水文与水资源专业论文：地下水的合理开发利用在南水北调中的作用.doc

毕业论文地下水的合理开发利用在南水北调中的作用学生姓名系部勘测系专业水文与水资源指导老师2011年4月26日摘要在系统阐述地下水资源概念和地下水含水层特点的基础上分析了南水北调受水区地下水开采现状探讨了解决城市和农业地下水超采的措施利用地下水超采形成的地下库容调蓄引江水和当地降雨径流合理开发利用地下水提高水资源利用率和改造咸水防止土壤盐碱化等在南水北调中的作用黄淮海平原水资源紧缺严重制约着社会经济的持续发展造成地下水超采和生态环境恶化南水北调工程是解决我国北方水资源严重短缺问题的重大举措江水北调对减少与制止地下水超采可以提供必要的条件同时地下水的合理开发利用在南水北调中也可以发挥开源节流改善生态环境改造咸水和防止土壤盐碱化等重要作用关键词南水北调控制城市和农业地下水超采合理开发地下水改造利用咸水目录前言1第一章绪论1第一节地下水的概念1第二节地下水的分类第三节地下水的开发面临的问题第四节南水北调的意义第二章地下水资源的特点第一节浅层地下水第二节深层地下水第三节地下水可采量第三章地下水开发和利用第一节南水北调受水区地下水开采现状第二节地下水的补给第三节渠水灌区井渠结合合理开发利用结语参考文献附录第一章绪论第一节地下水的概念地下水资源包括地下水的储存量和补给量两部分不参与现代水循环不可再生和恢复的储存量称为储存资源参与现代水循环可再生和恢复的补给量称为补给资源储存资源是地质历史时期累积形成的地下水资源量是含水系统中不可再生和恢复因而不能持续利用的水量取用含水系统的储存资源将导致这部分资源的永久耗失有些地区具有大厚度的含水层地下水位变动带以下的地下水静储量非常巨大因此20世纪60年代有人提出黄淮海平原地下存在着一个地下海90年代初在塔里木盆地和河西走廊也有人提出发现了地下海认为可以利用的地下水资源非常丰富然而地下水储存量虽然是一种宝贵的地下水资源但它和矿产资源一样一旦消耗难以恢复因而是不可持续利用的只有在利用过程中可以不断恢复和补偿的地下水补给量才是可持续利用的地下水资源补给资源是指一个含水系统在单位时间里可以持续获得补充的水质水温合乎一定标准的水量原则上在一个含水系统中提取的地下水量不超过其补给资源时水源便有持续供应的保证地下水的补给量包括天然补给山前侧向补给和垂向补给和转化补给地表水体补给地表水灌溉渠系和田间灌溉水补给含水层之间的越流补给以及地下水灌溉回归补给等但地下水灌溉回归转化补给只作为地下水的补给量一般不能算作地下水资源由于地下水补给的一部分将消耗于不可避免的潜水蒸发天然生态耗水地下水的排泄而不能全部被开发利用地下水的可开采利用量仅是补给量的一部分这部分可以开采利用又不致引起难以承受的环境损害如城区和滨海地区的地面沉降干旱地区的土地沙化等的水量称为可持续开采量或可采资源有些地区将地下水的全部补给量作为地下水的可采量而进行开发利用将造成地下水的超采不同的地下水含水层可开采利用的地下水资源不同必须根据含水层的特点合理开发地下水资源第二节地下水的分类一按起源不同可将地下水分为渗入水凝结水初生水和埋藏水渗入水降水渗入地下形成渗入水凝结水水汽凝结形成的地下水称为凝结水当地面的温度低于空气的温度时空气中的水汽便要进入土壤和岩石的空隙中在颗粒和岩石表面凝结形成地下水初生水既不是降水渗入也不是水汽凝结形成的而是由岩浆中分离出来的气体冷凝形成这种水是岩浆作用的结果成为初生水埋藏水与沉积物同时生成或海水渗入到原生沉积物的孔隙中而形成的地下水成为埋藏水二按矿化程度不同可分为淡水微咸水咸水盐水卤水详见下表地下水按矿化度分类表地下水类型总矿化度gl淡水咸水310盐水1050卤水50三按含水层性质分类可分为孔隙水裂隙水岩溶水孔隙水疏松岩石孔隙中的水孔隙水是储存于第四系松散沉积物及第三系少数胶结不良的沉积物的孔隙中的地下水沉积物形成时期的沉积环境对于沉积物的特征影响很大使其空间几何形态物质成分粒度以及分选程度等均具有不同的特点裂隙水赋存于坚硬半坚硬基岩裂隙中的重力水裂隙水的埋藏和分布具有不均一性和一定的方向性含水层的形态多种多样明显受地质构造的因素的控制水动力条件比较复杂岩溶水赋存于岩溶空隙中的水水量