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【关键词】多年冻土;冻土区地下水;大兴安岭
1.自然地理概况
1.1气象水文条件
大兴安岭地处我国东北部,该区广泛分布着多年冻土,冻土面积占该区面积的70~80 %左右,主要分布在北纬47°00′~53°30′左右,平均海拔600~800m,是典型的寒温带大陆性气候,冬季严寒漫长,夏季多雨短暂,但年降水量不大,年平均气温一般为-2~5.5℃,在最北部极端最低气温可达-52.3℃,月平均负温期长达6~7个月,年平均气温差较大,夏季短暂,冬季漫长。而此区多为寒冷植物生长,由于森林的存在有利于涵养地下水。该地平均地温一般在-1~-2.5℃,冻土厚度北部最厚,最大在130m左右,随着纬度降低,冻土厚度逐渐的有所减少,如南部边缘地区,冻土存在的厚度仅为5-10m左右。季节融化层分布厚度不等,视岩性不同、地质不同、朝向不同、水文气象不同、植被不同等等诸多因素,大兴安岭季节融化层厚度也有所差异,由于岩性不同,最大厚度可到3-3.5m(如融区),最小厚度0.2-0.3m左右(如沼泽湿地区)。该区年降水量450~550mm左右,由于在多年冻土区,地表水入渗条件较差,多以地表径流排泄,大气降水也是如此。
1.2区域地质地貌情况
①大兴安岭多年冻土区多为中低山区,在其沟谷部分为山间河谷冲洪积平原区,其成因:中低山区为区域地质多时期构造运动的结果,构造发育断层较多,为地下水补给储存提供了有利的条件;②山间河谷冲积平原区,大部分多为多年冻土,仅在大河两侧出现部分融区,为融区地下水提供了储存条件;③在大兴安岭多年冻土区也同样存在着坡积层、残积层冻结层上水供水意义不大,水量随冻结时间的变化逐渐减少,甚至没有; ④水文情况:大兴安岭分布着多条河流,如呼玛河、塔河、阿穆尔河等十多条河流,在河流两岸存在程度不等冻土分布,越往下多年冻土面积减少,融区补给条件良好,为各类地下水补给提供了有利条件。
2.多年冻土区地下水类型及特点
2.1多年冻土区地下水类型
多年冻土区地下水的类型与其他地区有所不同。按地下水存在的类型来说,分融区地下水、多年冻土层下地下水等,其种类繁多,成因复杂,涉及到冻土的分布、冻土的厚度、冻土的埋藏条件等。由于冻土的存在,直接的控制了地下水的储存条件及分布规律,改变了非多年冻土区的补、径、排条件,为地下水寻找与探寻造成了不利条件。另外,该区的水文、气象、植被、河流等,均受多年冻土的控制和影响。如在北部地区融区较少,甚至大的河流也有连底冻的情况,为地下水的探寻与寻找造成了极其不利的条件。综合上述诸多因素,对地下水进行如下的分类:无论是在片状多年冻土区还是岛状融区多年冻土区、岛状多年冻土区,随着纬度的降低,补给条件的改变,冻土的退化,气温的升高,改变了多年冻土区的储存分布条件,越往下融区地下水、融区构造水、融区风化裂隙水、融区风化构造裂隙水提供了有利的条件,供水意义较好。按上述诸多因素对于多年冻土地下水类型可按杨润田、林凤桐著作中[1]的分类方法进行如下分类,见表2.1: 经作者验证认为该分类方法比较符合我国的实际情况。
表2.1 多年冻土区地下水分类系统表
2.2大兴安岭多年冻土区地下水的补、径、排特点
①片状多年冻土区约70-80%的连续,由于多年冻土分布特点是:厚、大、深,为地下水补、径、排提供了极为不利的条件,造成地下水补给方式单一,如有些大气降水根本无法渗入。另外,因多年冻土层的存在阻碍了大气降水和河水的渗入,为大气降水的补给、径流、排泄造成不利条件,补给方式单一,补给路径较长,多靠大河融区及构造裂隙远区补给,此水因为远区补给源较高,多为承压自流水,如图2.1和表2.2。
表2.2 霍拉河盆地部分钻孔富水性及冻土厚度[2]
根据上述情况,对多年冻土区地下水特征累述如下:
①分布特征:多年冻土区地下水补、径、排的控制条件,除了受非多年冻土区的控制因素影响外,主要受多年冻土的分布所制约,随着纬度的升高,冻土分布的面积及厚度都有所增加,地温变低,多年冻土对地下水的补给及排泄起到严格的控制作用。在此区,大气降水往往以地表径流方式排泄于河流,而在北部,河谷地区有时也存在多年冻土,所以不管是大气降水补给,还是河水补给,其补给条件都受多年冻土的控制。
②融区地下水补给条件改变的规律:在北部,片状多年冻土区,地下水补给方式单一,补给速度缓慢,随着融区面积逐渐增大,越往南部,地下水补给条件有所改观,补给方式也有所增多,不论是地表水、地下水还是大气降水都有密切联系,因此,水量随着纬度的降低有所增加,水质类型也有所改变。
③分布条件:片状多年冻土区的地下水补给源往往较远,多以大型的江、河、湖构造断裂带为补给通道,因大气降水不能直接渗入,补给区的形成路径较远,补给速度缓慢,因此,该区地下水水量多出现滞后型,即丰枯水期补给差异性较大,滞后时间约一到两个月。随着纬度降低,补给条件有所改善,补给途径及方式均有所增多,由远区河流补给、近区融区的河流潜水补给及其它的大气降水补给等均有所加强,补给方式多变,补给条件较好,水量增大,水位下降较小,具有一定开采能力和供水意义。
④排泄条件:在片状多年冻土区地下水排泄方式单一,以远区排泄方式为主,近区排泄次之,大部分水通过断裂带溢出而形成泉水,这种排泄方式多出现冰椎和冰丘。另外,随纬度的降低,排泄途径也有所改变,如排泄于融区及断裂构造带中等。
3.结论
