供水水文地质16

第九章地下水资源管理§1地下水管理的基本概念§2开采地下水产生的负环境效应及防治§3地下水资源的人工补给§4地下水资源管理模型

作业14§1地下水管理的基本概念一、地下水管理的内容、任务和目的二、地下水资源管理的必要性三、允许开采量的确定四、地下水的环境容量返回一、地下水管理的内容、任务和目的内容：地下水资源的保护、合理开发与最佳利用。任务：确定和控制地下水源的允许抽水量；制定区域各类供水水质标准；把地下水资源、经济、人口和环境作为统一系统进行分析和预测，并在地下水资源评价的基础上，编制地下水合理开发利用规划，统筹安排区域地下水资源分配；监测和预报地下水动态，实施地下水水质局部防治措施；协调、监督和管理各部门、各单位之间的计划用水，制止不合理开发；建立地下水管理模型和管理体系，完善管理系统，采用经济法律和行政手段，强化管理措施。主要目的：防止由于人为的不合理活动及不合理的地下水资源开发造成的环境公害，实现地下水资源的可持续利用。返回二、地下水资源管理的必要性地下水作为重要的供水水源在人类生存和国民经济发展起着重要的作用。由于地资源分布和储存的不平衡和需水量过于集中，目前世界上不少国家尤其是在一些大城市在开采利用地下水时因缺乏合理布局和科学的估算，最终导致水位大幅度下降以致地下水源枯竭，由此产生的环境公害突出。为了合理开发利用和保护地下水资源，防止过量开采产生的严重后果，必须加强地下水资源的管理工作。返回三、允许开采量的确定

地下水管理的目标，具体来说就是允许开采量的确定。允许开采量的确定不仅取决于水文地质因素，多半还涉及社会经济方面的因素。允许抽水量的概念可归纳如下几方面：1、在水均衡方面允许抽水量一般不应超出年平均补给量；2、经济方面抽水费用不应超过某一标准；3、不会引起水质恶化或地面沉降等公害；4、不能与有关地下水资源法律相抵触。同时满足上述四个条件的抽水量就可看成是安全抽水量。返回四、地下水的环境容量地下水的环境容量是指为了不产生地下水公害（如地面沉降等），在某一限度内所应保持的地下水位或与该水位相应的地下水抽水量。地下水的环境容量本质上与前述允许量的概念相同。但也有人主张在确定环境容量时，应主要着眼于社会因素，即根据社会价值体系对居民环境的依存关系来考虑，也就是说必须保障居民的生存权与安全。返回§2开采地下水产生的公害一、区域地下水位大幅度下降二、引起地面沉降三、引起岩溶地面塌陷四、引起地下水水质恶化返回一、区域地下水位大幅度下降在地下水资源评价中已论述过，要想使水源地能保证长期开采，就必须使开采量小于或等于开采条件下的补给量。开采量超过了补给量，就不能得到长期取水的保证。过量开采的结果，必然使动水位出现大幅度的持续下降。水位下降一方面会使开采条件恶化、自流井断流、单井出水量减少、含泥砂量增加、吊泵等。返回二、引起地面沉降地面沉降是指某一区域内由于开采地下水或其他地下流体导致的地表浅部松散沉积物压实或压密引起的地面标高下降的现象，又称做地面下沉或地陷。地面沉降的危害是多方面的，其主要危害表现为地面标高损失，继而造成雨季地表积水，防泄洪能力下降；沿海城市低地面积扩大、海堤高度下降而引起海水倒灌；海港建筑物破坏，装卸能力降低；地面运输线和地下管线扭曲断裂；城市建筑物基础下沉脱空开裂，桥梁净空减小，影响通航，深井井管上升，井台破环，城市供水及排水系统失效；农村低洼地区洪涝积水，使农作物减产等。返回三、引起岩溶地面塌陷岩溶地面塌陷指覆盖在溶蚀洞穴之上的松散土体，在外动力或人为因素作用下产生的突发性地面变形破坏，其结果多形成圆锥形塌陷坑。多发生于碳酸盐岩、钙质碎屑岩和和盐岩等可溶性岩石分布地区。以碳酸盐岩溶塌陷最常见。诱发因素多样，因抽水引发岩溶塌陷的机率最大。抽水等人类工程活动中产生的岩溶地面塌陷与自然产生的岩溶地面塌陷相比，不仅规模大、突发性强，且常出现在人口聚集地区，对地面建筑物、道路等遭到破坏，给人民生活、生产及生命安全带来危害。2010年1月，湖南宁乡县地面塌陷导致福泉小学一栋单层教学楼从地面上消失，操场变成了一个直径80多米的“天坑2010年6月8日，湖南宁乡县大成桥镇发生地面沉塌事件，一户民居厕所突然沉降消失岩溶地面塌陷形成机理返回四、引起地下水水质恶化

