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審核
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地下水(ground water),是指賦存于地面以下巖石空隙中的水,狹義上是指地下水面以下飽和含水層中的水。在國家標(biāo)準《水文地質(zhì)術(shù)語》(GB/T 14157-93)中,地下水是指埋藏在地表以下各種形式的重力水。
國外學(xué)者認為地下水的定義有三種:一是指與地表水有顯著區(qū)別的所有埋藏在地下水的水,特指含水層中飽水帶的那部分水;二是向下流動或滲透,使土壤和巖石飽和,并補給泉和井的水;三是在地下的巖石空洞里、在組成地殼物質(zhì)的空隙中儲存的水。
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地下水是水資源的重要組成部分,由于水量穩(wěn)定,水質(zhì)好,是農(nóng)業(yè)灌溉、工礦和城市的重要水源之一。但在一定條件下,地下水的變化也會引起沼澤化、鹽漬化、滑坡、地面沉降等不利自然現(xiàn)象。
地下水水體種類
地下水分布狀態(tài)
一 《中國地下水類型分布圖》依據(jù)地下水的賦存、分布狀態(tài)分類,結(jié)合我國地下水的賦存、分布特點,并考慮分類描述的通俗性編制而成,將全國地下水類型劃分為平原—盆地地下水、黃土地區(qū)地下水、巖溶地區(qū)地下水和基巖山區(qū)地下水四種。
平原—盆地地下水。地下水主要賦存于松散沉積物和固結(jié)程度較低的巖層之中,一般水量比較豐富,具有重要開采價值,分布于我國的各大平原、山間盆地、大型河谷平原和內(nèi)陸盆地的山前平原和沙漠中,主要包括黃淮海平原、三江平原、松遼平原、江漢平原、塔里木盆地、準葛爾盆地、四川盆地、以及河西走廊、河套平原、關(guān)中盆地、長江三角洲、珠江三角洲、黃河三角洲、雷州半島等地區(qū)。我國平原盆地地下水分布面積273.89平方千米,占全國評價區(qū)總面積的28.86%;地下水可開采資源量1686.09億立方米/年,占全國地下水可開采資源總量的47.79%。
黃淮海平原是我國第一大地下水富集區(qū)。評價區(qū)面積24.13平方千米,占全國評價區(qū)總面積的2.64%,地下水可開采資源量373.37億立方米/年,占全國地下水可開采資源總量的10.58%,范圍包括北京市南部、天津市大部、河北省東部、河南省東北部、山東省西北部、安徽省北部和江蘇省北部地區(qū)。三江-松遼平原是我國第二大地下水富集區(qū)。評價區(qū)面積34.2平方千米,占全國評價區(qū)總面積的3.74%,地下水可開采資源量306.4億立方米/年,占全國地下水可開采資源總量的8.68%,范圍包括黑龍江省的大部、吉林省西部、遼寧省西部和內(nèi)蒙古自治區(qū)的東北部地區(qū)。
黃土地區(qū)地下水。黃土地區(qū)地下水是平原-盆地地下水的一種,是中國的一大特色,主要分布在我國的陜西省北部、寧夏回族自治區(qū)南部、山西省西部和甘肅省東南部地區(qū),即日月山以東、呂梁山以西、長城以南、秦嶺以北的黃土高原地區(qū)。黃土地區(qū)地下水主要賦存于黃土塬區(qū),在一些規(guī)模較大的塬區(qū),地下水比較豐富,具有供水價值。評價區(qū)面積17.18萬平方千米,占全國評價區(qū)總面積的1.81%;地下水可開采資源量97.44億立方米/年,占全國地下水可開采資源總量的3.0%。
巖溶地區(qū)地下水。地下水主要賦存于碳酸鹽巖(石灰?guī)r)的溶洞裂隙中,其賦存狀態(tài)取決于巖溶發(fā)育程度。我國碳酸鹽巖分布較廣,有的直接裸露于地表,有的埋藏于地下,不同氣候條件下,其巖溶發(fā)育程度不同,特別是北方和南方地區(qū)差異明顯。我國巖溶地區(qū)地下水分布面積約82.83萬平方千米,占全國評價區(qū)總面積的8.73%;巖溶地下水可開采資源量870.02億立方米/年,占全國地下水可開采資源總量的26.7%,開發(fā)利用價值非常大。
北方巖溶區(qū)主要包括京-津-遼巖溶區(qū)、晉冀豫巖溶區(qū)、濟徐淮巖溶區(qū),分布與北京、山西、河北、河南、山東、江蘇、安徽、遼寧、天津等省(市、區(qū))的部分地區(qū)。北方巖溶地下水具有集中分布的特點,往往形成大型、特大型水源地,成為城市與大型工礦企業(yè)供水的重要水源。南方巖溶區(qū)主要分布在西南巖溶石山地區(qū),包括云南、貴州、廣西的大部分地區(qū)和廣東、湖南、湖北等省的部分地區(qū)。南方巖溶地下水主要賦存于地下暗河系統(tǒng)里,地下水補給充沛,但地下水地表水轉(zhuǎn)化頻繁,巖溶地下水難以被很好的開發(fā)利用,往往形成“一場大雨遍地淹,十無雨到處干”的特殊干旱局面。
基巖山區(qū)地下水。廣泛分布于巖溶地區(qū)以外的其它山地、丘陵區(qū),地下水賦存于巖漿巖、變質(zhì)巖、碎屑巖和火山熔巖等巖石的裂隙中,是我國分布最廣的一種地下水類型。基巖山區(qū)地下水只有在構(gòu)造破碎帶等局部地帶富水性較好,大部分地區(qū)水量較貧乏,一般不適宜集中開采,但對山地丘陵區(qū)和高原地區(qū)的人、畜用水有重要作用。山區(qū)地下水分布面積約574.98萬平方千米,占全國評價區(qū)總面積的60.60%;地下水可開采資源量971.67億立方米/年,占全國地下水可開采資源總量的27.54%。 二 地下水的天然形成能力,用單位面積地下水天然補給資源量(補給模數(shù))來反映。地下水天然補給資源量,是指自然條件下,地下水系統(tǒng)中參與現(xiàn)代水循環(huán)的可更新地下水量。主要取決于三個方面:一是水的補給來源,如降雨量大小、降雨時空分布、河流湖泊狀況等;二是地表的入滲條件,例如沙土地比粘土地的入滲條件要好些,石灰?guī)r地區(qū)比花崗巖地區(qū)的入滲條件要好些;三是地下蓄水能力,包括含水層的孔隙性、裂隙性、地下水埋藏深度等。受自然條件、地質(zhì)結(jié)構(gòu)、蓄水能力等因素的影響,我國地下水產(chǎn)水能力的地區(qū)性差異較大。
地下水礦化程度
地下水按礦化度劃分為四類:(1)淡水,礦化度小于1克/升;(2)微咸水,礦化度1-3克/升;(3)半咸水,礦化度3-5克/升;(4)咸水,礦化度大于5克/升。
淡水分布區(qū)。分布于我國的廣大地區(qū)。地下淡水分布區(qū)的面積約810.65萬平方千米,占全國總面積的85.39%;地下淡水可開采資源量為3527.78億立方米/年,占全國地下水可開采資源總量的94.67%。
微咸水分布區(qū)。主要分布在我國的河北省、山東省、江蘇省、寧夏回族自治區(qū)、新疆維吾爾自治區(qū)、內(nèi)蒙古自治區(qū)、甘肅省、山西省、陜西省和吉林省的部分地區(qū)。地下微咸水分布區(qū)的面積約53.92萬平方千米,占全國總面積有的5.68%;地下微咸水可開采資源為144.02億立方米/年,占全國地下水可開采資源總量的3.87%。
半咸水、咸水分布區(qū),主要分布在新疆維吾爾自治區(qū)的許多地區(qū)、寧夏回族自治區(qū)、內(nèi)蒙古自治區(qū)、青海省、甘肅省的部分地區(qū),天津市、河北省、山東省、遼寧省、上海市、江蘇省、廣東省的濱海部分地區(qū)。地下半咸水、咸水分布區(qū)面積約84.73萬平方千米,占全國總面積有的8.93%;可開采資源量為54.46億立方米/年,占全國地下水可開采資源總量的1.46%。
地下水營養(yǎng)成份
