地下水资源管理的技术措施

治理地下水污染的技术措施~

治理地下水污染的技术措施不外乎四个方面:①去除污染源;②清除污染的土壤、包气带及地下水;③改变污染物的迁移路径;④增强含水层的净化能力。
1.去除污染源
将污染源从地下水防污能力较弱的地区或水源地防护区内清理出去是彻底治理地下水污染的有效办法。为此，可在污染企业中建立污水(物)处理系统，或企业间构建三废资源化系统，将废弃的有害、有毒物质回收或者再利用。在城市居民区可推广“中水”利用，以减轻生活污染负荷对环境的压力。
2.清除土壤、包气带及地下水中的污染物
长期过量使用农药、杀虫剂和污水灌溉的农田，或发生化学品泄露的仓库、加油站、垃圾填埋场等附近的土壤和包气带已被严重污染，在有可能不断释放污染物的地段，应考虑“换土”———将富集的污染物连同土壤一起挖出运走另行处理，回填未污染的土壤或填充物。对于距离水源地较近或污染浓度过高难以通过天然净化作用去除有害有毒组分的地下水，可考虑抽水净化的办法。
换土法和抽水净化法是目前世界各国普遍采用的治理方法。由于其成本较高，实施前必须查明污染区土壤包气带、地下水的污染组分浓度和危害程度，并论证这些方法的有效性和必要性。与此同时，还需要对置换的土壤、抽出的地下水作妥善处理，避免二次污染。
在地下水径流强度较大地区，也可考虑利用淋滤冲洗法和化学处理法清除土壤包气带和地下水的污染物。具体实施时，可根据污染组分的物理化学性质，用清水或加入化学试剂对土层灌注淋洗。其作用有两个:一是促进污染组分快速迁移进入地下水;二是使某些污染物生成难溶物质，使其固定在土壤中阻止进一步迁移。为防止二次污染，使用淋滤冲洗法要设计排水系统，用垂直或水平集水建筑物回收进入含水层的淋洗液。如瑞典用此方法对一个农药厂场地污染进行处理，在实施前，工厂周围浅部土层设置了密集的渗水管网，含水层中布置了许多集水管道，最终实现了清除污染物和回收淋滤液的效果，抽出的淋滤液用活性炭吸附净化，整个过程用了五、六年才完成。对于淋洗过程中产生的难溶物质要注意满足以下要求:①生成物应具有稳定的物理、化学特性，不易再次迁移;②尽量避免对其他无害组分，特别是植物生长所必需的养分造成过度耗损。
3.改变污染物的迁移路径
与清除污染源相联系的另一种思路就是改变污染物的迁移路径。具体地说，可有两种选择，一是将现有污染源搬到地下水防污能力较强的地段，或者移至地下水局部流动系统的汇区以减小其扩散能力;二是对现有污染源进行防渗漏处理，切断对地下水的污染途径。
4.增强地区环境的净化能力
增强地区环境的净化能力包括两个方面，一是增强含水层的净化能力，主要是设置反应性渗透墙，做法是在地下开挖槽沟，槽内充填可生物降解的聚合物或具有强吸附、氧化还原能力的固体液体添加剂，当污染水流经墙体时，污染物可被去除或降解;二是利用地表的植物吸纳功能和坑塘、湿地的自净作用，使地表的污染物在经过土壤或地表水体下渗途中被拦截、吸收。