丰富而分布不均一在不均一之中又有相对均一的地段含水系统中多重含水介质并存既有具统一水位面的含水网络又具有相对孤立的管道流既有向排泄区的运动又有导水通道与蓄水网络之间的互相补排运动水质水量动态受岩溶发育程度的控制在强烈发育区动态变化大对大气降水或地表水的补给响应快岩溶水既是赋存于溶孔溶隙溶洞中的水又是改造其赋存环境的动力不断促进含水空间的演化四按埋藏条件不同可分为上层滞水潜水承压水上层滞水埋藏在离地表不深包气带中局部隔水层之上的重力水一般分布不广呈季节性变化雨季出现干旱季节消失其动态变化与气候水文因素的变化密切相关潜水埋藏在地表以下第一个稳定隔水层以上具有自由水面的重力水潜水在自然界中分布很广一般埋藏在第四纪松散沉积物的孔隙及坚硬基岩风化壳的裂隙溶洞内承压水埋藏并充满两个稳定隔水层之间的含水层中的重力水承压水受静水压补给区与分布区不一致动态变化不显著承压水不具有潜水那样的自由水面所以它的运动方式不是在重力作用下的自由流动而是在静水压力的作用下以水交替的形式进行运动第三节地下水的开发面临的问题地下水资源是我国水资源的重要组成部分特别是在地表水资源相对贫乏的干旱半干旱地区地下水在保证居民生活用水社会经济发展和生态环境平衡等方面起着不可替代的作用但最新的全国地下水资源分省评价报告表明因开发利用不合理目前我国地下水资源面临着供需紧张污染严重地质灾害影响大等问题据调查目前我国地下水利用量占全国水资源利用量的16已勘查评价的集中供水水源地约1400多处其中已开采近1000处日开采量近1亿立方米依靠地下水供水的城市达400多个占全国城市总数的602001年初国土资源部启动了新一轮地下水资源评价工作以西北和华北缺水区为评价重点开展了地下水资源总量评价和地下水环境质量评价新一轮评价结果显示全国地下水天然资源量多年平均为9235亿立方米地下淡水多年平均可开采量为3527亿立方米均比上一次评价结果有所增加调查结果显示我国南北方在地下水资源分布和城市供水结构方面存在较大的地区性差异南方地下水资源丰富约占全国地下水资源总量的71而占全国国土面积60的北方地区地下水资源仅占全国的29在城市供水结构上北方地区地下水所占份额较大有的城市甚至以地下水为唯一水源地下水开发利用程度最高的是华北地区地下水供水量占全地区总用水量的52这充分表明在我国社会经济飞速发展的今天地下水资源已成为城市和工农业生产的战略性经济资源资源分布不均和不合理的开采布局使城市地下水开发利用中存在着严重问题在许多地区和城市局部超采现象较为普遍北方大部分地区地下水资源处于超采或严重超采状态其中呼和浩特市开采强度达1936已严重超采超量集中开采地下水已造成地下水水位大幅度下降引起地面沉降有些地区虽然总体上地下水资源的开采量并未超过允许量但由于地区间开采程度不平衡造成局部开采强度分布不均形成地下水降落漏斗特别是城市地下水集中开采局部地段已多处发生地面塌陷事故在我国沿海城市地区由于超采引起的海水入侵问题已比较严重同时大量农药化肥生活污水及工业三废未经处理直接排放成为地下水的污染源据不完全统计目前我国发现地下水水质污染的地区及城市已有136座污染较为严重的有包头沈阳兰州等城市浪费地下水资源的现象也很严重目前西北盆地有的地区每亩灌溉定额高达7001000立方米年有效利用率只有3040大量宝贵的地下水资源被浪费面对严峻的地下水资源供需形势专家们呼吁充分发挥中国地质环境监测院和各省地级的地下水监测体系对各省主要城市重要盆地和平原农业区实行长期动态观测对由开采地下水所引起的相关地质环境问题进行区域性监测在充分掌握我国地下水资源基本情况的基础上进行科学合理的开采布局及调蓄工作控制减少污染源是从根本上解决我国地下水资源开发利用方面问题的重要措施第四节南水北调的意义南水北调工程是优化我国水资源时空配置的重大举措是解决我国北方水资源严重短缺问题的特大型基础设施项目是未来我国可持续发展和整个国土整治的关键性工程对解决我国北方地区系列因水资源短缺而产生的生态环境问题对我国尤其是北方地区宏观经济和社会的发展起着十分关键的决定性作用在国务院的领导下经过各个方面专家的反复论证南水北调工程总体规划已经完成十五计划明确提出加紧南水北调工程的前期工作尽早