1、第九章 地下水資源管理,1 地下水管理的基本概念 2 開采地下水產(chǎn)生的負(fù)環(huán)境效應(yīng)及防治 3 地下水資源的人工補(bǔ)給 4 地下水資源管理模型 作業(yè) 14,1 地下水管理的基本概念,一、地下水管理的內(nèi)容、任務(wù)和目的 二、地下水資源管理的必要性 三、允許開采量的確定 四、地下水的環(huán)境容量,返回,一、地下水管理的內(nèi)容、任務(wù)和目的 內(nèi)容：地下水資源的保護(hù)、合理開發(fā)與最佳利用。 任務(wù)：確定和控制地下水源的允許抽水量；制定區(qū)域各類供水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)；把地下水資源、經(jīng)濟(jì)、人口和環(huán)境作為統(tǒng)一系統(tǒng)進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)，并在地下水資源評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，編制地下水合理開發(fā)利用規(guī)劃，統(tǒng)籌安排區(qū)域地下水資源分配；監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)地下水動(dòng)態(tài)，實(shí)施

2、地下水水質(zhì)局部防治措施；協(xié)調(diào)、監(jiān)督和管理各部門、各單位之間的計(jì)劃用水，制止不合理開發(fā)；建立地下水管理模型和管理體系，完善管理系統(tǒng)，采用經(jīng)濟(jì)法律和行政手段，強(qiáng)化管理措施。 主要目的：防止由于人為的不合理活動(dòng)及不合理的地下水資源開發(fā)造成的環(huán)境公害，實(shí)現(xiàn)地下水資源的可持續(xù)利用。,返回,二、地下水資源管理的必要性 地下水作為重要的供水水源在人類生存和國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展起著重要的作用。由于地資源分布和儲(chǔ)存的不平衡和需水量過于集中，目前世界上不少國家尤其是在一些大城市在開采利用地下水時(shí)因缺乏合理布局和科學(xué)的估算，最終導(dǎo)致水位大幅度下降以致地下水源枯竭，由此產(chǎn)生的環(huán)境公害突出。為了合理開發(fā)利用和保護(hù)地下水資源，防

3、止過量開采產(chǎn)生的嚴(yán)重后果，必須加強(qiáng)地下水資源的管理工作。,返回,三、允許開采量的確定 地下水管理的目標(biāo)，具體來說就是允許開采量的確定。允許開采量的確定不僅取決于水文地質(zhì)因素，多半還涉及社會(huì)經(jīng)濟(jì)方面的因素。允許抽水量的概念可歸納如下幾方面： 1、在水均衡方面允許抽水量一般不應(yīng)超出年平均補(bǔ)給量； 2、經(jīng)濟(jì)方面抽水費(fèi)用不應(yīng)超過某一標(biāo)準(zhǔn)； 3、不會(huì)引起水質(zhì)惡化或地面沉降等公害； 4、不能與有關(guān)地下水資源法律相抵觸。 同時(shí)滿足上述四個(gè)條件的抽水量就可看成是安全抽水量。,返回,四、地下水的環(huán)境容量 地下水的環(huán)境容量是指為了不產(chǎn)生地下水公害（如地面沉降等），在某一限度內(nèi)所應(yīng)保持的地下水位或與該水位相應(yīng)的地下

4、水抽水量。地下水的環(huán)境容量本質(zhì)上與前述允許量的概念相同。但也有人主張?jiān)诖_定環(huán)境容量時(shí)，應(yīng)主要著眼于社會(huì)因素，即根據(jù)社會(huì)價(jià)值體系對(duì)居民環(huán)境的依存關(guān)系來考慮，也就是說必須保障居民的生存權(quán)與安全。,返回,2 開采地下水產(chǎn)生的公害,一、區(qū)域地下水位大幅度下降 二、引起地面沉降 三、引起咸水入侵、水質(zhì)惡化 四、地面下空氣中缺氧 五、引起巖溶地面塌陷,返回,原因： 1、過量開采； 2、補(bǔ)給減少； 3、開發(fā)利用地下水設(shè)計(jì)規(guī)劃過失 。 危害：1、生產(chǎn)井報(bào)廢或吊泵； 2、單井出水量減少； 3、含泥砂量增加； 4、設(shè)備維修期縮短、耗電量增加。,返回,一、區(qū)域地下水位大幅度下降,開采地下水引起地面沉降的機(jī)理： 1、

5、抽水后浮托力減少； 2、粘性土層有效應(yīng)力加大； 3、滲透力的作用。 危害：主要危害表現(xiàn)為地面標(biāo)高損失，繼而造成雨季地表積水，防泄洪能力下降；沿海城市低地面積擴(kuò)大、海堤高度下降而引起海水倒灌；海港建筑物破壞，裝卸能力降低；地面運(yùn)輸線和地下管線扭曲斷裂；城市建筑物基礎(chǔ)下沉脫空開裂，橋梁凈空減小，影響通航；深井井管上升，井臺(tái)破環(huán)，城市供水及排水系統(tǒng)失效；農(nóng)村低洼地區(qū)洪澇積水，使農(nóng)作物減產(chǎn)等。,返回,二、引起地面沉降,五、引起巖溶地面塌陷 巖溶地面塌陷指覆蓋在溶蝕洞穴之上的松散土體，在外動(dòng)力或人為因素作用下產(chǎn)生的突發(fā)性地面變形破壞，其結(jié)果多形成圓錐形塌陷坑。多發(fā)生于碳酸鹽巖、鈣質(zhì)碎屑巖和和鹽巖等可溶性