地下水资源管理的经济措施，就是用经济手段和经济杠杆促进地下水资源的管理工作。主要包括以下几个方面。
1.把水资源管理纳入社会和国民经济发展计划
（1）水资源是社会经济发展的重要制约因素，因此，在制订经济发展计划时，要科学规划、合理利用有限的水资源，尤其是要合理调配地表水和地下水资源，使其发挥最大效益。
（2）合理调整地下水开发与保护的关系，扭转过量开采地下水的现象，搞好水土保持，涵养水源，节约用水，改善水质，保护环境。
（3）把水资源管理纳入经济管理体制，生产建设必须合理利用地下水资源，做到开发与保护相结合。同时应符合自然规律和经济规律的要求，不能只管生产发展，不管环境；不能见考虑眼前直接的经济效果，不顾及对社会和生态的影响；不能只考虑本部门、本企业的经济效益，而必须从社会整体出发，衡量其经济效益。总之生产建设和社会发展必须考虑取得最佳的经济效益、社会效益和环境效益。
（4）加强水资源经济管理模型的研究，建立可供实际操作调度的水资源管理模型和信息联作系统、决策支持系统和预警系统，逐步建立健全地下水资源管理信息技术平台和网络，充分利用计算机和信息技术，以便有效地进行地下水资源管理。
2.运用经济手段进行地下水资源管理
（1）依法征收水费、水资源费和排污费。由于水资源具有商品性，依法征费，可调动用水单位保护水资源的积极性，加快水环境污染治理的步伐，还能节约水资源，使水资源发挥最大效率。
（2）把地下水资源保护与用水单位领导和职工的经济利益紧密结合起来，做到节约用水有奖，浪费水受罚。谁破坏或污染水资源，谁就必须承担治理和赔偿损害的经济责任，就必须支付罚款和赔偿。
（3）在有条件的地方对用水可实行“浮动价格、阶梯价格”。枯水高价，丰水低价，超计划用水加价，分质供水，按质论价，努力做到“以水养水”，使水资源发挥最大效率和最大功能。国内外经验表明，水价提高10%，用水量下降5%。
地下水资源管理涉及诸多方面，是一项系统工程。它不仅属于地质科学的研究范围，还与工程、社会、经济、环境、法律等科学有关，因而需要多学科及各行业共同研究和参与，只有这样，才能取得良好的效果。
小结
通过本章的学习，主要掌握以下重点内容：①地下水资源的开发：主要掌握水源地的选择，取水构筑物的类型和适用条件，取水建筑物的合理布局（平向布局、垂向布局、井数与井距确定），管井的结构设计、洗井方法与管井腐蚀、堵塞和结垢的防治等；②地下水资源保护：区域地下水位持续下降，地下水质恶化，地下水资源保护的技术措施合理开发利用、开发利用地下水库、人工补给加强水质防护、建立水源地卫生防护带等；③地下水资源的管理：主要为法律及行政组织管理，技术措施，经济措施等。
复习思考题
1.选择和确定水源地的主要依据是什么？
2.试述取水建筑物的类型和适用条件？
3.在地下水径流条件良好的地区，如何布置开采井？在地下水径流滞缓的地区，开采井如何布置？
4.何谓“过滤器的合理长度”？
5.如何确定集中式供水井的井数和井距？
6.如何确定分散式农田灌溉供水井的井数和井距？
7.试述含水层允许开采模数的概念？
8.供水井对井身结构有什么要求？如何确定井径？
9.如何选择供水井的过滤器？
10.成井工艺有哪些？
11.洗井方法有几种，各适用于什么条件？
12.试述机械洗井法的种类及原理？
13.化学洗井法有哪些？试述多磷酸钠盐洗井、液态CO2洗井、盐酸洗井的原理和方法步骤？
14.区域地下水位持续下降的实质和主要原因是什么？有什么危害，如何防治？
15.地面沉降的发生机理是什么？
16.什么叫水质恶化，有什么特征及危害？发生原因是什么？如何防治？
17.地下水资源保护的技术措施有哪些？
18.什么叫地下水库？有几种类型？建造条件是什么？
19.什么是地下水人工补给？试述进行地下水人工补给的基本条件和方法？对水源水质有什么要求？
20.为什么要设立水源地卫生防护带？一般设立哪几个防护带？
21.用水力措施防止海水入侵主要有哪些方法？
22.地下水资源管理措施有哪些？
23.如何进行地下水资源的统一规划和合理调度？
24.试述节水工作的重要意义？
25.试述地下水监测的内容和要求？
26.河南省某井灌区，地下水资源较为丰富，允许开采量能满足计划开采量的要求。一般，该区水位降5m时，单井出水量（Q）为50m3/h，农作物灌溉一次一般需10天，每天抽水时间（t）为16小时，渠系水有效利用系数（η）为0.90，灌水定额一般为40m3/亩·次，试问：水井按正方网状布置或按等边三角形排列，其井间距离（D）应分别为多大。（参考答案：水井按正方网状布置和按等边三角形排列时，其井间距分别为346.5m和372.3m）。

（一）对区域水资源进行统一规划、合理调度

地下水、地表水和大气水之间，有着不可分割的内在联系，在水循环中，它们之间不断地相互转化。为了正确评价区域各种水资源，制定出技术、经济上合理的水资源开发利用方案，必须对区内一切水资源进行统一的调查研究和评价。

要制定一个正确的水资源管理方案，必须首先查明区域水资源总量和各类水资源的互相转化关系；其次，必须了解构成区域水资源的各个水量均衡项目对今后持续供水的意义及其在开采前后可能产生的变化；最后，在开发利用中，必须有统筹兼顾、综合平衡的观点。