开工建设现在该工程已开工在即这是本世纪初我国人民在党中央和国务院领导下进行现代化建设的伟大创举我国水资源总量虽丰富但人均拥有水量少我国水资源总量约为28万亿立方米居世界第6位但人均拥有量仅为2200立方米是世界人均水平的14并被列为13个贫水国家之一另外我国水资源的时空分布差异较大加剧了一些地方水资源短缺的严重程度我国幅员辽阔降雨的时空分布和年内分配的差异导致水资源在空间的分布极不均匀北方水资源贫乏南方水资源丰富长江流域及其以南的河川径流量占全国七大河流总径流量的81人均水资源和亩均水资源均高于全国平均水平是水资源相对丰富的地区而黄淮海流域水资源量只占全国的72人均水资源只有全国平均水平的15仅为世界平均水平的116目前北方人口约占全国总人口的465耕地占全国的65GDP占全国的475但水资源只占全国的19人均水资源占有量仅为南方人均量的14北方地区河流断流地下水严重超采大面积地下水位下降现象日趋严重联合国亚太经合会在2000年亚太地区环境状况的报告中将我国的北方地区与中亚的里海盆地并列为严重缺乏淡水资源的地区由于上述人均量不足和时空分布不均的基本特征使水资源的合理配置成为我国经济发展长期面临和必须妥善处理的基本问题之一进入新世纪我国经济和社会发展将开始向现代化建设的第三步战略目标迈进现代化建设的第三步战略目标与前面的两步战略目标有很大的不同它不仅要实现经济总量的增长而且更重要的是要实现以共同富裕为目的的地区协调发展和人类生存环境的明显改善目前我国虽然已基本实现小康的目标但经济社会发展不平衡的矛盾也在日渐突出并呈继续恶化的趋势表现在城乡和地区间经济增长速度和收入水平的差距还在逐步扩大我国地区差距主要表现在东中西三大地域之间造成这种发展差距的原因是多方面的其中华北和西北地区自然条件相对较差特别是水资源短缺是一个重要的原因地区之间的协调发展是实现我国国民经济长期稳定健康发展提高我国综合国力实现共同富裕和现代化目标的重要保证因此解决华北和西北地区缺水问题实施南水北调工程保障该地区持续发展对水资源的基本要求必将有助于我国区域间经济社会协调发展目标的实现有助于我国现代化建设第三步战略目标的实现鉴于我国南北之间的差异也有越来越明显的趋势尽快实施南水北调工程也将有助于控制这种差异的扩大同时现代化还意味着良好的生态环境质量意味着经济社会和生态环境间的协调发展华北和西北地区水资源的短缺不仅严重制约了这个地区经济社会的发展而且还引发了大量的生态环境问题事实表明只有实施南水北调工程才有可能为解决这些生态环境问题创造必要的条件才能使该地区满足基本实现现代化对生态环境质量良好的要求当今生态环境保护已成为国际社会的共识1992年世界环境首脑会议指出我们能够改变我们的发展途径我们能够帮助那些需要改善生活的人们我们能够更好地管理和保护生态系统并为我们全体带来更为繁荣的未来这正是南水北调工程的宏观意义之所在总之实施南水北调工程可改善华北和西北地区的水资源条件从根本上缓解这一地区长期资源性缺水的矛盾对于控制地区差距的扩大趋势促进区域协调发展对于改善生态坏境质量和实现第三步战略目标具有十分重要的意义第二章地下水含水层水资源的特点平原地区松散岩层中的主要含水层为浅层水和深层承压水浅层地下水指地表以下的潜水和潜水微承压水可以直接接受大气降水和地表水的补给深层承压水指埋藏在深部弱透水层间含水层中的承压水20世纪70年代初期人们根据传统的地下水资源的概念和地下水含水层的部分特点认为深层承压水具有以下优点1地下水承压水位高开采初期有的地区水位高出地面水井可以自流2含水砂层厚导水性强水井出水量大3水质好不易受到污染4承压水位不易受到气候条件的影响等而对浅层水则认为1缺乏良好含水砂层或砂层厚度小水井出水量小2含水层导水性差侧向补给相对较小3浅层水水质差易受地表水体污染等在这种认识下20世纪6070年代许多农村和城市大量开采深层承压地下水特别是某些地方的政策导向也是鼓励开采深层水打深井国家给予补助而打浅井则不予补助由于深层水的大量开采造成承压水位大幅度下降形成大面积的承压水位降落漏斗近30多年来的实践表明上述对地下水含水层的认识是不够全面的实践使人们对浅层潜水和深层承压水含水层和资源的特点有了更为