吉林大学：《专门水文地质学》课程教学资源（电子教案）第九章地下水的开发、管理与保护（9.3）地下水的保护.doc_大学文库

吉林大学精品课>>专门水文地质学>>教材>>专门水文地质学 §93地下水的保护地下水不仅是资源,而且也是环境的主要因子。随着工农业发展,人口增长,人类大量开发利用地下水资源。与此同时,也出现了地下水位持续下降、水质恶化以及由此诱发的系列地质生态环境负效应,不仅造成了严重的经济损失,而且影响着人类生存空间。对此必须对有限的地下水资源实行保护。 93.1水资源保护的含义资源保护问题是在水资源短缺不断加剧,水环境问题日趋严重的形势下提出来的。目前水资源保护问题已受到世界各国的重视,相关的理论研究和技术方法也在快速发展水资源保护的核心是根据水资源系统运动、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,以达到水资源永续利用。水资源保护不是以恢复或保持地表水、地下水天然状态为目的的活动,而是一种积极的、促进水资源开发利用更合理、更科学的管理问题。水资源保护与水资源开发利用是对立统一的,两者既相互制约, 又相互促进,保护工作做得好,水资源才能永续开发利用,开发利用科学合理了,也就达到了保护的目的。正因如此,水资源保护工作应贯穿在人与水打交道的各个环节中。从更广泛的意义上讲,正确客观地调査、评价水资源、合理地规划和科学分配水资源都是水资源保护的重要技术手段,因为这些工作是水资源保护的基础。从管理的角度来看,水资源保护主要是“开源节流”。它一方面涉及水资源、经济、环境三者平衡与协调发展的问题,另一方面还涉及各地区、各部门、集体和个人用水利益的分配与调整。这里面既有工程技术问题,也有经济学和社会学的问题。同时,还要广大群众积极响应,共同参与,就这一点来说,水资源保护也是一项社会性的公益事业。总之,水资源保护可以定义为:为防止水资源因不恰当利用造成的水源污染和破坏,而釆取的法律、行政、经济、技术等措施的总和。目前在全国各地,这些措施都在不同程度上得到采用。工程技术手段的功能是提高水资源的保护效果, 特别是水资源监测和调控技术的发展,为水资源保护起到了重要的作用;经济手段的功能是通过经济杠杄调整用水结构,促进合理用水,鼓励节水,减少浪费,从而提高用水效益:法律手段是推行水资源综合规划,保护水源,治理“三废”和科学管水的强制性措施,也是规范人们用水行为的重要保证:行政手段是改革水资源管理体制,落实各项保护措施的重要方法和组织形式,也是我国目前广泛采用的手段之一。教育手段的目的是强化公众珍惜和保护水资源,提高全民节约用水自觉性。这些措施的综合运用,才能使我国水资源形势开创一个新的局面(徐恒立等,2001)

吉林大学精品课>>专门水文地质学>>教材>>专门水文地质学 §9.3 地下水的保护地下水不仅是资源，而且也是环境的主要因子。随着工农业发展，人口增长，人类大量开发利用地下水资源。与此同时，也出现了地下水位持续下降、水质恶化以及由此诱发的一系列地质生态环境负效应，不仅造成了严重的经济损失，而且影响着人类生存空间。对此必须对有限的地下水资源实行保护。 9.3.1 水资源保护的含义资源保护问题是在水资源短缺不断加剧，水环境问题日趋严重的形势下提出来的。目前，水资源保护问题已受到世界各国的重视，相关的理论研究和技术方法也在快速发展。水资源保护的核心是根据水资源系统运动、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，以达到水资源永续利用。水资源保护不是以恢复或保持地表水、地下水天然状态为目的的活动，而是一种积极的、促进水资源开发利用更合理、更科学的管理问题。水资源保护与水资源开发利用是对立统一的，两者既相互制约，又相互促进，保护工作做得好，水资源才能永续开发利用，开发利用科学合理了，也就达到了保护的目的。正因如此，水资源保护工作应贯穿在人与水打交道的各个环节中。从更广泛的意义上讲，正确客观地调查、评价水资源、合理地规划和科学分配水资源都是水资源保护的重要技术手段，因为这些工作是水资源保护的基础。从管理的角度来看，水资源保护主要是“开源节流”。它一方面涉及水资源、经济、环境三者平衡与协调发展的问题，另一方面还涉及各地区、各部门、集体和个人用水利益的分配与调整。这里面既有工程技术问题，也有经济学和社会学的问题。同时，还要广大群众积极响应，共同参与，就这一点来说，水资源保护也是一项社会性的公益事业。总之，水资源保护可以定义为：为防止水资源因不恰当利用造成的水源污染和破坏，而釆取的法律、行政、经济、技术等措施的总和。目前在全国各地，这些措施都在不同程度上得到采用。工程技术手段的功能是提高水资源的保护效果，特别是水资源监测和调控技术的发展，为水资源保护起到了重要的作用；经济手段的功能是通过经济杠杆调整用水结构，促进合理用水，鼓励节水，减少浪费，从而提高用水效益；法律手段是推行水资源综合规划，保护水源，治理“三废”和科学管水的强制性措施，也是规范人们用水行为的重要保证；行政手段是改革水资源管理体制，落实各项保护措施的重要方法和组织形式，也是我国目前广泛采用的手段之一。教育手段的目的是强化公众珍惜和保护水资源，提高全民节约用水自觉性。这些措施的综合运用，才能使我国水资源形势开创一个新的局面（徐恒立等，2001）

