4章-3-4节地下水污染

1第四章地下水质与环境§1地下水水质§2溶质运移基本方程§3地下水污染§4地下水开采与地面沉降2/41§3地下水污染13.1地下水污染的概念3.2地下水污染源和污染物3.3地下水污染特点3.4地下水污染方式和途径3/413.1地下水污染的概念地下水污染：凡是在人类活动的影响下，地下水质(物理性质、化学组分、生物性状)朝着不利于人类生活或生产的水质恶化方向发展的现象，统称为地下水污染判定地下水是否污染必须具备三个条件：水质朝着恶化的方向发展这种变化是由人类活动引起的地下水是否污染的判别标准是地区背景值（或本底值），超过此值，即为污染第四章地下水质与环境§3地下水污染4/413.2地下水污染源和污染物人类活动导致进入地下水受到污染、引起水质恶化的各种物质(溶解物或悬浮物)称为地下水污染物污染物的来源或发源地称为污染源地下水污染源的分类：按生产部分：工业污染源，生活污染源，农业污染源等按空间特征分：点状污染源，线状污染源，面状污染源按存在状态分：固体，液体，气体，可溶混和不可溶混的污染源按时间特征分：连续污染源，间断(周期)性污染源，瞬时污染源第四章地下水质与环境§3地下水污染5/413.2地下水污染源和污染物地下水污染物的种类：1化学污染物：最普遍的无机污染物是NO3-,其次盐污染Cl-、硬度Ca2+，Mg2+和总溶解性固体等，微量非金属As、F，微量金属Cr、Hg、Zn等生物污染物：三类：细菌、病毒、寄生虫；来自粪便和未经消毒的污水放射性污染物：人为来源：核电厂，核武器试验散落物，实验室和医院用放射性同位素天然来源：放射性矿床或地层第四章地下水质与环境§3地下水污染6/413.3地下水污染特点地下水污染特点有二：隐蔽性：有时即使严重污染，也无色无味，难以鉴别对人体影响是慢性、长期作用，不易察觉难以逆转性：一旦污染，很难治理和恢复；原因：流速慢，交替时间长，自然净化需十几年、几十年，甚至上百年第四章地下水质与环境§3地下水污染7/413.4地下水污染方式和途径（1）地下水污染方式有两种：直接污染：指地下水中的污染组分直接来源于污染源，污染组分在迁移过程中其化学性质保持不变易查明污染来源和污染途径间接污染：地下水中的污染组分在污染源中含量不高或不存在，是污水或固体废物淋滤液在地下水迁移过程中，经复杂的物理、化学和生物反应后的产物如地下水硬度升高，多以该方式产生第四章地下水质与环境§3地下水污染8/413.4地下水污染方式和途径（2）地下水污染途径可分为4类：间歇入渗型：呈非饱和状态的淋雨状渗流，或短期饱水状态连续渗流形式污染源是固态，污染对象是潜水（见图1）连续入渗型：连续性，污染源是液态，污染对象是潜水（见图2）越流型特点：通过弱层转入（见图3）径流型地下径流形式转入，如污水河、废液井，海水入侵等(图4)第四章地下水质与环境§3地下水污染9/413.4地下水污染方式和途径（2）（图1）间歇入渗型第四章地下水质与环境§3地下水污染10/413.4地下水污染方式和途径（2）（图2）连续入渗型第四章地下水质与环境§3地下水污染11/413.4地下水污染方式和途径（2）（图3）越流型第四章地下水质与环境§3地下水污染12/413.4地下水污染方式和途径（2）（图4）径流型第四章地下水质与环境§3地下水污染13/413.4地下水污染方式和途径（2）不同污染源和污染途径第四章地下水质与环境§3地下水污染14/4115/41§4地下水开采与地面沉降华北平原16/41华北平原潜水华北平原2002年10月潜水埋深分级华北平原2007年10月潜水埋深分级17/41§4地下水开采与地面沉降地下水的不合理开采会破坏含水层的天然应力状态，从而导致各种环境地质灾害的发生起因：地下水是维持土体平衡的一个重要因素。大量开采地下水，水体从含水层孔隙中排出或使地下水压力降低，改变了土体原来的应力状态和平衡条件，致使土体结构和稳定性遭到破坏，产生各种环境地质灾害由于这种原因引起的地质灾害主要有：地面沉降（地面建筑物、沿海潮水倒灌、管线、地铁等出现问题）岩溶地面塌陷地裂缝第四章地下水质与环境18/411)地面沉降机理：土壤饱和时，水压力＋骨架支承力——上覆荷载压力相平衡过量开采承压水，水压减小，骨架压密，破坏原有水力平衡粘性土，水压力减小使土层原有结构被破坏，并重新组合排列。