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地下水

地下水分布层

地下水(ground water),是贮存于包气带以下地层空隙,包括岩石孔隙、裂隙和溶洞之中的水。地下水是水资源的重要组成部分,由于水量稳定,水质好,是农业灌溉、工矿和城市的重要水源之一。但在一定条件下,地下水的变化也会引起沼泽化、盐渍化、滑坡、地面沉降等不利自然现象。

目录

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1 简介
  1. 1.1 定义
2 水量
3 地下水位
4 水质标准
5 资源利用
6 结构运动
7 类型划分
  1. 7.1 按贮存埋藏条件分类
  2. 7.2 按岩土的贮水空隙的差异分类
  3. 7.3 按水质分类
8 贮存空间
  1. 8.1 含水介质、含水层
  2. 8.2 含水介质的空隙性与水理性
  3. 8.3 蓄水构造
9 水系统  
  1. 9.1 基本特征
  2. 9.2 地下水域
10 过度使用
11 环境问题
  1. 11.1 地面沉降
  2. 11.2 岩溶塌陷
  3. 11.3 海水入侵
  4. 11.4 水质污染
  5. 11.5 其他问题
12 中国地下水分布

地下水 - 简介

地下水

地下水(groundwater),是指贮存于地表以下岩土层中水的总称。广义地下水包括土壤、隔水层和含水层中的重力水和非重力水。狭义地下水指土壤、隔水层和含水层中的重力水。

地下水具有地域分布广、随时接受降水和地表水体补给、便于开采、水质良好、径流缓慢等特点。因此,具有重要的供水价值。 世界许多国家都把地下水作为人类生活用水和饮用水源。

此外,地下水也是生态系统的组成部分。地下水一旦受到污染,即使彻底消除其污染源,也得十几年,甚至几十年才能使水质复原。至于要进行人工的地下含水层的更新,问题就更复杂了。

定义

定义1:埋藏和运动于地面以下各种不同深度含水层中的水。

定义2:储存在地面以下饱和岩土孔隙、裂隙及溶洞等中的水。

定义3:埋藏在地面以下饱和层中的水。

地下水 - 水量

大气降水降落到地表,其中一部分渗透到地表以下土层里和岩石的孔隙、裂隙及溶洞中,形成地下水。全球地下水分布面积达1.3亿平方公里,总水量830万立方公里,占全球总水量的0.59%,占淡水总量的22%,是人们生活和生产的重要供水水源。

地下水 - 地下水位

地下水位(uderground water level)指的是指地下含水层中水面的高程。根据钻探观测时间可分为初见水位、稳定水位、丰水期水位、枯水期水位、冻前水位等。

地下水 - 水质标准

地下水并不一定可饮,甚至可能在天然情况下含有重金属,会导致乌脚病等;解决方案为自来水普及使用。

一类水质:水质良好。地下水只需消毒处理,地表水经简易净化处理(如过滤)、消毒后即可供生活饮用者。

二类水质:水质受轻度污染。经常规净化处理(如絮凝、沉淀、过滤、消毒等),其水质即可供生活饮用者。

三类水质:适用于集中式生活饮用水源地二级保护区、一般鱼类保护区及游泳区。

四类水质:适用于一般工业保护区及人体非直接接触的娱乐用水区。

五类水质:适用于农业用水区及一般景观要求水域。超过五类水质标准的水体基本上已无使用功能。

地下水 - 资源利用

中国的地下水

地下水作为地球上重要的水体,与人类社会有着密切的关系。地下水的贮存有如在地下形成一个巨大的水库,以其稳定的供水条件、良好的水质,而成为农业灌溉、工矿企业以及城市生活用水的重要水源,成为人类社会必不可少的重要水资源,尤其是在地表缺水的干旱、半干旱地区,地下水常常成为当地的主要供水水源。

据不完全统计,20世纪70年代以色列国75%以上的用水依靠地下水供给,德国的许多城市供水,亦主要依靠地下水;法国的地下水开采量,要占到全国总用水量1/3左右;像美国,日本等地表水资源比较丰富的国家,地下水亦要占到全国总用水量的20%左右。

中国地下水的开采利用量约占全国总用水量的10—15%,其中北方各省区由于地表水资源不足,地下水开采利用量大。根据统计,1979年黄河流域平原区的浅层地下水利用率达48.6%,海、滦河流域更高达87.4%;1988年全国270多万眼机井的实际抽水量为529.2×108立方米,机井的开采能力则超过800×108立方米。

