水文地質(zhì)勘察

水文地質(zhì)勘察§1

地下水資源的開(kāi)發(fā)供水水文地質(zhì)勘察的任務(wù)，除查明水源地地下水的形成，進(jìn)行水質(zhì)與水量評(píng)價(jià)外，還應(yīng)研究合理地開(kāi)發(fā)和保護(hù)地下水資源，以及加強(qiáng)科學(xué)管理工作，以利于長(zhǎng)期正常地開(kāi)采利用地下水資源。地下水的水量和水質(zhì)，都有各自的形成規(guī)律。在天然條件下，絕大多數(shù)地區(qū)地下水的水量與水質(zhì)均處于相對(duì)平衡狀態(tài)之中。有時(shí)，它們也可能隨著某種自然因素的變化而變化，但其變化過(guò)程一般是非常緩慢的。因此，只要能正確地認(rèn)識(shí)它們的形成規(guī)律，就基本上可以做到在不破壞原有均衡關(guān)系的條件下，充分利用地下水資源為人類(lèi)造福。但是，如果違背這些規(guī)律，盲目、恣意地開(kāi)采地下水資源，就會(huì)破壞其均衡關(guān)系，給人類(lèi)的生活、生產(chǎn)、環(huán)境及自然界的生態(tài)平衡帶來(lái)種種嚴(yán)重后果。水文地質(zhì)勘察隨著社會(huì)的發(fā)展，生產(chǎn)、生活水平的提高，人們對(duì)水的需求量愈來(lái)愈大，開(kāi)發(fā)利用的地下水資源量也在日益增加。隨著開(kāi)采規(guī)模的不斷擴(kuò)大，出現(xiàn)了地下水位區(qū)域性持續(xù)下降、水質(zhì)不斷惡化及其他種種環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題。這主要是由于人們?cè)陂_(kāi)發(fā)利用地下水中缺乏統(tǒng)籌兼顧、合理使用和珍惜水資源等觀念所造成的。本章將簡(jiǎn)要介紹地下水資源合理開(kāi)發(fā)利用、保護(hù)和管理問(wèn)題?！?地下水資源的開(kāi)發(fā)水文地質(zhì)勘察一、水源地的選擇對(duì)于大、中型集中供水水源地，就是選擇取水地段的具體位置；對(duì)小型分散供水的水源地，則是選定水井布置的具體位置。水源地（水井）位置選擇得正確與否，不僅關(guān)系到水源地建設(shè)的投資，而且關(guān)系到是否能保證水源地長(zhǎng)期經(jīng)濟(jì)、安全地運(yùn)轉(zhuǎn)和避免產(chǎn)生各種不良的環(huán)境地質(zhì)作用。在選擇集中式水源地的位置時(shí)，一般應(yīng)考慮以下技術(shù)和經(jīng)濟(jì)條件（透水性、水量、水質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題、節(jié)省投資等）。為滿足需水量和節(jié)省建井費(fèi)用，水源地應(yīng)盡可能選在含水層透水性好、厚度大、層數(shù)多、分布較廣的地段上，如沖洪積扇的中、上部砂礫石帶和軸部，沖積平原的古河床，厚度較大、裂隙或巖溶發(fā)育的層狀或似層狀裂隙或巖溶含水層，延續(xù)深遠(yuǎn)的斷裂及其它脈狀基巖含水帶?！?地下水資源的開(kāi)發(fā)水文地質(zhì)勘察為增加開(kāi)采補(bǔ)給量，保證水源地的長(zhǎng)期均衡開(kāi)采，水源地應(yīng)盡可能選擇在能最大限度攔截區(qū)域地下徑流的地段或接近補(bǔ)給水源、能充分奪取各種補(bǔ)給量的地段。例如，在基巖區(qū)，水源地常選在集水條件最好的區(qū)域性阻水界面的上游一側(cè)；在松散地層分布區(qū)，水原地應(yīng)盡量靠近補(bǔ)給地下水的河流岸邊；在巖溶區(qū)，最好選擇在區(qū)域地下徑流的排泄區(qū)附近。為保證水源地投產(chǎn)后正常運(yùn)轉(zhuǎn)和避免開(kāi)采后產(chǎn)生種種不良后果，在選擇水源地時(shí)，應(yīng)盡量遠(yuǎn)離原有的取水或排水點(diǎn)，減少互相干擾，避免新舊水源之間、工業(yè)和農(nóng)業(yè)用水之間、供水和礦山排水之間產(chǎn)生矛盾。為保證水源地出水的質(zhì)量，應(yīng)將其選擇在不易引起水質(zhì)污染或惡化的地段上，如遠(yuǎn)離城市或工礦排污區(qū)的上游。§1地下水資源的開(kāi)發(fā)水文地質(zhì)勘察為了減少因開(kāi)采地下水后引起的不良環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題，水源地應(yīng)選在不易引起地面沉降、塌陷、地裂、滑坡等有害地質(zhì)作用的地段上。在選擇水源地時(shí)，還應(yīng)從經(jīng)濟(jì)、安全和擴(kuò)建前景方面加以考慮。在滿足水量、水質(zhì)要求的前題下，為節(jié)省建設(shè)投資，水源地應(yīng)盡可能靠近供水區(qū)；為降低取水成本，應(yīng)選擇在地下水位淺埋或自流的地段；對(duì)河谷水源地，要考慮水井可能被淹沒(méi)的問(wèn)題；用人工開(kāi)挖的大口徑取水工程，則要考慮井壁的穩(wěn)固性。當(dāng)有幾個(gè)水源地方案可供比較選擇時(shí)，還應(yīng)考慮未來(lái)擴(kuò)大開(kāi)采的前景條件?！?地下水資源的開(kāi)發(fā)水文地質(zhì)勘察在實(shí)際工作中，應(yīng)按以上原則全面分析考慮。若具體條件不能完全滿足時(shí)，則應(yīng)分出主次，盡量滿足主要條件。上述原則對(duì)于山區(qū)基巖裂隙水小型水源地的選擇（或單個(gè)取水井的定位），也基本上是適合的。但是，由于基巖地區(qū)地下水分布極不均勻，水井的布置主要決定于強(qiáng)含水裂隙帶及強(qiáng)巖溶發(fā)育帶的分布位置。此外，布井地段上游有無(wú)較大補(bǔ)給面積、地下匯水條件及奪取開(kāi)采補(bǔ)給量的條件，也是確定基巖區(qū)水井位置時(shí)必須考慮的因素。§1

地下水資源的開(kāi)發(fā)水文地質(zhì)勘察二、取水建筑物的類(lèi)型和運(yùn)用條件正確地選擇取水建筑物的類(lèi)型（井型），不僅關(guān)系到能否以最少投資取得最大出水量；同時(shí)，也關(guān)系到水源地建成后能否長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)和取水成本低的問(wèn)題。正確地選擇井型，常常是能否成井的關(guān)鍵。取水建筑物類(lèi)型的選擇，主要決定于含水層（帶）的空間分布特點(diǎn)及含水層（帶）的埋藏深度、厚度和富水性能；同時(shí)，也與設(shè)計(jì)需水量大小、預(yù)計(jì)的施工方法及選用的抽水設(shè)備類(lèi)型等因素有關(guān)?，F(xiàn)將目前我國(guó)常用的取水建筑物類(lèi)型及適用條件列于表11一1中。除表11—1中所列各種常見(jiàn)的單一取水建筑物外，還有一些適用于某種特定水文地質(zhì)條件的聯(lián)合取水工程，如開(kāi)采深埋巖溶含水層的豎井、鉆孔聯(lián)合工程；開(kāi)采復(fù)雜脈狀含水層（帶）的豎井一水平或傾斜鉆孔聯(lián)合工程和豎井一水平坑道聯(lián)合工程；開(kāi)采巖溶暗河水的攔地下河堵壩引水工程等?！?

地下水資源的開(kāi)發(fā)水文地質(zhì)勘察三、取水建筑物的合理布局水源地的范圍和取水建筑物的類(lèi)型確定之后，怎樣合理地布置取水建筑物，才能最有效地開(kāi)采地下水并防止有害后果的產(chǎn)生，就成為最重要的工作。合理布局主要指取水井平面和剖面上的布置（排列）形式及井間距離與井?dāng)?shù)等的確定。1．水井的平面布局水井的平面布局主要決定于地下水可開(kāi)采量的組成性質(zhì)及其運(yùn)動(dòng)形式?！?地下水資源的開(kāi)發(fā)水文地質(zhì)勘察在地下徑流條件良好的地區(qū)，為充分?jǐn)r截地下徑流，水井應(yīng)布置成垂直地下水流向的并排形式，視地下徑流量的大小，可布置一個(gè)或幾個(gè)井排。例如，我國(guó)許多山前沖洪積扇中、上部的水源地，主要是靠上游地下徑流補(bǔ)給的河谷水源地，以及由一些巨大的阻水界面所形成的裂隙一巖溶水源地，多采用上述水井布置形式。如水源地的主要補(bǔ)給水源可能是地表水體時(shí)，則開(kāi)采井排應(yīng)平行于地表水體的延伸方向布置。當(dāng)含水層四周被透水邊界包圍時(shí)，開(kāi)采井也可以布置成環(huán)形、三角形、矩形等集中孔組形式?！?地下水資源的開(kāi)發(fā)水文地質(zhì)勘察在地下徑流滯緩的平原區(qū)，當(dāng)開(kāi)采量以含水層的儲(chǔ)存量或垂向入滲補(bǔ)給量為主時(shí)，則開(kāi)采井群一般布置成網(wǎng)格狀、梅花形或圓形的形式。在以大氣降水或河流季節(jié)補(bǔ)給為主、縱向坡度很緩的河谷潛水區(qū)，其開(kāi)采井則應(yīng)沿著河谷方向布置，視河谷寬度布置一到數(shù)個(gè)井排。在巖層導(dǎo)、儲(chǔ)水性能分布很不均勻的基巖裂隙水分布區(qū)，水井的平面布局主要受富水帶分布位置的控制，應(yīng)把水井布置在補(bǔ)給條件最好的強(qiáng)含水裂隙帶上，而不必拘束于布井規(guī)則要求的布置形式。農(nóng)田灌溉水井的布局，則均勻分布在整個(gè)灌區(qū)?！?地下水資源的開(kāi)發(fā)水文地質(zhì)勘察2．水井的垂向布局對(duì)于厚度大（大于30m）的含水層或含水組，是采用完整井開(kāi)采，還

是用非完整井分段分層多井開(kāi)采，尚需研究和試驗(yàn)。而對(duì)于厚度不大（小于30m）的松散含水層和大多數(shù)基巖含水層，一般采用完整井開(kāi)采最合理，因此不存在垂向布局問(wèn)題?！?地下水資源的開(kāi)發(fā)水文地質(zhì)勘察西安某水源地為大厚度沖、湖積含水層，通過(guò)分段抽水試驗(yàn)得到過(guò)濾

