地下水地质环境问题
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发布时间：2022-05-10 20:33
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时间：2023-10-29 14:36
一、地下水开发利用状况
新中国成立前，我国的地下水开发与利用只在一些局部地区进行，大多数是在农村，利用浅井解决人畜用水。新中国成立后，国家开展了全国水文地质普查以及城市供水等勘探工作，地下水在全国范围内被广泛开发，成为工农业用水以及城市生活用水的重要来源，特别是在北方地区，地下水更具有重要的地位。
在20世纪后50年中，随着经济建设的发展进程，我国地下水的开发利用大致可划分为两个阶段。第一个阶段是1950～1980年，地下水由少量开采猛增至700亿m3/a，占当时全国用水量的18%左右。第二个阶段是1980～2000年，这一时期我国的国民经济进入稳步高速发展时期，对水资源的需求日益增长，地下水的开采量突破1000亿m3/a，占全国用水量的20%左右。
1950～1960年，我国地下水的开发，以解决城市供水为重点。60年代，由于华北遭受严重旱灾，地矿部门大搞抗旱打井运动，重点在华北地区建立了大规模的井灌系统，并逐渐向东北、西北等地区推广。
根据1980年全国地下水开采量的统计，总开采量为759亿m3/a，约占天然资源的12%。其中平原区占75%，山区占25%。按区域分，北方占84%，南方占16%。北方平原地区占全国开采量的71%，而南方仅占3.5%。由此可见，全国地下水的开采量，北方平原地区占主要地位。
据有关部门统计，1997年全国总供水量为5560.45亿m3，其中17.4%来自地下水。地下水供水量占总供水量50%以上的有4个省（市），包括河北（75%）、北京（66.6%）、山西以及河南。其次是地下水供水量约占总供水量30%～40%的山东、辽宁、陕西、内蒙古、黑龙江、天津、吉林等省（市、自治区）。在1997年全国地下水实际开采量中，农业用水占54.3%，工业用水占17.5%，城镇及农村生活用水占20.2%，其他占8%。
据不完全统计，全国大、中、小型地下水水源地共792个。其中开采量超过5万m3/d的水源地共240个。这些大型或特大型水源地多数分布在华北地区，如北京、天津、河北、山东、山西和河南6省市，共115个，占全国大型或特大型水源地总数的47.9%。东北3省共30个，占总数的12.5%。西北6省、区共48个，占总数的20%。以上15个省、市、自治区共有大型或特大型水源地193个，占全国总数的80.4%，开采量占全国大型或特大型水源地实际开采总量的82.2%。
根据1980，1993，2000年的统计结果，全国实际供水量的水源构成上，地表水所占的比例持续下降，而地下水所占比例则有所上升。灌溉农业用水在总用水量中所占比例最高，但用水量呈递减趋势，工业和城市生活用水则快速上升。
二、地下水开发引起的主要环境地质问题
随着人口的增长、城市化的推进、工农业的发展，我国的供水需求大幅度上升。地下水是我国城市供水水源之一，特别是在北方地区，大多数城市都以地下水为主要供水水源。地下水的大量开采，具有两重效应，即正效应与负效应。从地下水开采的正效应来看，开采地下水在很大程度上满足了工农业生产与人们生活的需要，促进了国民经济的发展，改善了人民的生活水平。合理的地下水开采方式还可以使水质水量保持稳定，有利于城市生态系统的健康发展。地下水开采的负效应主要是过量开采地下水所带来的对城市或环境造成的不利影响，主要表现为水资源枯竭、地面沉降、海水入侵、岩溶塌陷、生态环境恶化等，由于供求矛盾的日益尖锐，还往往形成恶性循环，构成地质灾害，对城市环境和人民生命财产造成巨大损失或严重威胁。
（一）地下水资源枯竭
任何地区的水资源在一定范围内总是有限度的，不管水资源如何丰富，都不可能无*地扩大开采。水资源学提出了可采资源的概念，是指保证水质、水量维持稳定，同时对社会环境不产生任何不利影响的地下水开采量。