从上述论述情况来看,多年冻土地下水形成条件、分布规律是复杂多变的,随着纬度的逐渐降低,地下水的补、径、排条件有所改变,不仅含水条件较好,补给条件也有所加强,从单一补给方式,逐渐的变为多种形式的补给因素,对于多年冻土区开发地下水起到了良好的作用。因多年冻土区是一种特殊土的地区,一切工作都在探索之中,尤其是对今后多年冻土区地下水的研究与分析更应该加以深入探讨,且今后开发冻土区建设应多多积累经验,为社会主义开发建设提供有利的条件。
【参考文献】
关键词:地下水过量开采危害防治
1地下水超采的危害
1.1地下水超采造成地面沉降
由于连年超采地下水,水位持续下降,易造成地面沉降。超采范围之内的岩土层地下水释放,土层被压密,厚度降低,引起其上部岩土体沉降,上覆土层因自重和疏水向下移动、弯曲变形,一直发展到地表,引起地面变形,使建筑物倾斜、墙体开裂,造成巨大经济损失。与岩土工程中的降水开挖相比,超采地下水造成的地面沉降影响范围非常大,据资料显示,美国长滩市1961年累计沉降量达9m,休斯顿市1978年的沉降影响范围达到12000km2。需要说明的是地面沉降的原因包括自然原因和人为原因,超采地下水并非引起地面沉降的唯一原因,但是这种因抽取地下水而形成的地面沉降,是地面沉降现象中发育最普遍、危害性最严重的一类。国土资源部南京地质矿产研究所主持的《长三角地区地下水资源与地质灾害调查评价》显示,由于过量开采地下水形成“地面沉降”,对上海市造成了2900亿元的损失,长三角地区经济损失近3150亿元。
1.2造成局部地区水资源衰减并伴随地下水污染
水源地超量开采造成水资源衰减主要是井位布局不合理,供水井集中,以及超量开采,导致水源地地下水水位降深过大,形成地下水漏斗并逐年扩展。水资源衰减影响生产用水,造成的经济损失难以估量。地下水超采造成的地下水污染主要有两个方面的原因:第一,由于过量开采地下水导致岩溶塌陷,破坏上覆第四系隔水层,地表污水及劣质潜水通过塌陷段渗入第二,由于过量开采地下水,造成水位降低,水量减少,同时水在地下净化时间变短,此外,水位降低和地下水漏斗的扩展则增加了地下水接受补给的范围以至于超出水源地保护区范围,实际就是扩大了受污染面积。这些原因都会造成水质变化。
对于农田,灌区内地下水盐碱不能向外排除,但同时增加了地下水补给区范围,周边沙漠等含碱地下水地区还要向灌区补给,含碱地下水不断下渗到深层,易造成土壤盐碱化。
1.3对于沿海地区,造成海水入侵,地下淡水盐碱化
一般情况下,陆地含水层的淡水水位比海水水位高,但经过长期大量抽取陆地淡含水层,会使其地下淡水水位低于海水水位,导致海水通过透水层(弱透水层)渗入陆地淡含水层中,这种现象称为海水入侵。它使地下淡水盐碱化,从而破坏地下水资源。
2防治地下水超采的方法
2.1在政策和法规上
行政管理方面,建立统一的地下水资源管理机构,实行规划开发,统一合理调度,如在市区内逐步停止自采井,统一调度使用城市供水培养一批地下水资源监测、科研队伍,加强对事故处理的能力,同时为科学管理提供依据,建立完备的应急预案、水质监测、预警监控体系和严格的监管制度。在资金支持上,完善投入补偿机制。要加大对饮用水水源保护区的投入,研究制定优惠政策,多方筹集资金,用于饮用水水源地环境保护工作。法制管理方面,认真贯彻国家有关地下水资源管理的方针、政策及法规,制定符合地方实际情况的地下水管理条例,加强地下水资源环境保护与节约用水的宣传教育。
2.2在地下水开采管理上
2.2.1分区控制开采地下水
根据地下水超采造成危害的程度的预测评估,并考虑地下水资源的恢复、补给能力,将地下水开采管理划分为禁采区、限采区和控采区或不同的保护区,进行分区开采。深层地下水和浅层严重超采区实行禁采政策,如市区内、长期农业灌溉的严重超采区浅层地下水一般超采区、已引发地质灾害地区和受污染地区,并具有一定的补给及恢复能力的地区实行限采政策轻微超采区实行控制开采,实现采补平衡。并通过适当调整不同地区的水资源费来协助施行分区管理的政策。
2.2.2加强地下水信息监控管理
进一步完善地下水动态监测网络和地面沉降的检测,改进监测手段,如采用GPS技术,实现CPS监测与分层监测标组监测自动化,提高监测成果的时效性和服务水平。从而及时掌握地下水开采与地面沉降动态情况,适时调整地下水开采计划,实现地下水资源的动态管理,所得数据对科研工作也具有重要意义。
2.2.3充分利用雨水资源、加强水循环利用等方法,减少对地下水的开采
充分利用雨水灌溉,开展人工增雨作业,增设人工增雨作业点,灌溉季节增加有效降雨,工业生产和民用中尽量多的利用中水,据有关资料统计,城市供水的80%转化为污水,经收集处理后,其中70%的再生水可以再次循环使用。合理利用中水、雨水,减少地下水的开采量,以恢复和养蓄地下水,改善水文地质环境。
此外,还可以加强生态治理、加强地下水污染治理,通过拦蓄工程、湿地工程等,提升水体自我降解和生物降解能力。
2.3在地下水超采造成的各种地质问题防治方法研究上
2.3.1加强对大范围地面沉降的研究
在第七届国际地面沉降学术研讨会(2005)上,国土资源部副部长貟小苏讲话:“各个地区都根据自身实际,开展了深入和系统的地面沉降防治工作,并逐步形成和推进了区域联动。其中以上海、江苏、浙江为主体的长江三角洲地区以北京、天津、河北等地为主的华北平原地区以西安、太原为代表的构造盆地地区,其地面沉降监测、防治与研究都取得显著的成效”。在测量学上应加强对城市大范围进行地表沉降测量的研究,结合水文数据,对地下水超采形成地面沉降的研究工作具有重大意义。
2.3.2对于地下水超采的治理办法可以采用回灌方法,恢复养蓄地下水