器長(zhǎng)度（L）與水井出水量（Q）的關(guān)系曲線（圖11—l）。由圖可見(jiàn)，出水量隨著濾水管長(zhǎng)度的增大而急劇加大，但其增長(zhǎng)強(qiáng)度（ΔQ／ΔL）愈來(lái)愈?。ㄒ?jiàn)圖11—2）。當(dāng)濾水管增加到一定長(zhǎng)度后，出水量已基本不再增加了。進(jìn)行供水管井設(shè)計(jì)時(shí)，一般取ΔQ／ΔL＝0.5的濾水管長(zhǎng)度（La）作為分段取水設(shè)計(jì)的依據(jù)，將這個(gè)La稱(chēng)“過(guò)濾器的合理長(zhǎng)度”，它約占整個(gè)井出水量的90％一95％?！?地下水資源的開(kāi)發(fā)水文地質(zhì)勘察過(guò)濾器的合理長(zhǎng)度還與水位降深、含水層厚度、滲透性、過(guò)濾器直徑等因素有關(guān)，可根據(jù)抽水試驗(yàn)或用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算確定，一般為20—30m之間。為了充分汲取大厚度含水層整個(gè)厚度上的水資源，可以在含水層不同深度上采取分段（或分層）取水的方式。一般采用井組形式取水，多由2—3口水井組成，可布置成三角形或直線形。井間距一般為3一5m即可。當(dāng)含水層顆粒較細(xì)或水井封填質(zhì)量不好時(shí)，為防止深、淺水井間水流串通，可把孔距增大到6一l0m。相鄰取水段之間的垂向間距（圖11—3中的a段）的確定原則是：既要減少垂向上的干擾強(qiáng)度，又能充分汲取整個(gè)含水層厚度上的地下水資源。表11—2列出了在不同含水層厚度條件下分段取水的垂向間距（a）等的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，濾水管垂向間距在5—10m時(shí)，其垂向水量干擾系數(shù)一般都小于25％，完全可以滿足設(shè)計(jì)的要求。§1地下水資源的開(kāi)發(fā)水水文文地地質(zhì)質(zhì)勘勘察察表11－1常用的地下水取水建筑物及適用條件水文地質(zhì)勘察水文地質(zhì)勘察實(shí)踐證明，在進(jìn)水性較好（中砂以上）的大厚度含水層中分段（層）取水，既可有效地開(kāi)發(fā)地下水資源，提高單位面積產(chǎn)水量，又可節(jié)省建井投資（不用擴(kuò)建或新建水源地），并能減輕淺部含水層的開(kāi)采強(qiáng)度。據(jù)北京、西安、蘭州等市20多個(gè)水源地統(tǒng)計(jì)，由于采用了井組分段取水方法，水源地的產(chǎn)水量都獲得了成倍增加。當(dāng)然，井組分段（層）取水也是有一定條件的。如果采用分段取水，又不相應(yīng)地加大井組之間的距離，將會(huì)大大增加單位面積上的取水強(qiáng)度，從而加大含水層的水位降深或加劇區(qū)域地下水位的下降速度?！?地下水資源的開(kāi)發(fā)水文地質(zhì)勘察3．井?dāng)?shù)和井間距離的確定兩者的確定原則是：在滿足設(shè)計(jì)需水量的前提下，本著技術(shù)上合理，且經(jīng)濟(jì)、安全的原則確定水井（井組）的數(shù)量與井間距離。取水地段范圍確定之后，井?dāng)?shù)主要決定于該地段的允許開(kāi)采量或設(shè)計(jì)總需水量和井間距離，以及單井出水量的大小。集中式供水水井的數(shù)量與井間距，一般是用解析法井流公式計(jì)算確定的。即首先根據(jù)水源地的水文地質(zhì)條件、井群的平面布局形式、需水量的大小及設(shè)計(jì)允許水位降深等已給定的條件，擬定出幾個(gè)不同井?dāng)?shù)和井間距的開(kāi)采方案，然后選用適合的公式計(jì)算每一布井方案的水井總出水量和指定點(diǎn)或指定時(shí)刻的水位降深，最后優(yōu)選出水量和指定點(diǎn)水位降深均滿足設(shè)計(jì)要求、井?dāng)?shù)最少、井間干擾強(qiáng)度不超過(guò)要求（一般要求水量減少系數(shù)小于20％一25%）、建設(shè)投資和開(kāi)采成本最低的布井方案，即技術(shù)、經(jīng)濟(jì)最合理的井?dāng)?shù)與井距方案?！?地下水資源的開(kāi)發(fā)水文地質(zhì)勘察農(nóng)田灌溉供水井的布局，主要是確定合理的井間距離?？紤]的主要原則是：?jiǎn)挝幻娣e上的灌水量必須與該范圍內(nèi)地下水的可采量相平衡。力求將開(kāi)采地下水時(shí)的井間干擾減到最小，以節(jié)省設(shè)備和動(dòng)力，降低開(kāi)采成本，充分發(fā)揮單井效益。如果井距太小，井?dāng)?shù)增多，井間干擾增大，單井出水量就會(huì)減小。這不僅會(huì)增加投資和消耗動(dòng)力，甚至能引起區(qū)域地下水位持續(xù)下降．使開(kāi)采條件惡化。井距太大，雖然井間干擾減少，單井出水量較大，但其需要控制的灌水面積增大，單井出水量難以滿足灌水定額要求。因此，需要兼顧上述的兩個(gè)方面確定合理的井距。其方法有以下幾種。§1地下水資源的開(kāi)發(fā)水文地質(zhì)勘察（1）單井灌溉面積法：當(dāng)?shù)叵滤Y源較豐富，能滿足灌溉需水量要求，單井出水量又較大時(shí)，則可簡(jiǎn)單地根據(jù)需水量來(lái)確定井?dāng)?shù)與井距。首先，根據(jù)單井出水量計(jì)算單井灌溉面積F（畝）：式中：Q––––單井出水量（m3／h）；T––––一次灌溉所需的天數(shù)（d）；t––––每天抽水時(shí)間（h）；W––––灌水定額（m3／畝）；η––––渠系水的有效利用系數(shù)?！?地下水資源的開(kāi)發(fā)水文地質(zhì)勘察如果水井按正方網(wǎng)狀布置，則水井間距離D（m）應(yīng)為：如果水井按等邊三角形排列，則井間距為：整個(gè)灌區(qū)內(nèi)應(yīng)布置的水井?dāng)?shù)（n）為：式中：A––––灌區(qū)的總面積（畝）；β––––土地利用率（%）；F––––單井控制的灌溉面積（畝）667F§1地下水資源的開(kāi)發(fā)水文地質(zhì)勘察從以上公式可見(jiàn)，用這種方法計(jì)算的井?dāng)?shù)和井距，主要決定于單井所控制的面積。在單井水量一定的條件下，單井控制面積大小決定于灌水定額。因此，應(yīng)從平整土地、減少渠道滲漏、改進(jìn)灌溉技術(shù)等方面來(lái)降低灌水定額?！?地下水資源的開(kāi)發(fā)水文地質(zhì)勘察（2）開(kāi)采模數(shù)法：在地下水資源不太豐富的地區(qū)，為了保護(hù)地下水

資源不至枯竭，須保持灌區(qū)內(nèi)地下水量的收支平衡。因此，只能根據(jù)允許開(kāi)采量來(lái)計(jì)算井?dāng)?shù)和井距，但不一定能保證滿足全部土地灌溉所需的水量，不足部分，可用地表水或其他方法解決。如果已知該區(qū)含水層的允許開(kāi)采模數(shù)Mb（m3／（km2·h）)時(shí)，則每平方公里面積上的平均井?dāng)?shù)（N）為：式中：T1為每年采水天數(shù)（d）；t為每天采水時(shí)數(shù)（h）；Q為單井出水量（m3／h）。其合理井間距D為（按正方形）：N

D2=100021000m2D§1地下水資源的開(kāi)發(fā)水文地質(zhì)勘察（3）根據(jù)抽水（或開(kāi)采）試驗(yàn)確定井距：以上兩種計(jì)算方法是用于

