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[关键字]地下水 城市地下水 勘测 注意事项 解决策略
[中图分类号] P641.72 [文献码] B [文章编号] 1000-405X(2013)-5-152-1
1地下水的相关介绍
所谓地下水通俗的来讲就是存在于地下的水资源,准确的说它是地下岩层、缝隙以及溶洞中这些包气带一下底层中的水源。作为地球上所有水资源的重要组成部分,地下水相较于其他水源拥有水量稳定、水质好的优势,这也是它成为农业灌溉、工业生产以及城市生活用水水源之一的原由。地下水也被称为地下多孔介质中的水,其载体的介质包括孔隙和岩溶,
根据地下埋藏条件的不同,地下水可分为上层滞水、潜水和承压水三大类。上层滞水是指大气中的降水因为浅层岩石的隔离作用而停留在裂缝或者沉积层中的水;潜水是地表之下第一个稳定隔水层上的地下水,通常情况下我们掏挖泥沙时渗出的水就是潜水,有时因为水资源充足,当挖到水源聚集的时候会出现潜水流出地面形成泉的现象发生;而承压水相较于上层滞水和潜水而言,地处的位置就更为深入了,它是埋藏较深的、赋存于两个隔水层之间的地下水,当井或钻孔穿过上层顶板时,强大的压力就会使水体喷涌而出,形成自流水,所以承压水又被称为自流水。
2城市地下水勘测的相关内容
2.1城市地下水勘测的必要性
城市地下水是人们生活、工作、工农业生产必不可少的重要组成部分,但是因为人们过度对资源的利用,地下水在这种情况下也有了各种变化,而地下水的变化也往往带动其他许多相关方面的改变,例如会引起沼泽化、盐渍化、滑坡、地面沉降等不利自然现象。所以对地下水的勘测就非常必要,水利勘测是指为江河治理和水资源开发利用、保护而进行的测量、工程地质勘察地下水资源勘察和灌区土壤调查等工作,而城市地下水的勘测,就是对保护城市用水安全,以及对城市各类水利设施的合理规划,以便发挥城市地下水对城市人民生活、城市工业生产以及城市防洪建设工程的重要作用。
2.2城市地下水勘测技术
随着对城市地下水的不断重视,城市地下水的勘测也变得十分重要,而相应的城市地下水的勘测技术也在不断进步,实际上城市地下水的勘测离不开整个城市水利工程建设的相关辅助,而其勘测技术也对城市地下水的勘测提出了重要的保障。例如在国家基准网与卫星定位技术,对于城市地下水的各种性质特点都能够进行精准的勘测,同时运用到数字测绘技术和变形监测技术,对于城市地下水因为自然或非自然的环境变化,而形成变化做出最准确、最及时的补救措施,这种技术的运用往往是在于维护和管理的阶段,具体的操作实施工作还是需要具体的勘探技术的,例如水利工程中普遍应用的大口径钻探技术和物探监测技术,这些技术都能够快速、简单并有效的勘测城市地下水的具体状况。[1]
3城市地下水勘测的注意事项及难点解决方法
虽说城市地下水拥有水利工程建设中运用的各种先进技术的辅助,来进行其具体的勘测,但是因为人们过度运用城市地下水资源,以及生活、生产对于城市地下水的各种污染,对城市地下水的勘测带来了巨大的考验和难题,下面我们就具体介绍下城市地下水勘测中存在的难点和注意事项,并相应的提出具体解决策略:
3.1城市地下水勘测注意事项
(1)勘测地下水流向的极差。城市地下水的勘测,主要是为了对区域内的水资源进行评价,并且绘制水文地质填图,从而提出对运用和饱和地下水最好的方法。地下水流向的确定是非常关键的一个环节,但是这一问题并没有的最合理的解决方法,对于局部小范围的地下水流向,由于水井密度达不到要求及资料的缺乏, 很难准确判断。
(2)特殊土质下的地下水无法勘测。对于城市地下水的勘测,难免会遇到具有松散土质的区域,其下面的地下水往往不能加以利用,因为其本身矿化度高,不能饮用,而且在松散层下伏基岩为石灰岩时.由于无好的隔水底板,地下水下渗,也不可能找到孔隙水富水,无法勘测到地下水的具体状况,这就为城市地下水的勘测带来了又一大难题。
(3)地下水污染带来的勘测难点。工业的不断发展,在带来巨大经济效益的同时也在不断破坏自然环境,工业与生活废水的任意排放,由最先污染的地表水不断向地下水进军;[2]而且因为大气的污染,使得污染物以降水的方式对地上与地下的水资源污染,再加上城市近郊长期使用的农药和化肥对地下水都是存在一定的负面影响,这对城市地下水的勘测,也提出了又一大考验。
