环境地质学

节选

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    环境、人口及能源已并列成为当代世界*突出和亟待解决的三大难题。人类
的生存环境究其本质是地质环境,它包括大气圈、水圈、生物圈和岩石圈四个相
互联系和制约的统一整体,离开了地质环境就无法完整地研究人类赖以生存的周
围环境。由于全球人口激增和人类经济活动日趋频繁,人类与地质环境间的矛盾
日益突出。为了减轻自然灾害给人类带来的灾难,减轻人类自身经济技术活动给
人类生存环境带来的破坏,一门研究人类与地质环境相互作用、相互影响的新学
科——环境地质学(Environmental Geology)便应运而生。它是一门新兴的应
用地质学学科,也是环境科学的重要组成部分。可以预言,环境地质学在21世
纪会得到迅速发展和广泛应用,在社会主义现代化建设和国民经济建设中将发挥
重大作用。为了满足教学之需,我们编写了这本《环境地质学》教材。本书可作
为高职高专及“3+2”高职水文地质工程地质专业、地下水科学与工程专业、水
文与水资源工程专业、岩土工程专业、地质工程专业、环境工程专业、地质专
业、地理专业等专业的教材,也可作为成人教育相关专业的教材,还可供相关工
程技术人员参考或作为自学用书。
    环境地质学是一门综合性较强、涉及面很广、应用性很大、具有广阔发展前
景的新兴专业学科,为此,编写本书时,力争做到理论联系实际,加强基础,突
出重点,深入浅出,简明易懂,便于学习,便于应用。在内容安排上,尽量做到
科学性、先进性、实用性相结合,突出职教特色,教材内容具有“宽(知识面
宽,技术含量大),浅(内容深入浅出,浅显易懂),新(教材内容充分反映新理
论、新技术、新方法),活(内容鲜活,可读性好),用(实用)”的鲜明特色。
另外,在编写有关内容时,还引用了国家有关技术标准和现行规范,以便于实际
应用。根据学科现状和发展趋势,本教材主要包括环境地质学基本知识、环境水
文地质、环境工程地质、灾害地质等方面的内容。全书共分八章,主要内容为:
环境地质基础知识(环境与环境问题、生态学基础、地质作用与第四纪地质、地
质灾害概述等),地质环境与地方病,地下水污染,地下水开发引起的环境地质
负效应与废物土地处置,土地退化环境地质(土地沙化、水土流失、土壤盐碱
化),地震与火山,斜坡地质灾害(崩塌、滑坡、泥石流),地面变形地质灾害
(地面沉降、地面塌陷、地裂缝)等。由于“特殊土地质灾害”、“矿山与地下工
程地质灾害”等内容在工程地质学等相关课程中已经介绍,考虑到与相关学科的
衔接与联系,本书不再讲述。本书编排体系新颖,图文并茂,每一章都是一个独
立的模块,以便于不同专业、不同层次、不同类别、不同课时的教学需求,每章
后均附有复习思考题和习题,以利于学生学习。
    由于环境地质学涉及内容较多,发展迅速,编写本书时参考吸收了大量的国
 内外有关此领域的资料和成果,尤其是参阅了大专院校的有关教材和讲义(详见
书末参考文献),在此谨向有关作者深表谢意。本书初稿曾作为讲义使用。根据
使用情况、师生反映和学科的发展,本次正式出版前,编者对初稿进行了进一步
的修改和补充,使本书内容更加丰富、实用,特色更加鲜明。
    本书由蒋辉编写。刘超臣、苏养平教授审阅了全书,提出了许多宝贵的修改
意见,河南省地勘局第二水文地质工程地质队总工程师、教授级高级工程师王现
国博士也提出了许多宝贵的修改意见,本书部分插图由河南省地质测绘院吴燕合
等人绘制,在此一并表示衷心感谢。
    由于环境地质学内容广泛,发展迅速,某些内容还未定型,加之作者水平所
限,时间仓促,书中不妥之处在所难免,敬请读者批评指正,以便进一步修改,
使其日臻完善。
    编  者
    2008年1月

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第四章 
地下水开发引起的环境地质负
  效应与废物土地处置
  **节  地-F水开发引起的环境地质负效应