地下水資源量已查明的情況下。實(shí)際上，一個(gè)地區(qū)在開(kāi)采地下水的初期階段，水資源狀況往往尚未完全查明。在這種情況下，可進(jìn)行抽水試驗(yàn)或開(kāi)采試驗(yàn)，根據(jù)互相干擾影響的程度確定合理的井距，至少應(yīng)將井距限制在多孔干擾抽水的出水量減少值不超過(guò)單井出水量的20％一25％，據(jù)此得出最小井距，指導(dǎo)地區(qū)打井。河北衡水地區(qū)確定的允許最小井距列入表11一3中。如果按允許的最小井距布井后，開(kāi)采水量若大于允許開(kāi)采量，則須人工補(bǔ)給地下水或地表水與地下水綜合利用，或限量開(kāi)采，以避免因消耗永久儲(chǔ)存量引起地下水位持續(xù)下降，導(dǎo)致開(kāi)采條件惡化和水資源枯竭等環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題的發(fā)生?！?地下水資源的開(kāi)發(fā)水文地質(zhì)勘察四、管井的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一個(gè)已選定的地下水源地，能否實(shí)現(xiàn)預(yù)期的產(chǎn)水量，除了與水井的合理布局有關(guān)外，還與水井的結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。因此，水文地質(zhì)人員應(yīng)具有管井結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本知識(shí)。生產(chǎn)用管井的結(jié)構(gòu)與勘探階段抽水試驗(yàn)鉆孔結(jié)構(gòu)相似，但也有一些不同之處。兩者相似之處是，井身的基本結(jié)構(gòu)和各部分的功用相同，即都是由井壁管、濾水管（過(guò)濾器）和沉淀管三部分構(gòu)成。其主要的差別是，抽水試驗(yàn)孔主要是為了滿足取得含水層的某些水文地質(zhì)計(jì)算參數(shù)或取得水位降深與鉆孔出水量關(guān)系的資料，故其井徑無(wú)須太大，且試驗(yàn)結(jié)束后需起拔井管；而供水管井則主要是為了取得足夠的水量，故一般口徑較大，同時(shí)要求能長(zhǎng)期安全運(yùn)轉(zhuǎn)。這些特點(diǎn)就是供水管井設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮的因素?！?地下水資源的開(kāi)發(fā)水文地質(zhì)勘察1．井身的結(jié)構(gòu)當(dāng)供水管井的深度不大時(shí)，為了使整個(gè)井身保持較大的直徑，以增加進(jìn)水量、便于下入水泵和為了節(jié)省管材，以及施工方便，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量簡(jiǎn)化井身結(jié)構(gòu)。對(duì)孔深小于100m的淺供水井，一般采用同徑到底的井身結(jié)構(gòu)；對(duì)于100m以上較深的水井，為了在維修時(shí)易于起拔井管，或受鑿井設(shè)備能力的限制和為了節(jié)省管材，可考慮采用變徑的井身結(jié)構(gòu)?！?地下水資源的開(kāi)發(fā)水文地質(zhì)勘察2．井徑（鉆孔直徑）井徑的大小主要決定于管井的設(shè)計(jì)取水量，鑿井設(shè)備的能力，所用井管、濾水管的口徑和人工填礫的厚度。據(jù)供水管井設(shè)計(jì)規(guī)范的要求，井徑應(yīng)比所選用的過(guò)濾器外徑大50mm（填礫較厚時(shí)，應(yīng)大150—200mm）。如為基巖井，則要求井徑比抽水設(shè)備標(biāo)定的井管內(nèi)徑大50mm。此外，在確定松散含水層中的管井井徑時(shí)，還須用允許入井滲透流速（V允）復(fù)核。這是為了減少水流經(jīng)過(guò)過(guò)濾器的摩阻損失，為此必須降低水流進(jìn)井的速度。如果該速度過(guò)大，不僅會(huì)大大增加水頭損失（因水頭損失與流速的平方成正比），而且將帶動(dòng)井外的細(xì)砂等逐漸聚集、堵塞在過(guò)濾器外表。隨著井的開(kāi)采，堵塞將逐漸嚴(yán)重，使井的出水量顯著減少；嚴(yán)重時(shí)可使井出水量減少到20％以下。因此，水井的直徑應(yīng)滿足下式要求：式中：D––––設(shè)計(jì)的管井井徑（m）；Q––––設(shè)計(jì)的取水量（m3/s）；L––––過(guò)濾器工作部分長(zhǎng)度（m）；V允––––允許入井滲透流速，可查規(guī)范中的經(jīng)驗(yàn)數(shù)值（m／s）。§1地下水資源的開(kāi)發(fā)水文地質(zhì)勘察3．井管的種類(lèi)和規(guī)格井管包括井壁管、過(guò)濾管和沉淀管。對(duì)于臨時(shí)性的抽水試驗(yàn)井來(lái)說(shuō)，由于在下入和起拔井管時(shí)需要承受較大的壓力和拉力，故要求井管材料應(yīng)有較大的強(qiáng)度，一般多用無(wú)縫鋼管。而對(duì)于供水井的井管材料強(qiáng)度，不必有太高的要求。但由于井管長(zhǎng)期埋置地下。故要求有較強(qiáng)的抗腐蝕性能，一般可采用造價(jià)較便宜的鑄鐵管、水泥管、塑料管及陶瓷管等。當(dāng)水井深度較大時(shí)，則應(yīng)采用抗壓、抗拉強(qiáng)度較大的鋼管或玻璃鋼管。如果僅僅從井徑與水井出水量的關(guān)系來(lái)看，根據(jù)北京水文地質(zhì)隊(duì)的試驗(yàn)，井管（指過(guò)濾管）的口徑大于203.2mm就不會(huì)過(guò)多地影響管井的出水量。因此，在設(shè)計(jì)中主要是根據(jù)所選用的抽水設(shè)備類(lèi)型和規(guī)格確定井管的口徑?！?地下水資源的開(kāi)發(fā)水文地質(zhì)勘察設(shè)計(jì)時(shí)，要求井管的內(nèi)徑應(yīng)比抽水設(shè)備要求的井管公稱(chēng)內(nèi)徑大50mm。同時(shí)，亦應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)的取水量，用允許入管水流速度進(jìn)行復(fù)核，即過(guò)濾管的外徑應(yīng)滿足于下式要求：式中：D––––過(guò)濾管外徑（纏絲過(guò)濾管，應(yīng)算至纏絲外表）（m）；Q––––設(shè)計(jì)取水量（m3／s）；L––––過(guò)濾管的工作部分長(zhǎng)度（m）；n––––過(guò)濾管表層進(jìn)水面的有效孔隙率（％）；v允′––––允許入管水流速度，其值可按表11—4確定（m／s）?！?地下水資源的開(kāi)發(fā)水文地質(zhì)勘察常用井管類(lèi)型、口徑，鉆孔直徑、深度的配合關(guān)系，如表11—5所示?！?地下水資源的開(kāi)發(fā)水文地質(zhì)勘察4．過(guò)濾器類(lèi)型的選擇正確選擇過(guò)濾器類(lèi)型，是保證供水并取得最大出水量、消除涌砂、延長(zhǎng)水井使用年限的關(guān)鍵。在實(shí)際工作中，往往因過(guò)濾器類(lèi)型（或材料）選擇不當(dāng)，造成水井大量涌砂，或因地下水的化學(xué)、微生物腐蝕結(jié)垢作用造成水井淤塞或?yàn)V水孔（網(wǎng)）被堵，使水井出水量減少，甚至完全失去出水能力。有時(shí)，大量涌砂，會(huì)導(dǎo)致地面產(chǎn)生塌陷。為了增大鉆孔的出水量，必須設(shè)法使地下水流向鉆孔的各種阻力減少到最低限度。在各種阻力中，以紊流摩阻和地下水流經(jīng)濾水?dāng)嗝鏁r(shí)的摩阻損失最大。為了減少這些摩阻損失，就必須用人工方法加大井管外圍的滲透性能。目前，最有效的辦法就是采用填礫過(guò)濾器，并盡可能增大填礫層的厚度，并選用與含水層性質(zhì)相適應(yīng)的填礫規(guī)格。§1地下水資源的開(kāi)發(fā)水文地質(zhì)勘察選擇過(guò)濾器類(lèi)型時(shí)，對(duì)于松散孔隙含水層，主要考慮的是含水層的顆粒大小及分選程度；對(duì)基巖含水層（帶），則既要考慮巖石的穩(wěn)固程度，又要考慮孔洞、裂隙中疏松充填物質(zhì)的粒度和分選程度。適于不同含水層的過(guò)濾器種類(lèi)及規(guī)格及井的出水量列于表11—6中。過(guò)濾器的材料，主要是根據(jù)地下水有無(wú)侵蝕性來(lái)選擇。因此，要求在鉆進(jìn)和抽水試驗(yàn)過(guò)程中，及時(shí)采取土樣、水樣，進(jìn)行顆粒的篩分和水質(zhì)侵蝕指標(biāo)的分析，以便正確設(shè)計(jì)過(guò)濾器。§1地下水資源的開(kāi)發(fā)水文地質(zhì)勘察水文地質(zhì)勘察五、管井的成井工藝管井的成井工藝，包括從鉆進(jìn)開(kāi)始直至下管、回填、洗井等多道工序。其中的任何一道工序處理不當(dāng)或完成質(zhì)量不高，都會(huì)影響水井的成井質(zhì)量。輕則影響水井的出水量，減少水井使用年限；嚴(yán)重時(shí)，可使水井報(bào)廢。故水文地質(zhì)人員必須對(duì)成井工藝有所了解，并予以重視，與鉆探人員配合，共同保證成井質(zhì)量。由于有關(guān)成井工藝的詳細(xì)要求，在各種鉆井技術(shù)規(guī)程或手冊(cè)中均有論述，本教材對(duì)成井工藝的一般流程和要求，僅列表說(shuō)明（見(jiàn)表11—7）。這里著重介紹對(duì)成井質(zhì)量影響較大的洗井方法。§1地下水資源的開(kāi)發(fā)水文地質(zhì)勘察§1地下水資源的開(kāi)發(fā)水文地質(zhì)勘察水文地質(zhì)勘察水文地質(zhì)勘察洗井工作是管井成井工藝中最后和最重要的一道工序。洗井的好壞對(duì)管井出水量有很大的影響。洗井的目的、任務(wù)及技術(shù)要求已列于表11—7中。洗井的方法基本上可分為機(jī)械洗井和化學(xué)洗井兩大類(lèi)。前者目前普遍使用，而后者最有發(fā)展前途。1．機(jī)械洗井法目前使用最廣泛的是活塞洗井法和空壓機(jī)洗井法；其次是水泵抽壓洗井法、沖孔器洗井法和各種聯(lián)合洗井法?！?地下水資源的開(kāi)發(fā)水文地質(zhì)勘察機(jī)械洗井法的共同原理是：通過(guò)洗井設(shè)備在井中產(chǎn)生的強(qiáng)大抽、壓作用和沖擊振蕩作用，加大井內(nèi)外的水壓力差和加快地下水流速，從而破除井壁泥皮、帶出阻塞于含水層空隙與過(guò)濾器中的細(xì)粒物質(zhì)，以達(dá)到疏通含水層、增加水井出水量的目的?；钊淳ㄋ柙O(shè)備少，方法簡(jiǎn)單，洗井成本較低，洗井效率亦高。但當(dāng)井管強(qiáng)度不高時(shí)，易被活塞拉壞；在細(xì)粒含水層中洗井時(shí)，可能引起大量進(jìn)砂?？諌簷C(jī)洗井具有工作安全、洗井干凈等優(yōu)點(diǎn)，但洗井成本較高，且受地下水位深度限制。因此，動(dòng)水位過(guò)深或井深較淺的水井，皆不適于空壓機(jī)洗井。當(dāng)條件適合時(shí)，用空壓機(jī)與活塞聯(lián)合洗井，可以取得很好的洗井效果。§1地下水資源的開(kāi)發(fā)水文地質(zhì)勘察2．化學(xué)洗井法它是近代國(guó)內(nèi)、外正在發(fā)展的一種新式洗井方法。這種方法操作簡(jiǎn)便，成本低廉，對(duì)于因化學(xué)或生物化學(xué)結(jié)垢作用而堵塞的水井，化學(xué)洗井效果遠(yuǎn)比機(jī)械洗井為佳；而在某些碳酸鹽巖含水層中，化學(xué)洗井還可起到擴(kuò)大含水層裂隙、溶隙通道的作用。我國(guó)目前已推廣的化學(xué)洗井技術(shù)有：（1）多磷酸鈉鹽洗井法：目前在洗井中使用的多磷酸鈉鹽有：六偏磷酸鈉〔（NaPO3）6〕、三聚磷酸鈉（Na5P3O10）、焦磷酸鈉（Na4P2O7）和磷酸三鈉（Na3PO4）等?，F(xiàn)以洗井中經(jīng)常使用的工業(yè)用焦磷酸鈉（即無(wú)水焦磷酸鹽）為例，說(shuō)明其原理及使用方法?！?地下水資源的開(kāi)發(fā)水文地質(zhì)勘察無(wú)水焦磷酸鈉為白色粉末狀，易溶于水，呈堿性（pH＝9.2），無(wú)毒，對(duì)鋼材腐蝕性較弱。由于其價(jià)格比較便宜，故宜于野外批量使用。焦磷酸鈉洗井的作用機(jī)理是：由于焦磷酸鈉與泥漿中的粘土粒子發(fā)生絡(luò)合作用，可形成水溶性的絡(luò)合離子，其反應(yīng)式如下：上述反映形成的絡(luò)合離子CaNa4（P2O7）2一是一些惰性離子。這些離子既不發(fā)生化學(xué)的逆反應(yīng)，也不會(huì)自身聚結(jié)沉淀，更不與其它離子化合沉淀，故易于在洗井、抽水時(shí)隨水排出。同時(shí)，這種帶負(fù)電荷的絡(luò)合離子，還可以吸附在粘土粒子上，使粘土粒子表面的負(fù)電性加強(qiáng)，從而加大了粘土粒子之間的斥力、降低了泥漿的粘度與剪切力。這是焦磷酸鈉能夠分解、破壞井壁泥皮和含水層泥漿沉淀的主要原因?！?地下水資源的開(kāi)發(fā)水文地質(zhì)勘察焦磷酸鈉洗井的大致步驟如下：首先下置井管，待礫料填至設(shè)計(jì)高度

后，即用泥漿泵將濃度為0.6％一0.8％的焦磷酸鈉溶液注入井管內(nèi)、外（先管外、后管內(nèi)），然后繼續(xù)完成管外的止水回填工作。待靜置

5一6h，焦磷酸鈉與粘土粒子充分結(jié)合后，即可用其它方法進(jìn)行洗井。焦磷酸鈉鹽溶液的注入量，應(yīng)與含水層井筒的體積大致等同（扣除井管與礫料骨架所占體積）。由于不同的多磷酸鹽，在不同化學(xué)性質(zhì)的水溶液中具有不同的化學(xué)活性，因此須根據(jù)當(dāng)?shù)氐叵滤幕瘜W(xué)性質(zhì)和土壤的含鹽成分確定所選用的多磷酸鹽種類(lèi)。§1地下水資源的開(kāi)發(fā)水文地質(zhì)勘察（2）液態(tài)二氧化碳洗井法：根據(jù)實(shí)驗(yàn)知，二氧化碳?xì)怏w在壓力為