3.2城市地下水勘测难点解决策略
(1)自然电位法勘测地下水流向。自然电位法就是通过观测自然电场来解决某些地质问题。其中最常用的就是:“8”字型观测点,其原理是地下水流动方向上两测点间的电位差为极大,在其他方向上地下水的相对运动速度和产生的电位差都处于过度状态,所以,“8”字型长轴所指示的方向即为地下水流的轴向。确定了地下水水流方向,对于水资源的评价,和水文地质填图的绘制都有了明确的保证。
(2)重磁资料在地下水勘测中的应用。这一方法的应用可以简单、准确的找到隐伏基岩地下水蓄水构造、导水通道及有隔水基底的孔隙水,有效的进行特殊土质下地下水的勘测,同时也使布置电法工作更具目的性,最终取得较好的地质效果。
(3)地下水防治污染相应对策。针对地下水污染而造成的勘测难问题,我们需要加强保护水资源的意识,地下水评价制度也需要进一步加以完善,同时需要社会和相关国家部门加以重视,设立相应的规则条例,规范人们的行为。
综上所述,各种勘测方法进入城市地下水勘测领域中,并且已经较为成熟,而且实践中利用多种技术的结合取得了更好的效果,但是在勘测的过程当中还是存在着操作难点以及需要注意的地方,所以我们需要明确正视这些问题,运用具体的解决方案,来保证城市地下水的精准勘测,为城市地下水的各种应用做好最切实的准备。
参考文献
我没有去理会那些冥顽不灵的家伙,我只要快乐与幸福。
我有我自己的生活。
我头也不回地飞走了,遥望我飞过的蓝天,心情却莫名开朗起来。
我也不再无所事事,我播撒下仙女送给我的梦幻之种,洒下的地方都会长出一个梦幻果,吃下去就能快乐一辈子,且永生幸福。
我曾看见无数人吃过梦幻果。看见他们得到了幸福与快乐,我的心头就漾起了甜蜜之波。
当最后一个梦幻果消失在我的视线中,我得到了满足。
我依旧自由,依旧飞翔。
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我冒失地滑进这间房子。
一个衣杉褴褛的男孩躺在一张干草铺成的草席上,他的脸涨得通红,不停地翻滚,还在喃喃自语。
我凑到他跟前,隐隐听到他断断续续地说:“我……要喝水,水……”
我环顾四周,一滴水也没有。
他还在发烧,病得越来越重。
我在心里做着激烈的思想斗争,我面临着艰难的选择。
要不要……飞到他嘴里去呢?如果把我奉献给他,那无疑是死路一条。可这也是一条鲜活的生命啊!我……
再三思索后,我决心救他。我再次展起羽翼,当然,这也是最后一次。
我滑落进他干渴的嘴里,我的肉体融进他虚弱的身体,然后消失不见。
朦胧中,一颗透明晶莹的水晶心蹦到了地上。我微笑着,看着它,一点一点地碎了,碎了……
原来,这也是一种无言的幸福。
自由/是不会飞翔的翅膀/翅膀/是落在天上的自由/天堂/原来应该不是妄想/只是我早已经遗忘/当初/怎么开始飞翔……
隐约中,我的耳畔响起这首歌,十个美丽的小天使迎接我上天堂。
下辈子,我还要做一滴自由的水,我永生都会做一滴自由的水。
关键词:喀什地区;地下水资源;开发;保护
Abstract: Groundwater is an important water resource in China, development and protection of groundwater is related to the beneficial to the people's livelihood event, Kashi economic development area located on the western margin of the Taklimakan Desert in arid and semi-arid is especially important. In this paper, the status of groundwater resources in Kashi area development and strengthen the protection of brief analysis.
