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正文內(nèi)容

地下水環(huán)境影響評(píng)價(jià)培訓(xùn)教材(編輯修改稿)

2025-05-03 02:27 本頁(yè)面
 

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 文因素的變動(dòng)對(duì)其影響顯著,豐水季節(jié)或豐水年,潛水接受的補(bǔ)給量大于排泄量,潛水面上升,含水層厚度加大,埋藏深度變小。干旱季節(jié)排泄量大于補(bǔ)給量,潛水面下降,含水層變薄,埋藏深度加大。因此,潛水的動(dòng)態(tài)有明顯的季節(jié)變化。潛水積極參與循環(huán),其資源易于補(bǔ)給恢復(fù)。潛水的水質(zhì)變化很大,主要取決于氣侯、地形及巖性條件。濕潤(rùn)氣侯及切割強(qiáng)烈的地形,有利于潛水的逕流排泄而不利于蒸發(fā)排泄,往往形成含鹽量不高的淡水。干旱氣侯與低平地形下,潛水以蒸發(fā)排泄為主,常形成含鹽量相對(duì)高的咸水。潛水容易受到污染,對(duì)潛水水源應(yīng)注意加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)。一般情況下,潛水面不是水平的,而是一個(gè)向排泄區(qū)傾斜的曲面,起伏變化大體與地形一致,但常較地形起伏緩和。潛水面上各點(diǎn)的高程稱作潛水位。相等水位點(diǎn)的連線稱等水位線。等水位線的法線方向是地下水的流向。 充滿于兩個(gè)隔水層之間的含水層中的水叫做承壓水。承壓含水層上、下部的隔水層分別稱作隔水頂板和隔水底板。頂?shù)装逯g的距離為含水層厚度。承壓水受到隔水層的限制,它與大氣圈、地表水圈的聯(lián)系很弱。當(dāng)頂?shù)装甯羲阅芰己脮r(shí),它主要通過(guò)含水層出露地表的補(bǔ)給區(qū)(該地段地下水已轉(zhuǎn)變?yōu)闈撍┇@得補(bǔ)給,并通過(guò)范圍有限的排泄區(qū)表 44 某些松散巖石的最大毛細(xì)上升高度 [3]巖石名稱 最大毛細(xì)上升高度(cm)粗砂(粒徑= ) 24中砂(粒徑 =) 1235細(xì)砂(粒徑 =) 35120亞 砂 土 120250亞 粘 土 300350粘 土 5006006 / 75進(jìn)行排泄。當(dāng)頂?shù)装鍨樗礁羲畬訒r(shí),它還可以通過(guò)半隔水層,從上部或下部的含水層獲得補(bǔ)給,或向上、下部含水層排泄。無(wú)論在哪種情況下,承壓水參與水循環(huán)都不如潛水那樣積極。因此,氣侯、水文因素的變化對(duì)承壓水的影響較小,承壓水動(dòng)態(tài)比較穩(wěn)定。承壓水和潛水一樣,很大程度上來(lái)源于現(xiàn)代滲入水(大氣降水、地表水) 。但是,由于承壓水的埋藏條件使其與外界的聯(lián)系受到限制,一定條件下含水層中可以保留很古老的水,有時(shí)甚至是與沉積物同時(shí)沉積下來(lái)的水(如在海相沉積物中保留下當(dāng)時(shí)的海水,在湖相沉積物中保留下當(dāng)時(shí)的湖水等) 。總的來(lái)說(shuō),承壓水不象潛水那樣容易補(bǔ)充恢復(fù),但由于其含水層厚度一般較大,往往具有良好的多年調(diào)節(jié)性。承壓水的水質(zhì)變化很大,從淡水直到含鹽量高的鹵水都有。承壓水的補(bǔ)給、逕流、排泄條件越好,參加水循環(huán)越積極,水質(zhì)就越接近入滲的大氣降水及地表水,形成含鹽量較低的淡水。補(bǔ)給、逕流、排泄條件越差,水循環(huán)越緩慢,水從巖層中溶出的鹽分就越多,水的含鹽量就越高。