5.099×105Pa、溫度為零下37℃的條件下即可液化；也能在壓力為71.44×105Pa、溫度為31.19℃的條件下液化。液態(tài)二氧化碳在瓶?jī)?nèi)的壓力，隨著溫度變化而劇烈變化。當(dāng)溫度由－25℃上升至0℃、45℃時(shí)，其壓力則相應(yīng)由16.2×105Pa上升到30.4×105Pa、109.43×105Pa。液態(tài)二氧化碳洗井的基本原理是：通過(guò)高壓管送入井下的液態(tài)二氧化碳，經(jīng)過(guò)吸熱和降壓后氣化，并在井內(nèi)產(chǎn)生強(qiáng)大的高壓水氣流，從而破壞井壁泥漿皮，疏通含水層的孔隙、裂隙通道，并使井內(nèi)巖屑、泥漿等充填物伴隨高壓水流噴出地表，達(dá)到洗井和增加水井出水量目的?！?地下水資源的開(kāi)發(fā)水文地質(zhì)勘察在碳酸鹽巖和石膏等可溶巖地層中洗井時(shí)，可先向井中注入一定量的鹽酸，靜止1.5一2h后，再灌入液態(tài)二氧化碳。這時(shí)，液態(tài)二氧化碳由于吸熱膨脹而產(chǎn)生氣體，將先把鹽酸壓入巖層裂隙深處，起到加速溶解可溶巖石和擴(kuò)大裂隙的作用，而后所溶解的物質(zhì)又隨著井噴被帶出井口。有時(shí)，在揭露碳酸鹽巖的水井中，即便只注入鹽酸，也可因化學(xué)反應(yīng)生成大量CO2氣體而產(chǎn)生井噴?！?地下水資源的開(kāi)發(fā)水文地質(zhì)勘察為了防止金屬管材在洗井過(guò)程中被酸腐蝕，必須在酸液中加入一定比例的甲醛、丁炔二醇〔C4H4（OH）2〕和碘化鈉〔NaI〕、碘化鉀〔KI〕等防腐蝕劑。此外，當(dāng)孔內(nèi)（特別是施工期較長(zhǎng)的深孔）泥漿皮較厚實(shí)時(shí)，亦可加入能夠減緩泥皮凝固、硬化的多磷酸鈉鹽，以加強(qiáng)洗井效果。洗井設(shè)備的安裝可參看圖11—4?！?地下水資源的開(kāi)發(fā)水文地質(zhì)勘察液態(tài)二氧化碳洗井法，是目前諸種洗井方法中比較先進(jìn)的方法。方法簡(jiǎn)單，節(jié)省時(shí)間，成本低廉，對(duì)于松散孔隙含水層或基巖裂隙含水層，以及不同深度、不同材質(zhì)、不同結(jié)構(gòu)的新、老管井均有較好的洗井效果。根據(jù)中國(guó)農(nóng)業(yè)工程研究設(shè)計(jì)院農(nóng)業(yè)工程管理處對(duì)50余眼試驗(yàn)機(jī)井統(tǒng)計(jì)，使用液態(tài)二氧化碳洗井比用一般常規(guī)洗井法可提高水井出水量0.3倍至數(shù)倍（最大達(dá)27倍），節(jié)省洗井時(shí)間60％～80％，節(jié)省材料（特別是油料）費(fèi)用50％以上。因此，它是一種值得大力推廣的洗井方法。但應(yīng)注意安全工作?！?地下水資源的開(kāi)發(fā)水文地質(zhì)勘察六、管井的腐蝕、結(jié)垢、堵塞及其防治管井在使用一段時(shí)期后，常出現(xiàn)水量逐漸減少的現(xiàn)象，甚至有的完全報(bào)費(fèi)。這是由于管井被腐蝕、結(jié)垢、堵塞等病害造成的。了解它們的原因和形成過(guò)程，不僅是修復(fù)“病井”工作的需要，對(duì)于改進(jìn)成井工藝也極為重要?！?地下水資源的開(kāi)發(fā)水文地質(zhì)勘察（一）管井被腐蝕的原因管井被腐蝕的原因很多。其中，以溶解氧、電化學(xué)和細(xì)菌三者的腐蝕最重要，且以電化學(xué)腐蝕最普遍、最強(qiáng)烈。如果電化學(xué)腐蝕作用與氧的腐蝕作用相結(jié)合，則其危害性更大。它能與水中處于離子或膠體狀態(tài)的鐵形成氫氧化鐵，沉淀在濾網(wǎng)與過(guò)濾器骨架之間，使管井逐漸被堵塞。腐蝕作用可在非飽和條件下繼續(xù)進(jìn)行。鈣和鎂離子也有同樣的危害作用。關(guān)于溶解氧和電化學(xué)作用對(duì)金屬的腐蝕原理，已在本書(shū)水質(zhì)評(píng)價(jià)中講述，本節(jié)只介紹金屬管材的細(xì)菌腐蝕機(jī)理?！?地下水資源的開(kāi)發(fā)水文地質(zhì)勘察細(xì)菌腐蝕又稱(chēng)為微生物腐蝕，主要是指鐵細(xì)菌和硫酸鹽還原細(xì)菌等微生物對(duì)井管的腐蝕及其結(jié)垢作用。鐵細(xì)菌一般生活在pH＝6.5—7.5的介質(zhì)中。當(dāng)pH值大于8時(shí)，基本不存在鐵細(xì)菌。多數(shù)井管的電化學(xué)腐蝕作用，都會(huì)使地下水中鐵離子的濃度增加，從而給鐵細(xì)菌生存繁殖創(chuàng)造了條件。由于鐵細(xì)菌需大量吸收鐵離子而生存，又進(jìn)一步加劇了電化學(xué)腐蝕作用的進(jìn)行。此外，鐵細(xì)菌還會(huì)使低價(jià)鐵轉(zhuǎn)化為高價(jià)鐵，從而使腐蝕產(chǎn)物附著在管壁或?yàn)V網(wǎng)上，形成一層鐵細(xì)菌硬殼。§1地下水資源的開(kāi)發(fā)水文地質(zhì)勘察硫酸鹽還原菌屬于嫌氧細(xì)菌，一般生活在pH＝5.96—8.35的介質(zhì)中。這種細(xì)菌具有利用氫將地下水中所含硫酸鹽還原成硫化氫的能力，而硫化氫的離解又增加了水中的氫離子濃度，從而又加速了對(duì)金屬井管的腐蝕。除以上三種主要的腐蝕作用外，各種酸性水（pH＜6）、高氟水、軟水（＜8德國(guó)度）、含有機(jī)酸及鐵鹽的水，對(duì)井管都有腐蝕作用。如果是混凝土井管，還要防止水對(duì)混凝土的侵蝕性。§1地下水資源的開(kāi)發(fā)水文地質(zhì)勘察（二）過(guò)濾器堵塞和結(jié)垢的原因過(guò)濾器被堵塞和結(jié)垢的原因，首先是由于某些腐蝕產(chǎn)物（包括膠結(jié)物、沉淀氧化物）附著在濾水管孔眼或包網(wǎng)網(wǎng)眼中，并逐漸結(jié)垢，以至將其完全堵塞；其次是因長(zhǎng)期抽水改變了天然水的化學(xué)平衡條件，使水中的某些化學(xué)成分，如鈣、鎂、鋁、硫及鐵的化合物在過(guò)濾器及其外圍含水層中沉淀或形成膠結(jié)物，堵塞過(guò)濾器。如開(kāi)采地下水時(shí)，水中的重碳酸鈣將會(huì)因井內(nèi)及過(guò)濾器附近的壓力減小形成碳酸鈣沉淀。還應(yīng)指出，由于成井時(shí)洗井不徹底，殘留的泥漿也可使填礫膠結(jié)或形成次生井壁殼而堵塞過(guò)濾器?！?地下水資源的開(kāi)發(fā)水文地質(zhì)勘察（三）管井腐蝕和堵塞的防治根據(jù)管井被腐蝕和堵塞的原因，可采取以下防治方法。當(dāng)過(guò)濾器因化學(xué)作用堵塞時(shí)，一般可采用酸化處理。例如，當(dāng)

過(guò)濾器被碳酸鹽類(lèi)沉淀或膠結(jié)物堵塞時(shí)，一般可用鹽酸作為酸化處理液（同時(shí)為減少對(duì)管井中金屬材料的腐蝕，可加入適當(dāng)?shù)姆栏瘎?。如堵塞物是硅酸鹽類(lèi)（粘土）時(shí)，則需用鹽酸與氫氟酸混合液處理。當(dāng)過(guò)濾器因細(xì)菌作用而堵塞時(shí)，一般可采用往孔內(nèi)輸送氯氣滅菌的方法，或者采用輸送氯氣與酸化處理相結(jié)合的方法加以處理?！?地下水資源的開(kāi)發(fā)水文地質(zhì)勘察在地下水礦化度較高、對(duì)金屬管材有強(qiáng)腐蝕性的地區(qū)（如沿海

的咸水區(qū)，氯離子含量在300—1000mg／L區(qū)），成井時(shí)最好選用玻璃管或塑料管作井管，采用鋼絲、不銹鋼絲或玻璃纖維、增強(qiáng)聚乙烯作濾水管纏絲，采用尼龍網(wǎng)做包網(wǎng)。當(dāng)采用金屬井管材料時(shí)，可在管內(nèi)、外加涂料做防腐處理。在粉細(xì)砂層或中砂層中取水時(shí)，應(yīng)盡量加大濾水管的孔隙率和

纏絲間隙。對(duì)于這類(lèi)細(xì)粒含水層，以及在地下水腐蝕強(qiáng)烈的地區(qū)，最好不用包網(wǎng)（因最易腐蝕、堵塞），而用加厚的填礫過(guò)濾器?！?地下水資源的開(kāi)發(fā)水文地質(zhì)勘察§2

地下水資源的保護(hù)地下水資源的保護(hù)，就是保護(hù)地下水量不致很快被消耗，以致枯竭；保護(hù)地下水質(zhì)不被污染和惡化；保證開(kāi)采地下水后不致產(chǎn)生不良的環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題。其目的是為了保證長(zhǎng)期、安全地開(kāi)發(fā)利用地下水資源。各國(guó)在采、排地下水的早期，多注重取得最大的供水與排水量，因而許多地方很快就導(dǎo)致了水位過(guò)大降低和水質(zhì)惡化以及其他環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題。進(jìn)入70年代，國(guó)內(nèi)進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到不合理開(kāi)發(fā)地下水資源的危害，從管理地下水資源和保護(hù)地質(zhì)環(huán)境的角度出發(fā)，保護(hù)地下水資源。水文地質(zhì)勘察一、區(qū)域地下水位持續(xù)下降的原因、危害及防治措施（一）區(qū)域地下水位持續(xù)下降的實(shí)質(zhì)和原因世界許多開(kāi)采地下水的地區(qū)，均出現(xiàn)了地下水位大面積、大幅度持續(xù)下降。究其實(shí)質(zhì)，就是在整個(gè)含水層或含水層的某些地段上，由于地下水的開(kāi)采量長(zhǎng)期地超過(guò)了補(bǔ)給量，逐漸消耗了永久儲(chǔ)存量，并在一定補(bǔ)給周期內(nèi)得不到恢復(fù)的結(jié)果。在判斷某一地區(qū)是否會(huì)出現(xiàn)區(qū)域性地下水位持續(xù)下降的問(wèn)題時(shí)，要特別注意它與降水補(bǔ)給周期性變化所引起的水位下降現(xiàn)象相區(qū)別。圖11—5所示，是石家莊地區(qū)由于地下水開(kāi)采量超過(guò)其補(bǔ)給量，所引起的區(qū)域地下水位持續(xù)下降的過(guò)程。邢臺(tái)百泉地區(qū)，雖因降水周期性變化引起地下水位多年下降，但從更長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)看，水位可以得到恢復(fù)（圖11—6），故不屬于區(qū)域地下水位持續(xù)下降問(wèn)題?！?