地下水 - 结构运动

地下水主要来源于大气降水和地表水的入渗补给;同时以地下渗流方式补给河流、湖泊和沼泽,或直接注入海洋;上层土壤中的水分则以蒸发或被植物根系吸收后再散发入空中,回归大气,从而积极地参与了地球上的水循环过程,以及地球上发生的溶蚀、滑坡、土壤盐碱化等过程,所以地下水系统是自然界水循环大系统的重要亚系统。

地下水 - 类型划分

地下水的分类方法有多种,并可根据不同的分类目的、分类原则与分类标准区分为多种类型体系。如按地下水的起源和形成,可区分为渗入水、凝结水、埋藏水、原生水和脱出水等;按地下水的力学性质可分为结合水、毛细水和重力水;如按地下水的化学成分的不同,又有多种分类。

按贮存埋藏条件分类

类型划分

1、包气带水

结合水(分吸湿水、薄膜水)
毛管水(分毛管悬着水与毛管上升水)
重力水(分上层滞水与渗透重力水)

2、饱水带水

潜水

承压水

(分自流溢水与非自流溢水)

按岩土的贮水空隙的差异分类

1、孔隙水
2、裂隙水
3、岩溶水

在上述两种基本类型的基础上,将它们组合在一起,便可得到组合类型,如孔隙潜水、承压裂隙水等等。

按水质分类

按地下水的矿化度大小,可分为淡水、微咸水、咸水和卤水4种。

矿化度小于2克/升的地下水为淡水,矿化度2~3克/升的地下水为微咸水,矿化度3~50克/升的地下水为咸水,矿化度大于50克/升的地下水为卤水。

此外,从孔隙或构造裂隙自然流出地表的地下水称为泉水。地下水中含有超量的特殊矿物成分或化学成分(如锶、硫、二氧化碳等)者称为矿泉水。地下水的天然温度超常高或超常低者,分别称为温泉或冷泉水。

地下水 - 贮存空间

地下水由于埋藏于地下岩土的空隙之中,因而其分布、运动和水的性质,要受到岩土的特性以及贮存它的空间特性的深刻影响。

含水介质、含水层

地下水存在层

自然界的岩石、土壤均是多孔介质,在它们的固体骨架间存在着形状不一、大小不等的孔隙、裂隙或溶隙,其中有的含水,有的不含水,有的虽然含水却难以透水。通常把既能透水,又饱含水的多孔介质称为含水介质,这是地下水存在的首要条件。

所谓含水层是指贮存有地下水,并在自然状态或人为条件下,能够流出地下水来的岩体。由于这类含水的岩体大多呈层状、故名含水层,如砂层、砂砾石层等。亦有的含水岩体呈带状、脉状甚至是块状等复杂状态分布,对于这样的含水岩体可称为含水带、含水体或称为含水岩组。

对于那些虽然含水,但几乎不透水或透水能力很弱的岩体,称为隔水层,如质地致密的火成岩、变质岩,以及孔隙细小的页岩和粘土层均可戌为良好的隔水层。实际上,含水层与隔水层之间并无一条截然的界线,它们的划分是相对的,并在一定的条件下可以互相转化。如饱含结合水的粘土层,在寻常条件下,不能透水与给水,成为良好的隔水层;但在较大的水头作用下,由于部分结合水发生运动,粘土层就可以由隔水层转化为含水层。

含水介质的空隙性与水理性

1、含水介质的空隙性:含水介质的空隐性是地下水存在的先决条件之一。空隙的多少、大小、均匀程度及其连通情况,直接决定了地下水的埋藏、分布和运动特性。通常,将松散沉积物颗粒之间的空隙称为孔隙,坚硬岩石因破裂产生的空隙称裂隙,可溶性岩石中的空隙称溶隙(包括巨大的溶穴,溶洞等)。

2、含水介质的水理性:岩土的空隙虽然为地下水提供了存在的空间,但是水能否自由的进出这些空间,以及岩土保持水的能力,却与岩土表面控制水分活动的条件、性质有很大的关系。这些与水分的贮容、运移有关的岩石性质,称为含水介质的水理性质,包括岩土的容水性、持水性、给水性、贮水性、透水性及毛细性等。

蓄水构造

所谓蓄水构造,是指由透水岩层与隔水层相互结合而构成的能够富集和贮存地下水的地质构造体。一个蓄水构造体需具备以下3个基本条件:

第一、要有透水的岩层或岩体所构成的蓄水空间;

第二、有相对的隔水岩层或岩体构成的隔水边界;

