专门水文地质学 09 地下水资源的开发利用和管理

开发利用地下水资源存在的问题地下水资源的开发和利用地下水资源的管理和保护地下水资源的开发利用和管理

——GroundwaterusageproblemsBeforeawatertableislowered,alargeswampexists.Pumpingbynearbycitycausesthewatertabletosink,sotheswampdriesup.Beforepumping,effluentfromaseptictankdriftswestwiththeregionalgroundwaterflow.Afterpumping,itdriftseastintothewell,inresponsetothelocalslopeofthewatertable.c.Beforepumping,freshgroundwaterformsalargelensoversaltygroundwaterPorespacecollapsewhenwaterisremoved.Theporespacecollapsemakeslandsubside.开发利用地下水资源存在的问题地下水资源的开发和利用地下水资源的管理和保护地下水资源的开发利用和管理

对地下水资源进行开发利用，需要取水工程才能实现，取水工程的任务是从水源地中取水，送至水厂或用户，主要包括水源、取水构筑物、配送水管道、水厂和水处理设施。

建设地下水开发工程的关键在于正确选择水源地和合理选用取水建筑物。地下水资源的开发利用一、水源地的选择

水源地选择的合理与否，不仅直接关系到取水工程的投资，而且也关系到是否能够保证水源地与取水工程长期经济、安全的运转和避免产生各种不良的环境地质问题。水源地的选择，对于大中型集中供水源地来说，就是确定取水地段的具体位置；对小型分散的水源地来说，则是确定取水工程的具体位置。具体要求如下：

地下水资源的开发利用（1）水源地应尽可能选在含水层透水性好、厚度大、层数多、分布较广地段上：

1）在冲洪积扇的中上部砾石带和轴部，冲积平原的古河床；

2）厚度较大的层状或似层状裂隙岩溶含水层；

3）延续深远宽大的断裂带及其他脉状基岩含水带。地下水资源的开发利用（2）水源地应尽可能选择在能最大限度拦截区域地下径流的地段，或接近补给水源、能充分夺取各种补给量的地段：

1）基岩地区，常常选在集水条件最好的区域性阻水界面的上游一侧；

2）在松散地层分布区，水源地尽量靠近补给地下水的河流岸边；

3）在岩溶地区，水源地最好地选择在区域地下径流的排泄区附近。

地下水资源的开发利用（3）应尽量远离原有的取水或排水点，减少互相干扰，避免新旧水源之间、工业和农业用水之间、供水和矿山排水之间产生矛盾；（4）水源地应选在不易引起地面沉降、塌陷、地裂缝、滑坡等有害地质作用的地段上；地下水资源的开发利用（5）选择在不易引起水质污染或恶化的地段上：

1）把水源地选择在远离城市与工矿企业排污排废区的上游；

2）远离已污染(或天然水质不良)的地表水体或含水层地段；

3）避开易于使水井淤塞、涌沙的流砂层或岩溶充填带。

4）为减少垂向污水渗入的可能性，最好把水源地选择在包气带防污性能好的地方。

地下水资源的开发利用（6）从经济、安全和扩建前景方面加以考虑。

1）在满足水量、水质要求的前提下，为节省建设投资，水源地应尽可能靠近供水区；

2）为降低取水成本，水源地应选择在地下水浅埋或自流地段；

3）河谷水源地应考虑水井的淹没问题；

4）人工开挖的大口径取水工程，则需要考虑井壁的稳固性。

地下水资源的开发利用二、取水建筑物的类型

由于地下水的埋藏条件和开采条件以及当地的经济技术条件的不同，开采地下水的建筑物也就有多种类型。其中常见的有以下几种类型。

1、垂直系统即各种类型的井。如筒井、管井(机井)、管筒井、大口井等。这种系统的适用性最强，所以，其为目前地下水利用工程中最常见的建筑物形式。

2、水平系统当前在生产上主要采用的有坎儿井和截潜流工程辐射井等。地下水资源的开发利用二、取水建筑物的类型

坎儿井和截潜流工程井

地下水资源的开发利用二、取水建筑物的类型

3、联合系统主要为垂直与水平系统相结合的型式，其中也包括几种建筑物的组合使用。例如各种形式的水井与池塘、地下水库等的组合。

4、引泉系统根据泉水出露的特点，予以收集、调节与保护等的引取泉水的建筑物。在选取地下水取水建筑物的类型时，要依据含水层埋深、厚度、富水性以及地下水位动态与径流条件等因素，并结合技术经济条件等加以确定。地下水资源的开发利用三、取水建筑物的合理布局