全面的认识第一节浅层地下水浅层地下水包括潜水和浅层潜水承压水开采量的组成浅层地下水的补给和消耗1地区内部的垂向补给和消耗降雨补给河流和渠道渗漏补给田间灌溉水补给越层补给潜水蒸发越层消耗2来自地下水侧向补给和排出区外的地下水排泄3开发利用过程中由于水位下降含水层疏干而动用的地下水储存量这部分不能作为可持续利用的地下水资源量在含水层的给水度为单位面积上m2由于水位下降Sm而释放的水量Wm3为WS浅层地下水的优点是1可以直接接受大气降水和地表水体和地下径流的垂直和侧向补给开采利用后可以不断得到恢复和补偿因而是可以持续利用的2含水层埋藏浅可用浅井开采工程造价低3浅层地下水的给水度远大于深层承压水含水层相同开采水量条件下水位下降小运行费用低于深层承压水在补给量和水质有保证的条件下浅层地下水可作为农业用水的主要水源和城市工业和生活用水的后备或辅助水源j4mv5vguLCndGg5eHDvFXEVGcpCgFm1FPd第二节深层地下水深层地下水开采量的组成深层承压水的补给和消耗1来自山前的天然地下水侧向补给和排出区外的地下水排泄在开采区远离补给边界的情况下侧向补给量是十分有限的2地区内部的垂向补给和消耗承压含水层上下均有弱透水层或隔水层阻隔不能直接承受降雨河渠渗漏和灌溉水补给在开采过程中只有来自或进入相邻含水层的越层补给3开发利用中由于承压水头的下降含水层和弱透水层的弹性或弹塑性压密而释放的水量对粘性土主要是塑性压密即使回灌也难以恢复这部分水量是不可补偿的主要是动用的含水层中原有的地下水储存量不能作为可持续利用的地下水资源量在承压含水层的弹性给水度为E单位面积上M2由于承压水位下降SCM承压含水层和弱透水层释放的水量WCM3为WCESC1承压含水层的弹性给水度为EMSNMMSNE1M1SN式中为水的容重S为含水层的压缩系数N为含水层的空隙度W为水的压缩系数1为单位厚度的含水层单位承压水头下降所释放出来的弹性释水量1M在深层承压水开发利用中由于单位水头的下降自含水层上下的弱透水层释放的水量计算方法与含水层相同只是其厚度M压缩系数ampSZLIGS和空隙度N不同如上所述开采深层地下水得到的水量主要来自由于水位下降而引起的含水层和弱透水土层压密水体膨胀引起的弹性释放侧向补给和越层补给来自土层压密和弹性释放的水量均是动用储存量在承压含水层以上有咸水覆盖的地区开采的越层补给的淡水量也是动用储存量只有在无咸水覆盖的地区部分越层补给的水量来自潜水或浅层地下这部分水量虽然是可以持续利用的但它来自浅层水的越层消耗量并已计算在潜水或浅层水资源量中属于浅层水和深层水资源的重复量在远离山前的地区侧向补给十分微弱由于地下水的开采水位下降而引起的侧向补给实际上也是动用邻区的地下水储存量根据以上情况自深层承压水开采的水量除山前地区有一定的侧向补给和在无咸水覆盖区有少量越层补给的水量外几乎全部是动用储存量而开采储存量是不可持续的第三节地下水可采量如前所述地下水的储存量是不可持续利用的的资源只有在开发利用过程中不断可以恢复补偿的地下水量才是可以持续利用的地下水资源地下水资源评价的任务主要是估算可持续开采利用的符合水质要求且不会引起不可承受的生态环境损害的地下水量即可采资源量由于地下水补给的一部分将消耗于耕地农作物的腾发和不可避免的潜水蒸发天然生态耗水地下水的排泄而不能全部被开发利用地下水的可开采量仅是补给量的一部分一个地区的地下水可采量需要通过地下水的采补平衡分析和地下水的模拟才能确定但为简便计生产实践中一般常将地下水补给量乘以一个小于一的经验可开采系数求得地下水可开采量半湿润地区一方面有河渠渗漏和田间灌溉水的补给另一方面又有降水入渗地下水的可开采系数较高有时可达0709干旱地区降水量稀少地下水的补给大部来自地表水的转化且有相当一部分消耗于农田和非耕地天然植被的腾发地下水的可开采系数远小于半湿润地区由于地下水的可开采系数是一个经验系数一些干旱地区借用半湿润的华北地区的经验数值估算的地下水可开采量将显著偏高深层地下水在开采时获得的补给量中除有限的侧向补给和越层补给且与潜水补给有重复计算外几乎全部来自地下水的储存量而储存量是不能作为地下水可采量而持续开采利用的在地下水补给量的计算中需要有一系列的补