9.32水资源保护的法律基础近年来,世界上很多国家或地区的水资源问题十分突出。一方面城市和工业发达地区用水量剧增,水源严重不足,制约着经济发展和人民生活水平的提高:另一方面,工业“三废” 和生活污水的非控制排放,使越来越多的水体受到污染,可供利用的水源日趋减少。在这样严峻的事实面前,保护水资源已成为人类为生存而斗争的紧迫任务。为此不少国家制立了系列法律和规定,对水资源治理、开发利用和保护作了各种相应要求和限制,以防止不恰当的开发利用造成水源污染或破坏水源。通过立法的强制手段,辅以各种技术措施在一部分国家已取得了相当的成效。例如,1984年,美国环境保护局通过了地下水保护对策。对策认为,要从制度上提高全国保护地下水的能力,最有效的途径是加强各州的计划,从1985年以来,环保局根据正按水法规定向各州提供资金,以便每个州根据其具体问题和需要去制定地下水保护对策;1977年在阿根廷召开的联合国水资源国际会议指出,前苏联水法是世界上最完善的水法之一(陈梦熊,2002)。在我国,有关水资源保护的法律和法规有:《水土保持工作条例》((1982年6月30 日)国务院颁布)、《中华人民共和国水法》(1988年1月21日中华人民共和国主席令第61 号)、《城市节约用水管理规定》(1988年11月30日建设部国函U988]137号)、《中华人民共和国环境保护法》(1989年12月26日第七届全国人民代表大会常务委员会发布)、《取水许可制度实施办法》(1993年8月1日国务院颁发)、《城市地下水开发利用保护管理规定》 (1993年12月4日建设部第30号令)、《城市供水条例》(1994年7月19日国务院发布) 《中华人民共和国水污染防治法》(1996年5月15日第八届全国人民代表大会常务委员会发布) 其中《水法》对水资源的所有权做了明确规定,即中华人民共和国的水资源属于全民所有:国家对水资源有管理权和调配权;同时,还规定国家对水资源实行开发利用与保护相结合的方针:开发利用水资源应贯彻全面规划、统筹兼顾、综合利用、讲求效益的原则,并注意发挥水资源的多种功能效益,规定国家要保护水资源、防治水污染、防治水士流失、保护环境、以及要实行计划用水和节约用水的基本政策。此外《水法》明确了国家对水资源实行统一管理与分级、分部门相结合的管理体制,规定了开发利用水资源的工作程序和审批制度, 对水和水域以及水工程的保护、用水管理、防汛抗洪等方面的内容以及规定实行用水许可证制度,征收水资源费和水费的制度为保护水质不进一步恶化、治理已被污染的水环境,以及合理利用水资源,国家有关部门还制定了一系列水质标准和实行排污许可证制度。水质标准包括环境水质标准和污水排放标准两大类。环境水质标准有《地面水环境质量标准》GB383-88)、《生活饮用水卫生标准》(GB5749—85)、《农业灌溉用水标准》及渔业用水、和海水水质等。污水排放标准有《污水综合排放标准》(GB8978-88)等排放许可证制度主要有以下几个原则:①环境目标和污染源削减的统一;②容量总量控制和目标总量控制并举:③重点区域、重点污染和重点污染物三突出:④实行排污许可证制度,发放许可证必须经准备、协调、发证和管理四个阶段。为了保证水体不受污染,国家规定禁止向水体排放油类、酸液或剧毒废液,放射性物质的固体废弃物和废水,以及含汞、镉、砷、铬、铅、氰化物和黄磷等可溶性剧毒废渣,工业

9.3.2 水资源保护的法律基础近年来，世界上很多国家或地区的水资源问题十分突出。一方面城市和工业发达地区用水量剧增，水源严重不足，制约着经济发展和人民生活水平的提高；另一方面，工业“三废” 和生活污水的非控制排放，使越来越多的水体受到污染，可供利用的水源日趋减少。在这样严峻的事实面前，保护水资源已成为人类为生存而斗争的紧迫任务。为此不少国家制立了一系列法律和规定，对水资源治理、开发利用和保护作了各种相应要求和限制，以防止不恰当的开发利用造成水源污染或破坏水源。通过立法的强制手段，辅以各种技术措施在一部分国家已取得了相当的成效。例如，1984 年，美国环境保护局通过了地下水保护对策。对策认为，要从制度上提高全国保护地下水的能力，最有效的途径是加强各州的计划，从 1985 年以来，环保局根据正按水法规定向各州提供资金，以便每个州根据其具体问题和需要去制定地下水保护对策；1977 年在阿根廷召开的联合国水资源国际会议指出，前苏联水法是世界上最完善的水法之一（陈梦熊，2002）。在我国，有关水资源保护的法律和法规有：《水土保持工作条例》（（1982 年 6 月 30 日）国务院颁布)、《中华人民共和国水法》(1988 年 1 月 21 日中华人民共和国主席令第 61 号)、《城市节约用水管理规定》(1988 年 11 月 30 日建设部国函 U988]137 号)、《中华人民共和国环境保护法》(1989 年 12 月 26 日第七届全国人民代表大会常务委员会发布)、《取水许可制度实施办法》(1993 年 8 月 1 日国务院颁发)、《城市地下水开发利用保护管理规定》 (1993 年 12 月 4 日建设部第 30 号令)、《城市供水条例》(1994 年 7 月 19 日国务院发布)、《中华人民共和国水污染防治法》(1996 年 5 月 15 日第八届全国人民代表大会常务委员会发布)。其中《水法》对水资源的所有权做了明确规定，即中华人民共和国的水资源属于全民所有：国家对水资源有管理权和调配权；同时，还规定国家对水资源实行开发利用与保护相结合的方针；开发利用水资源应贯彻全面规划、统筹兼顾、综合利用、讲求效益的原则，并注意发挥水资源的多种功能效益，规定国家要保护水资源、防治水污染、防治水土流失、保护环境、以及要实行计划用水和节约用水的基本政策。此外《水法》明确了国家对水资源实行统一管理与分级、分部门相结合的管理体制，规定了开发利用水资源的工作程序和审批制度，对水和水域以及水工程的保护、用水管理、防汛抗洪等方面的内容以及规定实行用水许可证制度，征收水资源费和水费的制度。为保护水质不进一步恶化、治理已被污染的水环境，以及合理利用水资源，国家有关部门还制定了一系列水质标准和实行排污许可证制度。水质标准包括环境水质标准和污水排放标准两大类。环境水质标准有《地面水环境质量标准》GB383—88）、《生活饮用水卫生标准》（GB5749—85）、《农业灌溉用水标准》及渔业用水、和海水水质等。污水排放标准有《污水综合排放标准》（GB8978—88）等。排放许可证制度主要有以下几个原则：①环境目标和污染源削减的统一；②容量总量控制和目标总量控制并举；③重点区域、重点污染和重点污染物三突出；④实行排污许可证制度，发放许可证必须经准备、协调、发证和管理四个阶段。为了保证水体不受污染，国家规定禁止向水体排放油类、酸液或剧毒废液，放射性物质的固体废弃物和废水，以及含汞、镉、砷、铬、铅、氰化物和黄磷等可溶性剧毒废渣，工业