人體里含有40多種元素,其中,鐵、氟、鋅、銅、鉻、錳、碘、鉬、鈷等9種元素是人體必須的,對生命的正常新陳代謝非常重要,不可缺少,也不可過多。許多地方病就是由于人們長期飲用不符合標(biāo)準的水而引起的,如高氟水引起氟斑牙、低碘水引起大脖子病、高砷水引起皮膚癌等。我國各地不同程度地存在著與飲用水水質(zhì)有關(guān)的地方病區(qū),尤其在北方丘陵山區(qū),克山病、大骨節(jié)病、氟中毒、甲狀腺腫等地方病比較普遍。
《中國地下水環(huán)境背景圖》依據(jù)全國各地的地下水環(huán)境背景數(shù)據(jù)資料編制而成,反映了低碘水、高氟水、高砷水和高鐵水的地域分布規(guī)律。
低碘水。主要分布于山地、丘陵地區(qū),包括云貴高原、南嶺山區(qū)、浙閩山區(qū)的大部分地區(qū)和橫斷山、秦巴山、太行山、燕山、祁連山、昆侖山等地帶。低碘水分布面積約170萬平方千米,占國土面積的17.8%。
高氟水。主要分布于長白山區(qū)、遼東山地、松遼平原中部、黃淮海平原中部、山西省中部盆地、內(nèi)蒙古高原,西北內(nèi)陸盆地沖洪積傾斜平原前緣地區(qū)。此外,我國東南丘陵溫泉分布區(qū),地下水中氟含量較高,一般大于5毫克/升,最高達35毫克/升。西藏南部地區(qū)溫泉的氟含量也比較高。高氟水分布面積約160萬平方千米,占國土面積的16.7%。
高砷水。主要分布在新疆塔里木盆地的渭干河流域和準噶爾盆地的奎屯河下游地區(qū)。低碘水分布面積約1萬平方千米,占國土面積的0.1%。
高鐵水。主要分布在青藏高原、三江平原、下遼河平原、江漢平原等地區(qū)。高鐵水分布面積約70萬平方千米,占國土面積的7.3%。 六 地下水污染在我國大中城市不同程度地存在,其中,近一半的城區(qū)地下水污染呈加重趨勢,并從點狀污染有向帶狀和面狀污染發(fā)展。一些大城市的中心地帶和郊區(qū)的地下水排泄區(qū),地下水污染最嚴重,部分城市淺層地下水已不能直接飲用。地下水污染表現(xiàn)為北方城市重于南方城市的特點,主要分布在華北平原、松遼平原、江漢平原和長江三角洲等地區(qū)。
地下水埋藏條件
地下水是一個龐大的家庭。據(jù)估算,全世界的地下水總量多達1.5億立方公里,幾乎占地球總水量的十分之一,比整個大西洋的水量還要多。根據(jù)地下埋藏條件的不同,地下水可分為上層滯水、潛水和承壓水三大類。
潛水是埋藏于地表以下第一個穩(wěn)定隔水層上的地下水,通常所見到的地下水多半是潛水。當(dāng)?shù)叵滤鞒龅孛鏁r就形成泉。潛水存在于地表以下第一個穩(wěn)定隔水層上面、具有自由水面的重力。它主要由降水和地表水入滲補給。
承壓水(自流水)是埋藏較深的、賦存于兩個隔水層之間的地下水。承壓水充滿于上下兩個隔水層之間的含水層中的水。它承受壓力,當(dāng)上覆的隔水層被鑿穿時,水能從鉆孔上升或噴出。按含水空隙的類型,地下水又被分為孔隙水、裂隙水和巖溶水。這種地下水往往具有較大的水壓力,特別是當(dāng)上下兩個隔水層呈傾斜狀時,隔層中的水體要承受更大的水壓力。當(dāng)井或鉆孔穿過上層頂板時,強大的壓力就會使水體噴涌而出,形成自流水。
一、地下水分類的原則
一種是根據(jù)地下水的某一特征進行分類;另一種則是綜合考慮地下水的若干特征進行分類。
二 、地下水的分類
凝結(jié)水:水汽凝結(jié)形成的地下水稱為凝結(jié)水。當(dāng)?shù)孛娴臏囟鹊陀诳諝獾臏囟葧r,空氣中的水汽便要進入土壤和巖石的空隙中,在顆粒和巖石表面凝結(jié)形成地下水。
埋藏水:與沉積物同時生成或海水滲入到原生沉積物的孔隙中而形成的地下水成為埋藏水。
包氣帶水:指潛水面以上包氣帶中的水,這里有吸著水、薄膜水、毛管水、氣態(tài)水和暫時存在的重力水。包氣帶中局部隔水層之上季節(jié)性地存在的水稱上層滯水。賦存在地下巖土空隙中的水。含水巖土分為兩個帶,上部是包氣帶 ,即非飽和帶 ,在這里,除水以外,還有氣體。下部為飽水帶,即飽和帶。飽水帶巖土中的空隙充滿水。狹義的地下水是指飽水帶中的水。
2、按礦化程度不同,可分為淡水、微咸水、咸水、鹽水、鹵水。
詳見下表:
地下水按礦化度分類表
地下水類型總礦化度(g/l)
淡 水 <1
微 咸 水 1 ~3
咸 水 3 ~10
鹽 水 10 ~50
鹵 水 >50
孔隙水:疏松巖石孔隙中的水。孔隙水是儲存于第四系松散沉積物及第三系少數(shù)膠結(jié)不良的沉積物的孔隙中的地下水。沉積物形成時期的沉積環(huán)境對于沉積物的特征影響很大,使其空間幾何形態(tài)、物質(zhì)成分、粒度以及分選程度等均具有不同的特點。孔隙水存在于巖土孔隙中的地下水,如松散的砂層、礫石層和砂巖層中的地下水。裂隙水是存在于堅硬巖石和某些粘土層裂隙中的水。巖溶水又稱喀斯特水,指存在于可溶巖石(如石灰?guī)r、白云巖等)的洞隙中的地下水。
裂隙水:賦存于堅硬、半堅硬基巖裂隙中的重力水。裂隙水的埋藏和分布具有不均一性和一定的方向性;含水層的形態(tài)多種多樣;明顯受地質(zhì)構(gòu)造的因素的控制;水動力條件比較復(fù)雜。
巖溶水:賦存于巖溶空隙中的水。水量豐富而分布不均一,在不均一之中又有相對均一的地段;含水系統(tǒng)中多重含水介質(zhì)并存,既有具統(tǒng)一水位面的含水網(wǎng)絡(luò),又具有相對孤立的管道流;既有向排泄區(qū)的運動,又有導(dǎo)水通道與蓄水網(wǎng)絡(luò)之間的互相補排運動;水質(zhì)水量動態(tài)受巖溶發(fā)育程度的控制,在強烈發(fā)育區(qū),動態(tài)變化大,對大氣降水或地表水的補給響應(yīng)快;巖溶水既是賦存于溶孔、溶隙、溶洞中的水,又是改造其賦存環(huán)境的動力,不斷促進含水空間的演化。
4、按埋藏條件不同,可分為上層滯水、潛水、承壓水。
上層滯水:埋藏在離地表不深、包氣帶中局部隔水層之上的重力水。一般分布不廣,呈季節(jié)性變化,雨季出現(xiàn),干旱季節(jié)消失,其動態(tài)變化與氣候、水文因素的變化密切相關(guān)。
潛水:埋藏在地表以下、第一個穩(wěn)定隔水層以上、具有自由水面的重力水。潛水在自然界中分布很廣,一般埋藏在第四紀松散沉積物的孔隙及堅硬基巖風(fēng)化殼的裂隙、溶洞內(nèi)。
承壓水:埋藏并充滿兩個穩(wěn)定隔水層之間的含水層中的重力水。承壓水受靜水壓;補給區(qū)與分布區(qū)不一致;動態(tài)變化不顯著;承壓水不具有潛水那樣的自由水面,所以它的運動方式不是在重力作用下的自由流動,而是在靜水壓力的作用下,以水交替的形式進行運動。
地下水水域劃分
地下水補給程度
全國地下水天然補給資源評價面積914.97萬平方千米,地下水天然補給資源總量9234.72億立方米/年,平均補給模數(shù)為10.09萬立方米/平方千米?年。我國地下水資源補給量具有從東南沿海地區(qū)向西北內(nèi)陸地區(qū)減少的規(guī)律,海南、廣東等省的地下水補給資源量最大,在50萬立方米/平方千米。年以上,新疆、內(nèi)蒙古自治區(qū)最小,不足5萬立方米/平方千米?年。《中國地下水補給資源量分布圖》以水文地質(zhì)單元為基礎(chǔ),以單位面積地下水天然補給資源量為依據(jù)編制而成,用個五級別來反映地下水補給的豐富程度。
地下水補給豐富區(qū)。單位面積地下水補給量大于50萬立方米/平方千米年,主要分布在海南省、廣東省、湖北省和廣西壯族自治區(qū)的部分地區(qū),黑龍江省、吉林省、四川省、臺灣省、陜西省、寧夏回族自治區(qū)也有零星分布。地下水資源補給豐富區(qū)的面積約18.56萬平方千米,占全國總面積的1.96%。
地下水補給較豐富區(qū)。單位面積地下水補給資源量20—50萬立方米/平方千米?年,分布在海南省、廣西壯族自治區(qū)、廣東省、福建省、貴州省和上海市的大部分地區(qū),江蘇省、重慶市、山東省、遼寧省、北京市、湖南省、西藏自治區(qū)和新疆維吾爾自治區(qū)也有分布。地下水資源補給較豐富區(qū)的面積約137.64萬平方千米,占全國總面積的14.51%。