1、水井的平面布局

水井的平面布局主要决定于地下水可开采量的组成性质及其运动形式。

（1）在地下径流条件良好的地区，为充分拦截地下径流，水井应布置成垂直地下水流向的井排形式，视地下径流量的大小，可布置一个或几个井排。

（2）在地下径流滞缓的平原区，当开采量以含水层的储存量或垂向入渗补给量为主时，则开采井群一般布置成网格状、梅花形或扇形的形式。地下水资源的开发利用三、取水建筑物的合理布局

1、水井的平面布局（3）在岩层导、储水性能分布很不均匀的基岩裂隙水分布区，水井的平面布局主要受富水带分布位置的控制，应把水井布置在补给条件最好的强含水裂隙带上，而不必拘束于布井规则要求的布置形式。（4）农田灌溉水井的布局，则均匀分布在整个灌区。

地下水资源的开发利用三、取水建筑物的合理布局

2、水井的垂向布局（1）对于厚度不大（小于30m）的松散含水层和大多数基岩含水层，一般采用完整井开采最合理，因此不存在垂向布局问题。

（2）对于厚度大（大于30m）的含水层或含水组，是采用完整井开采，还是用非完整井分段分层多井开采，尚需研究和试验。

地下水资源的开发利用三、取水建筑物的合理布局

2、水井的垂向布局

分段（层）取水井组配置参考资料表序号含水层厚度（m）井组配置数据管井数（个）滤水管长度（m）水平间距（m）垂直间距a（m）123430-4040-6060-100>10011-22-3320-3020-3020-2520-255-105-105-10＞5≥5≥5地下水资源的开发利用三、取水建筑物的合理布局

3、井数和井间距离的确定

两者的确定原则是：在满足设计需水量的前提下，本着技术上合理，且经济、安全的原则确定水井(井组)的数量与井间距离。取水地段范围确定之后，井数主要决定于该地段的允许开采量或设计总需水量和井间距离，以及单井出水量的大小。地下水资源的开发利用四、管井（机井）的结构设计

1、井身的结构

应尽量简化井身结构。对孔深小于100m的浅供水井，一般采用同径到底的井身结构；对于100m以上较深的水井，可考虑采用变径的井身结构。

2、井径（钻孔直径）

井径的大小主要决定于管井的设计取水量，凿井设备的能力，所用井管、滤水管的口径和人工填砾的厚度。井径应比所选用的过滤器外径大50mm(填砾较厚时，应大150—200mm)。如为基岩裸井，则要求井径比抽水设备标定的井管内径大50mm。

地下水资源的开发利用四、管井（机井）的结构设计

3、井管的种类和规格

井管包括井壁管、过滤管和沉淀管。对于临时性的抽水试验井，一般多用无缝钢管。而对于供水井的井管材料强度，不必有太高的要求。需有较强的抗腐蚀性能，一般可采用造价较便宜的铸铁管、水泥管、塑料管及陶瓷管等。

地下水资源的开发利用四、管井（机井）的结构设计

4、过滤器类型的选择（1）对于松散孔隙含水层，主要考虑含水层的颗粒大小及分选程度；

（2）对基岩含水层（带），则既要考虑岩石的稳固程度，又要考虑孔洞、裂隙中疏松充填物质的粒度和分选程度。

（3）过滤器的材料，主要是根据地下水有无侵蚀性来选择。地下水资源的开发利用开发利用地下水资源存在的问题地下水资源的开发和利用地下水资源的管理和保护地下水资源的开发利用和管理地下水资源的管理和保护地下水资源的管理概述

地下水资源管理，是指对地下水资源开发、利用和保护的组织、协调、监督和调度等方面的实施，包括运用行政、法律、经济、技术和教育等手段，组织开发利用水资源和防治水害；协调水资源的开发利用与经济社会发展之间的关系，处理各地区、各部门间的用水矛盾。总之，地下水管理的核心任务是达到地下水资源的可持续利用，防止地下水公害的发生与发展。地下水资源管理的含义加强宣传教育，提高公众觉悟和参与意识制定水资源合理利用措施制定水资源管理政策水资源统一管理实时进行水量分配与调度地下水资源管理的内容

坚持依法治水的原则坚持水是国家资源的原则坚持整体考虑和系统管理的原则

坚持用水价进行经济管理的原则地下水资源管理的原则

水资源管理的工作目标、流程、手段差异较大，受人为作用影响的因素较多，而从水资源配置的角度来说，其工作流程如下图所示。地下水资源管理的工作流程1、确定管理目标

在开展水资源管理工作之前，首先要确立管理的目标和方向，这是管理手段得以实施的依据和保障。2、信息获取与传输

信息的获取与传输是水资源管理工作得以顺利开展的基础条件。通常需要获取的信息有水资源信息、社会经济信息等。同时，需要对信息进行处理，及时将预测结果传输到决策中心。资料的采集可以运用自动测报技术；信息的传输可以通过无线通讯设备或网络系统来实现。地下水资源管理的工作流程