有的承壓含水層與外界幾乎不發(fā)生聯(lián)系,保留著經(jīng)過(guò)濃縮的古海水,含鹽量可以達(dá)到每升數(shù)百克之多。承壓水一般不易受到污染。但是,一旦污染后很難使其凈化,因此在開(kāi)發(fā)利用時(shí)應(yīng)注意水源的衛(wèi)生保護(hù)。六、地下水的補(bǔ)給、排泄與逕流補(bǔ)給與排泄是含水層與外界發(fā)生聯(lián)系的兩個(gè)作用過(guò)程。補(bǔ)給與排泄方式及其強(qiáng)度,決定著含水層內(nèi)部的逕流以及水量與水質(zhì)的變化。這些變化在空間上的表現(xiàn)就是地下水的分布,在時(shí)間上的表現(xiàn)便是地下水的動(dòng)態(tài),而從補(bǔ)給與排泄的數(shù)量關(guān)系研究含水層水量及鹽量的增減,便是地下水的均衡。只有對(duì)地下水的補(bǔ)給、逕流、排泄過(guò)程建立起清晰的概念,才有可能正確的分析與評(píng)價(jià)地下水資源,采取有效的興利防害措施。(一)地下水的補(bǔ)給含水層自外界獲得水量的作用過(guò)程稱作補(bǔ)給。地下水的補(bǔ)給來(lái)源主要有:大氣降水、地表水和灌溉回滲水。近年來(lái),地下水的人工補(bǔ)給,已經(jīng)成為一種不可忽視的補(bǔ)給來(lái)源。 大氣降水通過(guò)巖層空隙滲入補(bǔ)給地下水。降雨初期,雨量較小時(shí),先在包氣帶中形成結(jié)合水、懸掛毛細(xì)水,而不能進(jìn)入含水層形成補(bǔ)給作用。隨著雨量加大結(jié)合水和懸掛毛細(xì)水達(dá)到極限,在重力作用下繼續(xù)下滲進(jìn)入含水層,引起水位升高,形成補(bǔ)給作用。大氣降水是地下水最普遍的補(bǔ)給來(lái)源。對(duì)一個(gè)獨(dú)立流域來(lái)說(shuō),地表逕流也是流域內(nèi)的大氣降水轉(zhuǎn)化來(lái)的,因此,降水量的大小對(duì)一個(gè)地區(qū)地下水的補(bǔ)給來(lái)源起著控制作用。影響降水補(bǔ)給的因素主要有:降水強(qiáng)度、包氣帶巖性與厚度、地形坡度、植被發(fā)育情況等。降水強(qiáng)度(mm/h)超出包氣帶的入滲速率,部分降水便形成地表逕流,補(bǔ)給地下水的部分所占比例相應(yīng)減少。降水強(qiáng)度小而連續(xù)時(shí)間不長(zhǎng)時(shí),入滲的水先濕潤(rùn)包氣帶,而后又蒸發(fā)返回大氣圈,不利于補(bǔ)給地下水。綿綿細(xì)雨對(duì)地下水的補(bǔ)給最為有利。包氣帶的透水性越好,降水轉(zhuǎn)為地下水的份額越大。反之,包氣帶透水不良,降水中的相當(dāng)一部分便轉(zhuǎn)為地表逕流。包氣帶土質(zhì)越是粘重、厚度越大,滯留的入滲水越多,對(duì)地下水的補(bǔ)給越不利。地形坡度越大,坡流急促,入滲時(shí)段縮短,不利于水的下滲。反之,若地形平緩,坡流緩慢,入滲時(shí)段延長(zhǎng),轉(zhuǎn)為地下水的部分就越多。但要注意,只有當(dāng)降水強(qiáng)度超過(guò)包氣帶的入滲速率形成表流時(shí),地形坡度才能影響降水的入滲。7 / 75植被有利于降水對(duì)地下水的補(bǔ)給。一方面,植被阻滯了地表徑流。另一方面,林下土壤有機(jī)質(zhì)多,結(jié)構(gòu)性好,樹(shù)下根系使表土透水性增強(qiáng),落葉又保護(hù)土壤結(jié)構(gòu)免遭雨滴的破壞。所有上述作用中,最關(guān)鍵、最主要的是降水量和包氣帶的巖性與厚度。 地表水包括河流、湖泊、水庫(kù)、海洋等,都可補(bǔ)給地下水。環(huán)評(píng)工作中常見(jiàn)的以河流為主,故僅以河流為例進(jìn)行分析。河流與地下水之間的補(bǔ)給,取決于河水位與地下水位的關(guān)系,這種關(guān)系沿著河流縱斷面有所變化。