地下水補給中等區(qū)。單位面積地下水補給資源量10—20萬立方米/平方千米?年,主要分布在北方地區(qū)的黃淮海平原區(qū)、南方地區(qū)的云南省、貴州省、四川省、江西省、湖南省等地的巖溶石山地區(qū),西北地區(qū)、東北地區(qū)、西南地區(qū)的平原河谷地帶也有分布。地下水資源補給豐富區(qū)的面積約178.34萬平方千米,占全國總面積的18.79%。
地下水補給較貧乏區(qū)。單位面積地下水補給資源量小于5—10萬立方米/平方千米?年,從東部沿海地區(qū)到西部內(nèi)陸地區(qū)均有分布,主要集中分布在中部地區(qū),范圍幾乎涉及全國所有省份,主要包括東北三省、山東、山西、河北、河南、安徽、江西、四川、重慶等省(市)的丘陵山區(qū),其它省份也有零星狀分布。地下水資源補給豐富區(qū)面積約236.03萬平方千米,占全國總面積的24.87%。
地下水補給貧乏區(qū)。單位面積地下水補給資源量小于5萬立方米/平方千米?年,分布在我國西北的絕大部分地區(qū)、東北西部、華北北部和西南的部分地區(qū),主要分布在新疆維吾爾自治區(qū)、內(nèi)蒙古自治區(qū)、寧夏回族自治區(qū)、陜西省、甘肅省的大部分地區(qū),青海省、山西省、河北省、西藏自治區(qū)的也有分布。地下水資源補給豐富區(qū)面積約378.37萬平方千米,占全國總面積的39.87%。
三 全國地下淡水可開采資源量3527.79億立方米/年,現(xiàn)狀(1999年)實際開采量1058.33億立方米/年,地下淡水剩余量為2469.45億立方米/年。從全國總的來看,地下淡水剩余量還比較多,占可開采資源量的70%。但地下淡水剩余量的分布極不均一,北方地區(qū)剩余量為744.77億立方米/年,南方地區(qū)余量為1724.69億立方米/年,分別占全國地下水淡水剩余量的30.2%和69.8%,占當(dāng)?shù)氐叵滤砷_采資源量的48.5%和86.8%。
地下水開采程度
《中國地下水資源開采潛力圖》根據(jù)全國地市級行政單位的統(tǒng)計結(jié)果編制而成,劃分為六個潛力等級,基本反映了我國地下水資源開采潛力的總體規(guī)律。北京、天津、河北、河南、山東、山西、陜西、甘肅、新疆的許多地區(qū)地下水超采;“三北”地區(qū)北部的廣大地區(qū)地下水開采潛力較小;東北平原、塔里木盆地、四川盆地、江漢平原、巴顏喀拉山區(qū)、以及南方的部分地區(qū),地下水開采潛力中等;長江流域、淮河流域、珠江流域的地下水開采潛力較大或大。
超采區(qū)。地下水開采潛力小于0,需要采取調(diào)整開采布局、調(diào)引客水補源、推行節(jié)約用水等措施,緩解地下水緊張矛盾。主要分布在北京市、天津市、河北省的大部分地區(qū),上海市、山東省、河南省、陜西省的部分地區(qū),新疆維吾爾自治區(qū)的烏魯木齊、哈密、吐魯番等地區(qū),遼寧省的營口、鐵嶺等地區(qū)及臺灣省。地下水超采區(qū)面積62.35萬平方千米,占全國總面積的6.6%。
基本平衡區(qū)。地下水開采潛力0—1萬立方米/平方千米?年,不能盲目擴大開采。北方地區(qū)應(yīng)該把這部分水留作生態(tài)用水。主要分布華北、西北、東北地區(qū)的北部,包括內(nèi)蒙古自治區(qū)、西藏自治區(qū)的大部分地區(qū),甘肅省的酒泉、新疆維吾爾自治區(qū)的部分地區(qū),以及四川省、陜西省、湖北省、江西省、福建省的部分地區(qū)。地下水采-補平衡區(qū)面積273.64萬平方千米,占全國總面積的28.8%。
開采潛力較小區(qū)。地下水開采潛力1—5萬立方米/平方千米?年的地區(qū),可適度開發(fā)利用地下水。主要分布在青海、新疆、重慶、福建的大部分地區(qū),黑龍江、吉林、遼寧三省的松嫩、松遼平原區(qū),以及云南、貴州、湖南等省份的部分地區(qū)。地下水開采潛力較小的地區(qū)面積429.85萬平方千米,占全國總面積的45.3%。
開采潛力中等區(qū)。地下水開采潛力5—10萬立方米/平方千米?年的地區(qū),可以適當(dāng)增加地下水開采強度,減少地表水的利用。主要分布于長江流域和華南地區(qū),包括四川省、貴州省、湖南省、湖北省、安徽省、廣東省、廣西壯族自治區(qū)等的大部分地區(qū),北方地區(qū)僅在三江平原等局部地區(qū)分布。地下水開采潛力中等區(qū)面積100.58萬平方千米,占全國總面積的10.6%。
開采潛力較大區(qū)。地下水開采潛力10—20萬立方米/平方千米?年的地區(qū),應(yīng)該鼓勵開發(fā)利用地下水,充分利用地下水水質(zhì)優(yōu)良、動態(tài)穩(wěn)定和多年調(diào)節(jié)的特點。主要分布在長江沿岸、淮河沿岸和華南地區(qū),包括江蘇、安徽、廣東、海南省的大部分地區(qū),貴州省、湖南省、湖北省也有零星分布。地下水開采潛力較大區(qū)面積47.70萬平方千米,占全國總面積的5.0%。
開采潛力大區(qū)。地下水開采潛力大于20萬立方米/平方千米?年的地區(qū),主要分布在廣西壯族自治區(qū)、廣東省、海南省的小部分地區(qū)。雖然這些地區(qū)地下水開采潛力大,但由于降水充沛,地表水豐富,社會經(jīng)濟對地下水的依賴程度不高,地下水開采潛力的實際價值不大。地下水開采潛力大區(qū)面積4.82平方千米,占全國總面積的0.5%。備注:
1、地下水資源及其開采潛力的分布,主要依賴于不同級次水文地質(zhì)單元的補給條件與開采狀況,按照行政單位進行地下水開采潛力分析,其結(jié)果難免有與局部地區(qū)事實不相符的地方。
2、地下水是一種就地資源,在一個區(qū)域內(nèi)往往是超量開采與資源剩余并存,區(qū)域平均結(jié)果有時掩蓋了一些地方局部剩余與局部超采的客觀實際,希望在使用這張圖時有所辨別,以免產(chǎn)生誤解。
地下水污染程度
《中國地下水污染狀況圖》以國家地下水質(zhì)量標(biāo)準(GB/T 14848-93)為依據(jù),將人類活動影響下的地下水質(zhì)量現(xiàn)狀與天然條件下的地下水質(zhì)量“背景值”相對照,確定地下水污染超標(biāo)組分,按照單要素評價與多要素綜合評價相結(jié)合的原則編制而成,反映了城市地下水污染程度和污染組分二方面內(nèi)容。地下水污染程度分為污染嚴重、污染中等和污染較輕三級,反映的地下水污染組分包括硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮、氨氮、鉛、砷、汞、鉻、氰化物、揮發(fā)性酚、石油類、高錳酸鹽指數(shù)等指標(biāo)。
東北地區(qū)重工業(yè)和油田開發(fā)區(qū)地下水污染嚴重。東北地區(qū)的地下水污染,不同地區(qū)有不同特點。松嫩平原的主要污染物為亞硝酸鹽氮、氨氮、石油類等;下遼河平原硝酸鹽氮、氨氮、揮發(fā)性酚、石油類等污染普遍。各大中城市地下水的污染程度不同,其中,哈爾濱、長春、佳木斯、大連等城市的地下水污染較重。
華北地區(qū)地下水污染普遍呈加重趨勢。華北地區(qū)人類經(jīng)濟活動強烈,從城市到鄉(xiāng)村地下水污染比較普遍,主要污染組分有硝酸鹽氮、氰化物、鐵、錳、石油類等。此外,該區(qū)地下水總硬度和礦化度超標(biāo)嚴重,大部分城市和地區(qū)的總硬度超標(biāo),其中,北京、太原、呼和浩特等城市污染較重。