Key words: Kashi area; groundwater resources; development; protection
中图分类号:P641.8
引言:水资源是干旱地区生态环境保护和建设的基础,合理开发利用水资源是生态环境保护和建设的前提。在开发利用地下水资源的同时,要兼顾地下水资源在时空的分布及水量平衡。地下水资源是有限的,其开采能力的大小只有通过制定科学合理的规划、开展规范化的地下水动态监测,积累大量的资料,进行其规律分析,使地下水资源合理有效地利用,并在利用过程中不至于产生新的生态问题,避免盲目开发使整体利用效益不能发挥,而产生超采漏斗区域,浪费大量的投入。
1 喀什地区地下水资源分布状况
1.1地理特征。喀什地区位于中国的西部边陲,新疆维吾尔自治区的西南部,三面环山,东面开口,高山盆地相间,属于暖温带大陆性气候,干燥少雨,蒸发强烈,降水量分布差异大,山区年降水量为200毫米~500毫米,平原区降水量为40毫米~50毫米,东部沙漠边缘不足 40毫米。
1.2地表水资源。喀什地区分为叶尔羌河和喀什噶尔河两大流域,共有九条河流,全地区多年平均河川径流量 119.8×108m3。由于喀什地区地表水资源量分布严重不平衡,产水主要在山区,平原区是径流散失区,地区境内产水量多年平均为 68.67×108m3,全地区外来水量 51.11×108m3(其中国外来水 5.43×108m3),即喀什地区地表水资源量为 68.67× 108m3。虽然喀什地区产水量不多,但可用水量还是较多(年平均供水量在80×108m3左右),主要来源于喀什噶尔河流域上游克州境内的产水量。
1.3 地下水资源量。喀什地区平原区地下水资源量 70.0859×108m3,主要由大气降水入渗、山前侧向渗漏、河道渗漏、渠系入渗、渠灌田间入渗、水库入渗及井灌回归补给。地下水资源可开采量为34.5611 ×108m3。
1.4喀什地区地下水动态特征。地下水水位动态变化规律与河流来水量、田间灌溉用水量及人工开采量密切相关,表现出渗入-蒸发型的动态特征。喀什地区地下水由于特定的地理条件、气候影响,3月份以后,潜水位开始上升,这是由于受春灌和土壤冻结水融化入渗的影响,一般在4月份达到年内最高水位;而在6~8月份虽然有灌溉水入渗补给,但此时正值高温季节,蒸发作用强烈,加之此时亦是农作物及其它植物生长需水期,其蒸腾作用加强,同时灌区地下水开采量增加,因而使本区地下水位降低;进入秋季至冬初,虽然地表水补给减少,但灌溉用地下水开采基本停止,且蒸发、蒸腾作用也大大减弱,故一般每年的9~11月份地下水位有小幅回升。
2喀什地区地下水资源开发利用情况
2.1喀什地区地下水补给
2.1.1地下水主要以地表水转化补给为主,补给方式主要为河流入渗、暴雨性洪流入渗以及灌溉渗漏。平原区地下潜水和承压水的补给来源以地表水在山前带入渗所形成的水平径流补给为主,其次为灌溉水的垂直入渗补给。
2.1.2喀什地区水系受地形地貌、地域降水影响,各河系的源头都位于冰川、山区积雪带,随着山区水分的融冻而使各河的年内枯洪变化明显。喀什地下水的动储量约在50~60亿立方米(包括上层滞水)。地下水径流主要补给区是在洪积扇、冲积扇。各大河流在出山口后的砾质洪积物上大量渗漏,其渗漏量约占河水的30%以上,是平原区地下水径流形成的主要来源。地下水运动规模在上游扇形地上主要为补给形成区,至下游则为蒸发消耗区。
2.2喀什地区地下水的开采现状
2.2.1喀什地区山区尚未建成控制性水利枢纽, 水资源开发利用主要集中在平原灌区, 且开发利用程度较高,灌区引水比达 80% 左右,主要用于农业生产,农业用水比例占各业用水 95% 以上(工业用水比例占各业用水不足0.2%,生活用水比例占各业用水不足 2%,生
态用水比例占各业用水不足 2%)。 全地区现有耕地面积 789.6 万亩,灌溉面积 1040.71 万亩,综合灌溉水利用系数0.412,综合渠系水利用系数 0.46,综合毛灌溉定额 886m3/ 亩,反映出灌区水资源利用率相对较低,在国民经济各业及生态环境中配置不尽合理。