但是，我国大多数城市都以工业为主，且大部分工业企业集中在市区或近郊区，对水的需求量和消耗量都很大，所以水源地也主要围绕城市地区分布。随着城市人口增长和城市规模的扩大，地下水的开采量因需水量的猛增而急剧上升，原有的水源地没有及时调整，地下水过量开采的情况十分严重。
据中国地质环境监测院对全国125座城市的统计（2006年），全国共有216个地下水降落漏斗，其中浅层地下水降落漏斗120个，深层地下水降落漏斗91个，岩溶地下水降落漏斗5个。浅层地下水降落漏斗主要分布在华北、华东地区，漏斗面积从数十平方千米到数千平方千米。深层地下水降落漏斗在华北、东北、华东地区分布较普遍，漏斗面积多在100km2以上，甚至达数千平方千米。
从20世纪80年代以来，城市地下水过量开采已成为一个全国性的普遍现象，而且北方有些城市如太原、西安、石家庄、保定、沧州等，年均地下水位降幅超过10m。在北方地区，由于地下水位持续下降，漏斗范围不断扩大，造成生产井出水量严重衰竭，大批水井吊泵报废，甚至某些水源地*停产。在南方地区，地下水位基本保持稳定或缓慢下降。
（二）地面沉降
地下水的过量开采，尤其是在由松散的冲积、湖泊或浅海沉积物填充的盆地中，后果之一就是发生地表的下陷或沉降，即地面沉降。
地面沉降大部分产生在地下水开采量很大的滨海工业城市与农业生产区域，城市中发生的地面沉降常常给工业生产、市政设施和人民生活带来危害。如日本的东京、新潟、大阪，美国的得克萨斯州休斯敦—加尔维斯敦沿海地区、加利福尼亚圣克拉拉河谷地区、意大利威尼斯地区、我国的华北平原、长江三角洲和汾渭盆地等。地面沉降已成为当今世界最重要的公害之一。以上海市为例，长期开采地下水作为主要工业供水水源。上海地面沉降最早发现于1921年，截至2004年，地面平均沉降1947.6mm，最大沉降量约2998.5mm（Gong Shiliang et al.，2005）。地面沉降是一种人们不易觉察的缓变性地质灾害，它所造成的损失是一个连续的、不断累积的增量变化过程。当人们意识到这种损害时，它所带来的损失已非常巨大，并且影响范围也已非常广泛和持久。在全世界发生过或正在发生地面沉降的城市或地区，因地面沉降遭受的损失包括排水系统失效、城市泄洪能力降低、地下管网破坏、房屋严重受损、交通设施破坏、风暴潮更加频繁与严重等。
根据大量资料的统计分析，地面沉降量随着地下水开采量的增长而增长。而且地面沉降区与地下水降落漏斗的范围也基本一致。地面沉降的主要原因是大量开采地下水，造成了地下水位降落漏斗区域内的软土层发生脱水压缩。
我国地面沉降最早发生在20世纪20年代的上海和天津市区。此后，长江三角洲地区的主要城市如苏州、无锡、常州等、天津市平原区、河北东部平原地区也发生了地面沉降。到2002年，全国范围内发生不同程度地面沉降的城市和地区已有96个，主要分布在长江三角洲、华北平原、汾渭盆地、松嫩平原、珠江三角洲、江汉平原等地，其中前三个地区是我国地面沉降灾害发生的三大区域。华北平原是我国地面沉降面积最大的地区，由于长期超采地下水，目前已形成一个跨京、津、冀、鲁的深层地下水位区域降落漏斗，全区深层地下水位低于海平面的范围已达到76732km2，占整个华北平原区总面积的55%，目前华北平原发生地面沉降的面积已经超过平原区总面积的1/3。
（三）海水入侵
在自然状态下，沿海地区地下含水层一般自陆地向海洋延伸，由于陆地含水层的地下淡水保持较高的水头，可以阻止密度较高的海水向陆地的入侵，所以两者处于一个动态平衡中。当沿海地带大量开采地下水以后，地下水位下降，咸淡水原有的平衡关系被打破，海水开始向陆地入侵，出现海水入侵现象。
海水入侵是沿海地区常见的一种主要因地下水资源开发不当引起的环境恶化现象，也是现代社会中具有特色的资源与环境问题。海水入侵常常会导致沿海地区的生态环境破坏，淡水资源减少，大量机井报废，给当地工农业生产和居民生活产生严重影响，造成巨大的经济损失，这种情况在经济发达的沿海地区尤为突出。目前，全世界已在50多个国家和地区的几百个地段发现了海水入侵，这些地段主要分布在社会经济发展程度较高的滨海平原、河口三角洲及海岛地区，如美国长岛、墨西哥赫莫斯城，日本、以色列、荷兰、澳大利亚的滨海地区。