当前，世界各国水资源开发规划的一个共同特点，是对流域（或水盆地）水资源的全面管理，在水资源的开发规划中体现综合利用和联合开采的原则。未来地下水的开发、保护和管理主要是地表水和地下水的结合使用问题。地下水资源开发的最佳方案是必须依靠地表水、地下水的结合使用，以及采取人工补给、兴建地下水库、控制地下水的区域性过量开采、局部地下咸水的利用、调整现有抽水井布局等联合措施。

（二）调整供水水源结构，实行分质供水与水的循环使用

水资源缺乏，尤其优质水源有限。因此在水源利用上应根据工农业产业结构对水质的要求，实行分质供水、优质优用，这是综合利用有限水资源的有效措施。生活用水立足于地下水或优质地表水；工业用水大体上可分为锅炉、洗涤和冷却用水和市政用水，可利用回用水。对于有苦咸水分布的地段可适量开采部分苦咸水进行农田灌溉，以补充农业用水不足。同时，行业间用水应统筹安排，循环使用。为实现节水和综合利用，应打破行业用水界限，采用废水重复使用的综合利用模式，逐步推广一水多用。例如，火电用水尽量与农田灌溉相互重复使用，用火电热水发展冬季温室蔬菜栽培，火电排水进一步与供暖、渔业等用水相结合。

（三）调整产业结构，优化区域生产力布局

目前，水资源已成为生产建设规划布局的制约因素，为此，要根据水资源条件调整和优化产业结构，合理对区域生产力布局，形成节水型经济结构，实现水资源与国民经济合理布局，促使经济效益和环境效益最优。

在保证规划目标产值的条件下，通过产业结构的优化与调整，使有限的水资源在经济系统中合理分配，以发挥最大效益，把“以水定工业”作为产业结构调整与生产力布局的一个基本原则，这也是合理利用有限水资源的必要手段。在工业生产布局上，要充分考虑水资源条件，实行以源定供，以供定需，从更大的宏观范围来考虑和规划经济发展问题，充分发挥经济协作区的互补协调作用，把耗水大的工业放置在水资源较丰富的地段，做到就地开发、就地使用，这既可减轻城区供水的压力，还可以避免由于城市工业过渡集中，需水量不断增加，地下水的开采强度远远超过允许开采量而引起的环境负效应。同时也减少了长途输水的费用，可取得巨大的社会、经济和环境效益。

（四）“开源”与节流并重

据统计，目前，我国地表水的开发利用率只占河川年径流量的17%，浅层地下水的利用率也仅为24%，故寻找新水源地在某些地区尚有潜力。但在许多地区，更应重视其他开源措施（建造地下水库、地下水人工补给等），而节流则是刻不容缓的重要工作。

1.排供结合和跨流域调配水资源

用矿山排水作供水水源，是充分利用水资源，解决供、排水矛盾的最好措施之一，值得大力推广。目前，我国华北地区太行山麓的许多煤田的下部煤层，均因受其底部高压地下水的威胁而不能开采。估计其排水量，每年可达5亿m³左右。如能对该区疏干和供水进行综合规划，将排水用于城市或工农业供水，则可缓解当地的供、排水矛盾。目前，全国许多矿山的矿井排水，多因水质已被污染，不适于生活和工业用水，甚至不适于农田灌溉，都大量地白白流掉，并成为周围地表水与地下水的污染源；加之矿区排水漏斗的扩大，又减少了周围的供水水源，造成地质环境的恶化。如实行超前取水，以供减排，以供代排，上供下疏，先供后排，排供结合，还可采用帷幕截流，内疏外供等办法加以解决，此项内容将在第三篇中作进一步介绍。

在地下水位过高造成土壤盐渍化或沼泽化的地区，也可把抽水排涝与供水结合起来，实行井灌井排，以降低地下水位，加速土壤脱盐，提高防涝能力，改良浅层淡水，达到农业增产的目的。

当一个地区的水资源经过充分调配仍不能满足生活和生产需要时，可考虑从有水资源剩余的流域调入地表水。

2.节约用水

由于世界上普遍面临淡水资源不足的问题，所以各国都重视对节约用水技术的研究。国内，虽然许多地区供水紧张，但却存在着普遍而大量的各种浪费水资源的现象。对此，至今仍缺乏有效地管理。我国《水法》明确规定：“国家厉行节约用水，大力推行节约用水措施，推广节约用水新技术、新工艺，发展节水型工业、节水型农业和服务业，建立节水型社会经济结构体系，单位和个人有节约用水的义务”。大力推行节水措施，不仅是为了解决水资源的供需矛盾，也是减少排污量、改善环境、提高企业经济效益的有效措施。在某些水资源不足的地区，开源难以解决需与供的矛盾，只有从节约用水上求得缓解。节水是解决我国缺水问题的出路和重要途径。