第三、具有透水边界,补给水源和排泄出路。

不同的蓄水构造,对含水层的埋藏及地下水的补给水量、水质均有很大的影响。尤其在坚硬岩层分布区,首先要查明蓄水构造,才能找到比较理想的地下水源。这类蓄水构造主要有:单斜蓄水构造、背斜蓄水构造、向斜蓄水构造、断裂型蓄水构造、岩溶型蓄水构造等。在松散沉积物广泛分布的河谷、山前平原地带,有人根据沉积物的成因类型,空间分布及水源条件,区分为山前冲洪积型蓄水构造、河谷冲积型蓄水构造、湖盆沉积型蓄水构造等。

地下水 - 水系统

地下水虽然埋藏于地下,难以用肉眼观察,但它象地表上河流湖泊一样,存在集水区域,在同一集水区域内的地下水流,构成相对独立的地下水流系统。

基本特征

地下水系统

在一定的水文地质条件下,汇集于某一排泄区的全部水流,自成一个相对独立的地下水流系统,又称地下水流动系。处于同一水流系统的地下水,往往具有相同的补给来源,相互之间存在密切的水力联系,形成相对统一的整体;而属于不同地下水流系统的地下水,则指向不同的排泄区,相互之间没有或只有极微弱的水力联系。此外,与地表水系相比较,地下水流系统具有如下的特征:

1、空间上的立体性:地表上的江河水系基本上呈平面状态展布;而地下水流系统往往自地表面起可直指地下几百上千米深处,形成空间立体分布,并自上到下呈现多层次的结构,这是地下水流系统与地表水系的明显区别之一。

2、流线组合的复杂性和不稳定性:地表上的江河水系,一般均由一条主流和若干等级的支流组合而成有规律的河网系统。而地下水流系统则是由众多的流线组合而成的复杂的动态系统,在系统内部不仅难以区别主流和支流,而且具有多变性和不稳定性。这种不稳定性,可以表现为受气候和补给条件的影响呈现周期性变化;亦可因为开采和人为排泄,促使地下水流系统发生剧烈变化,甚至在不同水流系统之间造成地下水劫夺现象。

3、流动方向上的下降与上升的并存性:在重力作用下,地表江河水流总是自高处流向低处;然而地下水流方向在补给区表现为下降,但在排泄区则往往表现为上升,有的甚至形成喷泉。

除上述特点外,地下水流系统涉及的区域范围一般比较小,不可能象地表江河那样组合成面积广达几十万乃至上百万平方公里的大流域系统。根据托思的研究,在一块面积不大的地区,由于受局部复合地形的控制,可形成多级地下水流系统,不同等级的水流系统,它们的补给区和排泄区在地面上交替分布。

地下水域

地下水域就是地下水流系统的集水区域。它与地表水的流域亦存在明显区别,地表水的流动主要受地形控制,其流域范围以地形分水岭为界,主要表现为平面形态;而地下水域则要受岩性地质构造控制,并以地下的隔水边界及水流系统之间的分水界面为界,往往涉及很大深度,表现为立体的集水空间。

如以人类历史时期来衡量,地表水流域范围很少变动或变动极其缓慢,而地下水域范围的变化则要快速得多,尤其是在大量开采地下水或人工大规模排水的条件下,往往引起地下水流系统发生劫夺,促使地下水域范围产生剧变。

通常,每一个地下水域在地表上均存在相应的补给区与排泄区,其中补给区由于地表水不断地渗入地下,地面常呈现干旱缺水状态;而在排泄区则由于地下水的流出,增加了地面上的水量,因而呈现相对湿润的状态。如果地下水在排泄区以泉的形式排泄,则可称这个地下水域为泉域。

地下水 - 过度使用

一些地区(如中国的华北平原等地,台湾的云嘉南一带)以地下水作为工业、农业、养殖渔业和生活用水的主要来源,这些地区过量开采地下水,造成地层下陷,某些沿海地区还造成海水渗入,造成地下水咸化。

此外,过度使用地下水造成地下水位下降,会使河水断流,水源枯竭,甚至造成地裂缝,以及地下水污染、土壤盐渍化、湿地消失,植被退化,土地沙化,且造成土地防洪以及调节的功能丧失等环境问题。地下水资源比地表水容易受到污染而又难以恢复,所以要保护地下水资源。

地下水 - 环境问题

由于过量的开采和不合理的利用地下水,常常造成地下水位严重下降,形成大面积的地下水下降漏斗,在地下水用量集中的城市地区,还会引起地面沉降。此外工业废水与生活污水的大量入渗,常常严重地污染地下水源,危及地下水资源。

