淺談地下水降落漏斗

1、淺談地下水降落漏斗淺談地下水降落漏斗學(xué)院：水文水資源學(xué)院專業(yè)：水文學(xué)及水資源班級(jí)：水文一班姓名：付曉花學(xué)號(hào)：121301010011指導(dǎo)教師：束龍倉(cāng)教授1 / 8淺談地下水降落漏斗淺談地下水降落漏斗一、引言據(jù)中國(guó)環(huán)境報(bào)報(bào)道，2005年全國(guó)地下水降落漏斗188個(gè)。在具備系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的171個(gè)地下水降落漏斗中，漏斗面積擴(kuò)大的有65個(gè)（面積擴(kuò)大了6736平方公里）、漏斗面積縮小的有57個(gè)（面積縮小了2175平方公里）、漏斗面積保持穩(wěn)定的有49個(gè)。西安具有八水繞長(zhǎng)安的豐富水源，曾造就了13朝古都的輝煌。但在上世紀(jì)90年代前期，“八水”入不敷出，無法滿足西安城市生活用水需求，八成以上的工、農(nóng)業(yè)用水都靠抽

2、采地下水，即打井取水。常年嚴(yán)重超采，使得西安城區(qū)承壓水位急劇降低，形成了面積200多平方公里的地下水下降漏斗區(qū)，覆蓋西安主城區(qū)建成區(qū)面積的一半。較嚴(yán)重的南郊小寨、大雁塔一帶，地下水位已降至100米以下。名聞遐邇的西安大雁塔是古城西安的標(biāo)志性建筑和著名的旅游景點(diǎn)，1962年被列為第一批國(guó)家重點(diǎn)文物保護(hù)單位。它始建于唐永徽三年（公元652年），是唐高宗李治為安置高僧玄奘從印度帶回來的佛經(jīng)而建造的。在1300多年的風(fēng)風(fēng)雨雨中，大雁塔經(jīng)歷了70多次地震，再加上歷史上頻繁的戰(zhàn)爭(zhēng)和近代超量開采地下水等原因，塔身出現(xiàn)傾斜現(xiàn)象。新中國(guó)成立后，政府有關(guān)部門曾幾次組織對(duì)大雁塔進(jìn)行監(jiān)測(cè)，1964年測(cè)得塔身傾斜873

3、毫米，1983年測(cè)得塔身傾斜998毫米，同時(shí)發(fā)現(xiàn)塔身及其周圍地面每年下沉70至80毫米。雖說“十塔九斜”，但造成大雁塔加速傾斜的主要原因，還是地下水的過度抽取。測(cè)量數(shù)據(jù)顯示，大雁塔從公元652年始建至1941年傾斜413亳米，共經(jīng)歷了1289年。之后卻在短短55年間，傾斜度增加了近600毫米。特別是上世紀(jì)80年代至90年代，大雁塔的傾斜速度最快。這一時(shí)期，由于經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市人口的急劇增加，西安市城市用水量也隨之急劇增加，加之天氣干旱，河流水量減少，大雁塔周圍各大單位和居民吃水困難，就自己打井,無限制開采地下水。山于常年嚴(yán)重超采，使得西安市承壓水位大幅度下降，引起地面大范圍的不均勻沉降，危

4、及大雁塔建筑，加速了大雁塔傾斜下沉。自黑河水成為西安主要飲水水源后，為了保護(hù)和涵養(yǎng)地下水資源，西安市開始封停、填埋各類自備井，并從2009年起實(shí)施地下水回灌，加速地下水位的回升。西安市先后建成6處地下水回灌示范點(diǎn)，而6處回灌井各有側(cè)重：長(zhǎng)安大學(xué)兩處回灌井和中核262廠回灌井距大雁塔不遠(yuǎn)，希望以此盡快抬升地下水位，逐漸“扶正”大雁塔；西安工程技術(shù)學(xué)院回灌井和西安理工大學(xué)回灌井，則分別位于電視塔地下水漏斗區(qū)和胡家廟沉降漏斗中心；三水廠回灌井位于西郊地下水漏斗區(qū)。通過封井、回灌地下水，西安市地下水位已開始緩慢回升，地面沉降和地裂縫發(fā)展得到遏制。地下水回灌除了抬升地下水位、修復(fù)地面沉降帶來的環(huán)境地質(zhì)問