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    随着社会经济的迅速发展,人类对水资源开发利用量不断增加,常
常改变了水资源的自然循环过程、方式和强度,从而给当地环境带来一
系列不利的影响,这种现象称为环境负效应。
  一些地区在开发利用地下水的过程中,由于不合理开采,导致了水
位大幅度下降和水质恶化及其环境地质问题,必须认识到其危害性,必
须加强地下水资源的保护和有关问题的防治,切实防止地下水开发利用
中的环境地质负效应,保持地下水均衡开采利用,使地下水长期处于*
佳的良好状态,为人类造福。
    一、区域地下水fi持续-F降
    (一)区域地下水位持续下降的原因
    地下水动态变化是其补给量与排泄量之间平衡关系的综合表现。如果
地下水补给量大于排泄量,含水层中地下水储存量增加,水位上升;反之,
则储存量减少,水位下降。对一个地区而言,地下水未经大量开采之前,
基本上处于一种动态均衡状态,地下水位保持相对稳定。随着人口增加和
人类生产活动的加剧,地下水多年平均开采量超过多年平均补给量(即过
量开采),其天然动态均衡遭到破坏,结果导致地下水位逐年下降。世界上
许多开采地下水的地区,均出现了地下水位大面积、大幅度持续下降的现
象。从地下水均衡分析,其主要原因是:在整个含水层或含水层的某些地
段上,由于地下水的开采量长期地超过了补给量(即过量开采),出现负均
衡,进而逐渐消耗了储存量,并在一定周期内得不到恢复的结果。也即过
量开采,造成疏干性地下水位持续下降。图4—1是某地长期过量开采地下
水引起区域地下水位持续下降的实例图。在实际工作中,应注意水位持续
下降与降水周期性补给造成水位周期性波动变化的区别。
    地下水超量开采的直接后果是地下水降落漏斗范围不断扩大,区域
地下水位持续下降。据国土资源部全国地下水资源评价结果(2002年),
我国地下淡水天然资源量多年平均为8837×10。m。/a,地下淡水可采资源
量为3527×108m3。/a。近20年来,全国用水量急剧增长,地下水开采量
平均以每年25亿立方米的速度增长,全国有400多个城市开采利用地下
 水,年超采44亿多立方米。目前,全国已形成大型地下水位降落漏斗区100多个,总面积
达15万平方公里,大多数漏斗水位埋深大于50m。因严重超采地下水,中国的华北平原已
出现世界上面积*大的地下水下降漏斗,总面积在7×104km2以上,已基本连成一片,平
均水位低于海平面。漏斗中心水位逐年下降,个别地区的抽水井深度达几百米。
    在华北,北京、天津等27座以地下水为主要供水源的城市,地下水的开采已严重过量。
目前。整个华北平原水资源的开发利用已高达83.5%,而河北平原的巨大漏斗已经与北京、
天津的降落漏斗连为一体,成为一个2.3万平方公里的超大地下水降落漏斗,地下水位年均
下降达1~3m。
    由于地表水严重污染,江南地区不得不开采地下水,仅在苏锡常地区就有开采地下水的
深井2800余眼,从苏锡常到上海、嘉兴,形成了8000kmz的地下水漏斗,地下水位年下降
1~3m,部分地区大于3m,由此引发的地下水水质恶化正在威胁江南未来的水源地。
    根据调查分析,引起区域地下水位持续下降的具体原因,可归结为以下四个方面。
    ①对区域水文地质条件,特别是对地下资源的形成条件认识不全面,所计算的允许开
采量偏大,因而导致开采量长期大于补给量,引起区域地下水位持续下降。这种水位持续下
降的现象,一般以区域水位下降漏斗中心处的历年*枯水位的变化反映得*明显。
    ②不合理开采所造成的地下水位持续和大幅度下降。所谓不合理开采,主要指开采地
段、开采层次和开采时间上的“三集中”开采,以及开采中的无序状态。有时虽整个含水层
的补给量与开采量是基本平衡的,但由于某些局部地段或某个含水层位(或在某个深度上)
开采井过于集中,开采强度过大,也将造成局部地段或某个含水层的水位持续大幅度下降。
例如,上海市区共有5个含水层,地下水储存量相当丰富,但是87%的开采量集中于Ⅱ、
Ⅲ两个含水层,其中,又有84%的水井和80%~90%的开采量,集中在这两个含水层的沪
东杨树浦、虹口和沪西普陀、长宁、静安几个工业区,且水井大部分是供夏季(5~9月)
冷却和降温用的。因此,在这两个含水层的上述地段,井间干扰加剧,出水量减少,区域地
下水位大幅度下降,形成了区域地下水位下降漏斗中心,它们也是产生地面沉降*严重的地
段,而在集中开采区外围或Ⅳ、V含水层中,地下水位下降并不显著。
    此外,有些地区或水源地,因开采时间过分集中所造成的地下水位在某一时期内的大幅
