时间：2013-11-29 分类：水力
摘要：本文主要阐述了地下水过量开采带来的地面沉降问题所引发的一系列环境效应并就如何控制地面沉降进行了一定的探究。
关键词：地下水开采;地面沉降;环境效应
地下水是人类赖以生存的宝贵资源，地下水资源是有限的，目前由于我国大多数地方和城市存在着多头管水、有法不依、执法不严、盲目开采的现象，致使地下水超采引起地表高程降低进而造成了地面沉降，使地下水和地表水的相互关系发生变化，在一些条件下对环境造成了不良的后果。
一、地下水开采引发的地面沉降
在开采地下水时，由于地下水的补给量和开采量的变化，必然导致地下水位的变化。地下水位是地下水均衡的综合反映，过量或者不合理开采必然会造成地下水位的持续下降。根据有效应力原理，土体中地下水的渗出使其浮托力丧失或减小，有效应力增大，颗粒骨架形成孔隙压缩;而地面沉降量的大小受地层的附加应力控制，水位降低值大则附加应力大，地面沉降量就大。另外，在降雨量变化不大的情况下，地面沉降的发生、发展依附于地下水开采量的大小，在地下水位持续下降的情况下，土层长期处于压缩状态，地面呈现持续下降的趋势，沉降范围也随之扩大。也就是说，同一地点地面沉降的速率和沉降幅度与地下水位的下降呈同步的正比关系。
二、地下水开采带来的地面沉降环境效应
(一)农业环境恶化
一方面，由于平原区潜水位持续下降，导致大量农用机井出水量锐减，甚至井泵吊空，机井报废;另一方面，适宜的土壤含水率是农作物正常生长的保证，土壤含水率主要受地下水位埋深的影响，地下水位持续下降，耕土层土壤含水率将大大降低。某市在l994年、1997年特大干旱时，耕土层土壤含水率最低仅为7.6%，远低于农作物正常生长17%～20%的含水率要求。
(二)承压水水质恶化
一般情况下，在地面沉降地区潜水严重污染，潜水中的有害物质通过越流或通过天窗进入承压水，使局部地段承压水受到污染;承压水位大幅度下降也使地下水的溶滤作用增加，从而使地层中的有害物质进入承压水中，使承压水水质恶化。历年来的水质检测结果表明，一些地面下沉地段承压水中除有毒元素砷、氟有地质背景原因外，其余六价铬、酚、硝氮、氨氮和总硬度的变化均是人类污染所致。
(三)内涝积水
发生地面沉降的城市普遍存在比较严重的滞汛积水问题，不仅影响城市交通和环境，而且常使建筑物的地下室和低层建筑物在汛期被水浸没，造成比较严重的经济损失。2O世纪六七十年代以前，沧州市大部分市区降水产生地面径流，自然排出市外;8O年代至9O年代，由于地面沉降，遇到同样的降水量，区内已大部分积水，必须用人工扬水排出区外;90年代至今，地面沉降加重，城市内涝积水也更加严重，市民的生产生活受到很大的威胁。
三、我国城市地面沉降情况
由于不合理开采地下水，据不完全统计，我国已有100多座城市形成面积较大的地下水漏斗区56个，漏斗中心地下水埋深最深下降百余米。浙江杭嘉湖平原、宁(宁波)绍(绍兴)平原、温(温州)黄(黄岩)平原这三块地面在不断沉降，如果任其发展，将会带来灾难性的后果。
据了解，同20世纪60年代相比，三块平原地面下降100毫米以上的区域已达2520平方公里。从1964年至2000年，速度最快的嘉兴沉降集中区域累计下降了827毫米，宁绍平原下降468毫米，温黄平原下降500毫米。而浙江省地面下降的势头近年来呈愈来愈快之势，这几年每年的下降速度都在20至30毫米。
四、控制地面沉降措施
(一)地面沉降的监测
在地面沉降监测中有几种方法是可以使用的。最基本的使用方法是反复使用的常规的方法或者是GPS水准测量。另一种方法是使用恒定压缩记录器或垂直变形测定器。这些仪器使用某一管子或护套井内的钢绳。护套井内的管子能从地表穿过可压缩的沉降区插入到一定深度。在地面的一个平台上安装仪器，监测管子的上部分平面间的距离变化。只要内管和套管穿过全部可压缩的沉降区，监测仪器就能测出沉降的数值。如果测量出地下水位和沉降的压缩度，那么就可以分析数据确定预测将来的地面沉降的参数。其它的沉降监测方法正在开发中，现正在试验使用干涉雷达法(INSAR)，通过这种方法，可以比较单独的雷达卫星成像，并且做出干涉图。在最好的条件下，能够测出大约是一英尺甚至更小的地面高程的变化。
(二)加强地面沉降预测报警系统研究
加强地面沉降预测预警与防治研究，研究地面沉降与地下水开采，水位动态与地质结构的相互关系及其演化规律，结合海平面变化趋势研究，深入分析地面沉降对城市建设，国土整治，经济发展的危害。建立滨海平原地区地下水资源与地面沉降预测预警系统，为政府制定城市和区域可持续发展规划提供科学依据。
(三)人工回灌
人工补给地下水也是防治区域水位下降和地面沉降等地质环境问题的有效措施之一。选择适宜的地点和部位，实行人工注水，使中、深层含水层中的孔隙液压保持初始平衡状态，最大限度地减少因抽水而产生的有效应力增量。把地表水的蓄积储存与地下水回灌结合起来。建立地面及地下水联合调节水库，采用\"冬灌夏用\"为主，\"夏灌冬用\"为辅的方法，使地下水得到最大限度的补给，从而控制地下水水位下降。#p#分页标题#e#
(四)禁止地下水过量开采
根据水资源条件，限制地下水开采量，防止地下水水位大幅度持续下降，控制地下水降落漏斗规模。根据地下水资源的分布情况，合理选择开采区，调整开采层和开采时间，避免开采地区、层位、时间过分集中。地下水资源可持续开发利用的原则是：寻找地下水开发利用的最低成本;获取地下水开发在时间和空间上的最优分配;在开发利用地下水的同时使地下水资源得到保护，保证地下水的可持续开发利用。
另外，还要做好相应的宣传和行政工作也是必要的。做好城镇居民节水宣传工作，强化人民的节水意识。发展工业用水的重复使用和循环使用技术，优先发展清洁生产技术，加快城市废水处理厂的建设，使城市废水资源化;综合运用行政、法律和经济手段，对城市供水的发展做出全面规划与合理布局，制订地表水与地下水联合调度的供水方案，根据资源条件，确定合理的地下水供水比例，制订地质环境保护的法规，提高人民群众的法制观念，形成全社会自觉保护地质环境的强大舆论。
参考文献：
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