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工程地质系课件系列之

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工程地质系课件系列之

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Presentation Transcript

  1. 工程地质系课件系列之 地下水开采的负环境效应及防治

  2. 地下水开采的负环境效应及防治 地下水作为资源进行开采,是服务于人类生活和生产的实际需要。地下水开采必须遵循客观规律,过量开采地下水或使用不正确的方式开采地下水,均可破坏地下水循环系统的平衡,使地下水的水位、水量、水质和水温等自然条件下的变化规律被打乱,给人类带来各种危害。 地下水开采过度,引发的主要负环境效应表现在以下几个方面: (1)水资源枯竭,开采条件恶化; (2)引发地面沉降 (3)引起岩溶塌陷 (4)引起地下水恶化 (5)地面下空气中缺氧

  3. 地面沉降 地下水开采的负环境效应及防治 一、概述 1891年墨西哥城最早记录地面沉降现象,但当时由于地面沉降量不大,危害也不明显,所以没有引起人们的重视。目前平均沉降量达到0.3cm/a,最大累计沉降量超过7.5m,有的地区甚至超过15m,地面沉降对墨西哥城的基础设施,如建筑物基础、地下管线等造成严重破坏。 日本于1898年在新泻最早发生地面沉降,至1958年地面沉降速率达530mm/a,1952~1956年新泻是日本地面沉降最严重的地区。日本产生严重地面沉降的城市或地区还有东京、大阪和佐贺县平原,其它地区还有名古屋、川崎、山口、尼崎及西宫等。

  4. 地面沉降 地下水开采的负环境效应及防治 一、概述 上个世纪意大利的Ravenna(拉韦纳)地区发生了大面积的地面沉降,起初沉降不大,每年数毫米;第二次世界大战后,由于过度抽取地下水,以每年110mm的沉降量剧增。目前,意大利大部分地区的地面沉降得到控制,除了一些沿海地区,以每年10mm的沉降速率进行,虽然沉降量明显小于过去,但对基础设施及环境仍然产生显著的危害。

  5. 地面沉降 地下水开采的负环境效应及防治 几乎自公元452年建城起,威尼斯便一直以每百年超过一厘米的速度下沉。意大利所处的非洲板块目前正滑落到欧洲板块下面,引起亚得里亚海的海平面上升。此外,意大利重工业不断从威尼斯城下抽取地下水,而货船和油轮经过时留下的潮水痕迹更是加剧了这一趋势...据报道,到2100年,威尼斯将永久被水淹没... 在1900年,威尼斯市中心最大的广场——圣马可广场每年只会被水淹上10次,但如今,圣马可广场每年至少要被洪水淹上100次!“威尼斯商人”都拉着摊车要走了... 美国于1922年最早在加州萨克拉门托San Joaquin流域发现沉降,由于抽取深层(305~764m)地下水供农田灌溉,1920~1969年地下水位下降达137米,累积地面沉降达2.6m,影响范围9100km2。

  6. 地面沉降 地下水开采的负环境效应及防治 一、概述 20世纪20年代初,中国最早在上海和天津市区发现地面沉降灾害,至20世纪60年代两地地面沉降灾害已十分严重。 20世纪70年代,长江三角洲主要城市及平原区、天津市平原区、华北平原东部地区相继产生地面沉降; 80年代以来,中小城市和农村地区地下水开采利用量大幅度增加,地面沉降范围也由此从城市向农村扩展,在城市上连片发展。同时,地面沉降地区伴生的地裂缝,加剧了地面沉降灾害。 粗略统计,1949年以来,我国地面沉降造成的损失累计高达4500~5000亿元,其中,年均总损失为90~100亿元,年均直接损失8~10亿元。