因地制宜开展地下水人工回灌。人工回灌是防治地面沉降的有效手段之一,且方法简单,并能起到蓄水储能的综合效果,但需水量大。应积极创造条件,在保证水质的前提下,进行回灌。各含水层组之间水力联系较好的地区,具有接受大气降雨入渗与河水补给的特点,建设引雨回灌工程,利用雨洪资源渗漏回补地下水。
【关键词】工程地质勘察;水文地质;重要性
中图分类号:F407.1 文献标识码:A 文章编号:
0 前言
水文地质在工程中主要用于研究地下水的形成,分布,运动规律,物理、化学性质以及同其他水体的相互关系,是一种研究地下水的科学。随着科学的发展和生产建设的需要,水文地质学又分为区域水文地质学、地下水动力学、水文地球化学、供水水文地质学、矿床水文地质学、土壤改良水文地质学等分支学科。在进行施工的过程中,进行水文地质勘察可以有效降低或消除在施工中的不安全因素,提高工程施工的效果。对工程地质具有非常重要的意义。本文就水文地质在工程地质勘察中的重要性进行探讨,现研究结果如下。
1 水文地质与工程地质勘察的定义和关系
水文地质水文地质指自然界中地下水的各种变化和运动的现象。水文地质学是研究地下水的科学。它主要是研究地下水的分布和形成规律、地下水的物理性质和化学成分、地下水资源及其合理利用,地下水对工程建设和矿山开采的不利影响及其防治等。
工程地质勘察是对研究、评价建设场地的工程地质条件所进行的地质测绘、勘探、室内实验、原位测试等工作的统称。为工程建设的规划、设计、施工提供必要的依据及参数。工程地质条件通常是指建设场地的地形、地貌、地质构造、地层岩性、不良地质现象以及水文地质条件等。
水文地质与工程地质勘察关系极为密切,水文地质直接影响到建筑物的稳定性和耐久性,直接关系到施工工程的安全性。水文地质和工程地质两者之间相互联系,相互作用。
2 水文地质的评价性内容
在之前的工程地质勘察水文地质评估的过程中,由于缺乏基础的设计和施工细节条件,对水文地质的评价往往出现偏差,导致施工过程中出现安全问题和施工完成后出现质量问题,对工程造成严重的经济损害。因此,在对当前的水文地因素进行评价的过程中,相关人员要做好以下几方面内容。
第一,重视地下水对工程的影响。在进行工程地质勘察的过程中,相关人员要首先重视地下水,对地下水进行全面资料分析和实地勘察,重点评价地下水对工程施工和建筑物的影响。相关人员要对地下水可能导致的岩土工程危害进行有效预测,对其进行预防和有效处理。要重点查明相关的水文地质资料,结合建筑物需要进行水文地质分析,对人工活动导致的地下水变动进行预测和控制,降低地下水对岩土层和建筑物的影响。
第二,根据情况选取水文地质资料。结合相关资料和建筑基础类型,对建筑工程过程中的地下水进行分析,选取有关水文地质资料。
第三,从工程角度对不同条件下的地下水影响进行全方位分析。在对地下水进行研究的过程中,相关人员要对地下水在不同天气条件和地质条件下对建筑物的影响进行着重分析,进行全面的地下水评价。例如:
相关人员要对地下水对埋藏在地下水位以下的建筑物中的砼及砼内钢筋的腐蚀性进行评价。要对建筑过程中选取的软质岩石、强风化岩、膨胀土等进行研究,将该种岩土体作为基础持力层建筑物场地地质进行研究,分析地下水对上述地质场地的冲击、软化效果,对工程效果进行评价。
3 岩土水理性性质
岩土水理性质主要指岩土和地下水相关作用,形成的各种地理性质,对岩土的物理性质和地理性质都有非常严重的影响,导致施工过程中出现危险。上述的水理问题直接影响到建筑物的稳定性,要在进行建筑的过程中进行密切关注。岩土的水理性质和相关的地下水是密切相关的,且两者之间相互影响。对地下水的赋存形式和岩土的性质进行研究和测试过程中,要注意以下操作。
第一,对地下水性质进行研究。相关人员要对地下水的赋存性质进行分析,对当地的地下水进行研究。地下水在岩土层的贮存性质主要分为结合水、毛细血管水、重力水三种。对水性质进行分析和研究可以实现安全施工,对工程地质勘察具有非常积极的意义。
第二,对岩土的水理性质进行评测。软化性,主要指岩土在浸水之后力学强度的变化性。在研究过程中,一般选取软化系数对其进行评测,判断相关的岩土软化指标和耐浸水效果,通过相关的粘性土层对软化性质进行分析,实现土层分布资料选取。透水性,主要指水在重力的作用下对岩土进行穿透的能力。岩土层土质的颗粒大小和土质的疏松程度都会影响到其自身的水透性,岩土层的水透性一般可以通过渗透系数进行研究,对其渗透系数进行抽水检测,实现对水透性的验证求取。崩解性,岩土层在浸水湿化后,土粒连接被破坏,导致自身出现崩散、解体等。岩土的崩解行在一定的程度上和自身的站粘性具有非常大的关系,除此之外,还与自身土质的颗粒有关。给水性,在水重力饱和的情况下,岩土层能够从裂缝和裂隙之间进行有效流出的能力。通过相关的给水性将水层地质参数,降低地下水对基坑涌水量的影响。
4 地下水位对岩土工程的危害
4.1 地下水位升降引起的危害
在进行地下水位工程勘察的过程中,相关人员要对地下水位的季节性变化进行严格控制,对地下水位进行实时监测。要根据水文地质的变化特性对其进行变幅研究,对人文因素引起的局部变化进行研究,减少水文地质对岩土工程的危害。
4.2 地下水位对岩土物理学性质影响
地下水位的升降变化在一定程度上很容易引起膨胀性岩土层不均匀收缩,导致岩土层形成地裂,出现相关的建筑物低层或建筑物破坏。在进行工程地质勘察的过程中,相关人员要对地下水位进行严格动态控制,对岩土层膨胀收缩变形进行往复研究,降低对岩土层膨胀程度的影响。