（1）废（污）水水质处理回用，提高重复利用率。目前，一些发达国家的废水重复利用率已达85%～98%；国内，工业及城市的用水量虽大，但重复利用率很低。多数城市还停留在20%～50%，有很大潜力。

（2）推广先进的节水措施。首要的是建立生产管理体制；然后，在工农业和生活用水方面推广节水措施。在工业方面，应建设先进的节水型工业，降低工业用水定额；实行清洁生产，改进生产工艺，尽量采用用水少的生产工艺，降低单位产品用水量。农业方面，我国是用水大户，亩均用水量为448m³，但我国农业用水的利用率只有30%～40%，而国外则多达70%～80%，我国农田灌溉面积7.5亿亩，年灌溉用水量约4000多亿m³，如果灌溉水利用率提高10%，每年可节水400多亿m³。因此必须改进灌溉技术，完善田间工程配套，灌渠应防渗或采用明管（塑料软管）和暗管（地理管），改大水漫灌和畦灌为喷灌、滴灌、渗灌和微灌，这样既可节省用水，又可扩大灌溉面积。

（3）节约生活用水。日常生活中浪费水的现象普遍存在（跑、冒、滴、漏水与长流水等），种类之多和数量之大都是惊人的，尤以服务行业用水和生活用水更为突出。因此，应当大力宣传节水，提高人们对水的忧患意识和节水意识；实行“节奖超罚”制度。节约生活用水是多方面的，而推广节水型卫生洁具（包括厕用、洗淋用、厨房用、医疗用卫生洁具等），应作为重要的节水措施。另外，应大力扩大生活废水处理回用工作。

（4）开展一水多用。如前述的污水处理回用、将工业废水（或直接或经处理）用于灌溉或冷却、绿化、消防及娱乐观赏用水等，将节省的优质水用于生活用水。

（五）地下水监测工作

为掌握水资源管理方案的执行情况和预测未来地下水的天然和开采动态，以及环境条件的变化趋势，以便及时调整管理方案和采取防治措施，都必须全面、系统地进行地下水动态监测工作，尤其是在地下水库区和利用回收废水进行人工补给的地区。因此，地下水动态监测工作是水资源管理必不可少的组成部分。许多国家在水资源法中都明显规定，无地下水监测资料设计的水资源管理工作，在法律上是绝对不容许的，我国对此也作了明确规定。

地下水动态监测的内容，应根据管理方案来确定。其主要内容包括地下水的水位动态、水质变化、开采量与回灌量的统计三方面。当地下水系统内可能出现因水资源开发而引起的环境灾害时，也应对其变化进行监测。

地下水动态监测网布置的范围，原则上应包括整个水资源管理区，有时还应扩大到与本区水资源形成有关的毗邻地区。监测网、点的布置，须考虑对全区水资源动态变化规律的控制，并在对地下水水源地水质、水量产生最大影响的地段以及可能出现地质灾害的地段加密观测点，进行重点监视。监测网、点的布置还应与选定的计算水量和水质的数学模型相适应。选择观测点的具体原则，首先要有代表性，并尽可能利用现有井点，做到一井多用。代表性是指所采取的水质样品或所观测的水位和流量数据，在地点和时间上能符合水体的真实情况，并能控制一定空间和时间。例如，不致因井深不同或过滤器下置层位不同而出现水位、水质上的差异；不致因长期停用而影响水中微量元素和细菌的含量的真实情况。还应注意，观测点位置，尽可能不要轻易地变换，因为经常改换观测点，则可能使观测结果的使用价值大减。