6、巖石分布地區(qū)。以碳酸鹽巖溶塌陷最常見。誘發(fā)因素多樣，因抽水引發(fā)巖溶塌陷的機(jī)率最大。抽水等人類工程活動(dòng)中產(chǎn)生的巖溶地面塌陷與自然產(chǎn)生的巖溶地面塌陷相比，不僅規(guī)模大、突發(fā)性強(qiáng)，且常出現(xiàn)在人口聚集地區(qū)，對(duì)地面建筑物、道路等遭到破壞，給人民生活、生產(chǎn)及生命安全帶來危害。,2010年1月，湖南寧鄉(xiāng)縣地面塌陷導(dǎo)致福泉小學(xué)一棟單層教學(xué)樓從地面上消失，操場(chǎng)變成了一個(gè)直徑80多米的“天坑,2010年6月8日，湖南寧鄉(xiāng)縣大成橋鎮(zhèn)發(fā)生地面沉塌事件，一戶民居廁所突然沉降消失,巖溶地面塌陷形成機(jī)理,返回,三、引起地下水水質(zhì)惡化 濱海地區(qū)過度開采地下水 可引起咸水入侵。 在地下水開采過程中引起水動(dòng)力、水化學(xué)條件的改變，而

7、使水中的某些化學(xué)及微生物成分含量增加，使水質(zhì)不斷變差，以致超出規(guī)定的使用標(biāo)準(zhǔn)，而影響地下水的使用價(jià)值。,返回,3 地下水資源的人工補(bǔ)給,地下水人工補(bǔ)給是人們運(yùn)用已掌握的有關(guān)地下水的科學(xué)方法，人為地調(diào)節(jié)地下水開采與補(bǔ)給關(guān)系，造成補(bǔ)給、徑流、排泄的新均衡的方法。其實(shí)質(zhì)是借助某些工程設(shè)施將地表水自流或用壓力注入地下含水層，以便增加地下水的補(bǔ)給量。,一、人工補(bǔ)給地下水的目的 1、補(bǔ)充地下水源，增大含水層的儲(chǔ)存量，進(jìn)行季節(jié)性和多年性調(diào)整； 2、控制地面沉降； 3、防止或減少海水入侵含水層； 4、改變地下水的水質(zhì)； 5、改變地下水溫度； 6、保持地?zé)崴?、天然氣和石油地層的壓力?二、人工補(bǔ)給地下水的水源和

8、水質(zhì)要求 水源：地表水（江河、湖泊、水庫、池塘），工業(yè)回水和工業(yè)廢水，城鎮(zhèn)公共供水（自來水），地下水等。其中以地表水為主。補(bǔ)給水源不僅要有足夠的水量，而且要符合一定的水質(zhì)要求，若水質(zhì)較差就必須經(jīng)過凈化和適當(dāng)處理后才能用作回灌水源。確定回灌水源的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，一般應(yīng)注意以下3原則：（1）回灌水源的水質(zhì)要比原地下水的水質(zhì)好，最好達(dá)到飲用水標(biāo)準(zhǔn)；（2）回灌后不會(huì)引起區(qū)域地下水水質(zhì)變壞和受污染；回灌中不應(yīng)含有能使井管和過濾器腐蝕的特殊離子或氣體。,三、地下水人工補(bǔ)給方法和適用條件 1、直接法。 一般采用坑塘、水庫、渠道、凹地、古河道、礦坑等地表工程設(shè)施及淹沒灌溉等手段，使地表水自然滲入含水層。一般表土層

9、應(yīng)有較好的滲透性，如砂土、粉土、礫石、卵石等；包氣帶厚度以1020cm為宜，若地下不太深處有隔水層，則可挖掘淺井或渠道，揭露下覆含水層。該方法的工程設(shè)施比較簡單，基建費(fèi)用不大，便于管理，但占地面積大，效率低。,2、間接法誘導(dǎo)補(bǔ)給法 在河流或其它地表水體（如渠道、池塘、湖泊等）附近鑿井，抽取地下水，使地下水位降低，從而增大地表水和地下水的水頭差，誘導(dǎo)地表水大量滲入。此法一般在砂、卵石地層效果好。當(dāng)抽水量達(dá)一定量時(shí)，形成的降落漏斗面可以低于地表水體的底部，這時(shí)地表水由滲透轉(zhuǎn)為滲漏補(bǔ)給地下水,返回,4 地下水資源管理模型,所謂地下水資源管理模型是指為達(dá)到某項(xiàng)既定管理目標(biāo)，應(yīng)用運(yùn)籌學(xué)求解最優(yōu)化的技術(shù)方

10、法所建立的一組數(shù)學(xué)模型即模型由目標(biāo)函數(shù)和約束條件組成。 目標(biāo)函數(shù)是最優(yōu)化技術(shù)中相應(yīng)管理目標(biāo)的極大值或極小值。地下水管理目標(biāo)可以是地下水水位、流量、經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益及環(huán)境效益。在地下水管理中的目標(biāo)函數(shù)常見有兩類：第一類是在一定的條件下尋求供水或排水工程的最優(yōu)方案，如在規(guī)定的水位條件下與實(shí)際水位之間差值(水位降深)的總和最??； 在規(guī)定降,深條件下總出水量最大；第二類是在滿足供水或排水工程要求下尋求工程經(jīng)濟(jì)效益最大或成本費(fèi)用最低的方案，如獲得單位體積水的成本最低，在規(guī)定的期限內(nèi)所得的凈收益最多。 約束條件包括技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境等方面的約束。如水力學(xué)約束，諸如地下水流狀態(tài)方程約束、水位約束、水量約束等，水質(zhì)約束，包括供水水源地水質(zhì)