我国海岸线长达1800多千米，沿海地区因为具有优越的海洋地理位置成为经济发展的战略重点。但是，自20世纪80年代以来，不少沿海地区由于地下水过量开采，不同程度地出现了海水入侵加剧的现象。辽宁、河北、山东、江苏、天津、上海、广西等省市自治区均有发生，经济损失巨大，对国民经济发展产生了严重影响。在山东省莱州湾地区，截至1995年底，海水入侵面积已发展到970余平方千米，造成40多万人吃水困难，8000多口农田机井因水质咸化而报废，4万多公顷耕地丧失灌溉能力，粮食每年减产3亿kg。
（四）岩溶塌陷
在碳酸盐岩广泛分布的地区，地下溶洞发育，岩溶塌陷现象十分普遍。这些岩溶塌陷除极少数是因为天然作用造成的外，绝大多数是由人类活动引发的，例如矿区内对岩溶矿床的大量排水，大量开采岩溶地下水。其中在城市和工业区中，由于大量开采岩溶水而引发的塌陷，造成的危害和经济损失十分严重。这类塌陷主要发生在平原岩溶浅埋地区，上覆厚度不等的第四系孔隙含水层与下伏的岩溶含水层形成双层结构，两者常具紧密的水力联系。地下溶洞大部分被泥沙充填，使地面得以保持稳定。但在强烈抽水的情况下，洞内充填的泥沙被潜流冲蚀掏空——这是导致地面塌陷的主要原因。
据调查，岩溶塌陷不仅在我国华南、西南地区十分普遍，在华北地区也较为严重。目前全国已有23个省区发现有岩溶塌陷发育，共计800多处，塌陷坑总数近3万个，其中多数是由开采岩溶水导致。我国岩溶塌陷较为严重的城市，在南方有湖北的武汉、黄石、咸宁，湖南的株洲、怀化、湘潭，江苏的南京、徐州，浙江的杭州，江西的九江，重庆，云南的昆明，贵州的贵阳、水城、安顺、遵义，广西的桂林、柳州、玉林，广东的广州、肇庆等；在北方，有辽宁的大连、鞍山，河北的秦皇岛、唐山，山东的济南、泰安、淄博、枣庄等。
岩溶塌陷对城市建筑、铁道、公路、矿山设施、桥梁、农田以及人民生命财产会造成严重损害，而且破坏水源与生态环境。仅国内铁路线及场站已发生重大塌陷50余次，累计中断行车1700小时以上，造成行车*事故多起，仅治理费用已逾亿元。贵阳、昆明、武汉、杭州、南京及广州等省会城市和桂林等20多个中小城市，都曾由于岩溶塌陷发生对城市建筑造成不同程度的破坏。
（五）荒漠化
荒漠化主要是指非荒漠地区，如绿洲或草场，由于天然或人为作用，生态环境受到破坏，使原来的耕地或草场逐渐演化为荒漠的过程。荒漠的主要特征是基本无地表水体，植被稀少，一般动物难以生存，形成荒无人烟的不毛之地。联合国环境署明确提出的荒漠化概念是“由于人类不合理的活动所造成的干旱地区土地退化”。天然作用形成的荒漠化一般演变过程非常缓慢，例如气候干旱化，往往要经过几百年或上千年的时间；而人为作用形成的荒漠化，在短短几十年时间内，就可造成严重后果。
人类活动造成荒漠化的原因很多，例如森林、植被的人为破坏，盲目的大规模垦殖、拓荒以及草场过度放牧等。但很多地区的土地荒漠化主要是由于水资源开发不合理造成的，以河西走廊的石羊河流域最为突出。
根据全国荒漠化土地普查结果，我国近几十年来的荒漠化土地面积增加越来越快。从20世纪50年代到70年代，荒漠化土地年均增长1560km2。进入20世纪80年代，每年增长2400km2。每年因荒漠化危害造成的经济损失高达540亿元。
荒漠化带来区域气候恶化，突出地表现为沙尘暴和扬沙天气的剧增。我国西部干旱区是中亚沙尘暴区的重要组成部分。1950～1993年，该区域发生强沙尘暴76次，年均1.76次；而1990年以来，仅特强沙尘暴年均发生率就超过两次。特强沙尘暴造成的直接经济损失均过亿元。例如1993年5月5日，发生在新疆、甘肃、宁夏和内蒙古部分地区的一场特强沙尘暴造成的直接经济损失达5.4亿元；1998年4月袭击西北12个地、州的沙尘暴造成的直接经济损失达8亿元；1998年4月18日，新疆准噶尔盆地、吐鲁番盆地遭遇的特强沙尘暴造成的直接经济损失超过10亿元。