3、建立管理优化模型，寻求最优管理方案根据研究区的经济社会条件、水资源条件、生态系统状况、管理目标，建立该区水资源管理优化模型。通过对该模型的求解，得到最优管理方案。

4、实施的可行性、可靠性分析

对选择的管理方案实施的可行性、可靠性进行分析。

5、水资源运行调度水资源运行调度是对传输的信息，在通过决策方案优选、实施可行性、可靠性分析之后，作出的及时调度决策。地下水资源管理的工作流程

我国现行的水资源管理组织体系是流域管理与行政区域管理相结合的模式。国务院水行政主管部门——水利部，负责全国水资源的统一管理和监督工作。水资源管理的组织体系地下水资源的管理和保护地下水资源管理的法律、经济和技术措施

水资源管理的法规体系就是现行的有关调整各种水事关系的所有法律、法规和规范性文件组成的有机整体。水法规体系的建立和完善是水资源管理制度建设的关键环节和基础保障。国外现代水法共同的内容为：开发与保护相结合，控制污染与维持生态平衡相结合，兴利与除害相结合；对地表水、地下水和大气水联合管理；征收水费和水税。地下水资源管理的法律措施水资源管理法规体系的作用、性质和特点

水资源管理的法规与其他法律规范一样，具有规范性、强制性、普遍性等特点，但因其主要调整与水资源开发、利用、保护等行为相关的过程中人与人的关系、人与自然的关系，因此，又具有其特殊的性质和特点。地下水资源管理的法律措施Ⅰ）水资源管理法规体系的作用（1）确立水资源管理的体制（2）确立一系列水资源管理制度和措施（3）确定有关主体的权利、义务和违法责任（4）为解决各种水事冲突提供了依据（5）有助于提高人们保护水资源和生态环境的意识地下水资源管理的法律措施Ⅱ）水资源管理法规体系的性质水资源管理的法规体系，作为现代环境法体系的一部分，其性质是阶级性和社会性统一、社会性更突出。Ⅲ）水资源管理法规体系的特点水资源管理的有关法规，除了具有普通法律法规所具备的规范性、强制性、普遍性等特点以外，因其调节对象本身的原因，还具有技术性、动态性和公益性。地下水资源管理的法律措施水资源管理的法规体系分类水资源管理的法规体系包括了一系列法律、法规和规范性文件，按照不同的分类标准可以分为不同的类型。从水资源管理的法规内容、功能来看，水资源管理的法规体系应包括综合性水事法律和单项水事法律、法规两大部分。综合性水事法律是有关水的基本法，是从全局出发，对水资源开发、利用、保护、管理中有关重大问题的原则性规定，如世界各国制定的《水法》、《水资源法》等。单项水事法律、法规则是为解决与水资源有关的某一方面的问题而进行的较具体的法律规定。地下水资源管理的法律措施我国水资源管理的法规体系构成（1）宪法中的有关规定（2）基本法——《中华人民共和国水法》（3）单项法规（4）由国务院制定的行政法规和法规性文件（5）由国务院及所属部委制定的相关部门行政规章（6）地方性法规和行政规章（7）各种相关标准（8）立法机关、司法机关的相关法律解释（9）其他部门法中相关的法律规范地下水资源管理的法律措施

水资源管理的经济手段，就是以经济理论作为依据，由政府制定各种经济政策，运用有关的经济政策作为杠杆，来间接调节和影响水资源的开发、利用、保护等水事活动，促进水资源可持续利用和经济社会可持续发展。具体来说，水资源管理的经济措施，目前应用比较广泛的有水价和水费政策、排污收费制度、补贴措施以及水权和水市场等。地下水资源管理的经济措施一、水价和水费政策1、水价、水费和水资源费水价，是水资源使用者为获得水资源使用权和可用性需支付给水资源所有者的一定货币额。水费是水利工程管理单位(如电灌站、闸管所)或供水单位(如自来水公司)为用户提供一定量的水而收取的一种用于补偿所投入劳动的事业性费用。水资源费，是指根据《中华人民共和国水法》，直接取用地下水、江河、湖泊等地表水的单位和个人，向水资源主管部门缴纳的费用。地下水资源管理的经济措施2、我国的水价制度水价制度的目的在于，在合理配置水资源，保障生态系统、景观娱乐等社会效益用水以及可持续发展的基础上，鼓励和引导合理、有效、最大限度地利用可供水资源，充分发挥水资源的间接经济、社会效益。我国现行的水价政策，是以《水利工程供水价格管理办法》为指导的。该办法是根据《中华人民共和国价格法》、《中华人民共和国水法》，为健全水利工程供水价格形成机制、规范水利工程供水价格管理、保护和合理利用水资源、促进节约用水、保障水利事业的健康发展而制定的。地下水资源管理的经济措施