在建筑工程的地基内,当地下水位在建筑岩层范围内发生变化时,要对水文地质状况进行分析,降低地下水对建筑物稳定性的影响。地下水位在变动的过程中,存在很明显的变化规律。岩土层经过地下水位长期的淋滤很容易富集铝铁等元素,导致岩土颗粒出现胶结和填充,明显增大了土体之间的连接力,土体较为密实,空隙间隙较小,这部分岩土层的承载力明显提高。岩土层物理学性质在水文地质的影响下一直在改变,在对工程地质进行勘察的过程中,相关人员要对水文地质和岩土层物理性质变化规律进行研究,降低地下水对建筑工程的影响。
4.3 地下水动水压力作用引起的岩土工程损害
动水压力在天然的状态下作用力较为弱,但是在人工作用的情况下活动情况较为剧烈,非常容易导致地下水天然动力压力加强,导致出现严重的岩土工程危害。地下水动水压力作用会在一定的程度上引起岩土层发生松动,导致岩土工程施工出现问题,给建筑施工带来非常严重的安全隐患,造成工程中出现流砂、管涌等问题,对建筑工程影响非常大。
5 总结
水文地质是影响建筑工程的一项关键因素。在进行工程地质勘察的过程中,相关人员要对水文地质进行全方位的分析和研究,对在施工过程中,水文地质对岩土层的影响和冲击进行全面掌握,对其进行施工控制的研究。在工程勘察的过程中,要对岩土体相关的水文地质问题进行消除,切实做好在工程地质勘察过程中的水文地质勘察控制工作,确保建筑施工顺利完成,提高岩土工程的安全性和可靠性。
【参考文献】
[1] 王新春.工程地质勘察中水文地质问题的危害[J].科技传播,2012,3(3):91-92
一、前言
地质灾害,对人们生命财产和环境造成极大的破坏和不可挽回的损失,如崩塌、滑坡、泥石流、地裂缝、水土流失、土地沙漠化及沼泽化、土壤盐碱化,以及地震、火山、地热害等。地质灾害的发生,往往和与水文地质因素有着密切关系,因此,深入研究水文地质因素对地质灾害的影响,是意义重大的一项工作,有利于地质灾害防治工作的开展。应结合社会主义经济可持续发展战略的指导思想,对地质灾害设计进行针对性的处理对策,是非常有必要的。
二、水文地质及其结构运动
水文地质指自然界中地下水的各种变化和运动的现象。地下水是贮存于包气带以下地层空隙,包括岩石孔隙、裂隙和溶洞之中的水。地下水是水资源的重要组成部分,分布广泛,便于就地开采使用;洁净、不易被污染,水质普遍较优;动态比较稳定;供水量受气候变化影响较小,具有较大的调蓄能力,因此是农业灌溉、工矿和城市的重要水源之一。
但在一定条件下,地下水的变化也会引起沼泽化、盐渍化、滑坡、地面沉降等不利自然现象。地下水是存在于地表以下岩层空隙中的各种不同形式水的统称。地下水主要来源于大气降水和地表水的人渗补给;同时以地下渗流方式补给河流、湖泊和沼泽,或直接注入海洋;上层土壤中的水分则以蒸发或被植物根系吸收后再散发人空中,回归大气,从而积极地参与了地球上的水循环过程,以及地球上发生的溶蚀、滑坡、土壤盐碱化等过程,所以地下水系统是自然界水循环大系统的重要亚系统。
地下水如果采用不合理的灌溉,可造成次生盐碱化;过量开采地下水可导致沿海地区海水入侵,水质恶化;不同含水层之间诱发水力联系,产生水的混合作用,使水质恶化;岩溶区地面塌陷;还会导致如矿坑涌水、基础及边坡的稳定问题等。不当利用地下水将导致其水位严重下降,形成大面积的地下水下降漏斗,在地下水用量集中的城市地区,还会引起地面发生沉降,使区内建筑物失去稳定。此外工业废水与生活污水的大量人渗,常常严重地污染地下水源,危及地下水资源。因而系统地研究地下水的形成和类型、地下水的运动以及与地表水、大气水之间的相互转换补给关系,具有十分重要的意义。
三、水文地质因素对地质灾害造成的影响
水文地质不仅是一种自然地理现象,也关系着地质灾害的形成、发展、危害等方面内容。根据勘测资料记载,水文地质引起的灾害,多集中于岩溶塌陷、砂土液化、地面沉降、软土变形等方面,具体情况如下所述:
1.岩溶塌陷
岩溶塌陷的形成条件为具有开口型溶洞、溶隙的碳酸盐岩;一定厚度的松散覆盖层;易于改变的地下水动力条件,破坏了地下水运动的均衡性。水文地质对岩溶塌陷的主要影响是造成巨大的水流冲刷力,破坏了溶洞底层结构的牢固性,造成土体抵抗力减弱而引起塌陷问题。溶塌陷点密集区主要发生在陡河断裂与山脉断裂之间的本文由收集整理隆起地带,这一带第四系沉积厚度较小,基岩埋深较浅,受多期构造应力场的反复作用,多处发生岩溶塌陷。
2.砂土液化
砂土液化是指饱水的疏松粉、细砂土在临界地震作用下,瞬间突然破坏而呈现液态的现象。饱和砂土受到震动后趋于密实,导致孔隙水压力骤然上升,在周期性的地震荷载作用下,孔隙水压力逐渐累积使土粒处于悬浮状态,而接近液体的特性。砂土液化在不同地质条件下会产生不同结果,对地质结构造成的破坏力也不一样。在沉积颗粒较粗地段,液化土层大大增加孔隙水压力往往超过盖层强度,地下水携带砂粒冲破盖层或沿盖层裂隙喷出地表,产生喷水冒砂现象。
3.地面沉降
引起地面沉降的原因有自然因素、人为因素,前者有构造活动引起的沉降、软弱土层形成的沉降、以及地震活动、海平面上升等;后者有过量开采深层地下水、地下热水及开采油气资源均可引起地面沉降。地面沉降伴随着地下水的开采而产生,地面沉降的速率和发展趋势随着地下水位的变化而变化;地面沉降漏斗与地下水位下降漏斗基本一致,引起地面沉降的层位与各含水组的开采量相对应。因此,超量开采地下水是引起地面沉降的主要原因,需要给予足够重视。
4.地基变形