给参数在利用补给量计算可采量时又需要有一个经验的可采系数计算的过程复杂系数的选择又有很大的任意性由于降水量和地表引水量是地区地下水的主要补给来源生态需水也主要决定于降水蒸发等气象条件地区内地下水的可开采量除决定于土地利用系数和水文地质条件外主要决定于降水量和地表引水量因此可以近似地根据降水量不同的典型地区地下水可开采量与地表水引水量的经验比值近似地估算地下水的可采量第三章地下水的开发和利用第一节南水北调受水区地下水开采现状近期南水北调受水区主要为海河平原和淮河平原的部分地区根据国土资源部水文地质环境地质研究所海河流域地下水资源现状评价及典型区环境地质效应分析资料海河流域平原地下水可采量和现状条件下实际年开采量如表1所示年平均总超采量为446亿m3a其中浅层地下水超采量为236亿m3a深层地下水超采量为210亿m3a自1958年以来海河流域平原区累计超采量为8958亿m3其中浅层地下水超采4712亿m3深层地下水超采4246亿m3见表1根据表1现状年海滦河流域平原内有部分地区浅层地下水超采总超采量为2363亿m3部分地区浅层地下水尚有盈余总计盈余2919亿m3根据表1深层地下水年可采量为1307亿m3是由侧向补给和越流补给两项组成的海河东部平原约有50的面积存在上覆浅层咸水由于在这种地区不能接受降雨入渗补给的淡水所开采的越层补给的水量动用的仍然是地下水的储存量这种水量是不可持续的因此不能作为可可持续开采资源在越层补给的水量来自无咸水覆盖的地区深层地下水的补给来自浅层水的越层排泄这部分水量应自浅层水的可采量中扣除才能作为可采资源因此海河流域浅层水和深层水的可采量总和应为表1中的浅层水的可采量与深层水侧向补给量之和对于河北平原深层水的补给量问题曾有多个文献进行探讨例如郭永海等认为沧州地区深层水的侧向补给仅有总开采量的34左右8根据陈宁生等对黑龙港地区地下水开采状况的分析资料2深层地下水的开采量中有1057来自山区的侧向补给各种文献给出的数字差别很大若采用最大的1057来估算深层水的侧向补给量在开采量为338亿m3的情况下最多不超过36亿m3浅层和深层的总超采量可能在538亿m3以上大于表1中给出的4464亿m3地下水的超采对农业灌溉和生态环境造成了严重影响主要表现在1地下水持续下降形成大面积地下水漏斗部分地区含水层被疏干2海水入侵与水质恶化3超采区发生地面沉降裂缝和塌陷4提水费用增加含水层枯竭机井报废5天然植被衰退生态环境恶化6由于超采区地下水位低于临近地区不仅灌区地表水带来的盐分无法外排邻区地下水中的盐分也向超采区聚集造成地下水矿化度增加土壤盐渍化加剧等一系列生产和环境问题一南水北调受水区城市用水应严格控制地下水超采北方平原地区地下水的补给主要来自大气降水和地表水灌溉入渗地区内的垂直补给占整个补给量的8590以上2见表2城市地区地表多为不透水的道路房屋所覆盖少量绿地降雨入渗和输水管道渗漏补给的水量很少除靠近山前的城市有一定的侧向补给可以利用外城市本身地下水可采资源有限由于地下水的补给量基本上是均匀分布于整个地区地下水资源也应采取就地补给就地开采的方式用于农业不宜在城市集中开采地下水用来解决工业和生活用水问题目前在一些水资源规划中将由于地表水灌溉和降水补给的地下水量的大部分分配给城市工业和生活用水实际上是挤占农业用水含水层中的地下水与地表水不同是不能任意从一个地区向另外一个地区转移的分散补给的地下水集中用于城市开采势必造成超采形成地下水位下降漏斗根据国家发展计划委员会水利部南水北调工程总体规划资料南水北调中线沿线地下水位剖面图见图1图2可以看到每个城市地面以下均有一个漏斗中心降水和地表水对地下水的补给强度一般充其量不超过200mma但集中开采的城市水源地开采强度常在4000mma以上不仅远超过城市本身的补给量而且也动用了农业地区的补给量和储存量产生这种情况的原因关键是对城区和深层地下水开采区地下水可采资源的认识问题许多城市的地下水资源评价都是与市区附近地区地下水资源评价一起进行而不是单独估算城市本身的地下水补给量和可采量同时市区的可采量往往是根据地下水位满足在一定的开采方案总开采量和开采布局条件下在一定的期间内不超过一定地下水位或承压水位埋深的要求确定