2.2.2喀什地区地下水资源可开采量 34.5611×108m3,现有已配套机电井 4213 眼,提水能力达 14.19×108m3/a ,但目前全地区实际地下水年提水量最大仅为 5×108m3左右,主要受电力缺乏制约,以及地表水水价偏低影响,水价价格杠杆作用未能发挥。
2.3.3生态环境受到威胁。由于各类水利工程远未完善、 配套, 水资源的统一管理和调度缺乏力度,各用水单位对水资源的利用均先以各自灌区的灌溉用水为首要考虑, 且本身用水管理落后,致使灌区枯水时因引水设施简陋,管理不善而引水不足,丰水时又无力控制而过量引洪,造成水资源的浪费,并相应挤占部分生态用水,致使河流下游生态濒临危机。叶尔羌河下游麦盖提县至巴楚沿线,由于水土资源的过度开发及荒漠林被乱砍滥伐,造成下游段河水断流,河道两岸地下水位下降,沿河两岸天然林带宽度逐年收缩,远离河道的幼林枯死,草场退化,植被覆盖度逐年下降,有些地方甚至草甸植被完全消失。喀什噶尔河下游已断流多年,原属喀什噶尔河流域下游的巴楚县红海乡部分灌区被迫改为叶河灌区,红海乡至伽师县玉代克力克乡之间喀什噶尔河古河道两岸地带的天然胡杨林及植被,由于无水逐渐减少和枯萎,造成生态恶化。
3加强喀什地区地下水的保护
3.1地下水是脆弱的系统,一旦遭到破坏很难修复。在制定分区地下水保护和开采目标时,要以保障地下水的各项功能的正常使用为原则。科学认识该区地下水特征,对该区地下水开发、保护、治理以及调配流域和区域水资源保障供水安全、生态与环境安全和地下水资源的可持续利用政策的实施提供科学依据。
3.2喀什地区地下水资源有其自身的特点和开发优势。可开采资源量保证程度高;巨厚的第四系沉积储调蓄能力强,有利节约水资源; 宜井面积大,可调控性强;实行井灌井排,具有资源和环境的双重效益;可以利用地表水与地下水相互多次转化的特点,从而提高水资源的利用率,减少水资源的无效利用或低效蒸发以及污染。因此,加大合理开发利用地下水资源的力度,不仅具有重要的生态环境作用,而且是缓解喀什生态环境保护和建设中水资源短缺的现实选择。
3.3喀什地下水资源可持续开发利用的措施
3.3.1加强地下水资源勘查。在充分利用和研究前人资料的基础上,增强地质勘查投入效益,加快提高国土重点建设区水文地质研究程度,使地下水开发利用和生态环境保护建设具备的水文地质依据。
3.3.2 用地下水作供水水源的基本建设、国土资源开发、城市建设等项目,均应依据水文地质条件和地下水资源潜力进行规划。逐步调整不尽合理的水资源开发模式,充分利用地表水、地下水的相互转化,提高水资源的重复利用率。依靠科技进步,探索协调水土容量、水盐均衡、生态环境三大平衡的有效途径。加快地下水动态监测网的建设,为预报、监控、管理地下水资源提供科学依据。强化城市、工业废水和固体废物以及农用化肥的管理,防止对地下水的污染。
3.3.3 依法勘查和管理地下水资源,防止各取所需、缺乏统一规划,只顾当前、不求长远,只顾局部、不顾大局,只求用水、不顾环境等现象。 必须依法强化地下水的勘查管理,确保规划、开发地下水具有充分的水文地质依据。各级职能部门必须严格按照《水法》、《取水许可制度》、《新疆维吾尔自治区地下水资源勘查管理办法》强化行政管理和监督,促进地下水资源可持续开发利用。
关键词:南水北调 控制城市和农业地下水超采 合理开发地下水 改造利用咸水
黄淮海平原水资源紧缺,严重制约着社会经济的持续发展,造成地下水超采和生态环境恶化。南水北调工程是解决我国北方水资源严重短缺问题的重大举措。江水北调对减少与制止地下水超采可以提供必要的条件,同时,地下水的合理开发利用在南水北调中也可以发挥开源节流、改善生态环境、改造咸水和防止土壤盐碱化等重要作用。
1 地下水资源的概念和地下水含水层的特点
1.1 地下水资源的概念
地下水资源包括地下水的储存量和补给量两部分。不参与现代水循环、不可再生和恢复的储存量称为储存资源;参与现代水循环、可再生和恢复的补给量称为补给资源。