软土地基是现代建筑施工或地质开发的常见问题,这种土体结构本身就缺乏稳定性,受到地下水运动影响后更加不牢固。通常软土层具有诸多有害特性,这使得水文地质对软土地基变形的不利影响更大。软土具有触变特性,当原状土受到振动以后,破坏了结构连接,降低了土的强度后很快地使土变成稀释状态。同时,在加载初期,地基中常出现较高的孔隙水压力,影响地基的强度。软土除排水固结引起变形外,土体在剪应力作用下会发生缓慢而长期的剪切变形。
四、地质灾害的防范措施及应急处理
针对水文地质引起的地质灾害,目前常用的应对策略是“预防为主,治理为辅,防治结合”的原则,最大限度地控制灾害现象的发生。如果无法避免灾害的发生,则需要提前制定应急处理方案,尽量减小灾害的破坏范围和损失程度。
1.实时监测
地质灾害高发地区必须设置二十四小时监测系统,以掌握地下水运动的具体情况,当监测到异常信号时可提醒相关人员采取紧急措施处理。山区是我国地质灾害多发区域,政府要加强山区的抗灾指导工作,引导当地居民做好全面的防范工作。在雨季时期,对地下水流量多少跟踪监测,当水流量超出标准范围后立即调控水流的方向、流量,以免地下水运动引起的地质破坏。
2.开发利用
由于我国特殊的地理位置,地下水资源长期处于饱和状态,地下水储存量过大造成对地质结构的冲击力增大,这种状态下极易引起地质灾害。积极开发利用地下水是防范灾害的有效措施,其不仅充分利用了地下水资源,也降低了灾害发生的次数,维持了地表结构的稳定性。我国北方城市开始将地下水作为生活用水的来源,定期开发利用地下水供应使用;部分地区将地下水运用于农田灌溉,从而提高了水资源的利用率。
3.紧急处理
当地质灾害发生之后,现场人员应采取紧急处理措施,把灾害的不利影响控制在最小范围,以防造成更多的生命危险、财产安全。不同的地质灾害所采取的应急处理方法也不一样,但地质灾害的紧急处理必须坚持以人为本的原则,先保障人员的安全,然后急救财物。针对岩溶塌陷、砂土液化问题,需要采取加固处理方法,防止塌陷、液化问题进一步加重。针对地面沉降、变形等问题,则需要考虑路面的交通安全,及时设置灾害警告或封堵交通,防止意外事故的发生。
关键词:土壤;新型肥料;氮素淋失;地球化学响应
中图分类号 S158 文献标识码 A 文章编号 1007-7731(2016)08-16-05
Abstract:Nitrogen leaching is an important way of nitrogen loss,which makes it the dominant process accounting for nitrate pollution in groundwater. Therefore,it is of great significance to study the characteristics of nitrogen leaching in soil which may pave a way for groundwater nitrogen pollution prevention and control.In our study,soil column method was used to study nitrogen transport and leaching behavior of new emerging fertilizers in soil. Meanwhile,the geochemical responses of soil to nitrogen leaching were analyzed and the leaching amounts of main nitrogen species were determined.The results showed that nitrogen leaching losses were significantly different between new emerging fertilizers and traditional nitrogen fertilizers. Nitrogen leaching losses of urea,slow-release fertilizer and stabilized fertilizer were 208.66,131.95 and 125.24 kg・hm-2,respectively.The nitrogen leaching rates of slow-release fertilizer and stabilized fertilizer(32.98% and 31.31%)were lower than that of urea(52.16%),which indicated that slow-release fertilizer and stabilized fertilizer significantly reduced nitrogen losses.Nitrate,ammonium and dissolved organic nitrogen respectively accounted for 49.89%~75.19%,6.48%~12.77% and 14.92%~31.31% of the nitrogen leaching amount,which demonstrated that nitrate nitrogen was the main form of nitrogen leaching,followed by dissolved organic nitrogen and ammonium nitrogen.
