地下水管理的内容

如题所述

地下水管理的内容,随着地区和目的的不同而不同。我国幅员广阔,人口众多,同时由于气候、水文、地形等自然条件上的差异和地质条件复杂程度的不同,在全国不同地区构成了各具特色的区域水文地质条件,加上人们生活和生产活动对地下水环境的影响,所有这些都严格地控制着和不断地改变着这些地区地下水的补给、径流、储存和排泄的状况,同时产生了各种环境地质效应,构成了不同的地下水管理内容。

为便于说明问题,将地下水管理内容分为基本内容和为专门目的服务的地下水管理内容两方面进行阐述。

一、地下水管理的基本内容

(一)地下水位的控制与优化

因地下水开采所引起的一系列正、负环境地质问题及由其诱发导致的环境、生态和社会、经济状况的变化,归根结底,多数情况下都是由于地下水位升降的结果。因此,优化控制地下水位显然是地下水管理的最基本内容,而地下水动态分析又是优化控制地下水位的研究基础。

地下水动态研究包括:对一个地区的补给量、允许开采量和实际开采量的确定;地下水资源多年周期机制的形成和流域整体水均衡、水动态的预测;上述各量在时、空分布上的特点及其给社会、经济造成的后果研究。一个地区的地下水补给量由地下水天然补给和人为补给组成。天然补给主要是由大气降水入渗补给、地表水(河、渠、湖水)的渗漏补给、地下径流的侧向补给和邻近含水层间的相互越流补给等组成。对大多数潜水地区来说,其中以大气降水和地表水入渗补给地下水为最主要的天然补给源。

大气降水入渗补给量的大小,主要取决于地形和地面坡度、包气带岩性结构特征及其垂向渗透性、植被类型及其需水量、降水量及其频率和强度以及温度等。当地表水体和地下水有水力联系,并入渗补给地下水时,地表水体底部和周边沉积物,以及包气带岩性的厚度和渗透性等将直接影响地表水的入渗率。当地表水体下形成地下水丘后,水丘的水力梯度就成为地下水入渗补给的主要控制因素。

地下水允许开采量是指在水源地的设计开采时期内,以合理的技术经济开采方案,在不引起开采条件恶化和环境地质问题的前提下,单位时间内可以从含水层中取出的最大水量。

在上述各量计算的基础上,通过对地区总水均衡和地下水开采条件的动态平衡研究,可以找出地下水资源的多年周期机制的形成和水动态发展的趋势。

总之,上述各种水量增减均衡的结果最终将反映在地下水动态变化上,尤其是在浅层地下水的动态变化上反映最为明显。

地下水动态变化在时、空上的记录是地下水评价的基础资料。通过对地下水动态研究的结果分析,可以反映出地下水开发利用的现状,揭示地区各种环境地质正、副作用结果的机制,指导未来地下水开发利用与水位控制管理的方向。因此,分析地下水动态,进行地下水位的控制与优化管理研究是地下水管理的基本内容。

(二)地下水水质的改良、控制及分质供水的调度

随着人口增加和经济建设的迅速发展,在人类对水资源需求日益增长的同时,地表水和地下水受污染和水质恶化的状况也日益严重。这就更加重了原来已十分紧缺的水资源的危机。因此,进行以改良和控制地下水水质为目的的地下水管理是十分必要的。

在地下水水质尚未出现恶化的地区,地下水管理应着重于建立地下水补给区、水源地和水井的卫生防护带,控制三废排放和地下水的过量开采。

对地下水已受污染的地区,要严格控制地下水开采量和减少三废排放量,治理污染源,必要时,要调整水井布局或进行人工补给地下水,以控制和改善地下水水质和环境地质问题。

在土壤盐碱化分布区,应尽量采取井灌、井排、井渠相结合的方式,合理开发利用地下水,以降低地下水位,促进水盐良性循环,达到改良盐碱地的目的。

在滨海地区,在开发利用地下水的同时,要监测盐、淡水混合带(界面)的运移方向与速度,模拟其运移规律,为制定或调整沿海地区布井方案、控制海水入侵提供科学依据。

在有咸水含水层分布的地区,如我国华北平原东部和西部干旱地区等地,在充分利用浅层淡水供水和开发微咸水进行作物灌溉的同时,还需注意合理控制各层地下水位,以夺取无效的蒸发量和防止咸水层对淡水资源的污染。