储存资源是地质历史时期累积形成的地下水资源量,是含水系统中不可再生和恢复、因而不能持续利用的水量。取用含水系统的储存资源,将导致这部分资源的永久耗失。有些地区具有大厚度的含水层,地下水位变动带以下的地下水静储量非常巨大。因此,20世纪60年代有人提出黄淮海平原地下存在着一个地下海, 90年代初在塔里木盆地和河西走廊也有人提出发现了地下海,认为可以利用的地下水资源非常丰富。然而,地下水储存量虽然是一种宝贵的地下水资源,但它和矿产资源一样,一旦消耗,难以恢复,因而是不可持续利用的。只有在利用过程中可以不断恢复和补偿的地下水补给量才是可持续利用的地下水资源。
补给资源是指一个含水系统在单位时间里、可以持续获得补充的水质、水温合乎一定标准的水量。原则上在一个含水系统中提取的地下水量不超过其补给资源时,水源便有持续供应的保证。地下水的补给量包括天然补给(山前侧向补给和垂向补给)和转化补给(地表水体补给、地表水灌溉渠系和田间灌溉水补给,含水层之间的越流补给,以及地下水灌溉回归补给等,但地下水灌溉回归转化补给只作为地下水的补给量,一般不能算作地下水资源)。由于地下水补给的一部分将消耗于不可避免的潜水蒸发、天然生态耗水、地下水的排泄,而不能全部被开发利用,地下水的可开采利用量仅是补给量的一部分。这部分可以开采利用又不致引起难以承受的环境损害(如城区和滨海地区的地面沉降,干旱地区的土地沙化等)的水量称为可持续开采量或可采资源。有些地区将地下水的全部补给量作为地下水的可采量而进行开发利用,将造成地下水的超采。
不同的地下水含水层可开采利用的地下水资源不同,必须根据含水层的特点合理开发地下水资源。
1.2 地下水含水层水资源的特点
平原地区松散岩层中的主要含水层为浅层水和深层承压水。浅层地下水指地表以下的潜水和潜水-微承压水,可以直接接受大气降水和地表水的补给。深层承压水指埋藏在深部弱透水层间含水层中的承压水。
20世纪70年代初期,人们根据传统的地下水资源的概念和地下水含水层的部分特点,认为深层承压水具有以下优点: 1)地下水承压水位高,开采初期有的地区水位高出地面,水井可以自流;2)含水砂层厚、导水性强、水井出水量大;3)水质好、不易受到污染;4)承压水位不易受到气候条件的影响等。而对浅层水则认为:1)缺乏良好含水砂层或砂层厚度小、水井出水量小;2)含水层导水性差,侧向补给相对较小;3)浅层水水质差、易受地表水体污染等。在这种认识下,20世纪60~70年代许多农村和城市大量开采深层承压地下水,特别是某些地方的政策导向也是鼓励开采深层水,打深井国家给予补助,而打浅井则不予补助。由于深层水的大量开采,造成承压水位大幅度下降,形成大面积的承压水位降落漏斗。 近30多年来的实践表明,上述对地下水含水层的认识是不够全面的。实践使人们对浅层潜水和深层承压水含水层和资源的特点有了更为全面的认识。
1.2.1 浅层地下水(包括潜水和浅层潜水-承压水)开采量的组成 浅层地下水的补给和消耗:(1)地区内部的垂向补给和消耗:降雨补给、河流和渠道渗漏补给、田间灌溉水补给、越层补给;潜水蒸发、越层消耗。(2)来自地下水侧向补给和排出区外的地下水排泄。(3)开发利用过程中由于水位下降,含水层疏干而动用的地下水储存量(这部分不能作为可持续利用的地下水资源量)。在含水层的给水度为μ,单位面积上(m2)由于水位下降S (m) 而释放的水量W(m3)为W = μS
浅层地下水的优点是:1)可以直接接受大气降水和地表水体和地下径流的垂直和侧向补给,开采利用后可以不断得到恢复和补偿,因而是可以持续利用的。2)含水层埋藏浅,可用浅井开采,工程造价低。3)浅层地下水的给水度远大于深层承压水含水层,相同开采水量条件下水位下降小,运行费用低于深层承压水。
在补给量和水质有保证的条件下,浅层地下水可作为农业用水的主要水源和城市工业和生活用水的后备或辅助水源。