关于地下水动态观测的一般要求，在第六章已经介绍，这里仅介绍某些特殊要求。

开采条件下地下水位动态观测的基本任务：①掌握某一时期整个渗流场的水动力状况，其任务主要是为了编绘不同时期的等水位线图（流场图），以便分析地下水的流向、运动规律、抽水或注水井（人工补给）的影响范围，以及海水入侵的情况等。同时，这种图件也是建立水资源计算数学模型的基础图件。为编制高质量的流场图，要求观测网点能控制住全区流场的变化，应有1～2条主要观测线穿过区内的水位降落漏斗、补给水丘及不同类型的边界。观测点应尽量布置在剖面线上的地下水面坡度变化点上。水面坡度无变化的地区，有少数观测点控制即可。②掌握可靠的水位随时间变化趋势及其变化速度。其任务主要是检查地下水的开采条件是否按照水资源管理方案预计的方向发展，如有偏离，则必须采取适当的措施来保护地下水资源。这种观测点必须设置在能够真正代表区域地下水变化趋势的水位降落漏斗的中心。因为漏斗中心的水位反应了所有抽水井的干扰影响，而漏斗边沿部位的水井水位则不一定具有代表性。其次是，为了消除因开采强度随时间变化而对水位观测值所产生的影响，要求选用非生产井作为水位动态观测井。

对于地下水的水质监测，应注意以下问题：①水质监测项目一般可分为“基本监测项目”和“选择性监测项目”两类。前者是指全区所有监测点水样都必须测定的项目；后者则是根据每个监测点所在的位置特征和不同目的而检测的某些指定项目。为了解整个地下水系统的水文地球化学条件的变化趋势，规定以少量常规化学组分作为基本监测项目是必要的，但是，应该把监测项目的重点放在可能对地下水质产生有害影响的化学成分上。此外，也可根据某一时期的水质情报，对所发现的某些水质异常现象，进行追索性的监测。②除常规的水质监测外，目前在国、内外的水资源管理工作中，特别强调对人类健康有危害的微量重金属离子、有机物和致病细菌以及病毒的监测。有机物的危害性已被认为远大于无机质或微生物的污染危害。因此，在地下水受有机污染的地区，应增加对微量有机物的监测项目。③微量重金属元素和有机污染物在地下水中的含量，一般都很低（常以每升微克或毫克计）。因此，如果不严格按要求取样，或由于在保存过程中水样自身发生化学或生物化学变化，将造成这些成分在实验室测定的结果与实际情况不符，使水质评价失真；或者出现同一水样的几组样品的结果不一致，无法作出评价结论。因此，首先要严格执行有关水样采取和保存的技术规程；其次应尽可能统一取样和分析样品的时间，进行集中取样和系统取样，以消除人为因素对分析结果造成的影响。④对环境地质的监测项目、位置和要求，应依据当地的地质、水文地质条件和预测的或已发生的环境地质问题来进行安排，一般要求监测它们的产生、变化和治理的全过程。

（六）运用地下水资源管理模型进行地下水资源的科学管理

地下水资源管理模型是为了达到某既定管理目标，利用运筹学中的最优化技术方法建立起的一组数学模拟模型。实质上，这里所说的地下水资源管理模型，是地下水流或溶质运移等数值模型和线性规划等管理模型耦合而成的复合模型。通过对此模型的运算，使该系统的特定目标达到最优，使地下水长期处于对人类生活、生产最有利的状态，以获得最大的经济、社会和环境效益。换言之，地下水管理模型就是运用运筹学方法，应用系统分析原理，为达到某即定管理目标所建立的求解地下水最优管理决策的数学模型。通常，它是由地下水系统的状态模拟模型（如地下水流模拟模型、地下水溶质模拟模型）和优化模型耦合而成。这样的地下水管理模型，可以在寻求最优决策的运转过程中严格服从地下水的运动规律，实现水文地质概念模型的仿真要求（林学钰，1995）。地下水管理模型是地下水管理研究的一个重要内容。运用地下水资源管理模型可更好地进行地下水资源的科学管理。从水资源管理发展的历史分析，水资源管理，最主要的技术管理手段之一，就是运用系统论与系统分析方法等现代科学技术，建立水资源或地下水资源系统管理模型，优化出地下水最合理的开发方案。这已成为当前国际上共同使用的重要管理措施。

我国从20世纪80年代以来，由于地下水系统理论、非稳定流理论及以数值解或解析解为代表的现代应用数学的引入，以及计算机技术、同位素技术等新技术的广泛应用，使地下水资源的研究发生了根本性的变化，即把从地下水资源评价到管理的全过程纳入系统工程的轨道，研究如何合理开发、利用、调控和保护地下水资源，使之处于对人类生活与生产最有利的状态。因此，它不仅涉及水文地质学的各个领域，而且还涉及与地下水开发活动有关的自然环境、社会环境和技术经济环境等的问题，最终通过教学模型和最优化技术，建立地下水管理模型，实现管理目标。

地下水管理模型的研究内容目前主要集中在地表水—地下水联合调度，地下水量—水质综合管理，地下水科学开采与和管理模型，地下水可持续利用管理模型等。

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