地下水系指埋藏和运动于地表以下不同深度的土层和岩石空隙中的水。
地下水是地球上数量丰富分布广泛的淡水资源,对人们的生活和从事工农业生产有着重要意义。我国许多重要的城市如北京、天津、上海、西安、成都等的工业及生活供水都取用了地下水,其中北京总供水量的三分之二系取自地下水。在农业生产上,我国仅北方17个省市自治区,每年从地下抽取的地下水量即达四百亿m
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约相当于黄河全年的总水量,灌溉着一亿七千万亩耕地。我国南方也在广泛地开采利用地下水。例如四川省仅盆地中部丘陵地区,即已钻凿机井五千余眼,供应着旱区三百余万农村人口的生活用水和上百万亩耕地的灌溉用水。目前,年总用水量约四千亿。其中地下水开采量五百五十亿
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,约占全国总用水量的14%,占全国地下水总储量的6
.9%,根据我国国民经济的发展速度和到二0二0年实现工农业生产值翻两番的要求,预计全国总用水量可能突破七亿
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。在未来的计划用水中,毫无疑问,地下水资源必将进一步发挥更大的作用。
地下水埋藏较深时,往往含有较多的盐分和多种稀有元素或者具有较高的温度。前者是重要的矿产资源,可以从中有提取有用的工业原料。如果四川自贡地区,开采利用深层地下水一卤水,已有近两千年历史,过去从中提炼食盐,供应着我国西南数省的食用需要,现在还从中提取钾、盐及溴、锶、
.碘
.、钡等工业原料,在工农业生产的发展中起着重要作用。温度高的地下水可以用来发电,取暖及用于发展养殖业等。温度高含有某些特殊成分的地下水还可以用与医疗事业。
从上述不难看出,地下水是一种宝贵的自然资源,对人类生活和从事生产具有重要意义。但是,在另一方面,在某些情况下,地下又是发展工农业生产和建设的障碍。
在气候干旱或半干旱地区,当地下水埋藏不深时,由于强烈蒸发作用的结果,含有地下水中盐分便不断聚积于地表,造成土壤盐溃化,不利于农业生产的发展。在采矿过程中,由于地下水大量涌入矿山坑道,往往使施工复杂化和采矿成本增高。严重时甚至威胁矿山工程和人身安全。我国的许多煤矿以及南方岩溶地区的金属矿山,坑道涵水问题均较突出。例如我国的湖南某煤矿,平均每采出一吨煤,需要抽出地下水133
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。国外某些矿山矿坑涵水问题同样也很突出。例如匈牙利尼拉徳铝土矿,需要抽出210
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的地下水才能采出一吨铝土。
在工程建设中
,地下水常常会对建筑物的修建、正常运用和安全造成严重的危害。例如建筑物在阿尔卑斯山脉下面的辛普隆隧道,在工程进行中,地下水每分钟
60m3的速度涌入,使工程部不得不停顿了六个星期。又如在
1959年崩溃的法国马尔帕塞特拱坝,则是因为库水从地下的节理裂隙中渗透进入坝基下方的一层粘土之内,使粘土的性质变化,引起滑动面崩溃。美国加利福尼亚州的圣佛郎西斯坝,在水库修成蓄水以后,于
1928年失事,高约
70m的混凝土大坝被冲垮,事后研究认为,也是地下水的渗透引起的,渗透水流对坝基红色砂砾岩和石膏进行掏蚀冲刷,引起大坝滑移溃决,根据美国发表的资料,在破坏的土石坝中,有
40%是由于坝基上或坝体土渗透变形造成的。由于地下水可容性岩石的容浊作用,形成管道系统,引起岩溶渗漏,则是在碳酸盐岩地区修建水工建筑物常常会遇到的问题,例如西班牙的蒙特—哈克水库,由于通过石灰岩溶洞发生岩溶渗漏,致使水库修成后从未需满过水美国的赫尔斯
.巴尔重力坝,高
25m,建成后漏水量达50m
3并威胁到大坝的安全。我国碳酸岩分布面积达
130万平方公里,约占全国的七分之一,特别是南方地区,如传东、川南、滇东、贵州和和广西的大部分,地表广泛分布着碳酸盐岩。开发这些的丰富水里资源,对岩溶渗漏问题必须进行认真的研究工作。岩溶地区修建其他工程也会遇到地下水问问题、例如开挖隧洞、地下厂房也会突然用水造成施工困难或使随动结构复杂化。在岩溶地区进行工程施工排除地下水时,还会产生地面塌陷、下沉、开裂等现象,对工程建筑物及工农业生产造成不良的影响。例如襄渝隧道施工通过岩溶地区,由于隧道施工排水,发生地面塌陷,造成房屋倒塌,农田破坏交通受阻等情况给工农业生产及人民生活造成不良的影响。
本世纪以来,国内外一些大城市发生的地面沉降问题 ,也是有地下水所引起的。由于过量开采地下水,使地下水位大幅度下降,降低了兔体重额孔隙水压力、造成软土层压缩,因而引起地面沉降。由于过量开采地下水引你的地面沉降,以美国加利福尼亚州的圣华金流域、墨西哥的墨西哥城和日本的东京等地最为突出,最大沉积量东京为
4.23m墨西哥城为7
.5m、圣华金流域达
8.55m,我国上海市区的地面沉降是
1930年前后发现的。
1956年以后,随着地下水开采量的增加,地面下沉逐渐加剧,到
1965年最大沉降量已达
2.37m。
1966年以后由于采取了人工回灌及其他措施,上海市区的地面沉降才基本上得到了控制。地面沉降已经成为现代许多大城市的重要公害问题。它对当地的工业生产市政建设、交通运输一级人民生活都有很大的影响,又是还会造成巨大的损失。例如日本的东京、大阪和新渴、美国的长滩市,中国的上海市等,由于地面沉降的发展已有部分地区的标高降低到地于或接近于海平面高程。这些地区经常遭受海水的侵袭,有些地区甚至长期积水,对当地人民的生活生产有着严重的威胁。在一些地面沉降强烈的地区,例如美国长滩,伴随着地面垂直沉降还会发生较大的水平移位,往往会对地面和地下建筑物如地表的路面、铁轨的桥墩和大型建筑物的墙、支柱以及油井和其它管道等,造成严重的破环。
审稿:郭兰洲
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