在有不同水质并存的供水地区,从水资源管理角度出发,要加强区内各种水源的合理分配,实行不同标准水质的分级管理,对不同用水户实行分质供水,使区内地表水、地下水、污水、废水、弃水得到充分利用,最终达到改善地区之间、上下游之间和工农业之间的争水局面,缓解和改善水源紧缺的危机。

(三)人工回灌与地下水库的建立和调蓄

人工回灌是地表水和地下水联合运转的纽带。通过人工回灌和建立地下水库,可以对地下水实行人工调蓄,以改善和控制因地下水过量开采而造成的环境地质问题,增加供水量,尤其可以为用水高峰期或非常时期(地表水停止供水或地表水受污染)提供紧急用水。因此,它是地下水管理的基本内容之一。

人工回灌的基本方针在于,力争用最少的经费获取最大的回灌效益。回灌工程的种类,一般分漫灌和井灌两种。通常,回灌的水源是地表水库水和引进水在满足地区需水量后的剩余水、地表水的弃水、灌溉回水、资源化污水和废水以及冷却用水等。

当采用引进水做回灌水源时,由于多数情况下是远距离引水,工程和能源的花费昂贵。因此,要做认真的经济核算,只有在获益或收支相抵的情况下才能采用。

在利用再生水做回灌水源时,其关键是要监测水质,加强管理,以免危害人体健康和生态环境。目前,国内外一般多将回灌再生水用于灌溉。当必须饮用这类水时,应该在地面处理时就要达到饮用水水质标准,而后经人工回灌,通过包气带自净后进入含水层,最后再取用。

利用地下空间调蓄水资源,在国外已有多年历史。20世纪60年代中期,以色列就利用含水层调蓄地区内的水资源,解决了供水水源短缺的问题。美国加州的圣贝纳迪诺水管理区,在1978年曾把加州北部的多余地表水,经人工补给地下水,在含水层内储存6 000多万立方米水,以备干旱时期抽水使用。据估计(毛同夏,1984),到2000年,全世界需增加8 500 km3的稳定径流量,才能满足需水量增长的需要。其中,5 000 km3的水要通过地下含水层来调蓄。在我国,水资源的地下调蓄工作也取得了显著的进展,如山东桓台县,在20世纪70年代利用河渠引渗,使地下水补给量增加一倍;洛阳利用傍河沙坑引洛河水的自流入渗回灌(8×104 m3/d),效果也很显著。可见,建立地下水库,进行水资源的地下调蓄是实行水资源管理目标的一个重要环节,它已成为地下水管理的一个重要研究内容。

一般地下水库的范围最好应包括一个或几个完整的水文地质单元。

建立地下水库的地点,要尽量避开天然或人为的污染源。对库内已有的各类污染源,如生活和工农业废水及可能的海水入侵,以及相邻含水层中劣质水的入侵等,都要采取措施进行改良、控制,乃至做严格的杜绝处理。

地下水库的水质,必须达到建库目的所要求的水质标准。对建库后因蓄水和抽水引起的各种环境地质问题,包括水质状况及其演变趋势,要进行监测和预报。

地下水库开发利用的最佳管理方案是地下水库交替开发的方案,即在旱季或在停止地表水供水的时期取用库内地下水,而在雨季蓄水。为了充分发挥地下水库的作用,在抽取库水时,其取水量一般可以大于正常开采量,以便为雨季天然或人工蓄水时腾出库容。上述人工回灌和地下水库调蓄的管理目标都可通过建立管理模型来实现,最好与社会、经济管理模型相结合,以便作出人工回灌和地下水库管理的最佳决策。

