

V2

地下水污染主要途径

污染物进入含水系统的主要途径a.湖塘污染——对地下水的影响b.河流污染——对地下水的影响c.污染物堆放——对地下水的影响污染湖水

地下水污染主要途径

污染物进入含水系统的主要途径a.湖塘污染——对地下水的影响

b.河流污染——对地下水的影响c.污染物堆放——对地下水的影响CompanyLogo地下水污染主要途径

污染物进入含水系统的主要途径a.湖塘污染——对地下水的影响b.河流污染——对地下水的影响c.污染物堆放——对地下水的影响垃圾

15.3.3海水及咸水入侵淡含水层海水入侵（seawaterinstruction）——滨海地区开采地下水形成降落漏斗后，原本向海排泄的地下水，转而接受海水补给，导致海水入侵淡水含水层。我国海水入侵主要发生于濒临黄海及渤海的砂质及基岩海岸带。防治海水入侵淡水含水层的措施有：①用成排的注水井形成水丘；②用成排的抽水井形成地下水沟；③修建地下堤坝。15.4地下水引起的岩土体变形与位移地下水引起的岩土体变形与位移作用机制：⑴孔隙水压力变化；⑵地下水对岩土体不连续面的润滑；⑶地下水改变粘性土的强度；⑷地下水流引起的渗透变形。地下水引起的岩土体变形与位移，都是不可逆转的。㈠地面沉降及地裂缝地面沉降——大规模开采深层地下水，深层地下水位下降，孔隙水压力显著降低，有效应力增大，松散沉积物释水压密，引起地面高程降低。砂层压密引起的地面沉降量小，且为弹性释水压密，孔隙水压力恢复时，地面回弹。粘性土层发生塑性释水压密，即使地下水位恢复，粘性土也不能回弹，导致不可恢复的地面沉降。开发深层地下水是地面沉降最普遍而主要的原因。地裂缝出现于松散沉积物表面，具有一定长度及宽度。地裂缝产生的主要原因：隐伏的新构造运动断裂带两侧，差异性构造沉降导致沉积物厚度不等，开采深层地下水后发生差异性地面沉降。据计算，地下水开采对地裂缝活动量的贡献为70%~90%，其余为构造因素的影响。㈡岩溶（地面）塌陷(karstcollapse)岩溶塌陷多发生于上覆厚度不大松散沉积物的岩溶发育地区。长期干旱使地下水位明显下降，或者暴雨使地下水位迅速抬升，均可发生天然的岩溶塌陷。㈢滑坡（landslide）滑坡——斜坡上的部分岩（土）体，在重力作用下，沿一定的软弱面（带）产生剪切破坏，向下整体滑移。暴雨（或连续降雨）以及水库蓄水，分别是天然及人为出发滑坡的主要动因。㈣水库诱发地震(reservoir-inducedearthquake)水库诱发地震——某些水库蓄水后地震活动性增强。特点：频率大，震级小，震源浅，波及范围有限。㈤潜蚀与管涌潜蚀(undergrounderosion)——砂砾层颗粒不均匀，水力梯度大时，地下水流挟带细小颗粒通过粗大颗粒的孔隙移走。管涌(piping)——地下水流强烈冲蚀，在土体中形成管道式空洞，向地面不断涌出带砂的水。管涌与修建堤坝有关。潜蚀和管涌目前尚不能用力学理论分析，而是利用经验性的临界水力梯度以及不均匀系数加以判别。突破渗透变形这一难题，水文地质学家理应发挥重要作用。15.5地下及地面开挖引起的涌水开凿矿山巷道、隧道，城市建设地铁、开发地下空间，地表开挖露天矿坑及建筑基坑，都可能导致地下水涌出。地下及地面开挖，是在天然地下水流场中叠加入一个人为势汇，从而改变流场、水动力场及空隙水压力。矿床水文地质工作的发展趋势：从单纯的勘测，延伸到采矿过程；从单纯排水，到排堵结合；从单纯着眼于采矿，到综合考虑环境影响。15.7地下水与土壤地下水向土壤供应水分、盐分、养分及热量，即是成壤作用的基本条件之一，也是保障土壤生产力的基础条件。受人为活动影响，地下水位大幅度变动，改变对土壤水分、盐分、热量的供应，从而导致土壤退化，波及所支撑的生态系统退化。15.8地下水支撑的生态系统生态系统（ecosystem）——一定时间和空间范围内，生物与生物之间、生物与非生物之间，通过不断的物质循环和能量交换形成的相互作用、相互依存的生态学功能单位。地下水直接支撑的生态系统包括：①依赖于浅层地下水的陆地植被群落；②干旱半干旱地区依赖地下水灌溉的农田、果园及草场；③含水层生物群落；④单纯依赖地下水供应的湿地生态系统。地下水间接支撑的生态系统包括：①地下水基流保障的河流生态系统；②海底地下水排泄带生态系统。㈠陆地生态系统与地下水生态水位依赖浅层地下水支撑的天然植被群落最为普遍。完整的水与植被的关系应是：地下水—土壤—植物—大气连续体。生态水位——维持特定植物种群的（浅层）地下水埋藏深度；当其大于或小于某一植物种群所需时，此植物种群就会发生退化。㈡含水层中的生物20世纪70年代，发现有机污染物流经含水层会发生生物降解，含水层生态系统才被认识。㈢地下水支撑的湿地生态系统湿地生态系统——湿地植物、栖息于湿地的动物、微生物及其环境组成的统一体。湿地具有多种功能：保护生物多样性，调节径流，改善水质，调节小气候，以及提供食物、药物及工业原料，提供旅游资源。湿地发生生物化学作用：湿地植物根系释氧，使金属离子氧化沉淀，非金属离子氧化，污染物得到生物降解，从而改善水质；Ca2+则因脱碳酸作用而沉淀。潜流带——河床湿周外围存在一个地表水—地下水交互作用地带。潜流带是一个独特的生态环境。河流与地下水积极交换过程中，发生物理渗滤及生物地球化学作用。㈣河流生态系统与潜流带㈤生态需水量(ecologicalwaterdemand)生态需水量——维护生态系统（环境）系统健康运行的水量。生态需水量可分为：河流生态环境需水、湖泊生态环境需水、湿地生态环境需水、城市生态环境需水及陆地生态