废渣、城市垃圾及其他废弃物。禁止在水体中清洗装贮过油类或有毒污染物的车辆或容器。向水体排放废污水必须遵守国家规定的标准,达不到标准应负责治理。禁止在江河、湖泊、运河、渠道、水库最高水位线以下的滩地和岸坡堆放、存贮弃物和其他污染物为了防止地下水污染,禁止利用渗坑、渗井、裂隙和溶洞排放倾倒含有毒污染物的废水、含病原体的污水和其他废弃物。禁止用无防滲措施的沟渠、坑塘输送或存贮上述废污水。开采地下水时,若各含水层水质差异大,应当分层处理。兴建地下工程设施或进行地下勘探采矿等活动,应采取防护性措施。人工回灌补给地下水不得恶化水质。总之,上述各项法律和法规的制定,标志着我国水资源保护已开始走向法制化的道路。要使这些法律真正起到作用,除须制定配套的专项法律和行政法规以及根据当地具体情况制定有关规定外,还需不断完善水司法和执法体系。这在我国,任务还相当艰巨,有待通过各方的不断努力去实现(徐恒力,2001) 933地下水保护的技术措施 9.3.3.1地下水源保护的措施 1988年颁发的水法中,对开采地下水有专门规定。按照法律规定,地下水保护和管理的核心任务是科学开发,合理用水,加强监督管理,加强动态观测预测,对过量开采的地区, 要严格控制开采,防止水量衰竭和水质恶化。 1、一般地区的水源保护措施(石振华、李传尧,1993) 1)合理布局根据城市总体发展规划,运用系统工程的方法,制定地表水和地下水的综合开发利用规划,充分考虑各方面的需要,有计划有步骤地开发利用地下水,要根据水文地质条件,合理布置井群,要尽量避免在同一层位,同一深度和同一时间内进行开采。在以侧向补给为主径流条件良好地区,按线状布井:以垂向补给为主,径流条件较差地区,技面状布井。开采面积很大的深部承压水,按均匀布井:开采中小型自流盆地和自流斜地,尽量在中,下游横向布井。含水层较薄而又靠近河流时,可采取傍河取水,以渗渠、大口井,辐射井和虹吸井群等形式取水。含水层较厚时,可采取管井或组井(分层、分段取水形式取水。 2)科学开采所谓科学开采,就是使开采量严格控制在允许开采量以内。为此,要对地下水源地的补给量进行水量均衡分析,制定出合理开采量在年内分配,作为科学开采的依据。由于地下水补给具有季节性特点,因此在补给时期要适当加强开采,而在非补给时期,要适当控制开采如需在枯水期增加开采量,其超采部分必须在丰水期能得到补偿,或者存在着人工补给可能性。有条件的城市,工业用水和生活用水要逐步分质供水 3)加强监督建立和健全地下水动态监测网,加强对地下水开采利用的监督,进行地下水情的预测预报,以指导地下水合理开发利用,及时发现和防治由于地下水开采而引起的地质环境和生态环境的变化

废渣、城市垃圾及其他废弃物。禁止在水体中清洗装贮过油类或有毒污染物的车辆或容器。向水体排放废污水必须遵守国家规定的标准，达不到标准应负责治理。禁止在江河、湖泊、运河、渠道、水库最高水位线以下的滩地和岸坡堆放、存贮弃物和其他污染物。为了防止地下水污染，禁止利用渗坑、渗井、裂隙和溶洞排放倾倒含有毒污染物的废水、含病原体的污水和其他废弃物。禁止用无防渗措施的沟渠、坑塘输送或存贮上述废污水。开采地下水时，若各含水层水质差异大，应当分层处理。兴建地下工程设施或进行地下勘探、采矿等活动，应采取防护性措施。人工回灌补给地下水不得恶化水质。总之，上述各项法律和法规的制定，标志着我国水资源保护已开始走向法制化的道路。要使这些法律真正起到作用，除须制定配套的专项法律和行政法规以及根据当地具体情况制定有关规定外，还需不断完善水司法和执法体系。这在我国，任务还相当艰巨，有待通过各方的不断努力去实现（徐恒力，2001）。 9.3.3 地下水保护的技术措施 9.3.3.1 地下水源保护的措施 1988 年颁发的水法中，对开采地下水有专门规定。按照法律规定，地下水保护和管理的核心任务是科学开发，合理用水，加强监督管理，加强动态观测预测，对过量开采的地区，要严格控制开采，防止水量衰竭和水质恶化。 1、一般地区的水源保护措施（石振华、李传尧，1993） 1)合理布局根据城市总体发展规划，运用系统工程的方法，制定地表水和地下水的综合开发利用规划，充分考虑各方面的需要，有计划有步骤地开发利用地下水，要根据水文地质条件，合理布置井群，要尽量避免在同一层位，同一深度和同一时间内进行开采。在以侧向补给为主、径流条件良好地区，按线状布井；以垂向补给为主，径流条件较差地区，技面状布井。开采面积很大的深部承压水，按均匀布井；开采中小型自流盆地和自流斜地，尽量在中，下游横向布井。含水层较薄而又靠近河流时，可采取傍河取水，以渗渠、大口井，辐射井和虹吸井群等形式取水。含水层较厚时，可采取管井或组井(分层、分段取水)形式取水。 2)科学开采所谓科学开采，就是使开采量严格控制在允许开采量以内。为此，要对地下水源地的补给量进行水量均衡分析，制定出合理开采量在年内分配，作为科学开采的依据。由于地下水补给具有季节性特点，因此在补给时期要适当加强开采，而在非补给时期，要适当控制开采。如需在枯水期增加开采量，其超采部分必须在丰水期能得到补偿，或者存在着人工补给可能性。有条件的城市，工业用水和生活用水要逐步分质供水。 3）加强监督建立和健全地下水动态监测网，加强对地下水开采利用的监督，进行地下水情的预测预报，以指导地下水合理开发利用，及时发现和防治由于地下水开采而引起的地质环境和生态环境的变化