(四)健全的水资源管理机构和合理的水资源法律

从国内外开发地下水的情况看,造成当今世界性水资源日益匮乏和各种社会、生态环境地质问题不断出现的主要原因,除了缺乏科学的经济、技术管理措施外,对水资源的乱采、滥用也是一个重要原因。因此,建立健全的水资源管理机构、依法开发利用水资源,才能保证水资源最佳管理目标的实现。

以上是地下水管理的基本内容,是为不同目的进行地下水管理研究时经常包含或涉及到的内容。

二、为专门目的服务的地下水管理内容

为专门目的服务的地下水管理,种类繁多,无法逐一列举。现仅就几个主要方面论述如下。

(一)为城市生活和工业用水服务的地下水管理

供水水源是城市生活和工业发展的基本条件之一。目前,城市水资源匮乏已成为世界性的问题。我国城市供水不足现象也愈来愈严重。据不完全统计,全国666个城市中,有400多个城市供水不足,日缺水量1 600万m3,年缺水量约60亿m3,平均每年因缺水影响工业产值2 000多亿元。考虑到今后人口增加、经济发展,供水需求大幅度增加,形势将更加严峻。

在我国北方的城市与工业供水中,地下水占有十分重要的地位。近年来,南方一些城镇,由于地表水污染日益严重,也开始开采地下水作为供水水源。目前,全国约有三分之一的城市人口饮用地下水。这充分说明了地下水在城市水资源利用中的重要地位。

1980年以前,我国城市地下水的开采量,曾以每年平均10%~20%的增长速度增加,这期间,主要以开发新水源地来满足城市需水量增长的要求。

1980年以后,由于一些城市及其邻近地区地下水资源已被动用,开采地下水的经济技术限制条件日趋严峻;同时,一些城市因超采地下水导致水井出水量减少,部分含水层枯竭和一系列环境地质问题的产生。这就迫使人们进一步寻找或扩大开采地下水的途径。因此,在这一时期,我国大部分城市主要靠节水和地下水资源的科学管理等措施来满足需水要求。概括城市地下水管理的主要内容如下。

1.控制城市发展规模、调整工业布局、合理配置水源地

我国一些城市,在制定发展规划时往往不重视城市供水水源保证度的论证,加上工业布局过于集中和水源地分布不合理等,使紧缺的地下水在集中过量开采条件下,出现水源危机和一系列环境地质灾害。如石家庄市,它是我国以地下水作为惟一供水水源的城市之一。自20世纪50年代到80年代初,该市已由一个中、小城市迅速发展为一个拥有93万人口的新兴工业城市。由于当时在制定城市建设规划时,对水资源论证不足,使城市布局很不合理,工业厂矿布置过于集中在市区。根据1985年资料,全市共有570眼水井,大部分集中在市区及其邻近地区,加上无计划地乱采滥用地下水,开采过量,使浅部含水层大面积疏干,造成浅井不断报废的恶果。因此,对这种类型的城市,实行控制城市发展,调整工业布局和合理配置水源地是解决和缓解城市供水紧张的重要途径。

2.控制地下水过量开采、开发地下水库、进行水资源的时空优化调蓄

据统计,在我国29座主要城市中,10%已出现部分含水层枯竭现象,约80%出现了地下水水质恶化现象,20%发生了地面沉降和塌陷。虽然这些环境地质问题的成因复杂,但都和地下水过量开采有着直接或间接的关系。因此,对这些已经严重超采地下水的城市要严格控制地下水的开采量。在有条件的地区,如我国北方干旱半干旱地带的山前冲积扇地区、华北平原、古河道地带、山间河谷、沿河地带以及岩溶泉域等地,均具有良好的储水和入渗补给条件,而且降水量集中。因此,在这些地区可以采用天然与人工回灌相结合的措施,开发地下水库,在丰水年或汛期拦蓄部分洪水和弃水通过人工补给贮于地下,以备旱年或旱季开发利用。在严重缺水或水源危机突出的城市,也可实行从区外引水,在满足城市、工业直接用水后,将余水补给地下水库,以备干旱季节或年份紧急供水之需。