的如果不超过要求的深度则把这个开采量作为地下水的可采资源过去30年来城市地下水位在持续下降的事实已经表明地下水严重超采在南水北调地下水开采规划中应采取坚决的措施减少和控制地下水的开采量在水资源短缺的情况下短期超采是可以允许的但在今后30年内仍然把目前的开采量作为可供水量后果将不堪设想在地区水资源规划中应吸取过去30年的教训城镇工业生活用水应主要改用地表水供水而将挤占的地下水还给农业山前平原的北京保定石家庄邢台邯郸安阳新乡焦作鹤壁濮阳等城市目前以浅层地下水为主要水源这些城市开采的地下水除少部分来自山前的侧向补给外大部分是超采农业区补给的地下水或动用地下水的储存量南水北调工程通水以后这些城市些城市必须封闭大部分水井严格控制地下水超采以深层地下水为主要水源的城市如沧州衡水和廊坊等更是超采地下水已造成一系列生态环境问题应根据我国水法第36条规定全面采取禁止开采措施对所有机井进行封闭但应封而不废以备出现南水北调供水不足或其它特殊情况时应急之用根据南水北调城市水资源规划编制组南水北调城市水资源规划中有关受水区城市供水结构资料现状条件下地表水供水量为419亿m3占总供水量的288地下水供水量为863亿m3占总供水量的59472010年地表水供水量为354亿m3占总供水量的288地下水供水量为547亿m3占总供水量的4392030年地表水供水量为370亿m3占总供水量的370地下水供水量为560亿m3占总供水量的416地下水的供水量虽然有所减少但仍然占有很大比重其数量远大于城市本身地下水的补给量表明城市地下水仍在继续超采和挪用农业区的地下水补给量或动用储存量为了严格控制城市地下水超采应在详细的地下水资源评价的基础上根据城市本身的地下水可采资源确定地下水的可供水量而将挤占城市所属郊县的农业用水量还给农业二严格控制受水区农业用水继续超采地下水南水北调工程的近期供水目标主要是城市的生活和工业用水同时兼顾农业和生态用水解决农业缺水主要依靠发展节水灌溉和提高农业用水效率根据全国节约用水办公室中国水利水电科学研究水利部南水北调规划设计管理局南水北调节水规划要点现状年农业用水的缺水量为55亿m3在继续超采地下水的条件下2010年将达到48亿m32030年达到25亿m3如考虑年超采地下水量33亿m3在内则现状年缺水量88亿m32010年缺水量为81亿m32030年为58亿m3根据南水北调节水规划要点资料2010年受水区农业节水量将达到183亿m3在继续超采地下水33亿m3的情况下农业缺水量将减少为627亿m32030年农业节水量将达到411亿m3地下水超采量可以减少为167亿m3规划中提出分配给农业的处理后的污水量2010年为1672亿m32030年为2837亿m3实际上目前1999年受水区污水排放量为6354亿m3除少量经处理后用于城市外大部分未经处理的污水已用于农业其数量可能不小于南水北调工程实施过程中提供的处理后的污水量这部分水量只能改善农业用水的质量而不能显著增加水量根据以上情况自今至2020年以前仍将以每年33亿m3超采地下水2021年至2030年之间地下水超采量将由33亿m3减少为167亿m3平均约为25亿m3在这种情况下至2030年受水区的地下水累计超采量将再增加800900亿m3造成的危害将不堪设想根据河北省资料3目前海河流域平原区浅层地下水含水层疏干面积已达105万km2以上在维持目前的地下水超采水平的情况下供水区内浅层深层地下水位都将继续下降山前平原区第二含水组2010年前石家庄地区邢台市区元氏县宁柏隆漏斗区永年和磁县等地将被疏干石家庄以南的疏干区将连成一片作为山前平原唯一后备水源的第三含水组会很快成为主要开采层由于该含水组富水性差地下水位下降速率将明显加快继续超采将难以为继深层承压水本应作为应急用水或后备水源继续用于农业将造成更加严重的后果为了防止生态环境进一步恶化应和城市工业和生活用水一样根据国家水法严格控制农业用水超采浅层水禁止开采深层水为了解决农业缺水问题应通过调整农业结构采取综合措施提高单方水生产效率等进一步加大农业节水力度和适当增加分配给农业的处理后污水回用量海河南系等地区资源性缺水地表水缺乏浅层地下水有咸水覆盖深层又已严重超采这些地区农业缺水