地下水开采后，水文地质条件势必发生改变，因此以勘察报告中提出允许开采量作为控制指标，显然已失去意义。在没有对地下水资源重新评价之前，可以限制水位作为控制趋标的界限。即 Hx = HD + S (21) 式中 HX——限制水位(m)； HD—多年平均水位或多年最低水位(m)； S——根据自然条件和供需条件确定的一个深度值，一般取 0～2 m。限制水位是一个法定值，能起到监测开采作用，发现水位超过界限，可以提出警告或限制开采的措施。对保护水源来说，限制水位是切实可行的。但具体确定某个水源地限制水位值，需要有完善的监测手段。如大连市经十来年生产实践，在沿海岩溶地区，最佳水位降深高程一般在-5～-6 m，最大在-8 m。 2、过量开采地区的水源保护措施（石振华、李传尧，1993） 1）人工补给对已经过量开采的地区，人工补给是个有效办法。除了利用开采井进行回灌外，也可以利用池塘、渠、坑、水库进行回灌。图 13 是补给地下水用的渗水池塘的典型设计方案。北京长辛店水源地，原来每到冬春季水位下降供水不足，利用就近水库放水进行人工补给后，附近水源井出水量增大阿一倍以上。北京卢沟桥地区利用永定河漫滩废采石坑进行人工补给，使水源井出水量增加 50％以上。人工补给对于控制漏斗扩大和水位下降效果明显。据计算，石家庄市区如能每年回灌 4000 万 m3，其降落漏斗中心水位降速将由 1.14m/yr（优化水位）降到 0.31m/yr，不仅垂直方向降速减少，漏斗面积也相应缩小（见图 14，图 15）人工回灌后地下水位降落漏斗要素见表 80 95 85 75 6 5 55 45 35 7 0 60 50 40 30 40 管理区边界管理区边界 4 0 图 14 石家庄市地下水等水位线图人工回灌方案（1992） 80 95 85 75 6 5 55 45 35 7 0 60 50 40 30 40 管理区边界管理区边界 4 0 图 15 石家庄市地下水等水位线图人工回灌方案（1991）河流分流结构入口结构沉淀池供维护用的堤顶道路篱笆 ② ② ② ② ① ① ① ① ① ① 1 补给池塘 2 池塘间的控制结构图 13 池塘型补给工程的典型方案

表8人工回灌后地下水水位降落漏斗要素简表结点标引标高|埋深长轴方/轴漏斗中心最低水位(m) 35m封闭等高人工回灌量开采量面积(km2(万m2/年)(万m/d (km) 第 1932.13439.256NEE-SWw9.75 37.8 126.13 31.45239.938NEE-SW13.5 132.03 (据林学鈺) 2)调整开采井布局(王兆馨,1992) 为了解决我国地下水开发中存在的问题,并考虑今后长远发展的需要,应对地下水开采布局作必要的调整,及早制定地下水近期和长远的优化开发规划。除了实行优先保证长期稳定优质饮用水;合理调控地下水位,综合治理旱涝盐碱:积极开展地下人工调蓄等重要措施外,地下水的优化开采布局还应遵循以下几项原则和采取相应措施: (1)必须严格限制严重超采区的地下水开采量,新辟水源地宜分散布局。我国大中城市,特别北方开采地下水的城市,超釆现象相当突出,占北方省会城市的一半以上,在部分城市引起了地面沉降、地面塌陷等灾害,其根本原因是开采井群过于集中。地下水是一种就地资源,其优势是适于相对分散开采,潜力大而不易引起环境地质问题.不少大中城市外围具有开发新水源地的水文地质条件,应采取水源地分散布局的方式,以防止相互干扰,充分利用地下水资源和有效地保护环境.积极及早调整地下水开采布局.在严重缺水地区应限制兴建耗水量大的企业,合理调整产业结构和经济发展规划,使其与水源条件相适应 (2)控制深层地下水的开采,大力开发浅层水和合理利用微咸水.在一些平原和城市地区,过量开采深层地下水,引起了水位持续下降,如北方的天津、沧州、太原、银川及南方的常州、无锡、嘉兴等城市,漏斗中心水位埋深可达40-70多米,引起了地面沉降,因此必需控制深层水的开采.将其调整为相对分散开采的生活饮用水源.在北方缺水平原区,可大力开发浅层地下水和微咸水,作为农灌水源,如黄淮海平原微咸水开采资源为47亿m3 /a,其中,河北平原微咸水开采资源达15亿m3/a,在合理灌溉制度控制下可充分发挥效 (3)兴建大中型傍河地下水源地,激发河流补给,自然过滤泥沙,保持稳定供水,如在宁夏、内蒙古、山西、河南、山东等省区,黄河中下游沿岸地区以及其他多泥沙河流沿岸, 兴建地下水水源地,可免建难度较大的河流泥沙处理工程,是多泥沙河流水资源利用的有效方式 (4)实行供水与矿区排水相结合,在北方岩溶大水矿区,涉及河北、山西,山东、河南等10个省(市),其中煤铁矿区总排水量达147亿m3/a,水质好的岩溶水排水量为9.9 亿m3/a,占总排水量的60.5%,目前矿山排水利用率小于30%,在河北。河南、山东等岩溶大水矿区,提高矿区排水利用率和建立排供结合的水源地,可使78%左右的岩溶水排水量转化为可供利用的水源,这是缓解北方主要矿区工农业用水紧缺状况的一种投资少见效快的措施