西北地區(qū)地下水受人類活動影響相對較小污染較輕。西北地區(qū)地下水污染總體較輕。內(nèi)陸盆地地區(qū)的主要污染組分為硝酸鹽氮;黃河中游、黃土高原地區(qū)的主要污染物有硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮、鉻、鉛等,以點狀、線狀分布于城市和工礦企業(yè)周邊地區(qū),其中,蘭州、西安等城市污染較重。
南方地區(qū)地下水局部污染嚴重。南方地區(qū)地下水水質(zhì)總體較好,但局部地區(qū)污染嚴重。西南地區(qū)的主要污染指標(biāo)有亞硝酸鹽氮、氨氮、鐵、錳、揮發(fā)性酚等,污染組分呈點狀分布于城鎮(zhèn)、鄉(xiāng)村居民點,污染程度較低,范圍較小。中南地區(qū)主要污染指標(biāo)有亞硝酸鹽氮、氨氮、汞、砷等,污染程度低。東南地區(qū)主要污染指標(biāo)有硝酸鹽氮、氨氮、汞、鉻、錳等,地下水總體污染輕微,但城市及工礦區(qū)局部地域污染較重,特別是長江三角洲地區(qū)、珠江三角洲地區(qū)經(jīng)濟發(fā)達,淺層地下水污染普遍。南方城市中,武漢、襄樊、昆明、桂林等污染較重。 七 《中國地下水質(zhì)量分布圖》根據(jù)建國50年來,特別是近20年來,地下水勘查開發(fā)與地下水環(huán)境監(jiān)測資料,參照不同用途的水質(zhì)標(biāo)準,在地下水水質(zhì)評價和地下水污染評價基礎(chǔ)上,經(jīng)過系統(tǒng)分析與綜合研究編制而成。地下水質(zhì)量共分為四級:可供飲用的地下水、適當(dāng)處理后可供飲用的地下水、不宜直接飲用但可供工農(nóng)業(yè)利用的地下水、不宜直接利用的地下水。
我國地下水質(zhì)量分布的總體規(guī)律是:南方地下水質(zhì)量優(yōu)于北方地下水質(zhì)量,東部平原區(qū)地下水質(zhì)量優(yōu)于西部內(nèi)陸盆地,山區(qū)地下水質(zhì)量優(yōu)于平原,山前及山間平原地下水質(zhì)量優(yōu)于濱海地區(qū),古河道帶的地下水質(zhì)量優(yōu)于河間地帶,深層地下水質(zhì)量常常優(yōu)于淺層地下水。
東北地區(qū)地下水質(zhì)量優(yōu)劣不均局部污染。東北地區(qū)地下水質(zhì)量從山區(qū)到平原由優(yōu)變劣,基巖地區(qū)地下水質(zhì)量優(yōu)于松散巖類地下水,承壓地下水質(zhì)量優(yōu)于潛水。該區(qū)大部分地下水為可供生活與工農(nóng)業(yè)供水水源,松遼盆地中部地下水質(zhì)量差,不宜直接利用。重工業(yè)和油田開發(fā)導(dǎo)致部分城市和地區(qū)的地下水遭受污染。
華北地區(qū)地下水質(zhì)量分帶明顯污染普遍。華北地區(qū)是人類活動最強烈的地區(qū)之一,地下水環(huán)境受人類活動的干擾影響大。該區(qū)地下水主要賦存于黃淮海平原及其外圍山區(qū),淺層地下水質(zhì)量分布具明顯的分帶規(guī)律,從山區(qū)、平原到濱海,地下水質(zhì)量由優(yōu)變劣,且城市地區(qū)地下水污染普遍。大部分地區(qū)的地下水可供直接飲用。
西北地區(qū)地下水質(zhì)量總體較差污染較輕。西北地區(qū)地下水質(zhì)量天然不良,并呈由山區(qū)向盆地、由盆地邊緣向盆地中部,地下水質(zhì)量呈現(xiàn)出由優(yōu)變劣的變化特點,表現(xiàn)為環(huán)帶狀分布特點,不宜直接利用的地下水分布面積占全區(qū)總面積的18%。在西北地區(qū),人類活動對地下水的干擾影響主要表現(xiàn)為開采造成的生態(tài)環(huán)境變化,地下水污染程度總體較輕。
南方地區(qū)地下水質(zhì)量總體優(yōu)良局部污染。南方大部分地區(qū)的地下水質(zhì)量優(yōu)良,可供直接飲用,其中江西、福建、廣西、廣東、海南、貴州、重慶等省(區(qū)、市),可供直接飲用地下水的分布面積占全省面積的90%以上。但在一些平原地區(qū),經(jīng)濟發(fā)達,城市化進程較快,人類活動對地下水影響較大,淺層地下水遭到污染。長江三角洲、珠江三角洲等經(jīng)濟發(fā)展核心地區(qū),淺層地下水質(zhì)量差,人們對淺層地下水的開采越來越少,對深層地下水的開采越來越多,誘發(fā)了嚴重的地面沉降。 地下水
八 隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展和地下水開發(fā)技術(shù)的不斷提高,我國地下水開發(fā)正在向“深”、“廣”發(fā)展,開采層不斷加深,開采范圍不斷擴大。全國660個城市中,開采地下水的城市400多個;地下水有效灌溉面積7.48億畝,占全國耕地總面積的40%;過去東南沿海從不開采地下水的地區(qū),大量開采地下水;華北平原、長江三角洲等地區(qū),因淺層地下水污染,地下水開采大量轉(zhuǎn)向深層地下水。地下水的開發(fā)利用,一方面給社會經(jīng)濟發(fā)展提供了水源支撐,另一方面不合理超量開采地下水,誘發(fā)了許多環(huán)境地質(zhì)問題。特別是以地下水為主要供水水源的北方城市和地區(qū),掠奪式開采現(xiàn)象嚴重,引發(fā)的環(huán)境地質(zhì)問題突出。
《中國地下水環(huán)境地質(zhì)問題圖》根據(jù)全國地下水環(huán)境調(diào)查監(jiān)測資料編制而成,反映的主要環(huán)境地質(zhì)問題有區(qū)域地下水降落漏斗、地面沉降、地面塌陷、地裂縫、海水入侵和土壤鹽漬化等,主要分布在地下水集中開采和超量開采地區(qū)。
地下水補給方式
地下水主要有降水入滲、灌溉水入滲、地表水入滲補給,越流補給和人工補給。在一定條件下,還有側(cè)向補給。地下水的排泄主要有泉、潛水蒸發(fā)、向地表水體排泄、越流排泄和人工排泄。泉是地下水天然排泄的主要方式。
地下水主要功能
地下水與人類的關(guān)系十分密切,井水和泉水是我們?nèi)粘J褂米疃嗟牡叵滤5叵滤砷_發(fā)利用,作為居民生活用水、工業(yè)用水和農(nóng)田灌溉用水的水源。地下水具有給水量穩(wěn)定、污染少的優(yōu)點。含有特殊化學(xué)成分或水溫較高的地下水,還可用作醫(yī)療、熱源、飲料和提取有用元素的原料。在礦坑和隧道掘進中,可能發(fā)生大量涌水,給工程造成危害。在地下水位較淺的平原、盆地中,潛水蒸發(fā)可能引起土壤鹽漬化;在地下水位高,土壤長期過濕,地表滯水地段,可能產(chǎn)生沼澤化,給農(nóng)作物造成危害。不過,地下水也會造成一些危害,如地下水過多,會引起鐵路、公路塌陷,淹沒礦區(qū)坑道,形成沼澤地等。同時,需要注意的是:地下水有一個總體平衡問題,不能盲目和過度開發(fā),否則容易形成地下空洞、地層下陷等問題。
地下水作為地球上重要的水體,與人類社會有著密切的關(guān)系。地下水的貯存有如在地下形成一個巨大的水庫,以其穩(wěn)定的供水條件、良好的水質(zhì),而成為農(nóng)業(yè)灌溉、工礦企業(yè)以及城市生活用水的重要水源,成為人類社會必不可少的重要水資源,尤其是在地表缺水的干旱、半干旱地區(qū),地下水常常成為當(dāng)?shù)氐闹饕┧础?/div>
科學(xué)百科地球科學(xué)分類
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水利部發(fā)展研究中心
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自然資源