二、排污收费制度排污收费制度是对于向环境排放污染物或者超过国家排放污染物标准的排污者，根据规定征收一定的费用。这项制度运用经济手段可以有效地促进污染治理和新技术的发展，又能使污染者承担一定污染防治费用。排污收费制度是我国现行的一项主要的环境管理制度，在水资源管理过程中，也发挥着重要的作用。我国现行的排污收费制度，主要是遵照2003年颁布的《排污费征收使用管理条例》和《排污费征收标准管理办法》、《排污费资金收缴使用管理办法》等执行。地下水资源管理的经济措施

三、补贴制度补贴措施是消除水资源开发利用活动所产生的外部性的一个重要手段。对于那些在市场经济中产生正外部性的企业、由于自身实力较差而产生负外部性的企业，政府相关部门都可以根据实际情况进行适当的补贴，以消除外部性对资源配置的不利影响，增加社会总福利。可以收到补贴的对象主要有以下3类：（1）为水环境保护作出贡献的企业。（2）水环境的污染者。（3）水环境污染的受害者。地下水资源管理的经济措施

四、水权和水市场1、水权（1）概念水权，是水资源所有权，包括占有权、使用权、收益权、处分权以及与水资源开发利用相关的各种权利和义务的总称，也可以称为水资源产权。以水权为基础构建的水权制度，其核心是产权（财产权）的明晰和确立。它是在水资源开发、利用、治理、保护和管理过程中，调节个人之间、地区之间和部门之间以及个人、集体和国家之间使用水资源行为的一整套规范、规则。地下水资源管理的经济措施

（2）水权的意义消除了水资源的公共物品属性，使其在一定意义上归私人所有，避免了在水资源使用过程中滥用、浪费的现象，使其得到合理、高效的利用。利用水权作为一种产权具有可变性的特点，可以使其在不用的用户间进行转让，水资源有富余的区域或用户可以通过市场交易，跟缺水区域或用户间进行水权流转。防治水污染现象。水资源权属明确，有利于避免水资源开发利用中的一些水事纠纷发生，可以有效化解各种利害冲突。水权的明晰，水权制度的建立，增强了各级政府、企业、社会团体以及公民个人对水资源作为一种资源资产价值的认识，培养了公众的节水意识。地下水资源管理的经济措施2、水市场（1）概述从广义上来说，水市场是指水资源及与水相关商品的所有权或使用权的交易场所，以及由此形成的人与人之间各种关系的总和。水市场包含的范围非常广泛，如取水权市场、供水市场、排污权市场、废水处理市场、污水回用市场等。目前，我国的水市场刚刚起步，在水市场的建设和相关研究中，比较受人们关注的还是水权市场，通过水权交易实现水资源相关权利在不同主体间进行流转。地下水资源管理的经济措施（2）水市场的作用水市场可以优化水资源配置，通过市场交易，使水资源流向最需要的用户，不同用水户之间通过市场交易可以使得各自的需要得到满足。水市场的出现，运用市场机制和经济杠杆调节水价，促进了节约用水，提高用水效率，减少了水资源的无谓浪费。水市场的建立是以水权明晰为前提，同时，水市场的发展，也促使了水权制度的改进和完善。通过水市场进行水权及水相关商品的交易，缓解了不同用户间的用水竞争，减少了水事纠纷。排污权市场、废水处理市场、污水回用市场等的出现，有助于有效地防治水污染，并促进了污水的回收再利用，水环境保护力度加大。地下水资源管理的经济措施

现代科学技术的不断发展与进步，为人类进行科学的水资源管理提供了有利的技术支持，使得水资源管理工作的开展更科学、合理和高效。水质监测技术、计算机信息技术、节水灌溉技术、污水处理技术等在水资源管理中都发挥了有力的作用。地下水资源管理的技术措施一、水资源监测技术

水资源监测技术是有关水资源数据的采集、存储、传输和处理的集成，可以为水资源管理提供支持。随着科技水平的不断发展，水资源监测技术也在不断进步。特别是3S技术的发展，也推动水资源监测在实时性、精确性、自动化水平等方面的提高。