表8 人工回灌后地下水水位降落漏斗要素简表漏斗中心最低水位（m） 35m封闭等高线人工回灌量开采量结点标号标高埋深长轴方向长轴大小（ km）面积（ km2）（万 m 3 /年）（万m 3 /d）第一期 19 32.134 39.256 NEE-SWW 9.75 37.8 4000 126.13 第二期 8 31.452 39.938 NEE-SWW 13.5 78.64 4000 132.03 （据林学鈺） 2）调整开采井布局（王兆馨，1992）为了解决我国地下水开发中存在的问题，并考虑今后长远发展的需要，应对地下水开采布局作必要的调整，及早制定地下水近期和长远的优化开发规划。除了实行优先保证长期稳定优质饮用水；合理调控地下水位，综合治理旱涝盐碱；积极开展地下人工调蓄等重要措施外，地下水的优化开采布局还应遵循以下几项原则和采取相应措施：（1）必须严格限制严重超采区的地下水开采量，新辟水源地宜分散布局。我国大中城市，特别北方开采地下水的城市，超釆现象相当突出，占北方省会城市的一半以上，在部分城市引起了地面沉降、地面塌陷等灾害，其根本原因是开采井群过于集中。地下水是一种就地资源，其优势是适于相对分散开采，潜力大而不易引起环境地质问题．不少大中城市外围具有开发新水源地的水文地质条件，应采取水源地分散布局的方式，以防止相互干扰，充分利用地下水资源和有效地保护环境．积极及早调整地下水开采布局．在严重缺水地区应限制兴建耗水量大的企业，合理调整产业结构和经济发展规划，使其与水源条件相适应．（2）控制深层地下水的开采，大力开发浅层水和合理利用微咸水．在一些平原和城市地区，过量开采深层地下水，引起了水位持续下降，如北方的天津、沧州、太原、银川及南方的常州、无锡、嘉兴等城市，漏斗中心水位埋深可达 40-70 多米，引起了地面沉降，因此必需控制深层水的开采．将其调整为相对分散开采的生活饮用水源．在北方缺水平原区，可大力开发浅层地下水和微咸水，作为农灌水源，如黄淮海平原微咸水开采资源为 47 亿 m3 ／a，其中，河北平原微咸水开采资源达 15 亿 m3／a，在合理灌溉制度控制下可充分发挥效益。（3）兴建大中型傍河地下水源地，激发河流补给，自然过滤泥沙，保持稳定供水，如在宁夏、内蒙古、山西、河南、山东等省区，黄河中下游沿岸地区以及其他多泥沙河流沿岸，兴建地下水水源地，可免建难度较大的河流泥沙处理工程，是多泥沙河流水资源利用的有效方式．（4）实行供水与矿区排水相结合．在北方岩溶大水矿区，涉及河北、山西，山东、河南等 10 个省(市)，其中煤铁矿区总排水量达 14.7 亿 m3／a，水质好的岩溶水排水量为 9.9 亿 m3／a，占总排水量的 60.5％，目前矿山排水利用率小于 30％，在河北。河南、山东等岩溶大水矿区，提高矿区排水利用率和建立排供结合的水源地，可使 78％左右的岩溶水排水量转化为可供利用的水源，这是缓解北方主要矿区工农业用水紧缺状况的一种投资少见效快的措施

(5)有控制地开采允许利用的地下水储存量。在干旱年份或干旱季节,地表水缺乏地区,严重缺水地区及非永久性供水区,经经济技术与环境效益综合论证后,有控制地开发允许利用的地下水储存量 3、地下水和地表水联合调度由于降水量在时间上分布不均匀,许多河流汛期径流量猛增,到枯水期聚减。如果将疏干含水层作为调节库容,则可大大提高水资源的利用率,防止地下水枯竭。如图所示两者峰值出现时间不同,这给两者联合调度提供了有利条件。从图中可以看出,弃水A利用以后, 使水资源总量得到E体积,从而可弥补枯水期超采部分(即图16中D的体积)。如果含水层蓄调能力大,还可起到多年调节作用。地下水与地表水联合调度有以下几种类型: 流量 L 时间(月图16典型水文年地下水与地表水联合调度示意图 a-河川径流过程曲线:b-总需水量过程曲线:c-地下水开采过量过程曲线:d-无回灌条件下地下水补给量过程线(其中已扣除了开采量):e-有回灌条件下的地下水不给量过程线:B-仅有地表水供水的缺水量:D- 枯水期地下水开采量超过补给量的部分 ).水库与泉水联合供水,利用两者丰、枯期不在同一时间出现的情况,通过联合调度得到均匀供水。例如,正在研究开发中的山西省漳泽水库与辛安泉的联合调度就是一例。 2).在城市水源地上游有水库存在,且地表水与地下水有水力联系,可充分利用含水层进行调蓄。辽阳太子河冲洪积扇与上游的汤河、锓窝水库就属于这一种情况。尽管辽阳市开采量很大,但由于枯水期超量开采疏干的含水层得到汛期弃水和水库放水补给,因而能较稳定供水 4、利用河槽蓄水,增加对地下水补给河槽是一个大的贮水池,把经过处理达到排放标准污水放到河槽中,通过稀释、吸附和过滤等作用,使水质净化达到渗漏补给地下水的目的。或在河床上、中、下游部位修建高 1-2m滚水坝,抬高河水位,增大河床的湿周面积,延长河水停留时间,可达到增加地下水补给的效果。除此而外,也可以利用河流上游的废弃砂坑,利用洪水进行人工回灌(王文科, 1999)。 9332地下水质的保护由于地下水污染后很难在短期内恢复水质,所以应积极采取预防措施,避免地下水污染的发生或控制其发展。遭受污染或控制其水质。对地下水的水质的保护必须采取“防治结合, 以防为主”的方针。只有这样才能维护地下水的环境质量不断向着良性循环发展,以提高水质的可用性 1、预防地下水质污染的措施