據(jù)不完全統(tǒng)計,70年代以色列國75%以上的用水依靠地下水供給,德國的許多城市供水,亦主要依靠地下水;法國的地下水開采量,要占到全國總用水量1/3左右;像美國,日本等地表水資源比較豐富的國家,地下水亦要占到全國總用水量的20%左右。中國地下水的開采利用量約占全國總用水量的10—15%,其中北方各省區(qū)由于地表水資源不足,地下水開采利用量大。根據(jù)統(tǒng)計,1979年黃河流域平原區(qū)的淺層地下水利用率達48.6%,海、灤河流域更高達87.4%;1988年全國270多萬眼機井的實際抽水量為529.2億立方米,機井的開采能力則超過800億立方米。
問題的另一面,由于過量的開采和不合理的利用地下水,常常造成地下水位嚴重下降,形成大面積的地下水下降漏斗,在地下水用量集中的城市地區(qū),還會引起地面發(fā)生沉降。此外工業(yè)廢水與生活污水的大量入滲,常常嚴重地污染地下水源,危及地下水資源。因而系統(tǒng)地研究地下水的形成和類型、地下水的運動以及與地表水、大氣水之間的相互轉(zhuǎn)換補給關(guān)系,具有重要意義。
地下水組成結(jié)構(gòu)
地下水流系統(tǒng)的空間上的立體性,是地下水與地表水之間存在的主要差異之一。而地下水垂向的層次結(jié)構(gòu),則是地下水空間立體性的具體表征。典型水文地質(zhì)條件下,地下水垂向?qū)哟谓Y(jié)構(gòu)的基本模式。自地表面起至地下某一深度出現(xiàn)不透水基巖為止,可區(qū)分為包氣帶和飽和水帶兩大部分。其中包氣帶又可進一步區(qū)分為土壤水帶、中間過渡帶及毛細水帶等3個亞帶;飽和水帶則可區(qū)分為潛水帶和承壓水帶兩個亞帶。從貯水形式來看,與包氣帶相對應(yīng)的是存在結(jié)合水(包括吸濕水和薄膜水)和毛管水;與飽和水帶相對應(yīng)的是重力水(包括潛水和承壓水)。以上是地下水層次結(jié)構(gòu)的基本模式,在具體的水文地質(zhì)條件下,各地區(qū)地下水的實際層次結(jié)構(gòu)不盡一致。有的層次可能充分發(fā)展,有的則不發(fā)育。如在嚴重干旱的沙漠地區(qū),包氣帶很厚,飽和水帶深埋在地下,甚至基本不存在;反之,在多雨的濕潤地區(qū),尤其是在地下水排泄不暢的低洼易澇地帶,包氣帶往往很薄,甚至地下潛水面出露地表,所以地下水層次結(jié)構(gòu)亦不明顯。至于象承壓水帶的存在,要求有特定的貯水構(gòu)造和承壓條件。而這種構(gòu)造和承壓條件并非處處都具備,所以承壓水的分布受到很大的限制。但是上述地下水層次結(jié)構(gòu)在地區(qū)上的差異性,并不否定地下水垂向?qū)哟谓Y(jié)構(gòu)的總體規(guī)律性。這一層次結(jié)構(gòu)對于人們認識和把握地下水性質(zhì)具有重要意義,并成為按埋藏條件進行地下水分類的基本依據(jù)。
地下水在垂向上的層次結(jié)構(gòu),還表現(xiàn)為在不同層次的地下水所受到的作用力亦存在明顯的差別,形成不同的力學(xué)性質(zhì)。如包氣帶中的吸濕水和薄膜水,均受分子吸力的作用而結(jié)合在巖土顆粒的表面。通常,巖土顆粒愈細小,其顆粒的比表面積愈大,分子吸附力亦愈大,吸濕水和薄膜水的含量便愈多。其中吸濕水又稱強結(jié)合水,水分子與巖土顆粒表面之間的分子吸引力可達到幾千甚至上萬個大氣壓,因此不受重力的影響,不能自由移動,密度大于1,不溶解鹽類,無導(dǎo)電性,也不能被植物根系所吸收。
薄膜水 又稱弱結(jié)合水,它們受分子力的作用,但薄膜水與巖土顆粒之間的吸附力要比吸濕水弱得多,并隨著薄膜的加厚,分子力的作用不斷減弱,直至向自由水過渡。所以薄膜水的性質(zhì)亦介于自由水和吸濕水之間,能溶解鹽類,但溶解力低。薄膜水還可以由薄膜厚的顆粒表面向薄膜水層薄的顆粒表面移動,直到兩者薄膜厚度相當(dāng)時為止。而且其外層的水可被植物根系所吸收。當(dāng)外力大于結(jié)合水本身的抗剪強度(指能抵抗剪應(yīng)力破壞的極限能力)時,薄膜水不僅能運動,并可傳遞靜水壓力。
毛管水 當(dāng)巖土中的空隙小于1毫米,空隙之間彼此連通,就象毛細管一樣,當(dāng)這些細小空隙貯存液態(tài)水時,就形成毛管水。如果毛管水是從地下水面上升上來的,稱為毛管上升水;如果與地下水面沒有關(guān)系,水源來自地面滲入而形成的毛管水,稱為懸著毛管水。毛管水受重力和負的靜水壓力的作用,其水分是連續(xù)的,并可以把飽和水帶與包氣帶聯(lián)起來。毛管水可以傳遞靜水壓力,并能被植物根系所吸收。
重力水 當(dāng)含水層中空隙被水充滿時,地下水分將在重力作用下在巖土孔隙中發(fā)生滲透移動,形成滲透重力水。飽和水帶中的地下水正是在重力作用下由高處向低處運動,并傳遞靜水壓力。
綜上所述,地下水在垂向上不僅形成結(jié)合水、毛細水與重力水等不同的層次結(jié)構(gòu),而且各層次上所受到的作用力亦存在差異,形成垂向力學(xué)結(jié)構(gòu)。
地下水運動模式
絕大多數(shù)地下水的運動屬層流運動。在寬大的空隙中,如水流速度高,則易呈紊流運動。
地下水體系作用勢。所謂“勢”是指單位質(zhì)量的水從位勢為零的點,移到另一點所需的功,它是衡量地下水能量的指標(biāo)。根據(jù)理查茲(Richards)的測定,發(fā)現(xiàn)勢能(Φ)是隨距離(L)呈遞減趨勢,并證明勢能梯度(-dΦ/dL)是地下水在巖土中運動的驅(qū)動力。地下水總是由勢能較高的部位向勢能較低的方向移動。
地下水體系的作用勢根據(jù)其力源性質(zhì),可分為重力勢、靜水壓勢、滲透壓勢、吸附勢等分勢,這些分勢的組合稱為總水勢。
1.重力勢(Φg)指將單位質(zhì)量的水體,從重力勢零的某一基準面移至重力場中某給定位置所需的能量,并定義為Φg=Z,式中Z為地下水位置高度。具體計算時,一般均以地下水位的高度作為比照的標(biāo)準,并將該位置的重力勢視為零,則地下水位以上的重力勢為正值,地下水面以下的重力勢為負值。
2.靜水壓勢(Φp)連續(xù)水層對它層下的水所產(chǎn)生的靜水壓力,由此引起的作用勢稱靜水壓勢,由于靜水壓勢是相對于大氣壓而定義的,所以處于平衡狀態(tài)下地下水自由水面處靜水壓力為零,位于地下水面以下的水則處于高于大氣壓的條件下,承載了靜水壓力,其壓力的大小隨水的深度而增加,以單位質(zhì)量的能量來表達,即為正的靜水壓勢,反之,位于地下水面以上非飽和帶中地下水則處于低于大氣壓的狀態(tài)條件下。由于非飽和帶中有閉蓄氣體的存在,以及吸附力和毛管力的對水分的吸附作用,從而降低了地下水的能量水平,產(chǎn)生了負壓效應(yīng),稱為負的靜水壓勢,又稱基模勢。
3.滲透壓勢(Φ0)又稱溶質(zhì)勢,它是由于可溶性物質(zhì)在溶于水形成離子時,因水化作用將其周圍的水分子吸引并作走向排列,并部分地抑制了巖土中水分子的自由活動能力,這種由溶質(zhì)產(chǎn)生的勢能稱為溶質(zhì)勢,其勢值的大小恰與溶液的滲透壓相等,但兩者的作用方向正好相反,顯然滲透壓勢為負值。
4.吸附勢(Φa)巖土作為吸水介質(zhì),所以能夠吸收和保持水分,主要是由吸附力的作用,水分被巖土介質(zhì)吸附后,其自由活動的能力相應(yīng)減弱,如將不受介質(zhì)影響的自由水勢作為零,則由介質(zhì)所吸附的水分,其勢值必然為負值,這種由介質(zhì)吸附而產(chǎn)生的勢值稱為吸附勢。或介質(zhì)勢。
5.總水勢 總水勢就是上述分勢的組合,即Φ=Φg+Φp+Φ0+Φa,但處于不同水帶的地下水其作用勢并不相等。
地下水基本特征
地下水水流系統(tǒng)
地下水雖然埋藏于地下,難以用肉眼觀察,但它象地表上河流湖泊一樣,存在集水區(qū)域,在同一集水區(qū)域內(nèi)的地下水流,構(gòu)成相對獨立的地下水流系統(tǒng)。
地下水流系統(tǒng)的基本特征