1.2.2 深层地下水开采量的组成 深层承压水的补给和消耗:1)来自山前的天然地下水侧向补给和排出区外的地下水排泄。在开采区远离补给边界的情况下,侧向补给量是十分有限的。2)地区内部的垂向补给和消耗:承压含水层上下均有弱透水层或隔水层阻隔,不能直接承受降雨、河渠渗漏和灌溉水补给,在开采过程中只有来自或进入相邻含水层的越层补给。3)开发利用中由于承压水头的下降,含水层和弱透水层的弹性(或弹塑性)压密而释放的水量(对粘性土主要是塑性压密,即使回灌也难以恢复)。这部分水量是不可补偿的,主要是动用的含水层中原有的地下水储存量,不能作为可持续利用的地下水资源量。在承压含水层的弹性给水度为μe,单位面积上(m2)由于承压水位下降Sc (m) ,承压含水层和弱透水层释放的水量Wc (m3)为
Wc = μe Sc (1)
承压含水层的弹性给水度为
μe = γmβs + nγmβ= γm(βs + nβ)
μe =μ1 m
μ1 =γ(βs + nβ)
式中γ为水的容重,βs 为含水层的压缩系数, n 为含水层的空隙度,βw为水的压缩系数,μ1 为单位厚度的含水层,单位承压水头下降所释放出来的弹性释水量(1/m)。在深层承压水开发利用中,由于单位水头的下降,自含水层上下的弱透水层释放的水量计算方法与含水层相同,只是其厚度m、压缩系数ßs和空隙度 n不同。
如上所述,开采深层地下水得到的水量主要来自由于水位下降而引起的含水层和弱透水土层压密、水体膨胀引起的弹性释放、侧向补给和越层补给,来自土层压密和弹性释放的水量均是动用储存量。在承压含水层以上有咸水覆盖的地区开采的越层补给的淡水量也是动用储存量,只有在无咸水覆盖的地区部分越层补给的水量来自潜水或浅层地下。这部分水量虽然是可以持续利用的,但它来自浅层水的越层消耗量,并已计算在潜水(或浅层水)资源量中,属于浅层水和深层水资源的重复量。在远离山前的地区侧向补给十分微弱,由于地下水的开采水位下降而引起的侧向补给实际上也是动用邻区的地下水储存量。根据以上情况自深层承压水开采的水量,除山前地区有一定的侧向补给和在无咸水覆盖区有少量越层补给的水量外,几乎全部是动用储存量,而开采储存量是不可持续的。
1.3 地下水可采量(地下水可采资源)
如前所述,地下水的储存量是不可持续利用的的资源,只有在开发利用过程中不断可以恢复、补偿的地下水量才是可以持续利用的地下水资源。地下水资源评价的任务主要是估算可持续开采利用的符合水质要求,且不会引起不可承受的生态环境损害的地下水量,即可采资源量。由于地下水补给的一部分将消耗于耕地农作物的腾发和不可避免的潜水蒸发、天然生态耗水、地下水的排泄,而不能全部被开发利用,地下水的可开采量仅是补给量的一部分。一个地区的地下水可采量需要通过地下水的采补平衡分析和地下水的模拟才能确定,但为简便计,生产实践中一般常将地下水补给量乘以一个小于一的经验可开采系数求得地下水可开采量。半湿润地区一方面有河渠渗漏和田间灌溉水的补给,另一方面又有降水入渗,地下水的可开采系数较高(有时可达0.7~0.9)。干旱地区降水量稀少,地下水的补给大部来自地表水的转化,且有相当一部分消耗于农田和非耕地天然植被的腾发,地下水的可开采系数远小于半湿润地区。由于地下水的可开采系数是一个经验系数,一些干旱地区借用半湿润的华北地区的经验数值,估算的地下水可开采量将显著偏高。深层地下水在开采时获得的补给量中除有限的侧向补给和越层补给(且与潜水补给有重复计算)外,几乎全部来自地下水的储存量,而储存量是不能作为地下水可采量而持续开采利用的。
在地下水补给量的计算中需要有一系列的补给参数,在利用补给量计算可采量时又需要有一个经验的可采系数,计算的过程复杂,系数的选择又有很大的任意性。由于降水量和地表引水量是地区地下水的主要补给来源,生态需水也主要决定于降水蒸发等气象条件,地区内地下水的可开采量除决定于土地利用系数和水文地质条件外,主要决定于降水量和地表引水量。因此,可以近似地根据降水量不同的典型地区地下水可开采量与地表水引水量的经验比值,近似地估算地下水的可采量。
2 南水北调受水区地下水开采现状