（5）有控制地开采允许利用的地下水储存量。在干旱年份或干旱季节，地表水缺乏地区，严重缺水地区及非永久性供水区，经经济技术与环境效益综合论证后，有控制地开发允许利用的地下水储存量。 3、地下水和地表水联合调度由于降水量在时间上分布不均匀，许多河流汛期径流量猛增，到枯水期聚减。如果将疏干含水层作为调节库容，则可大大提高水资源的利用率，防止地下水枯竭。如图所示两者峰值出现时间不同，这给两者联合调度提供了有利条件。从图中可以看出，弃水 A 利用以后，使水资源总量得到 E 体积，从而可弥补枯水期超采部分（即图 16 中 D 的体积）。如果含水层蓄调能力大，还可起到多年调节作用。地下水与地表水联合调度有以下几种类型： a-河川径流过程曲线；b-总需水量过程曲线； c-地下水开采过量过程曲线； d-无回灌条件下地下水补给量过程线（其中已扣除了开采量）；e-有回灌条件下的地下水不给量过程线； B-仅有地表水供水的缺水量；D- 枯水期地下水开采量超过补给量的部分 1）.水库与泉水联合供水，利用两者丰、枯期不在同一时间出现的情况，通过联合调度得到均匀供水。例如，正在研究开发中的山西省漳泽水库与辛安泉的联合调度就是一例。 2）.在城市水源地上游有水库存在，且地表水与地下水有水力联系，可充分利用含水层进行调蓄。辽阳太子河冲洪积扇与上游的汤河、锓窝水库就属于这一种情况。尽管辽阳市开采量很大，但由于枯水期超量开采疏干的含水层得到汛期弃水和水库放水补给，因而能较稳定供水。 4、利用河槽蓄水，增加对地下水补给河槽是一个大的贮水池，把经过处理达到排放标准污水放到河槽中，通过稀释、吸附和过滤等作用，使水质净化达到渗漏补给地下水的目的。或在河床上、中、下游部位修建高 1-2m 滚水坝，抬高河水位，增大河床的湿周面积，延长河水停留时间，可达到增加地下水补给的效果。除此而外，也可以利用河流上游的废弃砂坑，利用洪水进行人工回灌（王文科， 1999）。 9.3.3.2 地下水质的保护由于地下水污染后很难在短期内恢复水质，所以应积极采取预防措施，避免地下水污染的发生或控制其发展。遭受污染或控制其水质。对地下水的水质的保护必须采取“防治结合，以防为主”的方针。只有这样才能维护地下水的环境质量不断向着良性循环发展，以提高水质的可用性。 1、预防地下水质污染的措施图16典型水文年地下水与地表水联合调度示意图流量流量（） m /s 3 （） m /s 3 b 时间月( ) 时间月( ) 5 7 9 1 1 5 7 9 1 1 D E D c d B B A

预防性的措施,是指那些有助于防止地下水水质恶化现象产生的各种技术措施。主要有以下方面。 1)加强城市发展与水源地建设的全面规划与合理布局在制定城市发展规划、特别是制定城市工业布局时,必须考虑尽量减少城市环境污染和保护地下水水质不受污染。对于那些容易造成地下水水质污染的工厂(如石油、化工、焦化合金、电镀等工厂),尽可能布置布置在水源地下游较远的地方,或者采用管道排污。同样, 新建水源地时,也必须考虑地下水污染的环境条件(如把水源地选择在城市上游或地下水的补给区,或从地层岩性结构上看防污染条件较好的地方)。总之,为保护地下水源,必须在城市建设的总体規划中考虑环境保护的要求;必须要有防治污染、维持生态的指标;要把环保工作与经济发展同步规划、同步实施,做到经济、社会和环境协调的发展(房佩贤等1987) 2)严格控制水源地的开采量和开采降深,防止劣质水入侵当取水层位上下或接近有劣质水层或水体分布时,严格地控制水源地的开采量和开采降深;在水井设计中必须采用分层取水,同时保证水井施工中的止水,回填质量:对于年久失修的水井要及时更换井管,对报废井要保证回填质量(房佩贤等、1987)。滨海地区地下水往往与海水有水力联系,若对地下淡水开采利用不合理,会造成海水入侵。海水入侵是世界上有海岸线国家所面临的地下水污染主要方式之一,如何防止海水入侵污染地下淡水,也是我国沿海城市地下水资源保护的一项重要任务.防止海水入侵的措施目前提岀的有:①限制淡水开采量。只有使淡、盐水维持一个稳定的动力均衡,才能控制和防止海水入侵,过量开采势必破坏均衡,引起海水入侵,显然限制淡水开采量是必要和有效的措施.但人类生活、生产用水又是不可少的,为解决此矛盾,必须准确地求得淡水开采量的临界值(即在不引起海水入侵发展,又不使淡水水质恶化前提下的淡水最大开采量).在此临界值内调配生活、生产用水。②通过人工回灌建立“补给水丘”(或“淡水压力水墙”)。即在海岸和内陆开采地段之间布置注水井,回灌淡水使之形成高于地下水位的水丘或水墙,以防止海水向内陆移动.美国加利福尼亚州的某些沿海地带及以色列沿海,都设置了一线注水井群,成功地阻止了海水入侵。③建立“抽水槽”。在海岸线附近布置一排抽水井,通过抽水形成一个低槽,以防止海水入侵(见。抽出的咸淡混合水排入海中,该法不需补给水源,但大量淡水被排走,减少水层的厚度,且整个工程耗资巨大 ④注水和抽水相结合的方法。一般是将抽水槽建立在靠近海岸的位置,将注水井布置在靠近开采水源地的一侧。⑤建造一道人工挡水墙。这种方法主要用于海水沿着狭窄透水通道入侵的地段,即沿垂直于海水入侵的方向打一排密集的钻孔,然后注入泥浆或水泥砂浆。注浆配料须与含水层的透水性相对应,注入钻孔后要能很快凝固起来,从而形成一道稳定的不透水墙,防止海水入侵.根据国外资料,挡水墙的高度一般不超过15m。在上述5种防止海水入侵的方法中,只有第①种方法是最为经济有效的,其余方法虽然在技术和实践中可行,但经济上的花费却不能低估。由此可见,加强对开采地下水的管理,是防止海水入侵的根本措施 (沈继方、高云福,1995)。 3)、实行“总量控制”和“有害物质”排放标准的控制,预防“三废”对地下水的污染 (1)预防固体废物对地下水污染(石振华、李传尧等,1993