見(jiàn)圖 41:a、山區(qū)河流深切,河水位常低于地下水位,起排泄地下水的作用;b、進(jìn)入山前,堆積作用加強(qiáng),河床位置抬高,地下水埋深增大,經(jīng)常是河水補(bǔ)給地下水。c、沖積平原上部,河水位與地下水位接近,汛期河水補(bǔ)給地下水,非汛期地下水補(bǔ)給河水;d、到了沖積平原中下部,由于強(qiáng)烈的堆積作用,多形成所謂的“地上河”,因此經(jīng)常是河水補(bǔ)給地下水。河流補(bǔ)給地下水時(shí),補(bǔ)給量的大小取決于下列因素:河床以下地層的透水性、河流與地下水有聯(lián)系部分的長(zhǎng)度及河床濕周(浸水周界) ,河水位與地下水位高差,以及河床過(guò)水時(shí)間的長(zhǎng)短。河床透水性對(duì)補(bǔ)給地下水影響很大。巖溶發(fā)育地區(qū)往往整條河流轉(zhuǎn)入地下。由砂礫石組成的山前沖洪積扇上緣,地表水呈輻射狀、散流狀,滲漏量相當(dāng)大。但接近中下游,當(dāng)河床與下伏含水層之間存在隔水層時(shí),盡管河水很多,對(duì)地下水補(bǔ)給卻明顯減少。河道愈是寬廣、河水位愈高,河床濕周便愈長(zhǎng),愈有利于對(duì)地下水的補(bǔ)給。我國(guó)北方的河流大多是間歇性的,每年僅在汛期的一、二個(gè)月有水。汛前,河床以下的包氣帶含水不足,初汛來(lái)臨 ,河水浸濕包氣帶,并垂直下滲(圖 42) 。開(kāi)始,河水與地下水并不相連,下滲水使地下水面凸起(圖 42a) ;隨著地下水位提高,地表水與地下水聯(lián)成一體,被抬高的地下水面向外擴(kuò)展,河水滲漏量變?。▓D 42b) ;河水?dāng)嗔骱?,地下水位逐漸趨平,使一定范圍內(nèi)地下水位普遍抬高(圖 42c) 。應(yīng)當(dāng)注意,河水的滲漏量有一部分是消耗于補(bǔ)充包氣帶濕度的,當(dāng)河流過(guò)水時(shí)間不長(zhǎng),且河床由細(xì)粒物質(zhì)組成時(shí),這部分水可占相當(dāng)大的比例。這種情況下,不能簡(jiǎn)單地把河水滲漏當(dāng)作補(bǔ)給地 圖 41 地表水與地下水的補(bǔ)給關(guān)系 圖 42 河水補(bǔ)給引起地下水位抬高8 / 75下水的量。地表水對(duì)地下水的補(bǔ)給與大氣降水不同:后者是面狀補(bǔ)給,普遍而均勻,前者是線狀(帶狀)補(bǔ)給,局限于地表水體的周邊。地表水體附近的地下水,既接受降水補(bǔ)給,又接受地表水的補(bǔ)給,經(jīng)開(kāi)采后與地表水的水位差加大,可使地下水得到更多的(增加)補(bǔ)給量。因此,河流附近的地下水一般比較豐富。潛水和承壓含水層接受降水和地表水補(bǔ)給的條件不同。潛水在整個(gè)含水層分布面積上都能直接接受補(bǔ)給。承壓水則僅在含水層出露于地表,或與地表連通處(在此處已轉(zhuǎn)化為潛水)方能獲得補(bǔ)給。因此,地質(zhì)構(gòu)造與地形的配合關(guān)系,對(duì)承壓含水層的補(bǔ)給影響極大。(二)地下水的排泄含水層失去水量的過(guò)程稱作排泄。在排泄過(guò)程中,含水層的水質(zhì)也發(fā)生相應(yīng)變化。地下水的排泄方式是多樣的,可通過(guò)“泉” 作點(diǎn)狀排泄,通過(guò)向河水泄流作線狀排泄,通過(guò)蒸發(fā)消耗作面狀排泄。此外,一個(gè)含水層的水可向另一個(gè)含水層排泄。此時(shí)對(duì)后者來(lái)說(shuō),也是從前者獲得補(bǔ)給。開(kāi)發(fā)利用地下水或用井孔、渠道排除地下水,都屬于地下水的人工排泄。蒸發(fā)排泄僅消耗地下水量,鹽分仍留在地下水中,故此種排泄方式會(huì)使地下水礦化度升高,水質(zhì)發(fā)生變化。