Key words:Soil;New emerging fertilizers;Nitrogen leaching;Geochemical response
地下水是一种宝贵的自然资源,是人类生产生活中重要的供水水源之一,一旦被污染便难以治理[1-2]。近些年来,青岛市大沽河流域地下水污染日益严重,调查表明,大沽河地下水中硝态氮超标率为73.7%,最高浓度达到106mg・L-1,超标近10倍[3-4]。由此可见,大沽河地下水源地硝酸盐污染控制已经到了刻不容缓的地步。
关键词:南宁;工程施工;地下水;影响
中图分类号: TV5文献标识码:A 文章编号:
一、地下水的分类:
根据南宁盆地区域中岩土层的贮水空隙的差异分类,可分为上层滞水、孔隙水及裂隙水;其中的上层滞水主要存在于填土层、淤泥及淤泥质土中,孔隙潜水主要分布于粉土、砾砂及圆砾层中;裂隙水为基岩裂隙水赋存于第三系基岩中的粉砂岩、泥质粉砂岩的孔隙裂隙中。
二、地下水对工程施工有重大的影响:
在基槽中由于地下水作用使基槽、基坑的开挖、管槽开挖及管道掘进、人工挖孔桩,边坡支挡等方面尤为明显,由于地下水的作用使本来相对简单的施工难度大大提高,成本亦直线上升,甚至使施工被迫中断。
1、地下水对基槽施工的影响。由于未能对场地的地下水(主要为上层滞水)及时进行疏排,使地基持力层遭受水的浸泡而软化,从而导致承载力急剧下降,使后面的清理工作不但耗费人力物力,也使施工进度受到了极大的影响。
2、地下水对基坑施工的影响。在基坑施工中,由于不同的基坑开挖深度不同,一般情况下,越深的基坑其支护及施工的难度越大,施工成本也就越高。因为在越深的基坑中可能除了上部分布的上层滞水外,基坑的底部有可能已位于孔隙潜水以下,此种情况在邕江河Ⅱ级阶地中便会遇到。如在南宁市南湖附近一带。南宁市南湖附近一带为邕江Ⅱ级阶地,地层分布呈现典型的二元结构,其含水层主要为砾砂及圆砾层,该含水层不但水量大、补给快,且略具承压性,当基坑施工至该水位时便再难以施工。某工程项目由于地下水的问题处理不好导致整个基坑整体上浮,为整个工程带来经济、效益上的巨大损失,也成为当地反面教材的案例。因此,基坑的稳定与否对后面的施工起到关键的作用。
3、地下水对管槽开挖及管道掘进施工的影响。在管槽开挖及管道掘进的施工中,针对不同的地层结构和地下水分布情况,应选择不同的施工工艺,不同的施工工艺适用于不同的岩土层,选择不当则事倍功半。浅埋的管槽施工相对较简单,但深埋管槽施工起来则难度会大很多,首先槽壁范围的岩土层的性状决定了槽壁是否处于相对稳定的状态,在此状态下由于地下水的作用使原本稳定的状态失衡。特别在市区道路改扩建中进行的管槽施工,由于旧道路分布有复杂的地下管线,道路边林立的楼宇,限制了管槽的施工面,使管槽施工陷入困境。同样,地下水对管道掘进(顶进)施工的影响也是巨大的。社会在不断进步,对环境的要求也越来越重视,因此,现在的很多管道施工都选择顶进工艺。目前的顶进工艺还是沿用以人力为主的方式,即掏土到一定深度后再顶进。在土层分布较好,且没有地下水或地下水很小的情况下施工会很顺利,当土层分布较差且又有地下水的情况下,则施工起来很困难甚至无法继续施工。此种情况在很多地段均有发生,如明秀西路铁路桥段,其经过反复的施工及处理,耗费了大量的人力物力。
4、地下水对人工挖孔桩的影响。人工挖孔桩在现在的施工中是越来越少被采用到,但不得不说人工挖孔桩施工在特定的条件下为挥了积极的作用和功绩。人工挖孔桩施工适用于不含水或地下水很少的地层,凤岭片区因此成为当时人工挖孔桩的主战场。该片区为邕江高阶地,主要分布有第三系泥岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩及粉砂岩,相对于分布于粉土、砾砂及圆砾层中的孔隙水,该层赋存于第三系基岩中的粉砂岩、泥质粉砂岩的基岩裂隙水的水量则少之又少。但就是这层少之又少基岩裂隙水让不少参与人工挖孔桩施工的人员头痛不已。在该基岩中的粉砂岩及泥质粉砂岩呈韵律状分布,但其分布没有规律性,且其埋深、厚度等变化很大。在人工挖孔桩施工的过程中,相邻桩孔的水位及水量变化相差巨大,相邻的两根桩孔中的一根有可能施工起来一切顺利,但另外的一根则有可能耗费很大的代价才能完成。因为难施工的这根桩孔由于其开挖分布有粉砂岩,且粉砂岩含有基岩裂隙水,虽然水量不大,但其具有承压性,在开挖过程中不断渗出的基岩裂隙水浸泡孔壁导致孔壁崩塌难以成孔,最终拖延了工期,也耗费了人力物力。
5、地下水对边坡的影响。边坡的稳定与否直接影响到他的使用功能,也影响到边坡附近建构物的正常使用。产生边坡失稳的原因有边坡本身地质构造、地形地貌、水文地质结构、斜坡的地形与微地形等内在原因;也有降雨、冲刷、风化作用、物理化学作用等等,但通常情况下,地下水对边坡稳定性的影响很大,根据大量边坡失稳原因的分析,几乎所有的崩塌、滑坡都与水有关,特别是地下水的存在与活动往往是形成崩塌、滑坡等边坡失稳的主要因素。
三、如何减少或避免地下水对施工影响:
通过上述地下水对工程施工的影响分析,地下水对工程施工影响重大,因此,工程施工前必须查明地下水的类型、水量、补给来源等,根据不同的项目来进行选择以何种手段来查明,对重要的工程项目,必须进行专项的水文勘察工作,或有针对性的采用多种手段查明地下水。查明地下水后,选用正确的方法或手段进行施工,确保施工的安全、有序,从而促进工程项目效益的最大化。
四、结束语
地下水是一门学科,他在工程施工中的影响重大,因此,研究如何减少或避免地下水对施工的影响意义重大而深远,需要我们进一步的探索。
参考文献
[关键字]地下水 城市地下水 勘测 注意事项 解决策略
[中图分类号] P641.72 [文献码] B [文章编号] 1000-405X(2013)-5-152-1
1地下水的相关介绍