预防性的措施，是指那些有助于防止地下水水质恶化现象产生的各种技术措施。主要有以下方面。 1）加强城市发展与水源地建设的全面规划与合理布局在制定城市发展规划、特别是制定城市工业布局时，必须考虑尽量减少城市环境污染和保护地下水水质不受污染。对于那些容易造成地下水水质污染的工厂（如石油、化工、焦化、合金、电镀等工厂），尽可能布置布置在水源地下游较远的地方，或者采用管道排污。同样，新建水源地时，也必须考虑地下水污染的环境条件（如把水源地选择在城市上游或地下水的补给区，或从地层岩性结构上看防污染条件较好的地方）。总之，为保护地下水源，必须在城市建设的总体规划中考虑环境保护的要求；必须要有防治污染、维持生态的指标；要把环保工作与经济发展同步规划、同步实施，做到经济、社会和环境协调的发展（房佩贤等 1987） 2）严格控制水源地的开采量和开采降深，防止劣质水入侵当取水层位上下或接近有劣质水层或水体分布时，严格地控制水源地的开采量和开采降深；在水井设计中必须采用分层取水，同时保证水井施工中的止水，回填质量；对于年久失修的水井要及时更换井管，对报废井要保证回填质量（房佩贤等、1987）。滨海地区地下水往往与海水有水力联系，若对地下淡水开采利用不合理，会造成海水入侵。海水入侵是世界上有海岸线国家所面临的地下水污染主要方式之一，如何防止海水入侵污染地下淡水，也是我国沿海城市地下水资源保护的一项重要任务．防止海水入侵的措施目前提出的有：①限制淡水开采量。只有使淡、盐水维持一个稳定的动力均衡，才能控制和防止海水入侵，过量开采势必破坏均衡，引起海水入侵，显然限制淡水开采量是必要和有效的措施．伹人类生活、生产用水又是不可少的，为解决此矛盾，必须准确地求得淡水开采量的临界值(即在不引起海水入侵发展，又不使淡水水质恶化前提下的淡水最大开采量)．在此临界值内调配生活、生产用水。②通过人工回灌建立“补给水丘”(或“淡水压力水墙”)。即在海岸和内陆开采地段之间布置注水井，回灌淡水使之形成高于地下水位的水丘或水墙，以防止海水向内陆移动．美国加利福尼亚州的某些沿海地带及以色列沿海，都设置了一线注水井群，成功地阻止了海水入侵。③建立“抽水槽”。在海岸线附近布置一排抽水井，通过抽水形成一个低槽，以防止海水入侵(见。抽出的咸淡混合水排入海中，该法不需补给水源，但大量淡水被排走，减少水层的厚度，且整个工程耗资巨大。 ④注水和抽水相结合的方法。一般是将抽水槽建立在靠近海岸的位置，将注水井布置在靠近开采水源地的一侧。⑤建造一道人工挡水墙。这种方法主要用于海水沿着狭窄透水通道入侵的地段，即沿垂直于海水入侵的方向打一排密集的钻孔，然后注入泥浆或水泥砂浆。注浆配料须与含水层的透水性相对应，注入钻孔后要能很快凝固起来，从而形成一道稳定的不透水墙，防止海水入侵．根据国外资料，挡水墙的高度一般不超过 15m。在上述 5 种防止海水入侵的方法中，只有第①种方法是最为经济有效的，其余方法虽然在技术和实践中可行，但经济上的花费却不能低估。由此可见，加强对开采地下水的管理，是防止海水入侵的根本措施（沈继方、高云福，1995）。 3）、实行“总量控制”和“有害物质”排放标准的控制，预防“三废”对地下水的污染（1）预防固体废物对地下水污染（石振华、李传尧等，1993）

固体废物包括工业废渣和城市垃圾，这些废物虽然通过回收和焚化可减少其排放量，但极大部分仍然堆放在地面上，在降水和融雪水的淋滤作用下，可把含有大量无机污染物的溶滤液带入地下水中。为此，一些国家要求把固体废物置于具有工程设施韵排放系统(称为“卫生垃圾坑”)中去。在这种坑中，固体废物要经过压实并分层盖土。即使如此，仍有溶滤液向下移动。因此除在坑底设置防渗衬砌层外，可通过暗沟或井把渗滤液收集起来（见图 19）进行处理。图 1 9 在卫生垃圾堆中以（）瓦管或沟槽和（）抽水井来控制渗滤固体废物在水的溶滤作用下，除了产生溶滤液之外，还伴随有机物分解而产生 C02、 CH4，H2、S、H2 和 N2 等气体，因此需要在坑中设通气孔，以防止地下水位以上的土壤带中累积甲烷。 (2)预防城市污水排放对地下水污染，实现污水资源化从城市下水道排出污水，对地下水污染危害最大。在工业化国家中城市污水大部分经过一级和二级污水处理厂加工后排放，从而减少对地下水的污染。污水处理厂加工产生的固体剩余物－污泥，可作为肥料使用，但它的潜在性副作用可能对地下水产生污染。城市污水处理厂处理后的污水、某些企业可以作为冷却水或其它水资源统统加以利用，污水经过处理加以利用，将会有效地缓解缺水压力带来的巨大的效益。国内外经验表明，对废污水进行处理回收在技术上是可行的。（3）预防工业废水、污水的漏失和排放对地下水的污染（石振华、李传尧，1993）对生产过程中漏失废液和污水较多的工厂，应建立各种防渗幕，防止污水渗入地下水中，并在地下建立状排水设施(见图 20，图 21) 地下水位地下水流向渗出排泄工程完成后的瓦管或沟槽地下水位开挖以前的地下水位垃圾垃圾地表面抽水井渗出排泄（） （） 1 2 3 4 5 6 1 5 4 6 4 2 3 5 7