其它種類的排泄,均屬于逕流排泄,鹽分隨同水分一起排走,一般不引起水質(zhì)變化。(三)地下水的逕流地下水由補(bǔ)給區(qū)流向排泄區(qū)的過(guò)程稱作逕流。逕流是連接補(bǔ)給與排泄的中間環(huán)節(jié),通過(guò)逕流,含水層中的水、鹽由補(bǔ)給區(qū)輸送到排泄區(qū),逕流的強(qiáng)弱影響著含水層的水量與水質(zhì)。除某些構(gòu)造封閉的自流盆地及地勢(shì)十分平坦地區(qū)的潛水外,地下水都處于不斷的逕流過(guò)程中。地下水的逕流方向是環(huán)評(píng)工作中應(yīng)該注意的問(wèn)題。最簡(jiǎn)單情況下,含水層中地下水自一個(gè)集中的補(bǔ)給區(qū)流向集中的排泄區(qū),具有單一逕流方向。地下水的逕流方向總體上受地勢(shì)控制,從上游流向下游。局部受地形控制從高處流向低處??刂频叵滤鲃?dòng)方向的根本因素是水位和水位差,在水頭作用下地下水從高水位流向低水位。例如在山前沖洪積扇的水源地附近一定范圍內(nèi),地下水的流向并不都是背向山區(qū)流向平原,而是向著取水構(gòu)筑物(水井)流動(dòng),因?yàn)榫坏陀谥苓叺叵滤?。七、地下水運(yùn)動(dòng)的基本定律地下水可以在飽水的巖層中或非飽水的巖層中運(yùn)動(dòng)。以往的研究多集中于飽水帶重力水的運(yùn)動(dòng),而對(duì)包氣帶水、結(jié)合水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律尚沒(méi)有成熟公認(rèn)的研究成果。在此也僅就飽水帶重力水穩(wěn)定水流的運(yùn)動(dòng)規(guī)律略加介紹。(一)滲流的基本概念地下水在巖石空隙(孔隙、裂隙及溶隙)中的運(yùn)動(dòng)稱為滲透。由于巖石的空隙形狀、大小和連通程度的變化,地下水在這些空隙中的運(yùn)動(dòng)是十分復(fù)雜的。要掌握地下水在每個(gè)實(shí)際空隙通道中的流動(dòng)特征是不可能的,也是不必要的。實(shí)際研究工作中,常用一種假想的水流去代替巖石空隙中的實(shí)際水流。這種假想的水流,一方面認(rèn)為它是連續(xù)地充滿整個(gè)巖石空間(包括空隙和巖石骨架所占的空間) ,就好象沒(méi)有巖石骨架存在的地表水流一樣。另一方面,它要符合以下條件:;;。9 / 75滿足上述假想條件的水流,通常稱為滲透水流,或簡(jiǎn)稱滲流。發(fā)生滲流的區(qū)域稱為滲流場(chǎng)或逕流場(chǎng)。這樣通過(guò)對(duì)假想水流的研究,可以掌握真實(shí)水流運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。由于巖石的空隙在一般情況下都很細(xì)小,因而地下水在流動(dòng)過(guò)程中受到的阻力是很大的。所以地下水滲流速度遠(yuǎn)比地表水流速小。通常地表水的流速都以“米/秒”來(lái)度量,因?yàn)槠淞魉俪T诿棵胍坏綌?shù)米之間。而地下水由于滲流速度緩慢,其滲流速度常用“米/ 日”來(lái)度量,因?yàn)榈叵滤臐B流速度常在每天零點(diǎn)幾米至幾十米之間。水在滲流場(chǎng)內(nèi)運(yùn)動(dòng),各個(gè)運(yùn)動(dòng)要素(水位、流速等)不隨時(shí)間改變時(shí),稱為穩(wěn)定流。運(yùn)動(dòng)要素隨時(shí)間變化的水流運(yùn)動(dòng),稱為非穩(wěn)定流。嚴(yán)格的講,自然界地下水都屬于非穩(wěn)定流,但是為了便于分析 和計(jì)算,也可以將某些運(yùn)動(dòng)要素變化比較小的滲流,近似地看作穩(wěn)定流。