所谓地下水通俗的来讲就是存在于地下的水资源,准确的说它是地下岩层、缝隙以及溶洞中这些包气带一下底层中的水源。作为地球上所有水资源的重要组成部分,地下水相较于其他水源拥有水量稳定、水质好的优势,这也是它成为农业灌溉、工业生产以及城市生活用水水源之一的原由。地下水也被称为地下多孔介质中的水,其载体的介质包括孔隙和岩溶,
根据地下埋藏条件的不同,地下水可分为上层滞水、潜水和承压水三大类。上层滞水是指大气中的降水因为浅层岩石的隔离作用而停留在裂缝或者沉积层中的水;潜水是地表之下第一个稳定隔水层上的地下水,通常情况下我们掏挖泥沙时渗出的水就是潜水,有时因为水资源充足,当挖到水源聚集的时候会出现潜水流出地面形成泉的现象发生;而承压水相较于上层滞水和潜水而言,地处的位置就更为深入了,它是埋藏较深的、赋存于两个隔水层之间的地下水,当井或钻孔穿过上层顶板时,强大的压力就会使水体喷涌而出,形成自流水,所以承压水又被称为自流水。
2城市地下水勘测的相关内容
2.1城市地下水勘测的必要性
城市地下水是人们生活、工作、工农业生产必不可少的重要组成部分,但是因为人们过度对资源的利用,地下水在这种情况下也有了各种变化,而地下水的变化也往往带动其他许多相关方面的改变,例如会引起沼泽化、盐渍化、滑坡、地面沉降等不利自然现象。所以对地下水的勘测就非常必要,水利勘测是指为江河治理和水资源开发利用、保护而进行的测量、工程地质勘察地下水资源勘察和灌区土壤调查等工作,而城市地下水的勘测,就是对保护城市用水安全,以及对城市各类水利设施的合理规划,以便发挥城市地下水对城市人民生活、城市工业生产以及城市防洪建设工程的重要作用。
2.2城市地下水勘测技术
随着对城市地下水的不断重视,城市地下水的勘测也变得十分重要,而相应的城市地下水的勘测技术也在不断进步,实际上城市地下水的勘测离不开整个城市水利工程建设的相关辅助,而其勘测技术也对城市地下水的勘测提出了重要的保障。例如在国家基准网与卫星定位技术,对于城市地下水的各种性质特点都能够进行精准的勘测,同时运用到数字测绘技术和变形监测技术,对于城市地下水因为自然或非自然的环境变化,而形成变化做出最准确、最及时的补救措施,这种技术的运用往往是在于维护和管理的阶段,具体的操作实施工作还是需要具体的勘探技术的,例如水利工程中普遍应用的大口径钻探技术和物探监测技术,这些技术都能够快速、简单并有效的勘测城市地下水的具体状况。[1]
3城市地下水勘测的注意事项及难点解决方法
虽说城市地下水拥有水利工程建设中运用的各种先进技术的辅助,来进行其具体的勘测,但是因为人们过度运用城市地下水资源,以及生活、生产对于城市地下水的各种污染,对城市地下水的勘测带来了巨大的考验和难题,下面我们就具体介绍下城市地下水勘测中存在的难点和注意事项,并相应的提出具体解决策略:
3.1城市地下水勘测注意事项
(1)勘测地下水流向的极差。城市地下水的勘测,主要是为了对区域内的水资源进行评价,并且绘制水文地质填图,从而提出对运用和饱和地下水最好的方法。地下水流向的确定是非常关键的一个环节,但是这一问题并没有的最合理的解决方法,对于局部小范围的地下水流向,由于水井密度达不到要求及资料的缺乏, 很难准确判断。
(2)特殊土质下的地下水无法勘测。对于城市地下水的勘测,难免会遇到具有松散土质的区域,其下面的地下水往往不能加以利用,因为其本身矿化度高,不能饮用,而且在松散层下伏基岩为石灰岩时.由于无好的隔水底板,地下水下渗,也不可能找到孔隙水富水,无法勘测到地下水的具体状况,这就为城市地下水的勘测带来了又一大难题。
(3)地下水污染带来的勘测难点。工业的不断发展,在带来巨大经济效益的同时也在不断破坏自然环境,工业与生活废水的任意排放,由最先污染的地表水不断向地下水进军;[2]而且因为大气的污染,使得污染物以降水的方式对地上与地下的水资源污染,再加上城市近郊长期使用的农药和化肥对地下水都是存在一定的负面影响,这对城市地下水的勘测,也提出了又一大考验。
3.2城市地下水勘测难点解决策略
(1)自然电位法勘测地下水流向。自然电位法就是通过观测自然电场来解决某些地质问题。其中最常用的就是:“8”字型观测点,其原理是地下水流动方向上两测点间的电位差为极大,在其他方向上地下水的相对运动速度和产生的电位差都处于过度状态,所以,“8”字型长轴所指示的方向即为地下水流的轴向。确定了地下水水流方向,对于水资源的评价,和水文地质填图的绘制都有了明确的保证。
(2)重磁资料在地下水勘测中的应用。这一方法的应用可以简单、准确的找到隐伏基岩地下水蓄水构造、导水通道及有隔水基底的孔隙水,有效的进行特殊土质下地下水的勘测,同时也使布置电法工作更具目的性,最终取得较好的地质效果。
(3)地下水防治污染相应对策。针对地下水污染而造成的勘测难问题,我们需要加强保护水资源的意识,地下水评价制度也需要进一步加以完善,同时需要社会和相关国家部门加以重视,设立相应的规则条例,规范人们的行为。
综上所述,各种勘测方法进入城市地下水勘测领域中,并且已经较为成熟,而且实践中利用多种技术的结合取得了更好的效果,但是在勘测的过程当中还是存在着操作难点以及需要注意的地方,所以我们需要明确正视这些问题,运用具体的解决方案,来保证城市地下水的精准勘测,为城市地下水的各种应用做好最切实的准备。
参考文献
【关键词】地浸采铀;水文地质因素;砂岩型铀矿
地浸采铀技术主要应用于砂岩型铀矿的开采,它主要是通过钻孔将一定比例配制好的溶浸液注入含矿层中,以实现对铀的浸出[1]。因此,矿床和含矿层水文地质条件决定着地浸采铀能否顺利进行。影响地浸采铀的主要矿床水文地质因素有:矿石(矿层)的渗透性,含矿含水层地下水埋深和水头(压),含矿层隔水顶板及隔、夹层,以及地下水的矿化度及温度。其中矿层的渗透性属于决定性因素。
1、矿石(矿层)的渗透性