图20工厂下面的层状排水防渗装置图21环状防渗幕据(dM鲍切维尔等) 据(dM鲍切维尔等) 1-嵌入土中的碎石:2-粘土或混凝土:3细砂:1-砂砾石:2-裂隙渗水岩石:3隔水层:4-防渗墙 4-汇集排水处:5-卵石或碎石:6-排水管 5胶结幕:6-排水设备:7-地下水污染源利用洙开排放上业有毎污水,仕友达上业國豕已)这壓用。掂狁计夫國污水汪入开1964 年为30眼,到1973年在24个州己发展到280眼。在加拿大1967年至少有80眼注入井在使用。在北美,这种井在10万眼以上。我国一些制药厂也开始利用深井排放污水。国外污水注入井都在200~400m深度范围内,大部分深度为300~2000m,注入地层一般为砂岩、石灰岩和玄武岩,也有注入到咸水含水层的。注入井的注入压力小于7×103kN/m2,注入流量在50~140L/min范围内。污水注入后所形成流场为一个圆丘,并向水流方向呈非对称延伸,如图21所示。随着注入继续,圆丘扩展范围不断扩大。污水向深井排放,必须选择合适水文地质条件,否则会带来严重后果。 4)预防放射性堆放对地下水污染放射性废物包括采矿、选矿中的废渣、铀提纯过程中緊霜随的固体或半固体的低放射性废物和反应堆废物。反应堆废物含有各种放射性物质,其半衰期的范围从几秒到几十年或更长。这些元素中的137Cs、90Sr和60C0,半衰期分别为28年、33年和6年。它们经常被认为是对环境造成图2由度物排放并和度物入便带的扩张而形成的潜势圆丘在不同重大危害的因素。具有放射性元素的废物,要分解衰变到时间的位置(据Kama1974) 很低水平的放射性,需要几百年的时间。根据国外经验, 对放射性废物一般采取掩没方式处置。为了避免放射性元素向下迁移,要求堆放放射性废物地点具有下列条件 ①具有足够稳定性 ②具有隔绝性,即与生物圈的地下水隔绝 ③地下水位应有足够的深度,以使废物掩埋带完全处于非饱和带。在国外,掩埋放射性废物有如图22所示的几种类型盛装放射性废料容器,一般是用水泥和钢材等制作的。在美国有四种地层正在考虑作为贮存放射性废物予以开放。它们是 ①深盐层 ②深结晶火成岩 ③深页岩层; ④干砂区内厚的非饱和带。 (5)预防农业活动对地下水污染(石振华、李传尧,1993) 农业活动对地下水污染包括两个方面:一是使用肥料和杀虫剂,以及在土地上贮存或排放家畜或家畜的粪便;二是利用污水灌溉。防治的方法是,除了对牲畜圈、厕所等设置防渗层外,最好是进行发酵处理,使有机氮的分解产物保持在NH3一N状态,以防止进一步氧

利用深井排放工业有毒污水，在发达工业国家已广泛应用。据统计美国污水注入井 1964 年为 30 眼，到 1973 年在 24 个州已发展到 280 眼。在加拿大 1967 年至少有 80 眼注入井在使用。在北美，这种井在 10 万眼以上。我国一些制药厂也开始利用深井排放污水。国外污水注入井都在 200～400m 深度范围内，大部分深度为 300～2000m，注入地层一般为砂岩、石灰岩和玄武岩，也有注入到咸水含水层的。注入井的注入压力小于 7×103kN／m2，注入流量在 50～1400L／min 范围内。污水注入后所形成流场为一个圆丘，并向水流方向呈非对称延伸，如图 21 所示。随着注入继续，圆丘扩展范围不断扩大。污水向深井排放，必须选择合适水文地质条件，否则会带来严重后果。（4）预防放射性堆放对地下水污染放射性废物包括采矿、选矿中的废渣、铀提纯过程中的固体或半固体的低放射性废物和反应堆废物。反应堆废物含有各种放射性物质，其半衰期的范围从几秒到几十年或更长。这些元素中的 137Cs、90Sr 和 60Co，半衰期分别为 28 年、33 年和 6 年。它们经常被认为是对环境造成重大危害的因素。具有放射性元素的废物，要分解衰变到很低水平的放射性，需要几百年的时间。根据国外经验，对放射性废物一般采取掩没方式处置。为了避免放射性元素向下迁移，要求堆放放射性废物地点具有下列条件： ①具有足够稳定性； ②具有隔绝性，即与生物圈的地下水隔绝； ③地下水位应有足够的深度，以使废物掩埋带完全处于非饱和带。在国外，掩埋放射性废物有如图 22 所示的几种类型。盛装放射性废料容器，一般是用水泥和钢材等制作的。在美国有四种地层正在考虑作为贮存放射性废物予以开放。它们是: ①深盐层； ②深结晶火成岩； ③深页岩层； ④干砂区内厚的非饱和带。 (5)预防农业活动对地下水污染（石振华、李传尧，1993）农业活动对地下水污染包括两个方面：一是使用肥料和杀虫剂，以及在土地上贮存或排放家畜或家畜的粪便；二是利用污水灌溉。防治的方法是，除了对牲畜圈、厕所等设置防渗层外，最好是进行发酵处理，使有机氮的分解产物保持在 NH3—N 状态，以防止进一步氧 1-嵌入土中的碎石；2-粘土或混凝土；3 细砂； 4-汇集排水处；5-卵石或碎石；6-排水管 1-砂砾石；2-裂隙渗水岩石；3 隔水层；4-防渗墙； 5-胶结幕；6-排水设备；7-地下水污染源图 20 工厂下面的层状排水防渗装置据（ф.м鲍切维尔等）图 21 环状防渗幕据（ф.м鲍切维尔等） t1 t2 t3 图 21由废物排放井和废物入侵带的扩张而形成的潜势圆丘在不同时间的位置（据 Kazmann,1974）

吉林大学：《专门水文地质学》课程教学资源（电子教案）第九章 地下水的开发、管理与保护（9.3）地下水的保护

吉林大学：《专门水文地质学》课程教学资源（电子教案）第九章地下水的开发、管理与保护（9.3）地下水的保护