(二)線性滲透定律——達(dá)西定律線性滲透定律揭示了地下水徑流運(yùn)動(dòng)時(shí)的基本規(guī)律,是法國(guó)水力學(xué)家達(dá)西 1852~1853 年在實(shí)驗(yàn)室中,對(duì)水在砂中的滲透進(jìn)行大型實(shí)驗(yàn)后建立的,所以稱為達(dá)西定律?;灸J? Q=Kω =KωI (41) Lh?式中:Q——滲透流量(m 3/d) ;ω——過(guò)水?dāng)嗝婷娣e( m2) ;Δh——水頭損失,亦即上下游水頭差(m) ; L——滲流長(zhǎng)度(m) ;I——水力梯(坡)度,單位滲流長(zhǎng)度上的水頭損失(無(wú)量綱) ;K——滲透系數(shù)(m/d) 。從水力學(xué)知,通過(guò)某一斷面的流量 Q 等于流速 V 與過(guò)水?dāng)嗝婷娣e ω的乘積,即:Q=ωV (42)據(jù)此,達(dá)西定律也可表達(dá)為:V=K I (43)式中 V 稱作滲流速度(m/d) ,其余各項(xiàng)意義同前。滲流速度(V) 、滲透系數(shù)(K)和水力坡度(I ) ,在基本滲流理論中有重要意義,應(yīng)予了解。(V) 由滲流的基本概念知, V 并非滲流的實(shí)際流速,而是假想水流通過(guò)包括 “骨架”與孔隙在內(nèi)的整個(gè)斷面 ω流動(dòng)時(shí)所具有的虛擬流速??芍摂M流速總是小于實(shí)際流速。(I) 為沿水流方向單位滲透途徑長(zhǎng)度上的水頭差。地下水在巖層空隙中運(yùn)動(dòng)時(shí),為了克服阻力消耗機(jī)械能而出現(xiàn)水頭損失。所以,水力梯度可以理解為水流通過(guò)單位長(zhǎng)度滲透途徑,為克服阻力所耗失的能量。確定水力梯度時(shí),水頭差 Δh必須與滲流長(zhǎng)度 L 相對(duì)應(yīng)。(K) 是反映巖石透水性能的指標(biāo),其數(shù)值是水力梯度 I=1 時(shí)的滲透速度。滲透速度的大小不僅與巖石的孔隙性有關(guān),而且還與滲透液體的粘滯性等物理性質(zhì)有關(guān)。一般認(rèn)為水的物理性質(zhì)變化不大,影響可以忽略,而把滲透系數(shù)看成單純說(shuō)明巖石滲透性能的參數(shù)。對(duì)于不同地區(qū)的不同巖石,滲透系數(shù)是不同的。10 / 75絕大多數(shù)情況下,可以認(rèn)為地下水的運(yùn)動(dòng)基本符合線性滲透定律。因此,達(dá)西定律適用范圍很廣,它不僅是水文地質(zhì)定量計(jì)算的基礎(chǔ),還是定性分析各種水文過(guò)程的重要依據(jù)。深入掌握達(dá)西定律的物理意義,靈活的用它來(lái)分析問(wèn)題,是地下水研究工作者應(yīng)當(dāng)具備的基本能力。第二節(jié) 地下水的理化性質(zhì)與水質(zhì)污染水量和水質(zhì)是地下水的兩大要素。研究地下水水量,主要是分析地下水的補(bǔ)給、徑流和排泄過(guò)程,分析地下水運(yùn)動(dòng)的機(jī)理及其與外界的交換關(guān)系,使人們能在數(shù)量上研究并掌握地下水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。在自然界中地下水長(zhǎng)期埋藏在巖石和土壤的空隙中,在與周圍介質(zhì)的相互作用下,不斷溶解與它相接觸的巖石和土壤中的鹽類,從而成為地下水的化學(xué)成分。人類活動(dòng)對(duì)地下水的化學(xué)成分有著特別重要的影響,工業(yè)三廢和城市廢水的排放、農(nóng)藥化肥的施用、礦業(yè)開(kāi)發(fā)等都會(huì)改變地下水的化學(xué)成分,使地下水
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