地面沉降

地下水资源的开发利用普遍,开采强度提高,由于开采格局不合理,因抽取地下水而引发的地面沉降。

岩溶塌陷

大规模集中开采地下水以及矿山排水等,造成地面塌陷频繁发生。据不完全统计,中国23个省(自治区、直辖市)发生岩溶塌陷1400多例,塌坑总数超过4万个,给国民经济建设和人民生命财产带来严重威胁。2003年8月4日,广东阳春市岩溶塌陷造成6栋民房倒塌、2人伤亡、80多户400多人受灾;2000年4月6日武汉洪山区岩溶塌陷造成4幢民房倒塌,150多户900多人受灾;20世纪80年代,山东泰安岩溶塌陷造成京沪铁路一度中断、长期减速慢行;贵昆铁路因岩溶塌陷发生列车颠覆事件

海水入侵

在环渤海地区、长江三角洲的部分沿海城市和南方沿海地区,由于过量开采地下水引起不同程度的海水入侵,呈现从点状入侵向面状入侵的发展趋势。海水入侵使地下水产生不同程度的咸化,造成当地群众饮水困难,土地发生盐渍化。

水质污染

城市与工业“三废”不合理或不达标排放量的迅速增加,农牧区农药、化肥的大量使用,导致地下水污染日益严重,呈现由点到面、由浅到深、由城市到农村的扩展趋势。据新华网报道,有关部门对118个城市连续监测数据显示,约有64%的城市地下水遭受严重污染,33%的地下水受到轻度污染,基本清洁的城市地下水只有3%。

2012年5月11日,中国国土资源部《2011中国国土资源公报》面向社会发布,公报显示中国城市地下水较差、极差级比例已经过半,全国地下水质量状况不容乐观。

公报对中国200个城市开展地下水水质监测。在4700多个水质监测点上进行的取样测试分析结果表明,水质呈优良级的占全部监测点的11%;水质呈良好级不足三成;水质呈较差级的超过四成;水质呈较差-极差级的占55%。总体来讲,全国地下水水质变化以稳定为主,呈变好趋势和变差趋势的监测点比例相当。地下水质呈变好趋势的城市主要分布在四川、贵州、西藏、内蒙古、广东等地的部分城市。

其他问题

改变自然景观。北京地区多处历史名泉已因地下水位严重下降而枯竭;新疆吐鲁番地区的沙漠中有600万亩绿洲,其中有百万亩良田,因过量开采地下水,已使良田周围靠地下水涵养的草场出现枯死现象。[10]

地下水 - 中国地下水分布

地下水资源分布于中国的各大平原、山间盆地、大型河谷平原和内陆盆地的山前平原和沙漠中,主要包括黄淮海平原、三江平原、松辽平原、江汉平原、塔里木盆地、准葛尔盆地、四川盆地、以及河西走廊、河套平原、关中盆地、长江三角洲、珠江三角洲、雷州半岛等地区。

中国平原盆地地下水分布面积273.89平方千米,占全国评价区总面积的28.86%;地下水可开采资源量1686.09亿立方米/年,占全国地下水可开采资源总量的47.79%。

黄淮海平原是中国第一大地下水富集区。评价区面积24.13平方千米,占中国评价区总面积的2.64%,地下水可开采资源量373.37亿立方米/年,占中国地下水可开采资源总量的10.58%,范围包括北京市南部、天津市大部、河北省东部、河南省东北部、山东省西北部、安徽省北部和江苏省北部地区。

三江-松辽平原是中国第二大地下水富集区。评价区面积34.2平方千米,占全国评价区总面积的3.74%,地下水可开采资源量306.4亿立方米/年,占中国地下水可开采资源总量的8.68%,范围包括黑龙江省的大部、吉林省西部、辽宁省西部和内蒙古自治区的东北部地区。

黄土地区地下水是平原-盆地地下水的一种,是中国的一大特色,主要分布在中国的陕西省北部、宁夏回族自治区南部、山西省西部和甘肃省东南部地区,即日月山以东、吕梁山以西、长城以南、秦岭以北的黄土高原地区。黄土地区地下水主要赋存于黄土塬区,在一些规模较大的塬区,地下水比较丰富,具有供水价值。评价区面积17.18万平方千米,占全国评价区总面积的1.81%;地下水可开采资源量97.44亿立方米/年,占全国地下水可开采资源总量的3.0%。


岩溶地区地下水主要赋存于碳酸盐岩(石灰岩)的溶洞裂隙中,其赋存状态取决于岩溶发育程度。中国碳酸盐岩分布较广,有的直接裸露于地表,有的埋藏于地下,不同气候条件下,其岩溶发育程度不同,特别是北方和南方地区差异明显。中国岩溶地区地下水分布面积约82.83万平方千米,占全国评价区总面积的8.73%;岩溶地下水可开采资源量870.02亿立方米/年,占全国地下水可开采资源总量的26.7%,开发利用价值非常大。

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