地下水資源的保護(hù)水水文文地地質(zhì)質(zhì)勘勘察察§2

地下水資源的保護(hù)水文地質(zhì)勘察引起區(qū)域地下水位持續(xù)下降的原因，可歸結(jié)為四個(gè)方面：（1）對(duì)區(qū)域水文地質(zhì)條件，特別是對(duì)地下水資源的形成條件認(rèn)識(shí)不

全面，所計(jì)算的允許開(kāi)采量偏大，因而導(dǎo)致開(kāi)采量長(zhǎng)期大于補(bǔ)給量，引起區(qū)域地下水位持續(xù)下降。這種水位持續(xù)下降現(xiàn)象，一般以區(qū)域水位下降漏斗中心處的歷年最枯水位的變化反應(yīng)得最明顯?！?

地下水資源的保護(hù)水文地質(zhì)勘察（2）不合理開(kāi)采所造成的地下水位持續(xù)和大幅度下降。所謂不合理

開(kāi)采，主要是由開(kāi)采地段、開(kāi)采層次和時(shí)間上的“三集中”，以及開(kāi)采管理上的無(wú)政府狀態(tài)所造成的。因此，有時(shí)雖整個(gè)含水層的補(bǔ)給量與開(kāi)采量基本是平衡的，但由于某些局部地段或某個(gè)含水層位（或在某個(gè)深度上）開(kāi)采井過(guò)于集中，開(kāi)采強(qiáng)度過(guò)大，也將造成局部地段或某個(gè)含水層的水位持續(xù)大幅度下降。例如，上海市區(qū)共有五個(gè)含水層，地下水儲(chǔ)存量相當(dāng)豐富。但是，有87％的開(kāi)采量集中于Ⅱ、Ⅲ兩個(gè)含

水層；其中，又有84％的水井和80％一90％的開(kāi)采量，又集中在該兩

個(gè)含水層的滬東楊樹(shù)浦、虹口和滬西的普陀、長(zhǎng)寧、靜安幾個(gè)工業(yè)區(qū)。因此，在這兩個(gè)含水層的上述地段形成了強(qiáng)烈的區(qū)域地下水位下降，

形成了區(qū)域地下水位下降漏斗中心。它們也是產(chǎn)生地面沉降最嚴(yán)重的

地段。而在集中開(kāi)采區(qū)外圍或Ⅳ、V含水層中，地下水位下降并不顯著?！?

地下水資源的保護(hù)水文地質(zhì)勘察此外，有些水源地，因開(kāi)采時(shí)間過(guò)份集中所造成的地下水位在某期間的大幅度下降，雖然不一定是持續(xù)性的，但是它也會(huì)影響抽水設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，并帶來(lái)其它危害。如農(nóng)灌井，如果其密度較大，并在干旱年份的旱季集中開(kāi)采，則可引起水位相互干擾，并大幅度下降，使出水量減少，甚至出現(xiàn)“吊泵”現(xiàn)象。上海市區(qū)的一些供夏季（5—9月）冷卻和降溫用的水井，因開(kāi)采量特別大，結(jié)果導(dǎo)致該時(shí)期地下水位大幅度下降，井間干擾加劇，出水量減少；同時(shí)，也使地面沉降速率增加。§2

地下水資源的保護(hù)水文地質(zhì)勘察（3）由于人為或自然因素變化導(dǎo)致地下水補(bǔ)給量減少，引起區(qū)域地下水位下降。①由于人為或天然原因，使地下水主要補(bǔ)給來(lái)源的地表水流量減少、斷流，或使河床淤積，導(dǎo)致地表水對(duì)地下水的補(bǔ)給量減少。例如，武威山前平原地區(qū)，十多年來(lái)（根據(jù)1980年資料），由于上游山區(qū)興建水利工程，使河水對(duì)沖洪積扇地下水的補(bǔ)給量大大減少，導(dǎo)致沖洪積扇前緣地區(qū)地下水位下降了3—10m，使溢出帶泉水流量減少了30％一70％?！?

地下水資源的保護(hù)水文地質(zhì)勘察一些傍河水源地，由于河流流量減少或斷流天數(shù)增加，或因河床淤塞、滲透性變差等，導(dǎo)致地下水補(bǔ)給量減少，由此引起的地下水位下降更為明顯。西安市的洋河水源地，1974一1976年，由于河水?dāng)嗔魈鞌?shù)比過(guò)去增加，致使水源地地下水位在此期間下降了6.8m。②由于森林被破壞及墾荒過(guò)渡等原因，導(dǎo)致區(qū)域氣候變化，降水量減少，地面入滲條件變差，使補(bǔ)給量小于開(kāi)采量，引起區(qū)域地下水位下降。§2

地下水資源的保護(hù)水文地質(zhì)勘察③在水源地的同一水文地質(zhì)單元內(nèi)，由于礦床或其他地下工程的深部疏干，或由于水源地上游新建井群的截流，或外圍地區(qū)水井增加開(kāi)采深度等人為原因，也可引起某些水源地地下水位大幅度下降。此外，由于開(kāi)采地下水使區(qū)域地下水埋深增加，包氣帶厚度加大，使大氣降水滲入補(bǔ)給量減少，也會(huì)促使區(qū)域地下水位持續(xù)下降。某些以降水入滲補(bǔ)給的水源地，當(dāng)開(kāi)采的水位降深較大（10m以上）時(shí)，這種影響特別顯著。最后，隨著人類(lèi)改造地面形態(tài)性質(zhì)的加劇，如城市建筑物和阻水路面覆蓋面積的不斷增加，原流水溝道或集水洼地的平整，區(qū)域排澇渠系的完善等，都會(huì)影響降水對(duì)地下水的入滲補(bǔ)給?！?

地下水資源的保護(hù)水文地質(zhì)勘察（4）由于經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，人口的增長(zhǎng)及生活水平的提高，對(duì)水的需求量明顯增大。人們明明知道已超過(guò)地下水允許開(kāi)采量和已形成了區(qū)域地下水位持續(xù)下降，還要擴(kuò)大開(kāi)采量，這就更加促進(jìn)了區(qū)域地下水位下降的速度，導(dǎo)致一系列環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題的發(fā)生。顯然，這是不合理的。但這種情況卻很普遍，應(yīng)引起高度重視，并采取防治措施?！?

地下水資源的保護(hù)水文地質(zhì)勘察（二）區(qū)域地下水位持續(xù)下降的危害區(qū)域地下水位的大幅度持續(xù)下降，不僅給水源地帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失，也會(huì)產(chǎn)生種種環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題。其主要危害有：§2

地下水資源的保護(hù)水文地質(zhì)勘察（1）由于區(qū)域地下水位下降，使取水工程的出水量不斷減少，有時(shí)

必須更換抽水設(shè)備才能取水，使抽水成本不斷增加；嚴(yán)重時(shí)，甚至使水井報(bào)廢。許多大型水源地和井灌區(qū)，都存在此問(wèn)題。山東淄河的沖洪積扇區(qū)，因大量取水，15年內(nèi)全區(qū)地下水位普遍下降了

10m，最大者達(dá)30m以上，使原有2000余眼淺機(jī)井及附近泉水全部枯竭。報(bào)廢機(jī)井、打深機(jī)井及更換水泵的經(jīng)濟(jì)損失達(dá)5000多萬(wàn)元。此外，耗電量的增加，使?jié)驳爻杀居稍瓉?lái)的每畝0.4—0.5元增加到1.2元以上，使全灌區(qū)每年多耗電費(fèi)140多萬(wàn)元。該區(qū)內(nèi)大武水源地的地下水位下降更大，僅1989年較1988年就下降了21.75m，降到一10m以下，最大埋深已達(dá)131.

71m?！?

地下水資源的保護(hù)水文地質(zhì)勘察（2）由于區(qū)域地下水位下降，可引起地面下沉、地裂及地面塌陷等嚴(yán)重環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題。地面下沉是目前世界上許多抽取地下水的平原區(qū)，特別是濱海城市所共同面臨的嚴(yán)重問(wèn)題。一些地區(qū)的最大地面沉降值如下：美國(guó)的長(zhǎng)灘市，9.5m；東京，4.6m；大阪，2.88m；墨西哥城，6m；上海市，2.37m

（1921—1965年）。國(guó)內(nèi)至少有天津、西安、太原、蘇州及臺(tái)北等36座大、中城市，都相繼出現(xiàn)了地面下沉或開(kāi)裂和塌陷等問(wèn)題。東京、曼谷、倫敦、威尼斯等城市，因地面下沉都面臨著部分市區(qū)被海水淹沒(méi)的危險(xiǎn)；曼谷、上海等城市，由于地面下沉，使城市污水和雨水經(jīng)常積存于市區(qū)，不能及時(shí)排出。位于美國(guó)亞利桑那州皮納耳和麥里科帕城之間的井灌區(qū)，于1948一1967年間，地下水水位降低了70—100m，地面沉降量達(dá)l.2m（最大達(dá)2.5m）。地面的不均勻沉降和伴生的地裂，使該地區(qū)的整個(gè)灌溉系統(tǒng)、公路、鐵路、輸水管道等都遭到破壞。最近，有一些生態(tài)和工程學(xué)家認(rèn)為，過(guò)量開(kāi)采地下水是造成某些地區(qū)大地震（如1985年9月19日的墨西哥城）的原因之一?！?

