浅析包头市地下水超采后果及预防措施

【摘要】包头市地处干旱半干旱地区，地下水对包头市经济建设和社会发展起着尤为重要的作用，但是近年来地下水的超采越来越严重，本文针对地下水的超采问题，说明了地下水超采可能引发的环境地质问题及相应的预防措施。

【关键词】地下水资源超采；环境地质问题；地面沉降；预防措施

【abstract】Baotou is located in arid and semi arid regions, Groundwater plays an important role on construction economy and social development of Baoton,In recent years the excessive exploitation of groundwater is more and more serious. This paper point at the problem of excessive exploitation of groundwater and illustrate possibly happen problem of environmental geological and raise relevant precautions.

【Key words】excessive exploitation of groundwater; the problem of environmental geological; land subsidence; precaution

中图分类号：TV213 文献标识码：A 文章编号：

0、引言

水是人们赖以生存不可缺少的宝贵资源。作为水资源系统主要组成部分的地下水是指埋藏在地表以下岩石空隙中并与周围岩石进行着不停顿地相互作用的自然水，对经济建设和社会发展起着重要的作用。

包头市地处降雨稀少的干旱半干旱地区，地下水对包头市的经济建设和社会发展起着尤为重要的作用。但是近年来随着包头市地下水的不合理开采引发了一系列的环境地质问题，因此合理开采利用地下水迫在眉睫。

1、研究区概况

包头市位于E:109°50’—111°25’，N:41°20’—42°40’, 阴山南麓、黄河北岸，是内蒙古自治区最大的工业城市，也是中国北方重要的钢铁、化工、机械及能源生产基地之一，素有“草原钢城”，“稀土之都”的美称。

2、包头市水资源及地下水开采利用现状

2.1包头市水资源概况

包头市地处干旱半干旱地区，是全国极度缺水城市之一，多年平均降水量200-350mm，多年平均蒸发量2000-2200mm，包头市多年平均水资源总量10.14亿m3，其中地下水资源量8.00亿m3，地表水资源量2.14亿m3，可供开发利用的水资源量为6.06亿m3,人均水资源量422m3，仅为全国人均值的17%左右，城市规划区的人均水资源量还不足100 m3。受全球气候变暖影响，近年来降水量及当地水资源量明显减少，2008年比2002年普查时少了2.74亿m3,虽可采量在减少，而实际地下水开采量比例逐年增加，导致地下水水位逐渐下降，降落漏斗面积逐渐扩大，承压水尤其明显。

2.2包头市地下水开采利用现状

包头市处在一个完整的地下水补、径、排水文地质单元上，山前倾斜平原是包头市地下水的主要分布区，是包头市的重要水源之一。随着包头市的经济发展，作为主要水源之一的地下水开采量在逐年增加（表1），其规模性开采始于上个世纪60年代，并且局部超采现象愈演愈烈。以2000年为例，地下水总开采量1.02亿m3,实际开采1.38亿m3,超采0.35亿m3,开采利用率达到135%。其中潜水开采量0.87亿m3,超采0.24亿m3, 开采利用率达138%；承压水开采量0.51亿m3,超采0.12亿m3,开采利用率达131%。

表1 包头市2004-2008年地下水资源量及其开采利用情况

Tab.1 Ground water and mining use situation in Baotou,2004-2008

3、地下水资源量的组成及过度开采可能引发的环境地质问题

3.1地下水资源量的组成

地下水资源量由储存量和补给量两部分组成。

地下水储存资源是含水系统在地质历史时期累积保存下来的水量，不参与现代水循环，是含水系统中不可再生和恢复的，是不能持续利用的水资源量，一旦开采，它将和其他矿产资源一样，将导致这部分水量的永久耗失。

地下水补给资源是指参与现代水循环，含水系统可以恢复再生、水质合乎一定标准的水量，这水量年复一年更新再生。由于气候变化，含水系统每年获得的的补给量和排泄量是有变化的，但一个含水系统的开采量不超过其补给资源时，地下水资源就有连续开采的保证。

地下水的补给量包括天然补给量（山前侧向补给、大气降水的入渗补给）和转化补给（地表水体渗漏补给、渠系和田间灌溉水渗漏补给、含水层之间的越流补给）。由于地下水补给的一部分将消耗于不可避免的潜水蒸发、植物蒸腾、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（如形成地下水水位下降、开采漏斗、造成地面沉降等）的水量称为可持续开采量或可采资源。

3.2过度开采地下水可能引发的环境地质问题

如果将全部补给量作为地下水的可采量或开采量超过补给量时，必将造成地下水的过度开采。地下水过度开采会引起一系列的环境退化现象（水岩（土）力学平衡破坏、水文循环平衡破坏、渗流场平衡破坏等）。最明显的是地下水水位下降，开采中心的降落漏斗面积逐渐增大（表2）。由于地下水水位下降会引起浅埋地下水所维持的沼泽湿地干涸、植被衰退和地面沉降等，其中最直接的环境问题是地面沉降（上海、天津等大城市因地下水过量开采已经造成大范围的地面沉降）。

表2 包头市2004-2008年地下水资源利用及其结果统计

Tab.2 Groundwater resources utilization in Baotou Unit

4、包头市地下水过量开采可能引发地面沉降分析

包头市地下水的过量开采已经形成事实，随之最可能引发的直接环境地质问题将是地面沉降。地面沉降在包头市目前不会出现，但随着地下水过量开采的逐年积累，这一环境问题将会显现出来。现就引起地面沉降的机理、影响因素、软土固结、发展趋势、主要危害作如下分析：

4.1地下水过量超采引发地面沉降机理分析

本地区主要是开采第四系孔隙潜水和孔隙承压含水层中地下水，开采地下水引起的水位降低，必然导致含水层本身及相临隔水层中孔隙水压力的减少。

根据土的有效应力原理，土的总应力（δ）等于由于水承担的孔隙水应力（U）与土骨架承担的有效应力（δ）之和。在抽水过程中未发生沉积变化，因此可视土层的总应力不变，而由于地下水开采引起的土层中孔隙水应力的减少，必然导致土的有效应力的增加，其后果是导致土层的固结，因而产生地面沉降。

4.2地下水开采产生的地面沉降主要影响因素

4.2.1地质因素（内因）

土的透水性影响：一定时间内，土层的渗透性与土的固结程度呈正比关系，也就是说土层渗透性越差，在有效应力不变条件下，一定时间内土层的固结程度就越低，相应变形量越小。