地下水位下降引起的環(huán)境地質(zhì)問題探討

摘要：地下水是水文循環(huán)的重要環(huán)節(jié)，過量開發(fā)或排除地下水所造成的地下水位下降，會引起一系列嚴重的環(huán)境地質(zhì)問題。主要是水文循環(huán)平衡破壞、生態(tài)環(huán)境退化、水巖（土）力學(xué)平衡破壞以及滲流場平衡破壞等問題。該文對這些環(huán)境地質(zhì)問題的形成原因及過程進行了探討，并針對引起這些問題的原因提出了一些防治對策。

關(guān)鍵詞：地下水 水位變化 環(huán)境地質(zhì)問題 對策

中圖分類號：P642 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）01（b）-0-01

地下水是生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的重要子系統(tǒng)，廣泛分布于地殼中，與巖石圈、大氣圈、水圈與生物圈有著千絲萬縷的聯(lián)系。人類活動使某一范圍地下水?dāng)?shù)量與能量發(fā)生明顯變化時，地下水參與的水循環(huán)動態(tài)平衡，巖（土）水力學(xué)動態(tài)平衡與地下水流場動態(tài)平衡均遭受破壞，產(chǎn)生一系列環(huán)境地質(zhì)問題。該文主要探討地下水位下降所引起的環(huán)境地質(zhì)問題，并針對這些問題提出了相應(yīng)的防治對策。

1 過量抽排地下水引起的環(huán)境地質(zhì)問題

過量開發(fā)或排除地下水，造成地下水位深降，會引起一系列嚴重的環(huán)境地質(zhì)問題。主要是水文循環(huán)平衡破壞、生態(tài)環(huán)境退化、水巖（土）力學(xué)平衡破壞、以及滲流場平衡破壞。

1.1 水文循環(huán)平衡破壞

地下水是水文循環(huán)的重要環(huán)節(jié)，過量開采地下水會破壞原有的水文循環(huán)。地下水集中排泄形成大泉，常構(gòu)成名勝古跡的精華，由于地下水位深降，千古傳頌的名泉（如濟南的趵突泉、太原的晉祠泉）或不復(fù)存在，或成了涓涓細流。由于地下水位深降，由地下水供應(yīng)的河水基流也減少以至消失，干旱半干旱地區(qū)的地表徑流也隨之衰減。

1.2 生態(tài)環(huán)境退化

地下水位降低使由淺埋地下水所維持的沼澤濕地被疏干，從而造成水棲候鳥及某些野生動物如河貍、麋鹿等棲息地的衰亡，將會導(dǎo)致有關(guān)生物群消亡。半干旱地區(qū)，尤其是干旱地區(qū)的平原盆地地區(qū)，地下水位下降，包氣帶變厚的同時水分供應(yīng)不足，導(dǎo)致植被衰退。表土裸露且缺乏水分粘結(jié)，易遭風(fēng)蝕，從而造成土地沙化，導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境全面退化。

1.3 水巖（土）力學(xué)平衡破壞

1.3.1 地面沉降

充盈于巖土空隙中的地下水，與巖土共同構(gòu)成一個力學(xué)平衡系統(tǒng)，孔隙水壓力與巖石骨架的有效應(yīng)力共同與總應(yīng)力相平衡。開采地下水引起水位下降后，由于孔隙水壓力降低，而總應(yīng)力沒有改變，因此有效應(yīng)力增加，巖土骨架因此發(fā)生釋水壓密。砂礫層基本呈彈性變形，地下水位復(fù)原時地層回彈；而粘性土層則為塑性變形，地下水位恢復(fù)時粘性土層的壓密基本不再回彈。因此，開采孔隙承壓含水系統(tǒng)會導(dǎo)致土層壓密，引起地形標(biāo)高的降低，即地面沉降。

1.3.2 地面塌陷

地面塌陷主要發(fā)生在平原隱伏巖溶區(qū)，該類地區(qū)為上覆松散沉積物的巖溶化巖層分布區(qū)，當(dāng)抽排巖溶水使其水位低于松散沉積物時，由于失去水的付托力的支撐，在下部隱藏有溶洞處，松散沉積物會坍落于洞穴中，在地表形成大量塌陷挖坑和漏斗，表現(xiàn)為地面塌陷。

1.3.3 地裂縫

地下水過量開采會導(dǎo)致土層的壓縮變形，當(dāng)?shù)孛婧奢d不變或增加，地下水水位下降時，孔隙水壓力降低，有效應(yīng)力增加，含水層壓縮。遇到基巖起伏、壓縮層厚度不均勻等情況時，壓縮量將會出現(xiàn)差異，就會產(chǎn)生差異沉降，使得上覆土體受彎或受剪導(dǎo)致破壞，并在地表表現(xiàn)為地裂縫。

1.4 滲流場平衡破壞

地下水位下降引起粘性土壓密釋水時，還會使地下水水質(zhì)發(fā)生變化。當(dāng)粘性土壓密釋水時，粘性土中水的某些組分也隨之進入含水層。例如河北東部平原深層孔隙地下水中氟含量的高值中心正與區(qū)域地下水位下降漏斗中心吻合；在時間上，隨著開采量增加，地下水位下降，地面沉降量增大，深層水中氟離子也隨之增大。根據(jù)空間與時間上的比較，說明深層孔隙水中對人體有害的氟主要是伴隨粘性土釋水壓密而進入含水層的。天然條件下地下水形成相對穩(wěn)定的地下水流動系統(tǒng)。地下水開采中心構(gòu)成新的勢匯后，會形成流線指向開采中心的新的地下水流動系統(tǒng)。如果離海不遠，原來由陸地指向海洋的流線將因開采影響轉(zhuǎn)而由海洋指向陸地，海水將入侵淡水含水系統(tǒng)。

2 防治對策

防治地下水位下降引起的環(huán)境地質(zhì)問題，根本上還是要控制水位的變化。主要的思路就是“開源節(jié)流”，即控制開采量防止過量開采地下水造成水位下降，同時開辟新的水源，以滿足日益增長的人口以及不斷發(fā)展的工農(nóng)業(yè)對水資源的需求。控制地下水的開采量主要從以下方面進行防治：針對過量開采地下水現(xiàn)象，關(guān)閉某些水源地或減少開采井?dāng)?shù)，把開采量壓縮到水源地地下水補給量所允許的范圍內(nèi)；針對開采布局不合理現(xiàn)象，減小水井密度、擴大開采區(qū)或開采層位的辦法，對厚大含水層或多層含水層，可實施分段或分層取水方案等；加強地下水管理，建立合理的開采制度，為了防止過量開采和集中開采，可作出某些限制水井水位降深、開采量、開采時間及井間距離等的規(guī)定；對含水層進行地下水的人工補給，增加總的開采量；建立和健全地下水動態(tài)監(jiān)測網(wǎng)，加強水情監(jiān)測和預(yù)報，盡可能早地發(fā)現(xiàn)問題，及時采取防患補救措施。

除此之外，可以通過增加水資源量防治地下水過量開采，主要措施有：攔蓄降雨徑流，充分利用降雨資源；沿海地區(qū)可利用海水，工業(yè)生產(chǎn)的冷卻用水、居民沖廁所用水等可直接利用，其他領(lǐng)域可將其淡化后利用。

通過這些方法，可以有效地控制地下水位下降，從而防治環(huán)境地質(zhì)問題的形成。除此之外，一些更先進的防治地下水環(huán)境地質(zhì)問題的方法還有待進一步研究。

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