地下水資源的保護(hù)水文地質(zhì)勘察造成地面沉降的原因很多。目前國(guó)際上公認(rèn)的是，由于大量抽取地下水，地下水位大幅度下降，促使上部易壓縮粘性土層中的孔隙水排出，引起土層的固結(jié)壓縮，導(dǎo)致地面下沉。從上海市的地面沉降量與地下水水位和開(kāi)采量的歷年觀測(cè)資料，可以看出地面沉降量與地下水開(kāi)采量和水位降深變化的一致性（圖11一7）。§2

地下水資源的保護(hù)水文地質(zhì)勘察（3）在沿海地區(qū)，由于區(qū)域地下水位的大幅度下降，破壞了咸、淡

水的天然平衡條件，引起海水入侵，使開(kāi)采含水層水質(zhì)惡化。如美國(guó)加利福尼亞州的濱海地區(qū)，1944年地下水位尚在海平面以上7.23m，由于過(guò)量取用地下水，到了1954年，地下水位下降到海平面以下5.2m，引起海水嚴(yán)重倒灌，侵入沿海的13個(gè)含水層，使灌溉水質(zhì)惡化，54×104畝良田變?yōu)辂}堿地。大連市郊，在1964年以前，地下水開(kāi)采量不大，基本上不存在海水入侵問(wèn)題。此后，由于大量超采地下水，到

70年代末期，地下水位比1964年下降了10—40m，導(dǎo)致海水嚴(yán)重入侵，某些水源地的氯離子含量已高達(dá)1300mg/L。§2

地下水資源的保護(hù)水文地質(zhì)勘察由于區(qū)域地下水位下降，使一些著名的巖溶大泉干枯，破壞了

以泉源景觀為特色的旅游資源。著名的濟(jì)南趵突泉等四大名泉、河南輝縣百泉及太原晉祠泉等，自70年代以來(lái)，由于區(qū)域地下水位大幅度下降，致使泉流量和涌勢(shì)大減，甚至出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間的干枯斷流，使泉源旅游觀賞價(jià)值大減，并使泉口引水工程廢棄。地下水位下降，還可造成地下空氣缺氧的災(zāi)害。在某些城市，由于強(qiáng)烈取水，使地下水位迅速降低。被疏干的含水層（段），通過(guò)水井或地下工程等通道貫入空氣。當(dāng)被疏干的含水層空間為強(qiáng)烈的還原環(huán)境時(shí)，貫入空氣與巖層孔隙壁物質(zhì)及殘存水作用，使低價(jià)鐵變成高價(jià)鐵，從而消耗掉空氣中的大量氧氣。

1960一1971年間，在日本東京的建筑施工中，曾多次發(fā)生由此引起的傷亡事故。§2

地下水資源的保護(hù)水文地質(zhì)勘察（三）防治區(qū)域地下水位持續(xù)大幅度下降的措施最好的措施是防，把問(wèn)題解決在出現(xiàn)之前，以免造成嚴(yán)重后果。在水源地的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)中，應(yīng)根據(jù)地下水允許開(kāi)采量及水資源的形成、分布特點(diǎn)，在開(kāi)采量和開(kāi)采井的布局上作出合理的安排，以避免開(kāi)采后出現(xiàn)水位持續(xù)大幅度下降等環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題。（1）關(guān)閉某些水源地或減少開(kāi)采井?dāng)?shù)，把開(kāi)采量壓縮到水源地地下

水補(bǔ)給量所允許的范圍內(nèi)。這是一種在沒(méi)有條件進(jìn)行地下水人工補(bǔ)給的地區(qū)采取的消極辦法?！?

地下水資源的保護(hù)水文地質(zhì)勘察調(diào)整開(kāi)采布局。這是用于改進(jìn)因不合理開(kāi)采引起某些含水層水

位大幅度下降時(shí)所采取的辦法。如可采取減小水井密度、擴(kuò)大開(kāi)采區(qū)或開(kāi)采層位的辦法；對(duì)厚大含水層或多層含水層，可實(shí)施分段或分層取水方案等。上海市為減少第Ⅱ、Ⅲ承壓含水層的開(kāi)采強(qiáng)度，規(guī)定把新建機(jī)井主要打在第IV、V兩個(gè)含水層中。加強(qiáng)地下水管理，建立合理的開(kāi)采制度。例如，為了防止過(guò)量

開(kāi)采和集中開(kāi)采，可作出某些限制水井水位降深、開(kāi)采量、開(kāi)采時(shí)間及井間距離等的規(guī)定。對(duì)含水層進(jìn)行地下水的人工補(bǔ)給，增加地下水總的可開(kāi)采量。

這是目前世界各國(guó)防止區(qū)域地下水位大幅度下降，擴(kuò)大地下水資源的最積極措施。這方面內(nèi)容將在后面進(jìn)行介紹。建立和健全地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)網(wǎng)，加強(qiáng)水情監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)，盡可能早地發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，及時(shí)采取防患補(bǔ)救措施。§2

地下水資源的保護(hù)水文地質(zhì)勘察二、地下水水質(zhì)惡化的特征、危害、原因及防治措施（一）地下水水質(zhì)惡化的主要特征及危害地下水的水質(zhì)惡化，是世界上許多國(guó)家所共同面臨的又一個(gè)嚴(yán)重問(wèn)題，也是全球性環(huán)境污染的重要組成部分。本節(jié)所述地下水水質(zhì)惡化，主要是指地下水在開(kāi)發(fā)過(guò)程中，因環(huán)境污染和水動(dòng)力、水化學(xué)形成條件的改變，以及不良的勘探所造成的水中的某些化學(xué)、微生物成分含量不斷增加，以致超出規(guī)定使用標(biāo)準(zhǔn)的水質(zhì)惡化現(xiàn)象。其主要特征有：（1）許多天然地下水中不存在的有機(jī)化合物（如各種合成染料、去污劑、洗滌劑、溶劑、油類(lèi)及有機(jī)農(nóng)藥等）出現(xiàn)在地下水中；§2

地下水資源的保護(hù)水文地質(zhì)勘察天然地下水中含量極微的毒性金屬元素（汞、鉻、銅、砷、鉛及某些放射性元素）大量進(jìn)入地下水中；各種細(xì)菌、病毒在地下水體中大量繁殖，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)；地下水的硬度、礦化度、酸度和某些單項(xiàng)的常規(guī)離子含量不斷上升，以至超過(guò)規(guī)定使用標(biāo)準(zhǔn)?！?

地下水資源的保護(hù)水文地質(zhì)勘察地下水水質(zhì)環(huán)境的惡化，嚴(yán)重?fù)p害了地下水資源的使用價(jià)值，給人類(lèi)社會(huì)帶來(lái)了種種不良后果，有損于人體健康，以至造成殘疾和死亡；損害了工業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量；使農(nóng)作物減產(chǎn)和土地鹽化；減少了地下水可采資源的數(shù)量，以至使整個(gè)水源地廢棄；為處理水質(zhì)，增加了水的單位成本。我國(guó)地下水水質(zhì)的污染問(wèn)題，已不容忽視。我國(guó)主要城市，有一半是以地下水作為供水水源，全國(guó)有三分之一的人口飲用地下水。據(jù)全國(guó)

50個(gè)城市的調(diào)查，地下水受到不同程度污染的有45個(gè)。其中，污染較嚴(yán)重的有北京、沈陽(yáng)、太原、西安、包頭、南昌等城市。沈陽(yáng)市有78％井水的某些指標(biāo)不符合飲用水標(biāo)準(zhǔn)；南昌市地下水的重度污染和嚴(yán)重污染面積約占市區(qū)面積的35％。此外，我國(guó)北方許多城市的地下水硬度逐年增高，某些沿海城市的海水入侵問(wèn)題也相當(dāng)嚴(yán)重?！?

地下水資源的保護(hù)水文地質(zhì)勘察（二）地下水水質(zhì)惡化的原因引起地下水源地水質(zhì)惡化的原因很多，可歸納為以下三個(gè)方面。（1）存在引起地下水水質(zhì)惡化的污染物質(zhì)來(lái)源。這些污染物，既可

存在于地下，也可以存在于地上。從污染物質(zhì)的成因類(lèi)型來(lái)看，可分為兩大類(lèi)。第一類(lèi)為天然污染源，即自然界本來(lái)就存在著的各種劣質(zhì)水體，如海水、地下高礦化水或其它劣質(zhì)水體。此外，含水層或包氣帶中的某些含水介質(zhì)含有某些礦物（特別是各種易溶鹽類(lèi)），也可成為地下水的污染源。第二類(lèi)為人為污染源，是指因人類(lèi)活動(dòng)所形成的污染源，如各種廢水、污水、各種垃圾及化肥、農(nóng)藥等。§2

地下水資源的保護(hù)水文地質(zhì)勘察1985年，全國(guó)污水排放量達(dá)342億t。其中，工業(yè)廢水占75％，生活污水占25％。有80％以上的污水直接排入水域，造成水體污染。人為污染源又可分為直接和間接源兩類(lèi)。各種污水廢水、化肥農(nóng)藥，其污染物質(zhì)直接通過(guò)包氣帶進(jìn)入含水層中，為直接污染源。污染物首先進(jìn)入大氣或地表水體，而后進(jìn)入含水層中的稱(chēng)間接污染源，如在工業(yè)城市附近形成的含硫酸和硝酸的“酸雨”即是。重慶和貴陽(yáng)兩市雨水的月平均酸度幾乎在5以下。酸雨的入滲，一方面直接使地下水酸化；另一方面，酸化的水又可增強(qiáng)溶解能力，使地下水中的金屬元素含量大大增加，污染地下水。而且酸雨的污染是大面積的，往往比局部點(diǎn)狀污染源造成的危害更大?！?

地下水資源的保護(hù)水文地質(zhì)勘察（2）存在污染物質(zhì)進(jìn)入的途徑（通道）。水源地地下水水質(zhì)發(fā)生惡

化，除了必須具備有污染源外，還必須具有污染物進(jìn)入含水層取水地段的通道。污染物通常以三種方式進(jìn)入含水層。第一種方式，是在含水層的開(kāi)采降落漏斗范圍內(nèi)，污染物通過(guò)含水層上部的透水巖層直接滲入含水層，由于進(jìn)入途徑很短，故常常使地下水迅速而重度污染。在相同污染源的情況下，地下水體遭受污染的程度，主要決定于地表到含水層之間巖層的滲透性能、巖土顆粒對(duì)污染物的吸附和凈化能力及含水層的埋藏深度。因此，一般承壓水較潛水有較好的防污染條件。潛水含水層的包氣帶內(nèi)如有粘性土層存在，也會(huì)有較好的防護(hù)能力?！?

地下水資源的保護(hù)水文地質(zhì)勘察第二種方式，是污染物從含水層的其它地段進(jìn)入開(kāi)采地段。例如，各種天然劣質(zhì)水體（如海水、大陸高礦化水）、已污染的地表水體或污水體，通過(guò)與含水層的直接接觸帶（特別是補(bǔ)給區(qū)）滲（流）入含水層，然后再運(yùn)移到開(kāi)采地段。當(dāng)污染源位于水源地上游時(shí)，對(duì)水源地水質(zhì)污染的威脅更大。第三種方式，是污染物借助天然或人為的某些集中通道進(jìn)入含水層。天然集中通道，主要是指與污染源相溝通的各種導(dǎo)水?dāng)鄬油ǖ馈⒘严锻ǖ篮蛶r溶通道（包括“天窗”）。這種通道一般多呈點(diǎn)狀或線狀分布，但是它可使埋深很大的承壓水體遭到污染。§2

地下水資源的保護(hù)水文地質(zhì)勘察人為集中通道，主要是指在各種地下工程、水井施工時(shí)，因破壞了含水層隔水頂板（或底板）的防污作用，使工程本身構(gòu)成了劣質(zhì)水進(jìn)入含水層的直接通道。常可見(jiàn)到因水井設(shè)計(jì)、施工上的缺陷（未止水或止水不合要求），造成上部污水沿井管與孔壁間隙流入開(kāi)采含水層；有時(shí)則因廢井未加處理或回填不實(shí)，成為地表污水的入侵通道§2

地下水資源的保護(hù)水文地質(zhì)勘察（3）有引起地下水水質(zhì)惡化的水動(dòng)力和水化學(xué)起因。如果說(shuō)，污染源和污染通道的存在是地下水水質(zhì)可能惡化的必備條件，那么，在開(kāi)采條件下所出現(xiàn)的水動(dòng)力、水化學(xué)作用，則是導(dǎo)致地下水水質(zhì)惡化的直接起因。凡污水入侵開(kāi)采含水層，均要求有一定的水動(dòng)力條件。其一，開(kāi)采含水層（或地段）與污水體之間必須存在某種直接或間接的水力聯(lián)系；其二，由于開(kāi)采抽水，在開(kāi)采含水層（或地段）中形成相對(duì)于污染水體的負(fù)壓區(qū)，從而促使污水直接或間接（通過(guò)弱透水層）地流入并污染了開(kāi)采含水層（或地段）?！?