  7. 地面沉降 地下水开采的负环境效应及防治 一、概述 自1921年上海市区最早发现地面沉降以来,至今中国已有90多个城市和地区发生不同程度的地面沉降,到2003年沉降面积达93885km2。 代表性地区有上海,天津,浙江的宁波、嘉兴,江苏的苏州、无锡、常州,河北的沧州、唐山、衡水、保定、任丘、南宫,山东的菏泽、济宁、德州,安徽的阜阳,山西的临汾、太原、大同,河南的安阳、开封、洛阳、许昌、郑州,台湾的台北、彰化、屏东等8个县市,陕西的西安,北京和松辽平原等。在这些地区中,最为突出的是以上海为代表的长江三角洲、以天津为代表的环渤海区和西安等地。

  8. 地面沉降 地下水开采的负环境效应及防治 一、概述 90年代末,苏锡常、杭嘉湖平原及上海市累积沉降超过200mm的面积近10000平方公里,为总面积的1/3,并在区域上有连成一片的趋势。 以上海市中心、苏锡常、嘉兴为代表的沉降中心区的最大累积沉降量分别达2·63、2·80、0·82m。 1990年后苏锡常地区发生了地裂缝灾害,已发现20余处地裂缝灾害,规模较大地区地裂缝带长数千m、宽数十m不等,地裂缝带沉降差异还在继续发展,仍处于高发时期。

  9. 地面沉降 地下水开采的负环境效应及防治 一、概述 华北平原是我国地面沉降灾害严重的地区。以 天津、沧州和北京NE郊形成3个沉降中心。

  10. 地面沉降 地下水开采的负环境效应及防治 一、概述 塘沽城区自1959年至2006年47年间累计最大沉降量为3.25m(上海道与河北路交口),该点已低于海平面0.94m,区内负标高的面积约8km2。 八十年代初期塘沽区年地面沉降量大于200mm,1986年实施控沉计划,封停机井196眼,用地表水逐步代替地下水,有效地遏止了地面沉降。2006年地面沉降量分布如图1.4所示,平均年地面沉降值为21mm,其中经济技术开发区年均沉降量为20mm,保税区年均沉降量为18mm,防潮堤年均沉降量为23mm,天津港地区年均沉降10mm。塘沽区主要沉降漏斗位于胡家园街,年均沉降量为19mm,最大沉降值为68mm。

  11. 地面沉降 地下水开采的负环境效应及防治 一、概述

  12. 地面沉降 地下水开采的负环境效应及防治 一、概述

  13. 地面沉降 地下水开采的负环境效应及防治

  14. 地面沉降 地下水开采的负环境效应及防治 地面沉降的危害 地面沉降造成的破坏和影响是多方面的,地面沉降主要表现为地面标高损失,而地面标高损失会导致以下灾害发生。 天津沿海一带已出现数处低于海面的凹地,伴生的风暴潮灾害加剧。在1985、1992、1997、2003年发生了4次风暴潮,天津防潮堤有十几处被冲垮,天津港码头上水、仓库被淹、油田被淹,沿海渔民虾池、鱼池被冲坏,农户进水等。

  15. 地面沉降 地下水开采的负环境效应及防治 地面沉降的危害 长江三角洲地区由于地势低平,水灾一直是本地区的一大隐患。 解放后随着大兴水利工程,水灾一度得到遏制。但地面沉降使地面标高不断降低,相对水位上升,导致已建的水利设施防洪防汛功能降低,城市、农村排涝能力下降,内陆洪灾、沿海潮灾无论是灾频率还是成灾规模及范围均趋于加剧。严重时城市交通瘫痪,生产停顿,农作物减产甚至绝收,人民财产受损。由于地势低洼,造成地表水流不畅,污染物聚集。

  16. 地面沉降 地下水开采的负环境效应及防治 地面沉降的危害 建筑物地基下沉,房屋开裂破坏,地下管道受损

  17. 地面沉降 地下水开采的负环境效应及防治 地面沉降的危害 沧州市佟家花园一号井井台与地面脱节裂缝达9~12cm。北京市区各类地下管道较多,受地面不均匀沉降的影响,地下管道弯曲变形,甚至产生破裂。轻者地下管道产生“滴、漏、冒”并影响正常使用;重者地下管道断裂,输送液溢出污染地下水或无法输送,其后果严重。