在一定的水文地質(zhì)條件下,匯集于某一排泄區(qū)的全部水流,自成一個相對獨立的地下水流系統(tǒng),又稱地下水流動系。處于同一水流系統(tǒng)的地下水,往往具有相同的補給來源,相互之間存在密切的水力聯(lián)系,形成相對統(tǒng)一的整體;而屬于不同地下水流系統(tǒng)的地下水,則指向不同的排泄區(qū),相互之間沒有或只有極微弱的水力聯(lián)系。 此外,與地表水系相比較,地下水流系統(tǒng)具有如下的特征:
1.空間上的立體性 地表上的江河水系基本上呈平面狀態(tài)展布;而地下水流系統(tǒng)往往自地表面起可直指地下幾百上千米深處,形成空間立體分布,并自上到下呈現(xiàn)多層次的結(jié)構(gòu),這是地下水流系統(tǒng)與地表水系的明顯區(qū)別之一。2.流線組合的復(fù)雜性和不穩(wěn)定性 地表上的江河水系,一般均由一條主流和若干等級的支流組合而成有規(guī)律的河網(wǎng)系統(tǒng)。而地下水流系統(tǒng)則是由眾多的流線組合而成的復(fù)雜的動態(tài)系統(tǒng),在系統(tǒng)內(nèi)部不僅難以區(qū)別主流和支流,而且具有多變性和不穩(wěn)定性。這種不穩(wěn)定性,可以表現(xiàn)為受氣候和補給條件的影響呈現(xiàn)周期性變化;亦可因為開采和人為排泄,促使地下水流系統(tǒng)發(fā)生劇烈變化,甚至在不同水流系統(tǒng)之間造成地下水劫奪現(xiàn)象。
3.流動方向上的下降與上升的并存性 在重力作用下,地表江河水流總是自高處流向低處;然而地下水流方向在補給區(qū)表現(xiàn)為下降,但在排泄區(qū)則往往表現(xiàn)為上升,有的甚至形成噴泉。
除上述特點外,地下水流系統(tǒng)涉及的區(qū)域范圍一般比較小,不可能象地表江河那樣組合成面積廣達幾十萬乃至上百萬平方公里的大流域系統(tǒng)。根據(jù)托思的研究,在一塊面積不大的地區(qū),由于受局部復(fù)合地形的控制,可形成多級地下水流系統(tǒng),不同等級的水流系統(tǒng),它們的補給區(qū)和排泄區(qū)在地面上交替分布。
地下水集水區(qū)域
地下水域就是地下水流系統(tǒng)的集水區(qū)域。它與地表水的流域亦存在明顯區(qū)別,地表水的流動主要受地形控制,其流域范圍以地形分水嶺為界,主要表現(xiàn)為平面形態(tài);而地下水域則要受巖性地質(zhì)構(gòu)造控制,并以地下的隔水邊界及水流系統(tǒng)之間的分水界面為界,往往涉及很大深度,表現(xiàn)為立體的集水空間。如以人類歷史時期來衡量,地表水流域范圍很少變動或變動極其緩慢,而地下水域范圍的變化則要快速得多,尤其是在大量開采地下水或人工大規(guī)模排水的條件下,往往引起地下水流系統(tǒng)發(fā)生劫奪,促使地下水域范圍產(chǎn)生劇變。
通常,每一個地下水域在地表上均存在相應(yīng)的補給區(qū)與排泄區(qū),其中補給區(qū)由于地表水不斷地滲入地下,地面常呈現(xiàn)干旱缺水狀態(tài);而在排泄區(qū)則由于地下水的流出,增加了地面上的水量,因而呈現(xiàn)相對濕潤的狀態(tài)。如果地下水在排泄區(qū)以泉的形式排泄,則可稱這個地下水域為泉域。
地下水貯存空間
地下水由于埋藏于地下巖土的空隙之中可以流動的水體,因而其分布、運動和水的性質(zhì),要受到巖土的特性以及貯存它的空間特性的深刻影響。與地表水系統(tǒng)相比,地下水系統(tǒng)顯得更為復(fù)雜多樣,并表現(xiàn)出立體結(jié)構(gòu)的特點。
含水介質(zhì)、含水層和隔水層
自然界的巖石、土壤均是多孔介質(zhì),在它們的固體骨架間存在著形狀不一、大小不等的孔隙、裂隙或溶隙,其中有的含水,有的不含水,有的雖然含水卻難以透水。通常把既能透水,又飽含水的多孔介質(zhì)稱為含水介質(zhì),這是地下水存在的首要條件。 所謂含水層是指貯存有地下水,并在自然狀態(tài)或人為條件下,能夠流出地下水來的巖體。由于這類含水的巖體大多呈層狀、故名含水層,如砂層、砂礫石層等。亦有的含水巖體呈帶狀、脈狀甚至是塊狀等復(fù)雜狀態(tài)分布,對于這樣的含水巖體可稱為含水帶、含水體或稱為含水巖組。
對于那些雖然含水,但幾乎不透水或透水能力很弱的巖體,稱為隔水層,如質(zhì)地致密的火成巖、變質(zhì)巖,以及孔隙細小的頁巖和粘土層均可戌為良好的隔水層。實際上,含水層與隔水層之間并無一條截然的界線,它們的劃分是相對的,并在一定的條件下可以互相轉(zhuǎn)化。如飽含結(jié)合水的粘土層,在尋常條件下,不能透水與給水,成為良好的隔水層;但在較大的水頭作用下,由于部分結(jié)合水發(fā)生運動,粘土層就可以由隔水層轉(zhuǎn)化為含水層。
含水介質(zhì)的空隙性與水理性
1.含水介質(zhì)的空隙性 含水介質(zhì)的空隱性是地下水存在的先決條件之一。空隙的多少、大小、均勻程度及其連通情況,直接決定了地下水的埋藏、分布和運動特性。通常,將松散沉積物顆粒之間的空隙稱為孔隙,堅硬巖石因破裂產(chǎn)生的空隙稱裂隙,可溶性巖石中的空隙稱溶隙(包括巨大的溶穴,溶洞等)。
1)孔隙率(n)又稱孔隙度,它是反映含水介質(zhì)特性的重要指標(biāo),以孔隙體積(Vn)與包括孔隙在內(nèi)的巖土體積(V)之比值來表示,即n = Vn/V×100%。孔隙率的大小,取決于巖土顆粒本身的大小,顆粒之間的排列形式、分選程度以及顆粒的形狀和膠結(jié)的狀況等。
必須指出,孔隙率只有孔隙數(shù)量多少的概念,并不說明孔隙本身的大小(即孔隙率大并不表示孔隙也大)。孔隙的大小與巖土顆粒粗細有關(guān),通常是顆粒粗則孔隙大,顆粒細則孔隙小。但因細顆粒巖土表面積增大,因而孔隙率反而增大,如粘土孔隙率達到45—55%;而礫石的平均孔隙率只有27%。
2)裂隙率(KT)裂隙率即裂隙體積(VT)與包括裂隙在內(nèi)巖石體積(V)之比值:KT = VT/V×100%。與孔隙相比裂隙的分布具有明顯的不均勻性,因此,即使是同一種巖石,有的部位的裂隙率KT可能達到百分之幾十,有的部位KT值可能小于1%。
3)巖溶率(KK)溶隙的多少用巖溶率表示,即溶隙的體積(Vk)與包括溶隙在內(nèi)的巖石體積(V)之比值:K k = Vk/V×100%。溶隙與裂隙相比較,在形狀、大小等方面顯得更加千變?nèi)f化,小的溶孔直徑只幾毫米,大的溶洞可達幾百米,有的形成地下暗河延伸數(shù)千米。因此巖溶率在空間上極不均勻。
綜上所述,雖然裂隙率(KT)、巖溶率(Kk)與孔隙率(n)的定義相似,在數(shù)量上均說明巖土空隙空間所占的比例。但實際意義卻頗有區(qū)別,其中孔隙率具有較好的代表性,可適用于相當(dāng)大的范圍;而裂隙率囿于裂隙分布的不均勻性,適用范圍受到極大限制;對于巖溶率(Kk)來說,即使是平均值也不能完全反映實際情況,所以局限性更大。
2.含水介質(zhì)的水理性質(zhì) 巖土的空隙,雖然為地下水提供了存在的空間,但是水能否自由的進出這些空間,以及巖土保持水的能力,卻與巖土表面控制水分活動的條件、性質(zhì)有很大的關(guān)系。這些與水分的貯容、運移有關(guān)的巖石性質(zhì),稱為含水介質(zhì)的水理性質(zhì),包括巖土的容水性、持水性、給水性、貯水性、透水性及毛細性等。
1)容水性指在常壓下巖土空隙能夠容納一定水量的性能,以容水度來衡量。容水度(Wn)定義為巖土容納水的最大體積Vn與巖土總體積V之比,即Wn=Vn/V×100%。由定義可知,容水度Wn值的大小取決于巖土空隙的多少和水在空隙中充填的程度,如全部空隙被水充滿,則容水度在數(shù)值上等于孔隙度;對于具有膨脹性的粘土,充水后其體積會增大,所以容水度可以大于孔隙度。