地下水資源的保護(hù)水文地質(zhì)勘察近海水源地，因水動(dòng)力條件改變而引起的海水向大陸含水層入侵，便是這方面的典型例子。在天然條件下，大陸含水層中的淡水是排入海洋的，咸、淡水體之間的平衡界面是依靠含水層中淡水的水頭壓力高于海面來(lái)維持的。在開(kāi)采條件下，如果水源地的開(kāi)采量超過(guò)補(bǔ)給量，則必然引起含水層中淡水體水位持續(xù)下降。當(dāng)水位降落漏斗擴(kuò)展到海岸線時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致海水入侵，使地下水咸化。在某些情況下，雖開(kāi)采量未超過(guò)淡水的補(bǔ)給量，但當(dāng)?shù)w的水頭壓力已減少到難以維持咸、淡水體之間的原來(lái)平衡條件時(shí)，咸、淡水界面也會(huì)向大陸推移。如果該界面推進(jìn)到抽水井的降落漏斗范圍內(nèi)，同樣也會(huì)導(dǎo)致咸水入侵開(kāi)采地段，使水質(zhì)惡化?！?

地下水資源的保護(hù)水文地質(zhì)勘察大量開(kāi)采地下水，也會(huì)使含水層的水文地球化學(xué)條件發(fā)生變化。某些新的水文地球化學(xué)作用的出現(xiàn)，也是引起某些地區(qū)地下水水質(zhì)惡化的重要原因之一。我國(guó)許多地下水源地在開(kāi)采過(guò)程中所出現(xiàn)的礦化度、硬度及鐵、錳離子含量增高和pH值降低的現(xiàn)象，都主要是因含水層疏干及氧化作用加強(qiáng)所造成的。因?yàn)樵陂_(kāi)采地下水過(guò)程中，隨著地下水面的下降，氧氣隨空氣進(jìn)入被疏干的地帶，促使巖層中硫、鐵、錳及氨化合物的氧化作用加強(qiáng)，特別是硫氧化細(xì)菌的作用，更加劇了金屬硫化物的氧化過(guò)程?！?

地下水資源的保護(hù)水文地質(zhì)勘察如分布較廣的黃鐵礦（FeS2），在還原環(huán)境下很穩(wěn)定，幾乎不溶于水。但在氧化環(huán)境下，則易于溶解，形成酸性水。土層中經(jīng)常存在的鈣、鎂、鐵和錳的化合物，也易于溶解，使地下水中的鐵、錳、鈣、鎂及硫酸根離子含量大大增加，地下水的礦化度和硬度也隨之升高。圖11—8是波蘭西部某地井場(chǎng)（含水層為冰水谷地中的砂礫石層）在開(kāi)采過(guò)程中發(fā)生的水質(zhì)變化過(guò)程。T．Blazyk和J．Gorsk認(rèn)為，圖11—8所示的水質(zhì)變化過(guò)程說(shuō)明，當(dāng)上述化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行到一定時(shí)期之后，最終將達(dá)到一個(gè)新的平衡。在新的平衡條件下，決定水質(zhì)的主要因素將是進(jìn)入水中的CO2和腐植酸的含量（它們決定著水的pH值），但這個(gè)反應(yīng)過(guò)程可能會(huì)延續(xù)數(shù)十年。§2

地下水資源的保護(hù)水文地質(zhì)勘察地下水的硬度（或某些水源地的礦化度）在開(kāi)采過(guò)程中不斷增高的現(xiàn)象，是我國(guó)許多地下水源地，特別是北方地區(qū)的地下水源地普遍存在的問(wèn)題。例如北京水源七廠，1964年建立時(shí)，地下水硬度為17—18度（德國(guó)度），1978年則升高到33.l度，平均每年以0.9度的幅度遞增。西安市的地下水硬度，以每年1.03—3.82度的幅度上升。蘭州市的地下水硬度，每年增高1.75度，其中馬灘水源地供水井中的最高硬度值已達(dá)123.5度，礦化度最高達(dá)2.02g／L。據(jù)有關(guān)部門(mén)初步估計(jì)，我國(guó)北方城市，為軟化地下水質(zhì)，每年需要耗費(fèi)上億元。根據(jù)北京市環(huán)保所、武漢地質(zhì)學(xué)院及北京市勘察處的研究，地下水硬度在開(kāi)采過(guò)程中升高的原因，除T．Blazyk所提出的水化學(xué)機(jī)理外，還與城市附近的污灌水質(zhì)和我國(guó)北方表層土壤及其下層沉積物中富含鈣、鎂等易溶鹽有關(guān)。§2

地下水資源的保護(hù)水文地質(zhì)勘察§2

地下水資源的保護(hù)水文地質(zhì)勘察此外，近些年來(lái)，我國(guó)北方半干旱地區(qū)水庫(kù)（或渠道）浸沒(méi)區(qū)所出現(xiàn)的潛水氟離子含量增高的現(xiàn)象，也是由于水文地球化學(xué)環(huán)境改變?cè)斐傻?。因?kù)（渠）建立后，浸沒(méi)區(qū)潛水水位抬高，地下水蒸發(fā)濃縮作用加劇，使在半干旱堿性條件下潛水中本底值較高的氟離子含量進(jìn)一步加大；由于建庫(kù)，周?chē)h(huán)境變得相對(duì)濕潤(rùn)，促使植被進(jìn)一步發(fā)育，植物根部分泌出的CO2將加速土層中碳酸鹽的分解和地下水中重碳酸鹽的積聚，從而使環(huán)境堿化。而這種弱堿化的水文地球化學(xué)條件，又進(jìn)一步為氟離子的富集創(chuàng)造了條件?！?

地下水資源的保護(hù)水文地質(zhì)勘察由于開(kāi)采地下水使水文地球化學(xué)環(huán)境改變而引起地下水水質(zhì)惡化的環(huán)境水文地質(zhì)問(wèn)題可能還有許多，有待今后進(jìn)一步去研究。還應(yīng)看到，這種改變并非全都是不利的。在一定條件下，由于強(qiáng)烈抽水促使地下水交替循環(huán)作用加劇，溶濾作用加強(qiáng)，從而加速了含水層中可溶鹽的溶解和排除過(guò)程。又如，由于含水層中水位下降，使地下水由原來(lái)的封閉還原環(huán)境變?yōu)殚_(kāi)放的氧化環(huán)境，導(dǎo)致水中某些化合物沉淀，從而也可降低水中某些有害離子含量，或使水質(zhì)淡化。因此，在進(jìn)行供水水文地質(zhì)勘察時(shí)，應(yīng)當(dāng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐牡貙訋r性結(jié)構(gòu)條件、包氣帶和含水層中可溶鹽的類(lèi)型和含量、補(bǔ)給水源的類(lèi)型和化學(xué)性質(zhì)、水源地預(yù)計(jì)開(kāi)采強(qiáng)度和降深等條件，進(jìn)行深入、綜合的分析，這樣才能對(duì)開(kāi)采后地下水水質(zhì)可能出現(xiàn)的變化，作出正確的預(yù)測(cè)?！?

地下水資源的保護(hù)水文地質(zhì)勘察（三）防治地下水水質(zhì)惡化的措施地下水是水圈，乃至整個(gè)地球環(huán)境不可分割的重要組成部分。因此，防治地下水水質(zhì)惡化的措施，必須與防治環(huán)境惡化相結(jié)合，進(jìn)行綜合治理，既要有技術(shù)措施，又要有管理措施。地下水水質(zhì)惡化，常具有緩慢、隱蔽、不易及時(shí)察覺(jué)，一旦惡化又難以治理復(fù)原的特點(diǎn)。因此，治理水質(zhì)惡化，須采取防、治結(jié)合，以防為主的方針，確保供水的質(zhì)量。§2

地下水資源的保護(hù)水文地質(zhì)勘察1．預(yù)防性的技術(shù)措施最重要的是，要對(duì)城市的發(fā)展與水源地的建設(shè)作出全面、合理的規(guī)劃和布局。在制定城市發(fā)展規(guī)劃，特別是制定工業(yè)布局時(shí)，必須考慮盡量減少城市環(huán)境污染和地下水水質(zhì)不受污染。那些容易造成地下水水質(zhì)污染的工廠，應(yīng)布置在水源地下游較遠(yuǎn)的地方，或者采用管道排污。同樣，新建水源地時(shí)，也必須考慮地下水污染的環(huán)境條件，而把水源

地選擇在城市上游或地下水的補(bǔ)給區(qū)，或在地層巖性結(jié)構(gòu)方面防止污染條件較好的地方?？傊?，為保護(hù)地下水資源，在城市建設(shè)的總體規(guī)劃中必須考慮環(huán)境保護(hù)的要求；必須有防治污染、維持生態(tài)的觀點(diǎn)；要把環(huán)保工作與經(jīng)濟(jì)發(fā)展同步規(guī)劃、同步實(shí)施，做到經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。§2

地下水資源的保護(hù)水文地質(zhì)勘察此外，當(dāng)取水層位上、下或附近有劣質(zhì)水層或水體分布時(shí)（特別是濱海水源地），應(yīng)嚴(yán)格地控制水源地的開(kāi)采量和開(kāi)采降深，以防止劣質(zhì)水入侵含水層。在水井設(shè)計(jì)中，最好采用分層取水。當(dāng)深部有咸水時(shí)，應(yīng)控制井深，使井底與淡、咸水界面保持一定距離。要保證水井施工中的止水、回填質(zhì)量。對(duì)年久失修的水井，要及時(shí)更換井管；對(duì)報(bào)廢水井，要回填封死?！?