5、題，還起到儲(chǔ)存水源的作用。二、地下水降落漏斗的形成在生產(chǎn)井開采過程中地下水向?yàn)V水管處匯集，形成局部地下水降落漏斗-。隨著抽水時(shí)間的延續(xù),漏斗中心水位降深逐漸加大，降落漏斗范圍也將增大,直至匯水量與出水量達(dá)到平衡,漏斗呈現(xiàn)穩(wěn)定狀態(tài)。開采過程停止，地下水流場(chǎng)將逐漸恢復(fù)到其原有的狀態(tài)，地下水降落漏斗也將逐漸消失。由以上過程可以看出，地下水降落漏斗的形成是地下水開采過程中產(chǎn)生的一種必然現(xiàn)象。當(dāng)?shù)叵滤a(bǔ)給量與開采量達(dá)到平衡是，地下水位維持穩(wěn)定；偶爾的、暫時(shí)的超量開采，地下水降落漏斗會(huì)逐漸恢復(fù)；長(zhǎng)期的、大量的超采地下水，地下水位來不及恢復(fù)，地下水降落漏斗會(huì)越來越大，帶來一系列問題。礦井開挖或地質(zhì)變遷破壞地

6、下水隔水層，也會(huì)造成地下水急劇下降，形成地下水降落漏斗。三、地下水降落漏斗的利與弊（-）地下水降落漏斗的利地下水資源是一種可持續(xù)開采、可再生的資源，地下水降落漏斗本身并不是地質(zhì)災(zāi)害，而是地下水開采過程中產(chǎn)生的一種水文地質(zhì)現(xiàn)象。漏斗是可以控制和恢復(fù)的，只有在控制不當(dāng)?shù)那闆r下才會(huì)引發(fā)一系列地質(zhì)環(huán)境問題?？茖W(xué)合理的控制地下水開采強(qiáng)度，可以保證在不產(chǎn)生明顯環(huán)境影響的條件下，獲取理想的地下水資源量，使資源開發(fā)與環(huán)境保護(hù)相協(xié)調(diào)。1、漏斗的出現(xiàn)才能保證取水不論是城市供水水源地還是農(nóng)業(yè)的井灌區(qū)，都希望科學(xué)合理地挖掘取水建筑物的潛力，保障按量供水也就是保證了工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活水平的需求。漏斗的出現(xiàn)是從水井中取

7、水的必然結(jié)果。2、漏斗的出現(xiàn)可以獲得額外的補(bǔ)給水源隨著地下水庫(kù)概念的提出，我們可以將地下水降落漏斗理解為地下水庫(kù)，漏斗的出現(xiàn)形成了地下水庫(kù)庫(kù)容，地下水降落漏斗的變化改變著地下水庫(kù)庫(kù)容的大小。漏斗的形成有利于接受各種補(bǔ)給。（1）獲得地表水體的額外補(bǔ)給：漏斗的發(fā)展和擴(kuò)大，會(huì)使原來不發(fā)生補(bǔ)給關(guān)系的地表水體發(fā)生補(bǔ)給。如：西安城市的供水水源地均是傍河水源地，當(dāng)漏斗區(qū)取水?dāng)U大后，漏斗范圍也隨之增大，當(dāng)擴(kuò)大到河床時(shí)這些水源地就獲得了河水的補(bǔ)給。（2）獲得降水入滲和灌溉水入滲的補(bǔ)給：在少量開采地下水的情況下，地下水漏斗很不明顯。這兩部分的補(bǔ)給對(duì)地下水的影響只是使該地的地下水位升高，水量增加，但隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而