渗透性属矿床水文地质条件的综合性特征,也是铀矿床是否可以地浸的最重要因素。在地浸采铀中,非渗透性的铀矿床不能开采。因为矿石的渗透性对溶液的运移速度、钻孔的抽注液能力等均有影响,然而这些重要参数又影响着生产的投资和成本。矿石渗透性的好坏是用渗透系数的大小来衡量的。当水力梯度为定值时,在一定条件下,渗透系数与渗透速度成正比关系,即渗透系数大其渗透系数也大。这样就确保溶浸液的供给,浸出液就会顺利离开反应区,最终加快浸出速度缩短周期。反之,如果渗透系数越小,其渗透速度就会越慢,从而影响溶浸液的供给和浸出液的迁移,不利于浸出反应[2]。因此,从适宜地浸的角度看,根据渗透系数的大小,可以将矿石分为4种类型[3]:
①当渗透系数小于0.1m/d,为非渗透性矿石,不宜地浸开采;
②当渗透系数为0.1~1.0m/d,为弱渗透性矿石,可地浸开采;
③当渗透系数为1.0~10.0m/d,为渗透性矿石,最适宜地浸开采;
④当渗透系数大于10.0m/d,为强渗透性矿石,易产生沟流,不宜地浸开采。
而含矿层与围岩的渗透性的比值对地浸也具有重要意义,并起着主要因素的作用,因为它能对无矿岩石参与浸出过程、溶浸剂单位消耗量、产品液数量等产生影响。对于地浸采铀中含矿层与围岩的关系比较理想的条件是含矿层的渗透性高于或等于围岩的渗透系数。如果低于围岩的渗透系数,需要采取特殊工艺才能地浸。
2、含矿含水层地下水埋深和水头(压)
地下水位埋深主要是指含矿含水层地下水位到地表的距离,是决定浸出液提升方式的重要因素。例如当地下水位埋深较大时,使得获取较大流量所需的水位降深常常受到限制,当地下水位埋深较小时,要将溶液压入矿层则需要水泵消耗较大的能量,而且难使每个钻孔的注液量都相等。因此,地下水位埋深直接影响钻孔抽注液量的大小。根据水头的特征,含水层可以分为:不承压或弱承压的(小于100米)、中等承压的(100-300米)和强承压的(大于300米)。地下水的承压性(水头在顶板以上超过50米)是对地浸有利的因素。
浸出液的提升方式主要有两种,一种是潜水泵提升,当地下水位埋深大于30m时,采用潜水泵提升单位体积浸出液的成本较低;另一种是空气提升,当地下水位埋深小于10m时,采用空气提升的经济效益较好。无论采用哪种提升方式,随着地下水埋深的增大,提升单位体积的能量消耗也增加[4]。在我国一些砂岩型铀矿床中,由于地下水位埋深大,水柱高度小,钻孔在抽液时含矿含水层容易部分蔬干,从而使得部分矿石不能有效浸出,地浸开采受到不同程度的影响。另外,当地下水位埋深超过300m时,目前尚未有理想的提升设备,地下水位埋深就成为了影响地浸采铀否定因素。
3、含矿层隔水顶底板及隔、夹层
砂岩铀矿床含矿含水层隔水顶底板是原地浸出开采的重要影响因素,含矿含水层具有连续稳定的隔水顶底板(通常为泥岩,泥质粉砂岩),可以使溶浸液在剖面上的渗流范围减小,并减少浸出液的稀释,降低产品的原材料消耗。同时阻止溶浸液越流到上下含水层中,导致污染其它含水层。此外,由于溶浸液从注孔向抽孔的渗流过程中,因为重力分异作用,溶浸液会向下渗流,因此对于地浸开采,含矿含水层是否具有连续稳定的隔水底板就显得尤为重要。
隔、夹层一般都是由于水动力减弱,使得细粒的悬移质沉积而成的,主要由粘土矿物组成,含一定粉质砂屑,具有良好的水平层理,它的分布对储层非均质性具有极为重要的影响[5]。在砂岩型铀矿层中的隔、夹层通常是钙质层,其中以钙质透镜体居多[6],这些隔、夹层把原本在剖面上连续的矿体分隔成多个矿层,这一现象对流体流动单元主要产生两方面影响:一是碳酸盐岩在地浸开采中的酸性条件下易形成严重的气堵(CO2)和化学堵塞(CaSO4),从而降低渗透率,耗酸量增大,加大浸出成本;二是会对流动单元的流体流动产生影响,从而影响流体的流动方向和流域以及波及范围,最终影响地浸开采效率。
4、地下水的矿化度及温度
矿床含矿层地下水中矿化度过高是不利于地浸开采的,如Cl-、Ca2+和Mg2+质量浓度过高都会影响地浸开采。因为如果矿化度高,在浸出过程中就可能生成CaCO3、MgCO3、Ca(HCO3)2、CaSO4等化学沉淀,以及各种铁的沉淀物。在天然状态下,地下水中一些沉淀物的实际溶解度有时已经超过了理论值却未发生沉淀,这是由于盐效应的作用使各种成分的溶解度增加,致使地下水中各种离子处于一种动态平衡状态。
按照独联体的标准,含矿含水层地下水矿化度小于5g/L的砂岩型铀矿被认为是可以地浸的砂岩型铀矿床。根据地下水的溶解和沉淀作用,可采用地下水水化学研究中应用最广泛的一个指标――饱和指数(SI)来判断,其计算公式如下[7]:
(1)SI=Q/K
式中: Q―水中离子活度积;K―平衡常数。
此外,含矿含水层地下水温度也是影响地浸开采的因素之一。在一般情况下,地下水温度都保持在10℃以上,对地浸影响不大。但是当地下水温度过低(t10℃)时,地浸开采可能是不经济的,甚至不可能。
5、小结
综上所述,矿层的水文地质因素对地浸采铀有着重要的影响。矿床水文地质条件主要指矿层的渗透性,含矿层与隔水顶底板的关系及矿层中的隔、夹层,以及地下水的矿化度和温度。全面了解矿床条件有助于采取有效措施降低不利因素对地浸的影响,为科学的进行地浸开采提供理论依据,提高浸出效率,缩短开采周期,进一步丰富和完善了地浸采铀理论。
参考文献
[1]R D Schmidt. Geochemical kinetics model for in-situ leach mining. In-situ Mining Research, Proceedings, Bureau of Mines Technology Transfer Scnuner,1981.
[2]邹佩麟.溶浸采矿[M].原子能出版社,1990.
[3]М.В.舒米林等著,夏同庆,白风周译.地浸铀矿床勘探.核工业203研究所,1992.
[4]阙为民,王海峰,田时丰等.我国地浸采铀研究现状与发展.铀矿冶,2005,24(3):113-117.
[5]赵翰卿.储层非均质性体系砂体内部建筑结构和流动单元研究思路探讨[J].大庆石油地质与开发,2002,21(6):16-19.