先说结论:
----------------------------以下为正文--------------------------------
首先定义一下笔者要讨论的井水和河水。井水就是从水井里获取的水,河水就是来源自河流的水(废话)。下边来简单介绍一下井水。
注:这里只是简单粗暴的给井水一个定义和分类,鉴于各地情况的特殊性,笔者承认特例存在的可能性。如有不足之处,专业人士们请轻喷。
Fig. 1 地下水分层示意图(Modified from
Water World: Groundwater Formation)
2. 潜水井的井水与河水的关系
潜水井的井水往往距离地表较近,与地表水循环有着非常密切的关系,尤其是河水。图1是一个典型的河水与潜水(即潜水井中的井水,下同)之间的关系示意图。
一般说来,河流的底部(即河床)是某一个小区域的最低点,由于“水往低处流”,该区域内的水会汇集到河床上形成河水,浅层地下水也不例外,图1中的上半部分就是浅层地下水补给河水的示意图。
注:黄河下游的“地上河”奇观不符合上文的论断,这么奇葩的场景是很多复杂原因形成的。
如果由于某些原因,例如打井抽水、植物蒸散发等等,河流附近的地下水位下降,低于河流的水位,河水就会反过来补给地下水;换句话说,河水就会流到水井里,与井水进行“亲密接触”。
所以,对于浅层地下水来说,井水和河水之间有着紧密的联系。
Fig. 2 地下水的补给与排泄 (Modified from
Downloads)
3. 承压井的井水与河水的关系
相对于浅层地下水,很多承压井中的承压地下水有着不同的情况。有些承压含水层处于地下数十米甚至数百米,地表降水对其补给非常困难,主要原因包括:
对于承压水,较为有效的补给方法是侧向补给。由于地质运动,某个承压含水层的一端漏出地表,降水入渗后,地下水沿着含水层侧向移动到地下,补给了承压地下水,例如图3中左下方的承压水补给。所以承压井的井水与地表的河流水之间联系不是非常紧密,甚至有些地下水距离地表有数层不透水层,基本可以认为”井水不犯河水“。
Fig. 3 地下水的补给过程(Modified from
Geological Science 120)
4. 拓展阅读与引申
行文至此,题主所提的问题基本已经说清楚,此部分主要是对上文进行一下拓(pao)展(ti)。上文提到,承压地下水的补给主要靠侧向渗透。其实对于一些深层地下水(埋深大于100 m), 补给是非常困难的。
一般说来,浅层地下水需要数年甚至数十年才能更新一次,深层地下水需要上百年甚至上千年才能更新;对比来看,地表的河水一般只需要9 ~ 16 天就能更新一遍。
(Data source:
groundwater utilization and sustainability, sustainability of groundwater, sustainable yield of groundwater, sustainable groundwater development, Victor Miguel Ponce)
在补给困难的背景下,地下水的开发速度却是非常惊人的。熟练的话,打一口200 m深的井数月就能完工,地质情况简单的话时间更短。打井完成后安装一个潜水泵,一小时就5方水,一年4万多方水。读者朋友们,如果你知道这些井水的年龄很多都在数百年甚至数千年以上,不知作何感想?!
补给困难而开发速度快,一个问题自然而然得出现了——地下水储量减少、地下水位下降,在某些地区,例如华北平原,地下水位下降形成了一个地下的“漏斗”,所以我们称之为地下水漏斗(图4)。提供一组09年的数据(
世界上最大地下水漏斗 华北危机怎解?--科技--人民网):
在过去50年中,华北平原大量开采地下水已经使地下水储存量减少约1300亿立方米,因为超采造成的浅层地下水漏斗超过2万平方公里,深层地下水漏斗7万平方公里,
在上世纪70年代,农村取水人工挖到地下十米八米,水就出来了,现在基本上到了40~50米,有的甚至超过100米才能见水。
现在一些城乡集中供水的水井已经打到500米深,
注:颜色越深,深层地下水位越浅;反之,地下水位越深。其中华北平原的衡水、德州和沧州是地下水漏斗最严重的地区。
Fig. 4 华北地区地下水漏斗示意图 (Source:
地下水降落漏斗)
地下水漏斗的危害有很多,包括粮食减产、地面沉降(天坑)、城乡居民饮水困难、河流断流与湖泊枯竭、水井与泉眼干涸等等。令人遗憾的是,地下水漏斗的治理非常困难,虽然近年来全国多地开展了地下水回灌项目,效果却不太令人满意。现在最好的治理措施还是以预防为主,减少地下水,尤其是深层地下水的开采,增加地表水的入渗和补给,以期缓解地下水位不停下降的趋势。
延伸阅读:
新闻中常说的某城市「过度抽取地下水」,城市中对地下水的使用是怎样的,有怎样的大型工程? - 墨磊的回答5. 结论(Take-home points)
The end, thanks for reading.
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