度下降,虽然不一定是持续性的,但是它也会影响抽水设备的正常运转,并带来其他危害。
如农灌井,如果其密度较大,并在干旱年份的旱季集中开采,则可引起水位相互干扰,并大
幅度下降,使出水量减少,甚至出现“吊泵”或机井报废现象。
    ③由于人为或自然因素变化导致地下水补给量减少,引起区域地下水位下降。
    a.由于人为或天然原因,使地下水主要补给来源的地表水流量减少、断流,或使河床
淤积,导致地表水对地下水的补给量减少。例如,西北河西走廊武威山前平原地区,十多年
来,由于上游山区兴建水利工程,使河水对冲积扇地下水的补给量大大减少,导致冲洪积扇
前缘地区地下水位下降了3~lorn,使溢出带泉水流量减少了30%~90%。
    一些傍河水源地,由于河流流量减少或断流天数增加,或因河床淤塞、渗透性变差等,
导致地下水补给量减少,由此引起的地下水位下降更为明显。西安市的丰河水源地,1974~
1976年,由于河水断流天数比过去增加,致使水源地地下水位在此期间下降了6.8m。
    b.由于森林被破坏及垦荒过度等原因,导致区域气候变化,降水量减少,地面入渗条
件变差,使补给量小于开采量,引起区域地下水位下降。
    c.在水源地的同一水文地质单元内,由于矿床或其他地下工程深部疏干,或由于水源
地上游新建井群的截流,或外围地区水井增加开采深度等人为原因,也可引起某些水源地地
下水位大幅度下降。
    此外,由于开采地下水使区域地下水埋深增加,包气带厚度加大,使大气降水渗入补给
量减少,也会促使区域地下水位持续下降,某些以降水入渗补给的水源地,当开采的水位降
深较大时(10m以上),这种影响特别显著。
    ④由于经济建设的发展,人口的增长及生活水平的提高,对水的需求量明显增大。一
些地区已超过地下水允许开采量和已形成区域地下水位下降,但还要扩大开采量,这样,就
更加促进了地下水位下降的速度,导致一系列环境地质问题的发生。显然,这是不合理的,
但这种情况却很普遍,应引起高度重视,并采取防治措施,不能造成恶性循环。
    (二)区域地下水位持续下降的危害
    地下水持续下降是地下水过量开采的标志,它不仅导致地下水枯竭、井孔出水量减少、
井孔干枯报废,给水源地带来巨大的经济损失,也会产生种种环境地质问题。其主要危害
如下。
    ①地下水资源枯竭地下水资源是绝大多数城市主要的供水水源。由于城市人口激增、
工业企业密集,地下水开采量远远超出补给量,水资源日趋减少乃至枯竭的趋势愈加明显。
中国北方的北京、沈阳、石家庄、济南等大城市的地下水开采模数均已超过100×104m。/
(km2‘a),由于过量开采,结果造成补给量与排泄量的平衡关系失调,地下水位持续下降,
部分地区出现含水层被疏干的严重现象。
    ②由于区域地下水位下降,使取水工程的出水量不断减少,有时必须更换抽水设备才
能取水,使抽水成本不断增加,严重时,甚至使水井报废。许多大型水源地和井灌区,都存
在此问题。例如,山东淄河的冲洪积扇区,因大量取水,15年内全区地下水位普遍下降了
lOm,*大者达30m以上,使原有2000余眼浅机井及附近泉水全部枯竭。机井报废、打深
机井及更换水泵的经济损失达5000多亿元。此外,耗电量的增加,使浇地成本由原来的每
亩0.4~o.5元增加到1.2元以上,使全灌区每年多耗电费140多万元。北京市,上海市,
德州市,阜阳市,苏、锡、常地区,地下水降落漏斗面积超过了1000km2。全国有100多个
城市和一些井灌区地下水位持续下降,主要分布在北方缺水地区和东南沿海地区,有些地区
漏斗中心水位降深数十米到百余米,有的地方地下水已濒l临枯竭。因水位大幅度下降,我国
年报废水井达上万眼。
    ③由于区域地下水位下降,可引起地面沉降、地裂缝及地面塌陷等严重环境地质问题。
地面沉降是目前世界上许多抽取地下水的平原区,特别是滨海城市所共同面临的严重问题。
一些地区的*大地面沉降值如下:美国的长滩市,9.5m;东京,4.6m;大阪,2.88m;墨
西哥城,8m;上海市,2.6m(1921~2007年)。国内至少还有天津、西安、太原、苏州及

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封面

环境地质学

书名:环境地质学

作者:蒋辉

页数:306

定价:¥29.8

出版社:化学工业出版社

出版日期:2008-02-01

ISBN:9787122019349

PDF电子书大小:157MB 高清扫描完整版

百度云下载:http://www.chendianrong.com/pdf

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