8、變成徑流流向下游或全部消耗于蒸散發(fā)。地下水降落漏斗形成后，在漏斗范圍內(nèi)的兩種補(bǔ)給，可以全部轉(zhuǎn)化為開采量，將兩種入滲補(bǔ)給全部奪取。3/8淺談地下水降落漏斗可以獲得下部承壓水的補(bǔ)給，承壓水漏斗可以獲得潛水補(bǔ)給，這是毋庸置疑的。如果在形成漏斗后潛水和承壓水的水位出現(xiàn)水位差時(shí)，水位高的一方會(huì)通過隔水層天窗向另一方流動(dòng)而形成補(bǔ)給關(guān)系。（3）獲取地下水本身的補(bǔ)給。漏斗未形成前，地下水按補(bǔ)給區(qū)-徑流區(qū)-排泄區(qū)的規(guī)律運(yùn)動(dòng)，基本可分割成條帶狀即單寬流量，互不干擾。漏斗形成后改變了這種狀態(tài)，取水建筑物的四周，均向中心匯流。原來只接受上游地下水的補(bǔ)給，漏斗擴(kuò)大后，使其左右兩側(cè)地下水流拐向漏斗區(qū)，下游的地下水也倒向漏

9、斗區(qū)，因而增加了開采量。（二）地下水降落漏斗的弊當(dāng)然，地下水降落漏斗也有不利影響。1、漏斗區(qū)內(nèi)水位的大幅度下降，會(huì)增加開采成本，水位的不斷下降,會(huì)帶來機(jī)井、電機(jī)、水泵的更新?lián)Q代;另外，提水要消耗能量，能耗與抽水量和揚(yáng)程的乘積成正比,在同樣的開采量情況下，水位不斷下降也需要水泵揚(yáng)程的不斷增加,消耗的能量也隨之增大，所以會(huì)增大開采成本。2、漏斗的發(fā)展擴(kuò)大可能引入新污染源。當(dāng)納入補(bǔ)給的地表水受到污染時(shí)，漏斗擴(kuò)大后將引入新的污染源；當(dāng)漏斗擴(kuò)大到沿海地區(qū)引起海水倒灌時(shí)也會(huì)使水質(zhì)變差。3、對(duì)漏斗區(qū)農(nóng)業(yè)的影響:取水量困難，機(jī)泵更新，能耗增加，加重農(nóng)民負(fù)擔(dān)。4、產(chǎn)生不良地質(zhì)現(xiàn)象的危害:如發(fā)生地面沉降,地裂縫，

10、有的還可能誘發(fā)滑坡。地下水的大量抽取，使地下水位落差變大,這種落差會(huì)促使其補(bǔ)給速度相應(yīng)地加快,補(bǔ)給水垂直或者傾斜地沖刷其經(jīng)過的路徑，攜帶大量的泥沙向下移動(dòng)，引起地面下沉和裂縫。而界定地下水降落漏斗是否構(gòu)成環(huán)境地質(zhì)問題或者造成地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)主要從以下幾方面考慮:一是要看地下水降落漏斗的最大降深是否超過了含水層的極限開采深度;二是要看漏斗規(guī)模是否穩(wěn)定;三是要看區(qū)域地下水下降是否引發(fā)災(zāi)害性環(huán)境條件變化。總之，地下水漏斗是地下水下開采強(qiáng)烈引起的必然結(jié)果。對(duì)地下水漏斗產(chǎn)生的利弊要做全面的分析。根據(jù)不同情況區(qū)別對(duì)待，要揚(yáng)長(zhǎng)避短，揚(yáng)其利,避其弊，使這對(duì)矛盾著的事物盡力使其處于平衡狀態(tài)，使其更好地為人類服務(wù)。四、

11、地下水水位下降的主要因素#/8淺談地下水降落漏斗（一）氣象因素降雨是淺層含水巖組的主要補(bǔ)給來源之一。降水量，相對(duì)濕度減少，減少了地下水的補(bǔ)給量，氣溫、蒸發(fā)量增高相對(duì)加大了地下水的排泄,這是造成淺層含水巖組地下水水位下降的重要客觀因素。（二）地下水不合理的超量開采地下水動(dòng)態(tài)特征是在水文、氣象、地質(zhì)條件等各種因素影響下綜合的結(jié)果。地下水的補(bǔ)給與排泄在天然條件下形成多年平衡狀態(tài),呈周期性的循環(huán)變化，但由于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的快速發(fā)展,地下水的開采量大于補(bǔ)給量，則使原來的平衡狀態(tài)被打破，導(dǎo)致水位下降。因而,人為開采地下水是造成淺層地下水水位下降的乂一重要因素。（三）地下水開采強(qiáng)度的不均一性由于水文地質(zhì)條件、開