  18. 地面沉降 地下水开采的负环境效应及防治 地面沉降的危害 地面水准点失效,地面高程资料失效地面水准点对城市建设、管理及防洪防潮调度起着重要作用。 由于地面沉降导致水准点失稳失效,使城市规划,工程建设项目失去依据,需要重新校核。水文站、验潮站的水位、潮位标高失真,影响防洪防潮决策。由此需从未发生地面沉降区的水准点引测,增 大了水准测量的工作量。

  19. 地面沉降 地下水开采的负环境效应及防治 地面沉降的危害 长江三角洲地区水网密布,桥梁众多。历史上因水路交通便利,带动了地区经济和商贸的繁荣。然而目前地面沉降却使河网水位抬升,桥梁净空减少,通航能力降低。尤其是汛期高潮位,船只已经难以通行。

  20. 地面沉降 地下水开采的负环境效应及防治 地面沉降的危害 据测算,因地面沉降造成海河流域行洪能力下降约20%。20世纪60年代以前,沧州市遇较大降雨,大部分降水会产生地表径流排出市外。80年代以后,遇同等雨量,区内大部分积水必须用人工扬水排出。

  21. 地面沉降 地下水开采的负环境效应及防治 地面沉降的危害 加剧了农业渍害,土质趋于恶化地面沉降造成了局部农田低洼,常年积水,土壤的墒情改变,原有渍害治理难度加大,农作物产量下 降。对农业的潜在威胁十分严重。 浙江温岭市西部平原地形平坦,地势低洼,原地面高程仅2·5~3·3m。由于农田灌溉及防汛抗旱的需要,控制地表水位高程一直为1·93~2·13m。随着大规模深层地下水的开采,地下水位持续下降,导致了严重的地面沉降,地面高程已降低至1·55m~2·0m,造成了部分农田长期水淹(当地农民称为“水泡地”)而无法耕种。

  22. 地面沉降 地下水开采的负环境效应及防治 经济损失 1949年以来,我国地面沉降和地裂缝造成的经济损失累计高达4500~5000亿元。其中,直接经济损失累计为350~400亿元,年均总损失为90~100亿元,年均直接损失8~10亿元。 经过初步评估,自20世纪50年代初到2001年,长三角地区由地面沉降灾害造成的经济损失达3496·8亿元。其中,上海市市区经济损失高达2900余亿元,苏锡常地区达840余亿元人民币,杭嘉湖(嘉兴市)达85亿元。

  23. 地面沉降 地下水开采的负环境效应及防治 经济损失 华北平原地区 根据天津市地质环境监测总站1994年编写出版的《天津市地面沉 降防治对策勘查报告》对天津市地面沉降经济损失初步评价,1985~1992年8a间,地面沉降地质灾害直接经济损失约为13·86亿元。粗略估计,建国以来,天津地面沉降直接经济损失100~140亿元,年均直接经济损失2·5~3亿元。

  24. 地面沉降 地下水开采的负环境效应及防治 经济损失 汾渭地堑地区 地裂缝灾害是汾渭地堑地区主要的损失原因。迄今为止,尚未按统一标准开展过该区经济损失评估。据不完全统计,该区地裂缝和地面沉降造成的直接损失达50亿元。 据不完全统计,西安地区地裂缝和地面沉降灾害直接经济经济损失达40亿元。截止2002年不完全统计,因地裂缝与地面沉降超常活动毁坏楼房170余栋,厂房、车间57座,民房近2000间,74条道路遭到 破坏,累计错断供水、供气管道50余次,立交桥2座。

  25. 地面沉降 地下水开采的负环境效应及防治 经济损失 西安 地面沉降还危及多处文物古迹的安全。著名的唐代大雁塔向NE方向倾斜1004mm,钟楼下沉1000mm之多。