地下水資源的保護(hù)水文地質(zhì)勘察設(shè)立水源地的衛(wèi)生防護(hù)帶，雖不可能完全杜絕污染，但是它可在一定時(shí)間、一定水文地質(zhì)條件下控制污染。對(duì)于埋藏較淺的潛水及地表覆

蓋層較薄的水源地，建衛(wèi)生防護(hù)帶有明顯的效果。因此，我國(guó)環(huán)保局、衛(wèi)生部、建設(shè)部、水利部及地礦部五個(gè)單位于1989年聯(lián)合頒發(fā)了《飲

用水水源保護(hù)區(qū)污染防治管理規(guī)定》〔（89）環(huán)管字第201號(hào)〕。其中，規(guī)定對(duì)地下水水源地須設(shè)置一級(jí)保護(hù)區(qū)、二級(jí)保護(hù)區(qū)；必要時(shí)，外圍還應(yīng)設(shè)置準(zhǔn)保護(hù)區(qū)（相當(dāng)于衛(wèi)生防護(hù)帶的Ⅰ帶、Ⅱ帶、Ⅲ帶），對(duì)各區(qū)規(guī)定了相應(yīng)的保護(hù)措施。各區(qū)范圍的大小，應(yīng)視具體水文地質(zhì)條件及開(kāi)采強(qiáng)度而定。§2

地下水資源的保護(hù)水文地質(zhì)勘察衛(wèi)生防護(hù)Ⅰ帶為嚴(yán)禁活動(dòng)帶，其范圍不能太大，據(jù)原蘇聯(lián)國(guó)家文件規(guī)定，對(duì)承壓水水源地，I帶半徑不應(yīng)小于30m，潛水不小于50m。荷蘭學(xué)者V·韋根尼提出了計(jì)算防護(hù)帶半徑（r）的經(jīng)驗(yàn)公式：式中：r––––防護(hù)帶半徑（rn）；Q––––井抽水量（m3／a）；B––––含水層厚度（m）；t––––滯后時(shí)間（污染物從某點(diǎn)遷移到抽水點(diǎn)所需要的時(shí)間）（a）；i––––垂直入滲補(bǔ)給量（m／a）；ne––––含水層有效孔隙度。該公式適用于側(cè)向徑流較弱的松散含水層。§2

地下水資源的保護(hù)水文地質(zhì)勘察原蘇聯(lián)學(xué)者Φ·M·鮑契維爾介紹了考慮巖石吸附作用時(shí)計(jì)算防護(hù)帶半徑的經(jīng)驗(yàn)公式：式中：Rp––––防護(hù)帶半徑（m）；Q––––井的開(kāi)采量（m3／a）；Tp––––污染物遷移到抽水井的時(shí)間（a），或降解時(shí)間（生物污染取60d，化學(xué)污染物取10a或25a），也稱(chēng)水源地保證期限；m––––含水層厚度（m）；n––––含水層有效孔隙度；A––––反映巖石吸附性能的指標(biāo)，無(wú)固次，β為分配系數(shù)；C0、N0分別為均衡吸附時(shí)的溶液中濃度和吸附量，吸

附性愈強(qiáng)，A愈大，無(wú)吸附時(shí)，A＝1。該公式適用于無(wú)潛流無(wú)限邊界條件潛水含水層的計(jì)算?！?

地下水資源的保護(hù)水文地質(zhì)勘察河北保定市一畝綠水源地，運(yùn)用V·韋根尼公式計(jì)算了衛(wèi)生防護(hù)帶的范圍。其中有：嚴(yán)禁活動(dòng)帶：以滯后時(shí)間為60d計(jì)算，最小半徑R?。?2m，最大半徑R大＝202m，面積為

10km2。限制活動(dòng)帶Ⅰ：以滯后時(shí)間為10a計(jì)，R?。?11m，R大＝1496m，本帶寬

269—1294m，面積為20km2。限制活動(dòng)帶Ⅱ：以滯后時(shí)間為25a計(jì)，R小＝455m，R大＝2198m，本帶寬144—702m，面積為18km2。§2

地下水資源的保護(hù)水文地質(zhì)勘察據(jù)1987年資料，對(duì)世界上15個(gè)國(guó)家集水建筑物保護(hù)帶的統(tǒng)計(jì)，其中：保護(hù)帶I：邊界多數(shù)在井周?chē)?0—100m范圍之內(nèi)，最小者5m；保護(hù)帶Ⅱ：有10個(gè)國(guó)家把邊界確定在地下水50—60d運(yùn)移的距離處。個(gè)別國(guó)家為10d或100一400d的距離處，或＞100—300m處；保護(hù)帶ⅢA：只有7個(gè)國(guó)家提出了具體要求，邊界要求在距集水建筑物200m、800m或2000m處；或邊界在地下水運(yùn)移10一25a的距離處；保護(hù)帶ⅢB：：大多數(shù)國(guó)家無(wú)具體的距離規(guī)定，個(gè)別的提出邊界在地下水運(yùn)移25a的距離處或到盆地的邊遠(yuǎn)地帶?！?

地下水資源的保護(hù)水文地質(zhì)勘察對(duì)于不得不排放的廢水（包括工業(yè)和生活污水），必須防止它們?cè)谂欧诺穆吠局泻驮谖鬯幹脠?chǎng)地內(nèi)向含水層滲漏。為了減少滲漏，最好將它們排放在有穩(wěn)定隔水地層分布的地方，或者采取防滲襯砌措施，并且盡可能地將污水處置場(chǎng)布置在距水源地下游較遠(yuǎn)的地方。在點(diǎn)狀污染源的治理中，對(duì)于城市垃圾，特別是某些工業(yè)廢渣對(duì)地下水可能產(chǎn)生的污染作用同樣不可忽視。例如，蘭州市的垃圾填土，曾導(dǎo)致黃河水和地下水受到污染。為使地下水免遭垃圾和工業(yè)廢渣淋濾液的污染，對(duì)垃圾和廢渣應(yīng)采取廢物回收利用、焚燒、發(fā)電、生化處理及堆肥等綜合治理措施。水文地質(zhì)人員的責(zé)任就是要為城市垃圾和工業(yè)廢渣選擇合適的堆放場(chǎng)地，進(jìn)行無(wú)害化衛(wèi)生填埋。一般來(lái)說(shuō)，垃圾或廢渣的堆放場(chǎng)或填埋場(chǎng)，最好選在地表弱透水土層分布廣、厚度較大，且地形低洼封閉性好、包氣帶較厚的地方；同時(shí)，要求它們遠(yuǎn)離水源地或開(kāi)采含水層的補(bǔ)給區(qū)?！?

地下水資源的保護(hù)水文地質(zhì)勘察面源（面污染源），主要指農(nóng)業(yè)污灌、施肥、農(nóng)藥、酸雨，以及城市暴雨徑流等所產(chǎn)生的污染。據(jù)美國(guó)統(tǒng)計(jì)，非點(diǎn)源對(duì)環(huán)境造成的污染負(fù)荷占總污染負(fù)荷的50％以上，是對(duì)地下水污染不容忽視的因素。對(duì)面狀污染源的治理，可采取以下措施。①慎重地開(kāi)展污灌。其中，最重要的是嚴(yán)格掌握污灌的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)、控制灌水定額及根據(jù)環(huán)境水文地質(zhì)條件合理規(guī)劃污灌區(qū)的位置。如在表土層薄或滲透性大的潛水地段、地下水的補(bǔ)給區(qū)和水源地附近，就不適宜進(jìn)行污灌。②使用易被植物吸收或被土壤分解的化肥和對(duì)人體毒性小的農(nóng)藥，并嚴(yán)格掌握化肥與農(nóng)藥的使用量，盡可能減小它們?cè)谕寥缹又械臍堄酀舛群土魅牒畬拥臄?shù)量。③對(duì)灌溉用污水進(jìn)行預(yù)處理。§2

地下水資源的保護(hù)水文地質(zhì)勘察興建配套的環(huán)境工程，大力開(kāi)展污水的處理和利用，是治理地下水水質(zhì)惡化的治本措施。大量污水未經(jīng)處理便排放，是造成當(dāng)前環(huán)境，特別是水源污染的主要污染源。處理后的污水，可據(jù)其質(zhì)量用于不同目的的供水，以提高廢水的重復(fù)利用率，增加水資源的總量。采取防止劣質(zhì)水（或污水）入侵開(kāi)采含水層的水力措施。當(dāng)海

水或其它劣質(zhì)水從側(cè)向侵入開(kāi)采含水層時(shí)，可采用所謂“水力”措施來(lái)阻止劣質(zhì)水體的入侵。現(xiàn)以國(guó)外防止海水入侵為例，來(lái)介紹以下水力措施?！?

地下水資源的保護(hù)水文地質(zhì)勘察①“補(bǔ)給水丘”或“淡水屏障”法。即在海岸與內(nèi)陸開(kāi)采地段之間布置淡水注水井，通過(guò)注水，使之形成高于天然地下水位的“補(bǔ)給水丘”（如圖11一9），以控制咸水面向內(nèi)陸移動(dòng)。據(jù)報(bào)道，美國(guó)加利福尼亞州的某沿海地帶及以色列沿海，都采用了這種方法，成功地阻止了海水入侵?！?

地下水資源的保護(hù)水文地質(zhì)勘察②“抽水槽”法。在海岸和內(nèi)陸開(kāi)采地段之間布置一條抽水線，通過(guò)抽水使之形成阻止咸水向內(nèi)陸運(yùn)移的“抽水槽谷”。抽出的咸、淡混合水，如不能使用，則排入海中。這種方法較之前一種方法的優(yōu)越之處，是不需補(bǔ)給水源。這種防止海水入侵的方法，在荷蘭沿海的淡水砂丘帶得到了廣泛的使用（圖11一10）?！?

地下水資源的保護(hù)水文地質(zhì)勘察③“注水和抽水相結(jié)合”的方法。一般是將抽水槽布置在靠近海岸的地方，將注水井布置在靠近開(kāi)采水源地的一側(cè)。④修建“地下?lián)跛畨Α?。這種方法主要用于咸水沿著狹窄透水通道入侵的地段。例如日本長(zhǎng)崎縣西北杵（chu）郡的樺島，曾在溝道的入?？诟浇惩恋纳暗[石層中建造了阻止海水入侵的灌漿帷幕。在其上游側(cè)形成了人工地下水庫(kù)，使地下淡水的開(kāi)采量由原來(lái)不到200

t／d，增加到288t／d以上?！?

地下水資源的保護(hù)水文地質(zhì)勘察除以上措施外，在某些情況下，削減水源地的開(kāi)采量、減小開(kāi)采水位降深及防止水位降落漏斗擴(kuò)展至外圍劣質(zhì)水體等，也會(huì)對(duì)防止劣質(zhì)水體入侵有一定作用。但是，這種措施的效果是有限的。例如海岸地帶的水源地，即使將動(dòng)水位保持在海平面之上，也很難防止深層咸水形成的“上升錐”向水井移動(dòng)。除上述情況外，另一種情況就是因不合理灌溉，使大面積土地發(fā)生次生鹽漬化惡化了生態(tài)環(huán)境。如喀什地區(qū)，土地鹽漬化面積竟達(dá)到耕地面積的64.7％，十分驚人。主要的防治措施，應(yīng)是合理地進(jìn)行灌溉。§2

地下水資源的保護(hù)水文地質(zhì)勘察§3

地下水資源的管理一、地下水資源管理的目的和任務(wù)由前述可知，由于人類(lèi)對(duì)地下水資源大規(guī)模地開(kāi)發(fā)利用，目前世界上許多地區(qū)地下水的開(kāi)采量都超過(guò)了當(dāng)?shù)氐目晒┧?，出現(xiàn)了各種環(huán)境惡化現(xiàn)象。其原因，前面已作了介紹。解決這些問(wèn)題的根本途徑，就是要加強(qiáng)對(duì)地下水資源，乃至整個(gè)水資源進(jìn)行科學(xué)管理，做到合理開(kāi)發(fā)利用地下水資源和防止產(chǎn)生一切不良后果。水文地質(zhì)勘察地下水資源管理，就是人們按照生活、生產(chǎn)和水循環(huán)本身的客觀規(guī)律，研究如何合理地規(guī)劃、勘查、開(kāi)發(fā)、利用、調(diào)控及保護(hù)地下水資源和

防治地質(zhì)環(huán)境惡化，使它們處于對(duì)人類(lèi)社會(huì)生活與生產(chǎn)最有利的狀態(tài)。地下水資源管理的基本目的，就是采取科學(xué)的措施，保證在地下水資

源開(kāi)發(fā)中做到最優(yōu)規(guī)劃、最優(yōu)評(píng)價(jià)、最優(yōu)設(shè)計(jì)和最優(yōu)開(kāi)采運(yùn)行，把開(kāi)

采或排泄地下水可能或已經(jīng)