3.合理开发水资源、努力实行分质供水

一个城市可能兼有地表水(包括引进水)、地下水、循环水和再生水等各种水源,也可能仅具有其中某一种或几种水源,而城市供水的原则应该首先满足居民饮用和生活用水,其次是兼顾城市工农业用水。因此,为充分利用各种水源,实行分质供水是十分必要的。

一般说,地下水水质优良,不易受污染,应主要用来满足居民饮用水的需要,剩余部分可用作工农业生产供水。

4.严格执行地下水资源的保护和开发利用的监督措施

至今,我国有不少城市的地下水已遭受污染,甚至在某些严重污染地区已迫使一些水源地或水井停止生产。因此,根据不同水文地质条件对地下水补给区设置水源保护区,对水源地、供水井设置卫生防护带是十分重要的。在市区内和城市附近,要严格管理好污水的排放;对已造成水资源和环境污染的厂矿企业要加强治理,以保证城市人民饮水卫生和满足城市各类用水的需求。

此外,从城市供水的长远利益考虑,还要注意开源节流、挖潜扩采、提高工业用水的重复利用率、净化污水、改善环境和增加再生水资源利用等措施。

(二)矿区供、排结合的地下水管理

一般矿区都存在供水与排水的问题。尤其在地下水补给好、富水性强的地下采矿地区,实行供排结合的地下水管理是十分必要的。由于矿区地质和水文地质条件的限制,一些矿床直接储存于富水的地质构造断裂带中或通过这些构造断裂带沟通了附近含水层,造成矿床充水,或因采矿时掏空、减压,造成顶底板突水。从安全和生产出发,这些地区都须进行矿坑排水。从矿坑排出的水,根据水质情况,有时可直接用作不同目的的供水,或经水质处理后用以满足用户需水要求。当矿坑排水不足以满足需水要求时,再用井水水源满足,这样既可节约水源又能满足安全生产和用水的需求。

当然,在进行供排结合开发利用矿区水资源的过程中,同样要注意做好卫生防护工作,以确保安全供水。

(三)为农业用水服务的地下水管理

据统计,当前我国用于农业灌溉的地下水,约占地下水开采量的80%以上。

目前,在我国大部分农灌地区,由于农灌技术较落后,灌溉制度和农作物布局等还不尽合理,使农田灌溉用水浪费严重;有些灌区,因只灌不排还造成了农田旱涝盐碱等灾害。因此,农灌区的地下水管理应着重注意:根据不同农作物的布局和农业结构情况进行合理布井,制定合理的灌溉定额,改进灌溉技术;根据土壤结构、包气带岩性和浅层地下水的水文地质条件,建立合理的灌溉和排水相结合的工程系统;在旱涝盐碱灾害并存的北方干旱、半干旱平原区,应采用地表水与地下水联合开发利用,井灌、渠灌结合,灌排结合以及灌水、排水和改水、改土结合等综合措施,以控制水盐平衡,获取农业灌溉和农田灾害治理的综合效益。

(四)区域水资源的统一规划和合理调配

区域水资源统一规划的目的在于对流域内的地表水和地下水(包括再生水),上、下游用水,工农业用水和生活饮用水,生态环境美化与文化娱乐用水等实行统一规划,以达到合理开发水资源,实现优化配水,提高流域内各用户用水的综合效益的目的。

上述各种为专门目的服务的地下水管理内容和要求都可以通过建立和运用专门性的地下水管理模型来实现管理的最终目的。

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