这种粘土层的释水压密是不可逆变形，它是产生地面沉降的最主要原因承压含水层的弹性释水系数：μe=m(s+nw)(4-40)式中，s和w分别为岩石和水的压缩系数，即单位压力变化条件下，单位土体积的变化量；m为含水层厚度；n为含水层孔隙率代入(4-40),整理得地面沉降量：m=h(μe－mnw)1smmh第四章地下水质与环境§4地下水开采与地面沉降19/411)地面沉降特点：随水位下降而沉降，随水位上升而回弹，沉降中心与漏斗中心吻合实例：上海市地面沉降与地下水开采的关系时间日平均开采量×104t地下水位m年均地面沉降量mm解放前4.5-5.0-1024194921.4-1035195837-34105196513-19.8722.1第四章地下水质与环境§4地下水开采与地面沉降20/411)地面沉降实例：华北地区：天津市70年代中期地面沉降范围达7000余平方公里，80年代初市区累计最大沉降量2000余毫米；长江三角洲地区：上海市累计地面总沉降量达2700毫米；苏州、无锡、常州地区最大累计沉降量800－1050毫米；宁波、杭州、嘉兴、湛江等市也有不同程度的沉降;西安市区：1983年统计，沉降面积达220平方公里，1984年最大累计沉降量达942毫米，最大沉降速率123毫米/年;台北市：40年代，大部分地下水自流；61年已发现地面沉降，至84年累计沉降量1900毫米，不少地区超过2米，沉降范围235平方公里第四章地下水质与环境§4地下水开采与地面沉降21/411)地面沉降22/411)地面沉降23/411)地面沉降危害性：一些城市面临被海淹没的危险东京、曼谷、伦敦、威尼斯等加重城市防洪排涝防潮负担曼谷、上海、天津等城市，地面沉降，城市防洪系统降低，使积水难排，洪、潮灾害加重。如天津，地面沉降使海河两岸防洪堤下降1-2m，加上河道淤积，使海河泄洪能力下降2/3，77年7月，市区暴雨积水损失2亿元。造成建筑物破坏由于地面的不均匀沉降，城市建筑、公路铁路、桥梁输水管道、灌溉系统等遭到破坏，对人民生命、财产安全、工农业生产造成巨大损失第四章地下水质与环境§4地下水开采与地面沉降海平面上升：气候变暖24/411)地面沉降控制措施：限制地下水的开采量地表水人工回灌，补给地下水资源（冬灌夏用,夏灌冬用)调整地下水的开采层次,避免集中开采第四章地下水质与环境§4地下水开采与地面沉降25/412)岩溶地面塌陷26/412)岩溶地面塌陷概念：指地表覆盖物出现下沉、开裂以至突然向下陷落，形成各种坑、槽的地质现象，它是在覆盖型岩溶地区大量开采地下水引起的一种严重的环境地质灾害27/412)岩溶地面塌陷原因：由于过量开采岩溶水，疏干或部分疏干了溶洞，或洞穴充填物和水体被带出，地下水流对盖层的溶蚀和冲刷作用加剧，使溶岩中空洞扩大，覆盖土层的结构及其稳定性遭到破坏，受重力作用，溶洞之上的松散覆盖物塌落，地面形成坑、槽、沟等塌陷现象28/412)岩溶地面塌陷特点：突然性，难预防，损失大举例：贵州水城盆地工业水源地，到79年，井周出现塌坑731处，见图塌陷区抽水井29/41我国北方、云贵高原、广东、广西等开采岩溶水（图中蓝色）的地区，岩溶塌陷现象比较普遍30/41我国北方、云贵高原、广东、广西等开采岩溶水的地区，岩溶塌陷现象比较普遍31/412)岩溶地面塌陷地下水超采是地面塌陷的重要原因32/412)岩溶地面塌陷控制措施系统调查岩溶发育状况，评价岩溶塌陷危险性，确定地下水开采合理方案采水井设置合理的过滤器装置，避免或减少土粒进入井内被水带走；水位降深不要快速大幅下降，特别是从基岩面以上快速下降到基岩面以下；岩溶水位不要骤停骤降，特别是地下水位在基岩面附近上下波动合理控制水位降深值，将降深值控制在“临界值”以内要注意进行地下水动态观测33/413)地裂缝34/413)地裂缝35/413)地裂缝自20世纪60年代在河北邯郸发现地裂缝以来，海河流域平原区已发现地裂缝200多条，主要分布在天津、唐山、保定、廊坊等地区，其规模由长达数米到500米，最长达数千米。河北省柏乡县地裂缝，始发于1996年，到目前为止，这个地裂缝已长达8000米，可见深度为1.5米，宽度为半米以上，且深度和宽度仍在扩大（2006年资料）；海河流域平原区地裂缝主要由构造裂缝、塌陷伴生裂缝、地面沉降裂缝和脱水干裂缝类型组成。其中，开采地下水引起地面不均匀性沉降，产生地面沉降裂缝；地下水位大幅度下降，产生了脱水干裂缝36/41图中粉红色的为超采区