2)持水性飽水巖土在重力作用下排水后,依靠分子力和毛管力仍然保持一定水分的能力稱持水性。持水性在數(shù)量上用持水度表示。持水度Wr定義為飽水巖土經(jīng)重力排水后所保持水的體積Vr和巖土總體積V之比。即Wr=Vr/V×100%,其值大小取決于巖土顆粒表面對水分子的吸附能力。在松散沉積物中,顆粒愈細,空隙直徑愈小,則同體積內(nèi)的比表面積愈大,Wr,愈大。
3)給水性 指飽水巖土在重力作用下能自由排出水的性能,其值用給水度(μ)來表示。給水度定義為飽水巖土在重力作用下,能自由排出水的體積Vg和巖土總體積V之比,即μ=Vg/V×100%。
由上述3個定義可知:巖土持水度和給水度之和等于容水度(或孔隙度),即Wn=Wr+μ或n = Wr+μ。式中n為孔隙度。
4)透水性 指在一定條件下,巖土允許水通過的性能。透水性能一般用滲透系數(shù)K值來表示。其值大小首先與巖土空隙的直徑大小和連通性有關(guān),其次才和空隙的多少有關(guān)。如粘土的孔隙度很大,但孔隙直徑很小,水在這些微孔中運動時,不僅由于水與孔壁的摩阻力大而難以通過,而且還由于粘土顆粒表面吸附形成一層結(jié)合水膜,這種水膜幾乎占滿了整個孔隙,使水更難通過。透水層與隔水層雖然沒有嚴格的界限,不過常常將滲透系數(shù)K值小于0.001米/日的巖土,列入隔水層,大于或等于此值的巖土屬透水層。
5)貯水性 上述巖土的容水性和給水性,對于埋藏不深、厚度不大的潛水(無壓水)來說是適合的,但對于埋藏較深的承壓水層來說,往往存在明顯的誤差。主要原因是在高壓條件下釋放出來的水量,與承壓含水介質(zhì)所具有的彈性釋放性能以及來自承壓水自身的彈性膨脹性有關(guān)。通常,埋藏愈深,承壓愈大則誤差愈大。因而需要引入貯水性概念。承壓含水介質(zhì)的貯水性能可用貯水系數(shù)或釋水系數(shù)表示,其定義為:當(dāng)水頭變化為一個單位時,從單位面積含水介質(zhì)柱體中釋放出來的水體積,稱為釋水系數(shù)(s),它是一個無量綱的參數(shù)。大部分承壓含水介質(zhì)的s值大約從10-5變化到10-3。
蓄水構(gòu)造
所謂蓄水構(gòu)造,是指由透水巖層與隔水層相互結(jié)合而構(gòu)成的能夠富集和貯存地下水的地質(zhì)構(gòu)造體。一個蓄水構(gòu)造體需具備以下3個基本條件,第一,要有透水的巖層或巖體所構(gòu)成的蓄水空間;第二,有相對的隔水巖層或巖體構(gòu)成的隔水邊界;第三,具有透水邊界,補給水源和排泄出路。 不同的蓄水構(gòu)造,對含水層的埋藏及地下水的補給水量、水質(zhì)均有很大的影響。尤其在堅硬巖層分布區(qū),首先要查明蓄水構(gòu)造,才能找到比較理想的地下水源。這類蓄水構(gòu)造主要有:單斜蓄水構(gòu)造、背斜蓄水構(gòu)造、向斜蓄水構(gòu)造、斷裂型蓄水構(gòu)造、巖溶型蓄水構(gòu)造等。在松散沉積物廣泛分布的河谷、山前平原地帶,有人根據(jù)沉積物的成因類型,空間分布及水源條件,區(qū)分為山前沖洪積型蓄水構(gòu)造、河谷沖積型蓄水構(gòu)造、湖盆沉積型蓄水構(gòu)造等。
地下水包含成分
地下水中分布最廣的是鉀、鈉、鎂、鈣、氯、硫酸根和碳酸氫根7 種離子。地下水中各種離子、分子和化合物的總量稱總礦化度 ,總礦化度小于1克/升的 ,稱淡水,1~3克/升的 ,稱微水,3 ~ 10克/升的,稱咸水 ,10~50克/升的,稱鹽水,大于 50 克/升的,稱鹵水。地下水中鈣、鎂、鐵、錳、鍶、鋁等溶解鹽類的含量稱硬度,含量高的硬度大,反之硬度小。
地下水水質(zhì)監(jiān)測
2013年6月,環(huán)保部公布2012年環(huán)境公報,六成地級以上城市空氣質(zhì)量不達標(biāo),新標(biāo)準納入PM2.5達標(biāo)率降低。對于2012年全國環(huán)境質(zhì)量狀況,環(huán)保部表示總體保持平穩(wěn),但形勢依然嚴峻:超過30%的河流和超過50%的地下水不達標(biāo);空氣質(zhì)量方面,325個地級城市中,有59.1%的城市不符合新的空氣質(zhì)量標(biāo)準,113個環(huán)保重點城市的不達標(biāo)率更是達到76.1%。
PM2.5相關(guān)指標(biāo)下降
公報稱,我國污染物總量排放均有所下降。環(huán)保部強制要求減排的四項污染物,和廢水相關(guān)的化學(xué)需氧量和氨氮,均較2010年有所減少,和廢氣相關(guān)二氧化硫和氮氧化物,也比上一年降低。
在2011年,和PM2.5關(guān)系密切的氮氧化物排放總量當(dāng)年有所上升,環(huán)保部曾解釋這與該指標(biāo)剛剛增加,尚未達到減排節(jié)點有關(guān)。2010年,全國氮氧化物的排放量也開始全面下降。
但是,排放的廢水廢氣減少,不代表環(huán)境質(zhì)量改善。根據(jù)《公報》,2012年,全國325個地級市及以上城市,如果用新的空氣質(zhì)量標(biāo)準衡量,達標(biāo)城市比例僅40.9%,113個環(huán)保重點城市的達標(biāo)率更是只有23.9%。
農(nóng)村飲用水源受污染
對于水環(huán)境,環(huán)保部稱“質(zhì)量不容樂觀”,針對全國798個村莊的農(nóng)村環(huán)境質(zhì)量試點監(jiān)測結(jié)果表明,農(nóng)村飲用水源和地表水受到不同程度污染。
此外,環(huán)保部認為,農(nóng)村環(huán)境問題日益顯現(xiàn),突出表現(xiàn)為工礦污染壓力加大,生活污染局部加劇,畜禽養(yǎng)殖污染嚴重等。
2012年,環(huán)保部批復(fù)了240個項目的建設(shè)項目環(huán)境影響評價,涉及總投資近1.4萬億元,其中基礎(chǔ)設(shè)施和民生工程有79個,約占總投資的一半,有24個項目被退回環(huán)評,不予審批或暫緩審批,涉及總投資1000多億元。
2013年世界環(huán)境日中國主題為“同呼吸 共奮斗”,重點關(guān)注以防治PM2.5為重點的大氣污染防治工作。
水環(huán)境
在198個城市4929個地下水監(jiān)測點位中,優(yōu)良-良好-較好水質(zhì)的監(jiān)測點比例為42.7%,較差-極差水質(zhì)的監(jiān)測點比例為57.3%。農(nóng)村地區(qū)的水環(huán)境問題更為嚴重,試點村莊飲用水源地的水質(zhì)達標(biāo)率僅77.2%,地下水飲用水源地水質(zhì)達標(biāo)率僅70.3%。地表水達標(biāo)率只有64.7%。
地下水水質(zhì)級別
一類水質(zhì):水質(zhì)良好。地下水只需消毒處理,地表水經(jīng)簡易凈化處理(如過濾)、消毒后即可供生活飲用者。
二類水質(zhì):水質(zhì)受輕度污染。經(jīng)常規(guī)凈化處理(如絮凝、沉淀、過濾、消毒等),其水質(zhì)即可供生活飲用者。
三類水質(zhì):適用于集中式生活飲用水源地二級保護區(qū)、一般魚類保護區(qū)及游泳區(qū)。
四類水質(zhì):適用于一般工業(yè)保護區(qū)及人體非直接接觸的娛樂用水區(qū)。
五類水質(zhì):適用于農(nóng)業(yè)用水區(qū)及一般景觀要求水域。超過五類水質(zhì)標(biāo)準的水體基本上已無使用功能
地下水影響因素
過度開采
一些地區(qū)(如中國的華北平原等地,臺灣的云嘉南一帶)以地下水作為工業(yè)、農(nóng)業(yè)、養(yǎng)殖漁業(yè)和生活用水的主要來源,這些地區(qū)過量開采地下水,造成地層下陷,某些沿海地區(qū)還造成海水滲入,造成地下水咸化。