近期南水北调受水区主要为海河平原和淮河平原的部分地区。根据国土资源部水文地质环境地质研究所《海河流域地下水资源现状评价及典型区环境地质效应分析》资料,海河流域平原地下水可采量和现状条件下实际年开采量如表1所示。.年平均总超采量为 44.6 亿m3/a, 其中浅层地下水超采量为23.6 亿m3/a,深层地下水超采量为21.0 亿m3/a.自1958年以来海河流域平原区累计超采量为895.8亿m3,其中浅层地下水超采471.2亿m3,深层地下水超采424.6亿m3,见表1。根据表1, 现状年海滦河流域平原内有部分地区浅层地下水超采,总超采量为23.63亿m3。部分地区浅层地下水尚有盈余,总计盈余29.19亿m3。根据表1,深层地下水年可采量为13.07亿m3,是由侧向补给和越流补给两项组成的。海河东部平原约有50%的面积存在上覆浅层咸水,由于在这种地区不能接受降雨入渗补给的淡水,所开采的越层补给的水量动用的仍然是地下水的储存量,这种水量是不可持续的,因此不能作为可可持续开采资源。在越层补给的水量来自无咸水覆盖的地区,深层地下水的补给来自浅层水的越层排泄,这部分水量应自浅层水的可采量中扣除,才能作为可采资源,因此海河流域浅层水和深层水的可采量总和应为表1中的浅层水的可采量与深层水侧向补给量之和。对于河北平原深层水的补给量问题曾有多个文献进行探讨,例如,郭永海等认为沧州地区深层水的侧向补给仅有总开采量的3 ~ 4% 左右[8]; 根据陈宁生等对黑龙港地区地下水开采状况的分析资料[2],深层地下水的开采量中有10.57%来自山区的侧向补给,各种文献给出的数字差别很大。 若采用最大的10.57% 来估算深层水的侧向补给量,在开采量为33.8亿m3的情况下最多不超过3.6亿m3。浅层和深层的总超采量可能在53.8亿m3以上,大于表1中给出的44.64亿m3。
地下水的超采对农业灌溉和生态环境造成了严重影响。主要表现在:1)地下水持续下降、形成大面积地下水漏斗,部分地区含水层被疏干;2)海水入侵与水质恶化 ; 3)超采区发生地面沉降、裂缝和塌陷; 4)提水费用增加、含水层枯竭、机井报废; 5)天然植被衰退,生态环境恶化; 6)由于超采区地下水位低于临近地区,不仅灌区地表水带来的盐分无法外排,邻区地下水中的盐分也向超采区聚集,造成地下水矿化度增加、土壤盐渍化加剧等一系列生产和环境问题。
3 南水北调受水区城市用水应严格控制地下水超采
北方平原地区地下水的补给主要来自大气降水和地表水灌溉入渗,地区内的垂直补给占整个补给量的85%~90%以上[2],见表2。城市地区地表多为不透水的道路房屋所覆盖,少量绿地降雨入渗和输水管道渗漏补给的水量很少,除靠近山前的城市有一定的侧向补给可以利用外,城市本身地下水可采资源有限。由于地下水的补给量基本上是均匀分布于整个地区,地下水资源也应采取就地补给就地开采的方式用于农业,不宜在城市集中开采地下水,用来解决工业和生活用水问题。
目前在一些水资源规划中,将由于地表水灌溉和降水补给的地下水量的大部分分配给城市工业和生活用水,实际上是挤占农业用水。含水层中的地下水与地表水不同,是不能任意从一个地区向另外一个地区转移的,分散补给的地下水集中用于城市开采, 势必造成超采,形成地下水位下降漏斗。根据国家发展计划委员会、水利部《南水北调工程总体规划》资料,南水北调中线沿线地下水位剖面图,见图1、图2 ,可以看到每个城市地面以下均有一个漏斗中心。降水和地表水对地下水的补给强度一般充其量不超过200 mm/a, 但集中开采的城市水源地开采强度常在4 000 mm/a以上,不仅远超过城市本身的补给量,而且也动用了农业地区的补给量和储存量。产生这种情况的原因,关键是对城区和深层地下水开采区地下水可采资源的认识问题,许多城市的地下水资源评价都是与市区附近地区地下水资源评价一起进行,而不是单独估算城市本身的地下水补给量和可采量。同时市区的可采量往往是根据地下水位满足在一定的开采方案(总开采量和开采布局)条件下,在一定的期间内不超过一定地下水位或承压水位埋深的要求确定的。如果不超过要求的深度,则把这个开采量作为地下水的可采资源。过去30年来城市地下水位在持续下降的事实,已经表明地下水严重超采,在南水北调地下水开采规划中,应采取坚决的措施减少和控制地下水的开采量。在水资源短缺的情况下短期超采是可以允许的,但在今后30年内仍然把目前的开采量作为可供水量,后果将不堪设想。在地区水资源规划中应吸取过去30年的教训,城镇工业生活用水应主要改用地表水供水,而将挤占的地下水还给农业。