量应当由南水北调工程供水解决解决农业缺水和地下水超采问题具有公益性质和社会效益生态效益投资应由国家负担第二节地下水的补给充分利用受水区由于地下水超采形成的地下库容调蓄当地地表径流和引江水的来水量增加枯水期和年份对对城乡的供水量和改善恢复生态环境一利用当地地表径流回补地下水根据南水北调工程总体规划资料南水北调中线沿线河南河北段地下水埋深如图1图2所示由于地下水的超采水位下降受水区已形成巨大的地下库容45南水北调中东线受水区降水量在500600mm以上充分利用降水和地表径流进行灌溉和回灌地下水是解决地下水超采的重要途径之一根据河北省19941999年地表水和地下水资源的利用情况虽然地下水持续超采见表36地下水的开采量占总供水量的74但地表水用水量仅占总供水量的26实际利用的地表水量为5615亿m3仅占总径流量13198亿m3的425尚有575的地表水资源无效流失表明通过田间拦蓄降雨和利用沟渠坑塘湖泊调蓄地表径流进行人工回灌增加地下水的补给仍有一定潜力应采取综合措施加大田间降雨和地表径流的入渗增加地下水的补给拦蓄和调节地表径流充分利用水资源缓解地下水的超采二利用腾空的含水层调蓄引江水和处理后的污水回补地下水根据南水北调中线工程初步可行性研究报告资料丹江口水库19561985年逐年可调水量差别很大变化于635亿m3和2177亿m3之间平均为1446亿m3中线和东线工程年内不同季节可调水流量也有显著差异南水北调中东线工程连通了长江淮河黄河与海河四个流域由于各流域属于不同雨区来水丰枯差别较大除流域之间存在以丰补歉的可能外还可以在汉江和长江的丰水季节和年份增加调水量利用受水区巨大的地下库容进行调蓄既可以回补地下水改善生态环境又可以增加枯水时期向受水区的供水量根据华北平原的实践经验引地表水回灌地下水含水层的最好方式是结合农田灌溉进行由于灌溉渠系和田间灌水分布面广补给强度大不仅投资少回灌效果显著还可以发挥灌溉增产的效益为了充分发挥地表水灌溉补给地下水的作用田间灌溉渠系不宜进行防渗丰水季节并应适当加大灌水定额三关于改善深层承压含水层地下水超采造成的生态环境问题根据粗略估计在425亿m3深层承压水的超采量中约有200亿m3来自弱透水层和含水层的压密固结形成地面沉降而释放的水量约150亿m3来自越层补给除来自浅层淡水的少部分越层补给水量是可以恢复补偿的水量外其他都是动用的储存量难以补偿和恢复承压含水层深埋地下人工补给只有通过水井注水由于水井注水单位时间内可以回灌的流量仅有抽水流量的1312造价高收效小且易阻塞一般水井回灌仅适用于城市工业储热和储冷的空调用水海河中东部平原的大部地区深层承压含水层上部有咸水覆盖越层补给的咸水难以利用依靠浅层淡水区的天然降水入渗越层补给为量有限难以恢复因此应十分珍惜保存现有宝贵的深层地下水资源的储存量以备南水北调供水不足或其它特殊情况时应急之用第三节渠水灌区井渠结合合理开发利用一井渠结合灌溉的作用南水北调工程实施的原则是先节水后调水开源节流是灌溉节水的重要措施半湿润地区采用井渠结合可以充分利用降雨入渗和地表水灌溉渗漏对地下水的补给提高水的利用率达到节水的目的井渠结合灌溉可以根据不同季节对作物需水和控制地下水位的要求有计划地安排井灌与渠灌的灌水量和灌水时间达到既利用地下水又防止土壤盐碱化的作用干旱半干旱地区降水稀少蒸发强烈为了淋洗积累的盐分和保证春播前土壤墒情常在生长期末的秋季进行大定额的秋浇通过井渠结合控制地下水位则可以减少秋浇定额达到节水的目的河南人民胜利渠灌区陕西泾惠区灌区采取井渠结合开发利用地下水提高了灌溉水的利用率发挥了节水效果同时也降低了地下水位控制了土壤盐渍化对农业增产和地区经济的发展发挥了重要作用但目前北方一些地区由于地下水的过量开采也出现了水位持续下降等一系列生态环境问题因此在地下水的开发利用中必须保持采补平衡严格控制地下水的超采二灌区地下水与地表水供水量的适宜比值井渠结合灌区地下水与地表水供水必须采用适当的比例除保证耕地农作物用水要求外也需要使周边非耕地保持适当的地下水埋深以维持天然植被的存活为了灌区的持续发展还需要满足地下水采补平衡盐分排补平衡的要求既要避免地下水超采水位下降又要防止地下水位过高造成灌区土壤积盐我国北方地区