近30年來,我國地下水開采量以每年25億立方米的速度遞增,有效保證了經(jīng)濟社會發(fā)展需求。但是,北方和東部沿海地區(qū)地下水超采越來越嚴重。初步統(tǒng)計,全國已形成大型地下水降落漏斗100多個,面積達15萬平方公里,超采區(qū)面積62萬平方公里,嚴重超采城市近60個,造成眾多泉水?dāng)嗔鳎糠炙吹乜萁摺5叵滤蓞^(qū)主要分布在華北平原(黃淮海平原)、山西六大盆地、關(guān)中平原、松嫩平原、下遼河平原、西北內(nèi)陸盆地的部分流域(石羊河、吐魯番盆地等)、長江三角洲、東南沿海平原等地區(qū)。華北平原最為嚴重,河北平原和北京市平原區(qū)地下水超采量累計分別達到500億立方米和60億立方米;由于嚴重的地面沉降,天津市已不能繼續(xù)超采地下水。長期持續(xù)超采造成華北平原深層地下水水位持續(xù)下降,儲存資源不斷減少,目前有近7萬平方公里面積的地下水位在海平面以下;滄州市深層地下水漏斗中心區(qū)水位最大下降幅度近100米,低于海平面80余米,地下水儲存資源瀕于枯竭。
地面沉降
全國有近70個城市因不合理開采地下水誘發(fā)了地面沉降,沉降范圍6.4萬平方千米,沉降中心最大沉降量超過2m的有上海、天津、太原、西安、蘇州、無錫、常州等城市,天津塘沽的沉降量達到3.1m。西安、大同、蘇州、無錫、常州等市的地面沉降同時伴有地裂縫,對城市基礎(chǔ)設(shè)施構(gòu)成嚴重威脅。發(fā)生地裂縫的地區(qū)還有河北、山東、云南、廣東、海南等地。
巖溶塌陷
大規(guī)模集中開采地下水以及礦山排水等,造成地面塌陷頻繁發(fā)生,呈現(xiàn)向城鎮(zhèn)和礦山集中的趨勢,規(guī)模越來越大,損失不斷增加。據(jù)不完全統(tǒng)計,全國23個省(自治區(qū)、直轄市)發(fā)生巖溶塌陷1400多例,塌坑總數(shù)超過4萬個,給國民經(jīng)濟建設(shè)和人民生命財產(chǎn)帶來嚴重威脅。例如,2003年8月4日,廣東陽春市巖溶塌陷造成6棟民房倒塌、2人傷亡、80多戶400多人受災(zāi);2000年4月6日武漢洪山區(qū)巖溶塌陷造成4幢民房倒塌,150多戶900多人受災(zāi);20世紀80年代,山東泰安巖溶塌陷造成京滬鐵路一度中斷、長期減速慢行;貴昆鐵路因巖溶塌陷發(fā)生列車顛覆事件。地面塌陷。超量開采巖溶地下水造成地面塌陷,主要分布在廣西、廣東、貴州、湖南、湖北、江西等省(區(qū)),在福建、河北、山東、江蘇、浙江、安徽、云南等省(區(qū))也有分布。昆明、貴陽、六盤水、桂林、泰安、秦皇島等城市的巖溶塌陷最為典型,湖南、廣東的一些礦區(qū)礦坑排水產(chǎn)生的塌陷數(shù)量最多。全國共發(fā)生巖溶塌陷3000多處,塌陷面積300多平方千米。
海水入侵
在環(huán)渤海地區(qū)、長江三角洲的部分沿海城市和南方沿海地區(qū),由于過量開采地下水引起不同程度的海水入侵,呈現(xiàn)從點狀入侵向面狀入侵的發(fā)展趨勢。海水入侵使地下水產(chǎn)生不同程度的咸化,造成當(dāng)?shù)厝罕婏嬎щy,土地發(fā)生鹽漬化,多數(shù)農(nóng)田減產(chǎn)20%-40%,嚴重的達到50%-60%,非常嚴重的達到80%,個別地方甚至絕產(chǎn)。山東萊州灣南岸是我國海水入侵最嚴重的地區(qū)之一,造成8000多眼農(nóng)用機井報廢,40萬人飲水困難,60萬畝耕地喪失生產(chǎn)能力,糧食累計減產(chǎn)30—45億公斤,直接經(jīng)濟損失40億元。
土壤鹽漬化
天然形成的原生土壤鹽漬化問題主要分布于我國東北的松嫩平原和西北地區(qū),黃淮海地區(qū)也有分布。主要省份有黑龍江、吉林、內(nèi)蒙、寧夏、甘肅、新疆、河北、河南、山東。長期的氣候干旱,農(nóng)業(yè)灌溉和工業(yè)用水量的不斷增加,造成地下水位普遍下降,表層土壤富集的鹽分被淋濾到地下,土壤鹽漬化程度降低,鹽漬化面積縮小,我國的土壤鹽漬化面積僅為80年代初分布面積的31.4%。人為活動形成的次生土壤鹽漬化問題,主要分布在我國黃河中游和西北內(nèi)陸盆地大量引用地表水灌溉的農(nóng)業(yè)區(qū)。此外,我國部分地區(qū)分布有高砷水、高氟水、低碘水等,全國約有1億多人在飲用不符合標(biāo)準的地下水,使這些地區(qū)的群眾遭受砷中毒(皮膚癌)、地甲病、地氟病、克山病等地方病困擾。
水質(zhì)污染
新一輪地下水資源評價結(jié)果表明,我國地下水水質(zhì)狀況總體較好。按分布面積統(tǒng)計,63%可供直接飲用,17%經(jīng)適當(dāng)處理后可供飲用,12%不宜直接飲用但可供農(nóng)業(yè)和部分工業(yè)部門利用,另有不足8%的地下水為礦化度大于5克/升的咸水鹽水和少量遭受嚴重污染的地下水,不宜直接利用或需經(jīng)深度處理后才有可能得以利用。
然而,城市與工業(yè)“三廢”不合理或不達標(biāo)排放量的迅速增加,農(nóng)牧區(qū)農(nóng)藥、化肥的大量使用,導(dǎo)致我國地下水污染日益嚴重,呈現(xiàn)由點到面、由淺到深、由城市到農(nóng)村的擴展趨勢。
多種污染源作用下,我國淺層地下水污染嚴重且污染速度快。2011年,全國200個城市地下水質(zhì)監(jiān)測中,“較差—極差”水質(zhì)比例55%,并且與2010年比15.2%的監(jiān)測點水質(zhì)在變差。
根據(jù)國土資源部十年的調(diào)查,197萬平方公里的平原區(qū),淺層地下水已不能飲用的面積達六成。地下水形勢已刻不容緩。按環(huán)保部等部門制定的規(guī)劃,到2020年,對典型地下水污染源實現(xiàn)全面監(jiān)控。
2000年-2002年國土資源部進行了全國地下水資源評價,按照《地下水質(zhì)量標(biāo)準》,37%已是不能飲用的類、類水。
2011年,全國共200個城市開展了地下水質(zhì)監(jiān)測,其中“較差—極差”水質(zhì)監(jiān)測點比例為55%。與2010年相比,15.2%的監(jiān)測點水質(zhì)在變差。
根據(jù)2000年-2002年國土資源部的全國地下水資源評價,全國195個城市監(jiān)測結(jié)果表明,97%的城市地下水受到不同程度污染,40%的城市污染趨勢加重;北方17個省會城市中16個污染趨勢加重,南方14個省會城市中3個污染趨勢加重。
[2]
地下水植物狀態(tài)
在干旱區(qū),許多植物的生活依賴地下水。如生長于荒漠地區(qū)河流岸邊的胡楊(Populus diversifolia)即是如此。以處于內(nèi)蒙古最西邊的額濟納旗為例,那里的年降水量小于40mm,而蒸發(fā)量在3000mm以上。但由于河岸的地下水位較淺,胡楊能夠生存。目前由于上游來水大量減少,胡楊大面積枯死。
在氣候非常干旱的地區(qū),有些植物根系很深,能達到地下水面或毛管邊緣帶,因而能夠直接利用地下水,這類植物稱為潛水植物。如荒漠地區(qū)生長的駱駝刺(Alhagi pseudathagi),其地上部分的高度只有20cm左右,而地下部分可達十幾米深。
[3]
詞條圖冊
更多圖冊
- 參考資料
-
- 1. 肖長來,梁秀娟,王彪.水文地質(zhì)學(xué):清華大學(xué)出版社,2010年:1-2
- 2. 我國200城市5成地下水質(zhì)差 癌癥村頻現(xiàn)牛羊絕育 .騰訊網(wǎng)[引用日期2013-02-25]
- 3. 劉鴻雁.植物學(xué):北京大學(xué)出版社,2005年2月
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