水质监测，是水资源监测中的一块重要内容。早期的水质监测不能及时、准确地获取水质不断变化的动态数据，也使得决策的成效减弱，利用GPRS/GSM移动通讯设备发展起来的水质移动监测系统和自动监测系统大大提高了水质监测的效率。地下水资源管理的技术措施二、节水技术

目前，就各国所推广的各种节水技术来看，主要是从农业、工业、城市生活等几个方面推广节水技术。

农业节水方面，发达国家主要有以下几类：一是采用计算机联网进行控制管理，精确灌水，达到时、空、量、质上恰到好处地满足作物不同生长期的需水；二是培育新的节水品种，从育种的角度更高效地节水；三是通过工程措施节水，如采用管道输水和渠道衬砌提高输水效率；四是推广节水灌溉新技术；五是推广增墒保水技术和机械化旱地农业。地下水资源管理的技术措施

工业用水主要包括冷却用水、热力和工艺用水、洗涤用水。工业节水可以通过以下几个途径进行：一是加强污水治理和污水回用；二是改进节水工艺和设备，提倡一水多用，提高水的利用效率；三是减少取水量和排污量；四是减少输水损失；五是开辟新的水源。在各国采用的城市生活节水技术中，比较普遍的就是采用节水型器具，有些国家通过一定的法律、规章对节水器具的节水标准进行强制性要求。此外城市生活节水技术还有城市再生水利用技术，包括城市污水处理再生利用技术、建筑中水处理再生利用技术和居住小区生活污水处理再生利用技术等。地下水资源管理的技术措施三、水处理技术

大量工业废水、生活废水及农业废水的产生，使得清洁的淡水资源受到污染，加剧了水资源短缺的危机。因此，治理水污染目前已经成为全球水资源可持续利用和国民经济可持续发展的重要战略目标。在污水处理过程中，“无害化”是人们要达成的一个目标，而随着水资源短缺问题的不断加剧，“资源化”成为污水处理的另一个追求。特别是城市生活废水，因其来源、数量、性质都比较稳定，处理流程固定，经过处理后可成为城市用水的一个很好水源，在一定程度上可以大大缓解城市缺水问题。

地下水资源管理的技术措施

四、海水利用技术地球上虽然淡水资源有限，但是海水资源却极其丰富，如果能将海水资源合理的开发利用以满足人们的用水需求，在很大程度上可以解决水资源短缺问题，并能解决沿海城市超采地下水所造成的环境问题。海水淡化包括从苦涩的高盐度海水以及含盐量比海水低的苦咸水通过脱盐生产出淡水。海水淡化技术的发展已经经历了半个多世纪之久。海水淡化的方法按脱盐过程来分，主要有热法、膜法和化学方法三大类。地下水资源管理的技术措施地下水资源的管理和保护地下水资源的保护

水资源保护的核心是根据水资源系统的运动和演化规律，调整和控制人类的各种取用水行为，使水资源系统维持一种良性循环的状态，以达到水资源的永续利用。地下水资源的保护:1、保护地下水量不致很快被消耗，以致枯竭；

2、保护地下水质不被污染和恶化；

3、保证开采地下水后不致产生不良的环境地质问题。地下水资源的保护一、区域地下水位持续下降1、下降的实质和原因（1）实质

就是在整个含水层或含水层的某些地段上，由于地下水的开采量长期地超过了补给量，逐渐消耗了储存量，并在一定补给周期内得不到恢复的结果。

（2）原因

1）对区域水文地质条件，特别是对地下水资源的形成条件认识不全面，所计算的允许开采量偏大，因而导致开采量长期大于补给量，引起区域地下水位持续下降。

地下水资源的保护2）不合理开采所造成的地下水位持续和大幅度下降。所谓不合理开采，主要是由开采地段、开采层次和时间上的“三集中”，以及开采管理上的无政府状态所造成的。

3）由于人为或自然因素变化导致地下水补给量减少，引起区域地下水位下降。

4）由于经济建设的发展，人口的增长及生活水平的提高，对水的需求量明显增大。地下水资源的保护一、区域地下水位持续下降2、危害

（1）取水工程出水量不断减少，必须更换抽水设备，严重时，甚至使水井报废。（2）由于区域地下水位下降，可引起地面下沉、地裂缝及地面塌陷等严重环境地质问题。（3）在沿海地区，由于区域地下水位的大幅度下降，破坏了咸、淡水的天然平衡条件，引起海水入侵，使开采含水层水质恶化。（4）由于区域地下水位下降，使一些著名的岩溶大泉干枯，破坏了以泉源景观为特色的旅游资源。地下水资源的保护一、区域地下水位持续下降3、防治措施

（1）关闭某些水源地或减少开