气象土地利用和水文地质条件有很大差异特别是降雨量和土地利用条件差别很大各地地下水补给排泄条件也有很大差异因此各地适宜的地下水开采量与地表引水量的比例也应是不同的应根据各地的具体条件参考典型地区的经验确定1半湿润地区河南人民胜利渠灌区农田灌溉研究所和河南省人民胜利渠科研中心资料和陕西泾惠渠灌区经验7在降雨量多年平均540mm600mm和将地下水位控制在254m的条件下除区外地下水的侧向补给外利用地下水灌溉与地表水灌溉用水量的适宜比值为04062干旱地区灌区经验西北干旱地区生态环境脆弱降雨稀少蒸发强烈天然植被主要靠地下水补给的水量而存活为了保持灌区和周边地区的生态平衡灌区采用的地下水与地表水用水比例除满足耕地的水资源供需平衡外还必须满足生态需水和天然植被对地下水位的要求根据新疆三工河流域灌区和叶尔羌河灌区等地经验根据新疆水利厅和新疆农业大学资料在降水量为150250mm的情况下除区外地下水的侧向补给外灌区内地下水的可开采量与地表水引水量的适宜比值为015025在降水量为50mm以下时灌区地下水可开采量与地表水引水量的适宜比值为010015以下三南水北调受水区渠灌区实行井渠结合灌溉的节水潜力根据表1海河流域地下水补给量和实际开采量资料虽然大部地区浅层地下水已超采部分地区尚有盈余的地下水补给量黄河流域的宁蒙灌区仍有一定的开发利用潜力1黄河中下游河南和山东引黄灌区地下水开发利用潜力黄河上中游大型灌区包括河南和山东引黄灌区等现状灌溉面积和灌溉用水量以及井渠结合灌溉后井灌可用水量如表4所示2黄河上中游大型灌区井渠结合节水潜力黄河上中游大型灌区包括宁蒙灌区和汾渭平原灌区等现状灌溉面积和灌溉用水量以及井渠结合灌溉后井灌可用水量如表5所示结语1南水北调受水区地下水超采严重为了防止生态环境进一步恶化应严格控制地下水继续超采2在洪水期和丰水年应多引长江水利用地下水超采形成的地下水含水层的巨大库容对当地地表径流和引江水进行调蓄使之发挥更大的供水能力并逐步回补地下水源改善生态环境3在目前规划的城市地下水供水中仍有相当部分是挤占农业用水南水北调工程实施后应归还给农业4在农业供水缺水量中尚未包括每年至少33亿m3的地下水超采量如继续超采后果将不堪设想应严格控制超采海河南系资源性缺水地表水缺乏浅层地下水有咸水覆盖深层又已严重超采这一地区采取节水措施后的农业缺水量应由调水解决解决农业缺水和地下水超采问题具有公益性质和社会效益生态效益投资应由国家负担5在地下水有潜力的渠灌区实行井渠结合合理开发利用地下水可以减少地表水灌溉引水量达到节水的目的6地下水咸水区结合调水开发利用地下水可以逐步改造咸水开辟新的水源7废黄河以北引江水渠道附近地区开采地下水可以降低地下水位防止土壤次生盐碱化8地下水的合理开发利用在南水北调中可以发挥重要作用建议在工程的具体规划设计中给予足够的重视和妥善安排参考文献1陈宁生赵秀兰等黑龙港地区深层地下水的开发利用J地下水开发利用与管理C1995电子科技大学出版社2李雪静泾惠灌区地下水合理开发利用分析研究J地下水20002243张风林河北省地下水超采状况堪忧南水北调势在必行J河北水利水电科技200114余强赵云章苗晋祥等南水北调中线工程地下水库的基本特征与调控管理J水科学进展20031425刘昌明发挥南水北调的生态效益恢复华北平原地下水J南水北调与水利科技20031117196英若智赵玲河北省地下水超采现状及其对策J水利规划1998增刊7方生陈秀玲浅层地下咸水利用与改造的研究C第30届国际地质大会论文集1998228郭永海沈照理等从地面沉降论河北品观平原深层地下水资源属性及合理评价C致谢本论文是在徐老师的精心指导下完成的徐老师严肃的科学态度严谨的治学精神精益求精的工作作风深深地感染和激励着我在论文写作思路方面和过程中出现的问题得到了老师的悉心指导使我获益非浅老师严谨治学的态度诲人不倦的精神并对我们严格把关在我的心里留下深刻的印象同时指引了我在以后的工作岗位上应持于这种敬业的态度借此机会谨向老师表示真挚的谢意同时在本论文中大部分材料来源于实习单位的提供及工作师傅们耐心指导的结果也得到了同学们的支持和帮助在此并对他们表示感谢最后我还要感谢培养我长大含辛茹苦的父母感谢你们年月日