12、采條件的制約及需水量的差異性，集中開采區(qū)形成了淺層地下水水位下降，這是淺層地下水水位下降漏斗形成的乂一重要因素。五、地下水降落漏斗的控制與恢復(fù)地下水降落漏斗的形成與發(fā)展是與地下水開采強(qiáng)度、區(qū)域水文地質(zhì)條件密切相關(guān)的）在一定的水文地質(zhì)條件下，如果開采量小于最大允許開采量，地下水降落漏斗將在某一特定值達(dá)到穩(wěn)定；當(dāng)開采量大于最大允許開采量時(shí)，降落漏斗將不斷擴(kuò)大，但此時(shí)減少開采量至最大允許開采量以下，降落漏斗將縮小并最終穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)。如西安市通過采取封停、填埋各類自備井，并從2009年起實(shí)施地下水回灌,加速地下水位的回升，使大雁塔的“改斜歸正”，地面沉降和地裂縫發(fā)展得到遏制，對(duì)于加強(qiáng)地下水環(huán)境修復(fù)

13、保護(hù)等發(fā)揮了積極作用。而西安市每天自來水用水量約90萬(wàn)立方米，而6個(gè)回灌點(diǎn)每天回灌量約1200立方米，如果回灌井附近高層住宅出現(xiàn)水壓不足，會(huì)適當(dāng)減少回灌量或暫?；毓?，所以不會(huì)出現(xiàn)與百姓“爭(zhēng)水”的現(xiàn)象?？梢姡叵滤德渎┒肥情_采地下水的必然結(jié)果，而且降落漏斗是可控制的,那么就可以利用它為人類服務(wù)，提供更多的地下水資源。在含水層厚度大,地下水徑流條件良好的地區(qū)，通過加大開采量,可以形成一定降深、一定范圍的地下水降落漏斗。由于疏干了特定區(qū)域內(nèi)的地下水，增加了蓄水空間，該降落漏斗可以更多地接受地表水入滲補(bǔ)給，并可截取更多的地下水徑流量,從而增加地下水可開采量。有效地控制和利用地下水降落漏斗、應(yīng)該首先考

14、慮以下兩個(gè)要條件：一是要有良好的水文地質(zhì)條件，包括含水層厚度大、顆粒粗，地下水徑流條件好；二是要有充足的補(bǔ)給水源，包括地表水入滲補(bǔ)給和地下水的側(cè)向徑流補(bǔ)給。六、結(jié)論總之，地下水資源是一種可持續(xù)開采、可再生的資源，地下水降落漏斗是地下水開采過程中引起的必然結(jié)果，它具有利弊兩面性，而且是可以控制和恢復(fù)的,只有在控制不當(dāng)?shù)那闆r下才會(huì)引發(fā)一系列地質(zhì)環(huán)境問題。為此，我們應(yīng)對(duì)地下水降落漏斗產(chǎn)生的利弊做全面的分析，根據(jù)不同情況區(qū)別對(duì)待。我們應(yīng)優(yōu)先保證生活用水、統(tǒng)籌兼顧生產(chǎn)和生態(tài)用水的原則，科學(xué)合理地控制地下水開采強(qiáng)度，可以保證在不產(chǎn)生明顯環(huán)境影響的條件下,獲取最理想的地下水資源量，使資源開發(fā)與環(huán)境保護(hù)相協(xié)調(diào)，確保經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的正常需要，使其更好地為人類服務(wù)。參考文獻(xiàn)：1霍建光.地下水下降漏斗利與弊的探討J.山西水利科技，2000,(136)：7475劉柱國(guó).淺析地下