社会不断发展,人口在城市不断的增多,土地资源极其稀缺,高层建筑便在这样的社会环境之下蓬勃发展起来,而且绝大多数的高层建筑底面之下或者正在规划中的建筑工程,都有至少1层到两层的地下空间结构,甚至一些超高层建筑建设了4层的地下空间,这些高层建筑的地下空间结构,除了可以作为车库和库房之外,多数情况下都是作为商业使用。在目前的建筑工程环境之下,为了全面坚持国家平战结合、全面规划以及重点建设的16字建设方针,通常都是将高层建筑之下的地下空间与人防工事相结合,从而使得城市的建筑发展更完善和全面,能够在多种环境之下发挥功用。但是在目前各个建筑工程对地下空间的地下室进行规划的时候,绝大多数的设计师都只将地下室作为了一种日常使用的车库或库房的空间结构来设计的,过程中并没有重视地下室的排水能力和合理性。而地下室在设计排水功功能是,应该由专业的设计人员将地下室排水系统以战时的人防工事标准来进行设计和规划的,并且在设计规划的过程中还要结合国家的法律规定和相关政策来设计图纸之上进行详细的标示,能够使施工队伍注意到其中的重要环节,从而确保在地下室施工的过程中施工队伍完全按照图纸严格执行。但在实际的地下室工程设计过程中,设计人员多数都是非专业人员来设计地下室,并且这些非专业的设计人员对于建筑人防工程和人防工程都没有深入的了解,在地下室设计过程中,极易出现设计失误,造成地下室结构不合理,导致排水设计达不到规定的标准值,甚至埋下安全影响,并且在设计过程中还会出现各种各样的问题。
2给水设计方面
在生活给水设计方面,最常出现的错误是生活水泵的水管,横穿人防地下室,再从地下室的顶板向上引至各用水点,作为人防设施是不希望这样布管的,因为在从防设计规范》的条文说明之3.I,6条中写得很清楚一本条主要是考虑了上部建筑战时容易遭到破坏,为保证防空地下室的人防围护结构的整体强度及其密闭性而提出的,本条限制的对象主要是“无关管道”。为此,在设计中应尽量所专供上部建筑平时使用的设备房间,设在防空地下室的防护范围之外,为了减少破坏范围。即使是防空地下室所需的管道,也以由防空地下室的墙体穿入为宜.对于上部建筑的粪便污水管道等,~般采取适当集中,并设置管道井的做法,以便将其设于防护范围以外。而且,人防地下室在战前要安装战时给水系统、战时通风系统、战时电照系统后。才能使用。如果平时给排水管道占用了地下室的空间,对战时管线安装带来不便。所以。正确的做法是在水泵房内设一管道竖井。直接把所有与人防无关的给水管道,从管道竖井中引上上部非人防区内,再引至各用水点。
3排水设计方面
在排水设计方面,最常见的错误有两种:第一种:当设有两层地下室时,地下室一层为非人防区,地下二层为人防区:或者两层地下室都为人防地下室,但是分设为上下两个防护单元。有些设计图纸在地下一层的楼面板上设DN80的防爆地漏,收集地下一层的污水,再用DN80的镀锌钢管接至地下地层的集水井内。然后用潜水泵提升排出室外。第二种:通常在高层建筑的中部都设有核心筒体,简体内设有防火楼闽、电梯阉及消防专用电梯,在简体的底部设有集水井收集污水,而且核心简体多作为人防地下室的战时出人口,即人防地下室中的核心简体内为非人防区,核心简体外为人防区。有些设计图纸把简体内集水井中的潜水泵出水管用镀锌纲引人人防区内,与人防区内的其它潜水泵出水管连接成一排水管网系统,再引出室外。因此,第一种情况的正确做法是,在地下室的一、二层中分设集水井,用潜水泵提升污水,分别排出室外。第二种情况的正确做法是,把核心简体内集水井率的潜水泵出水管,在筒体内部(非人防区)引上首层再接引出室外。人防区内的潜水泵出水管单独从地下室的围护侧壁上穿出室外。三个防护单元的捧永系统是互不相通的,防护单元内各自设置集水并,收集本单元内的污水。再用潜水泵提升,以本防护单元的图护侧壁上穿出室外。
4结语