在地下水开采过程中引起水动力、水化学条件的改变，面使水中的某些化学及微生物成分含量增加，使水质不断变差，以致超出规定的使用标准，而影响地下水的使用价值。返回§3地下水资源的人工补给地下水人工补给是人们运用已掌握的有关地下水的科学方法，人为地调节地下水开采与补给关系，造成补给、径流、排泄的新均衡的方法。其实质是借助某些工程设施将地表水自流或用压力注入地下含水层，以便增加地下水的补给量。一、人工补给地下水的目的1、补充地下水源，增大含水层的储存量，进行季节性和多年性调整；2、控制地面沉降；3、防止或减少海水入侵含水层；4、改变地下水的水质；5、改变地下水温度；6、保持地热水、天然气和石油地层的压力。二、人工补给地下水的水源和水质要求

水源：地表水（江河、湖泊、水库、池塘），工业回水和工业废水，城镇公共供水（自来水），地下水等。其中以地表水为主。补给水源不仅要有足够的水量，而且要符合一定的水质要求，若水质较差就必须经过净化和适当处理后才能用作回灌水源。确定回灌水源的水质标准时，一般应注意以下3原则：（1）回灌水源的水质要比原地下水的水质好，最好达到饮用水标准；（2）回灌后不公引起区域地下水水质变坏和受污染；回灌中不应含有能使井管和过滤器腐蚀的特殊离子或气体。三、地下水人工补给方法和适用条件1、直接法。一般采用坑塘、水库、渠道、凹地、古河道、矿坑等地表工程设施及淹没灌溉等手段，使地表水自然渗入含水层。一般表土层应有较好的渗透性，如砂土、粉土、砾石、卵石等；包气带厚度以10~20cm为宜，若地下不太深处有隔水层，则可挖掘浅井或渠道，揭露下覆含水层。该方法的工程设施比较简单，基建费用不大，便于管理，但占地面积大，效率低。2、间接法—诱导补给法在河流或其它地表水体（如渠道、池塘、湖泊等）附近凿井，抽取地下水，使地下水位降低，从而增大地表水和地下水的水头差，诱导地表水大量渗入。此法一般在砂、卵石地层效果好。当抽水量达一定量时，形成的降落漏斗面可以低于地表水体的底部，这时地表水由渗透转为渗漏补给地下水返回§4地下水资源管理模型所谓地下水资源管理模型是指为达到某项既定管理目标，应用运筹学求解最优化的技术方法所建立的一组数学模型．即模型由目标函数和约束条件组成。目标函数是最优化技术中相应管理目标的极大值或极小值。地下水管理目标可以是地下水水位、流量、经济效益、社会效益及环境效益。在地下水管理中的目标函数常见有两类：第一类是在一定的条件下寻求供水或排水工程的最优方案，如①在规定的水位条件下与实际水位之间差值(水位降深)的总和最小；②在规定降深条件下总出水量最大；第二类是在满足供水或排水工程要求下寻求工程经济效益最大或成本费用最低的方案，如①获得单位体积水的成本最低，②在规定的期限内所得的净收益最多。约束条件包括技术、经济、社会、环境等方面的约束。如①水力学约束，诸如地下水流状态方程约束、水位约束、水量约束等，②水质约束，包