En el desarrollo y utilización de los recursos hídricos, el agua subterránea es considerada como el principal objeto de desarrollo y utilización por muchos países debido a su buena calidad y dinámica relativamente estable. Aproximadamente el 50% del ganado y el agua de riego de Estados Unidos y el 40% de sus suministros públicos de agua dependen de aguas subterráneas. Sin embargo, la nación insular mediterránea de Malta y Arabia Saudita, situada en la árida meseta de Asia occidental, depende del agua subterránea para 65.438.000 personas (cuadro 3.4).
Tabla 3.4 Proporción de agua subterránea en el suministro de agua en países típicos
El desarrollo y utilización a gran escala de aguas subterráneas conducirán inevitablemente a problemas hidrogeológicos ambientales. La hidrogeología ambiental se refiere a las limitaciones a la producción humana y al entorno de vida causadas por cambios en las propiedades hidroquímicas, hidrodinámicas, hidrofísicas y biológicas del agua subterránea bajo la influencia de factores naturales y artificiales. Según el mecanismo de acción, la hidrogeología ambiental incluye principalmente la hidrogeoquímica ambiental, la dinámica de fluidos ambientales, la hidrofísica ambiental y la hidrogeología y ecología ambiental. Los indicadores de control de cada función y sus resultados de impacto ambiental se muestran en la Tabla 3.5.
Tabla 3.5 Tipos y resultados hidrogeológicos ambientales
3.2.1.1 Hidrogeoquímica ambiental
La hidrogeoquímica ambiental se refiere a la formación de la hidrogeología ambiental bajo ciertas condiciones bajo intervención artificial. El papel de la migración y transformación de materiales bajo condiciones de filtración y hidrogeoquímicas es el papel principal en la determinación de la ley de migración y transformación de contaminantes. Existen principalmente efectos ácido-base, efectos redox, adsorción y desorción, complejación y quelación, dilución y concentración, purificación y concentración biológica, desintegración radiactiva y disminución de la reproducción bacteriana, y la difusión de contaminantes en el agua. A través de estos efectos, los contaminantes del agua migran, enriquecen, transforman, dispersan, purifican y cambian su toxicidad en el sistema ambiental, provocando así efectos ambientales adversos como el deterioro de la calidad del agua y molestias públicas, o la purificación de los cuerpos de agua.
3.2.1.2 Efecto hidrodinámico ambiental
El efecto hidrodinámico ambiental se refiere al intercambio mutuo de energía en el entorno geológico causado por cambios en los elementos dinámicos del agua subterránea. A través de los efectos de la carga, los efectos de la corrosión bajo tensión, los efectos de la presión del agua de los poros y los posibles efectos de absorción de la corrosión, se destruye el equilibrio mecánico entre diferentes unidades en el entorno geológico, provocando desastres geológicos como el hundimiento del suelo y el colapso kárstico. La disminución del nivel freático provocará cambios en diversos elementos del campo hidrodinámico, como el gradiente hidráulico, la velocidad de filtración, la presión del agua, etc.
3.2.1.3 Función física del agua ambiental
La función física del agua ambiental se refiere a la función ambiental de la inestabilidad de los cimientos del edificio y el deterioro de la calidad del agua subterránea causado por la difusión y conversión de energía térmica. energía por aguas subterráneas. Debido a la influencia de los efluentes térmicos artificiales, los cambios en la temperatura del agua causarán contaminación térmica de los cuerpos de agua, afectando la calidad del agua y el equilibrio ecológico acuático.
3.2.1.4 Hidrogeología ambiental y funciones ecológicas
Los cambios en la calidad, cantidad y temperatura del agua provocarán daños en el equilibrio ecológico. La disminución del nivel del agua regional causada por la extracción masiva de agua subterránea ha reducido la humedad del suelo en la zona vadosa, ha destruido la estructura del suelo y ha provocado la desertificación del suelo y la degradación de los pastizales. La desviación inadecuada del agua para riego hace que aumenten los niveles de agua subterránea, lo que provoca la salinización del suelo, destruyendo así el equilibrio ecológico agrícola. El exceso de nitrógeno, fósforo y otros nutrientes en los contaminantes del agua puede provocar un crecimiento catastrófico de algas en lagos, bahías y otros cuerpos de agua, reduciendo calidad del agua, poniendo en peligro los ecosistemas acuáticos.
3.2.2 Efectos geológicos ambientales positivos del desarrollo y utilización de los recursos hídricos
El desarrollo y la utilización de los recursos hídricos han desempeñado un papel inconmensurable en el desarrollo social y económico. Si se utiliza sobre la base de una evaluación científica y un desarrollo racional, promoverá cambios ambientales en una dirección beneficiosa para la supervivencia humana. Este es el llamado efecto ambiental positivo.
3.2.2.1 El papel positivo de la geología ambiental en el proceso de utilización del agua superficial
Mediante la construcción de presas para formar embalses, elevar los niveles de agua, regular la escorrentía, mejorar la calidad del agua y lograr riego, generación de energía, suministro de agua y control de inundaciones, beneficios integrales del transporte marítimo. Los efectos ambientales positivos resultantes son los siguientes.
3.2.2.1.1 Incrementar la evaporación, lo que es beneficioso para el control de inundaciones.
Debido a que los embalses aumentan la superficie libre de agua y la pérdida por evaporación, la pérdida máxima por evaporación de algunos embalses en las Grandes Llanuras del sur de Estados Unidos alcanza el 42% en años con poca lluvia.
En el caso de embalses pequeños construidos especialmente para el control de inundaciones, la pérdida de agua reduce rápidamente el volumen de la inundación, lo que puede aumentar la capacidad de control de inundaciones del embalse. Debido a que la evaporación anual en las Grandes Llanuras del sur de los Estados Unidos es mucho mayor que la escorrentía anual, el efecto de control de inundaciones del embalse es mejor que el de otras áreas de los Estados Unidos. El almacenamiento temporal de 25 embalses en el río Physique en Oklahoma redujo el área de llanuras inundadas en un 23%.
3.2.2.1.2 Regulación del escurrimiento
El impacto de los embalses sobre el escurrimiento se refleja principalmente en la regulación del caudal, la reasignación oportuna del caudal y la reducción de los costes a largo plazo y Flujo a corto plazo de los ríos aguas abajo. La gama de cambios favorece la vida de la vida acuática.
3.2.2.1.3 Incrementar la recarga de aguas subterráneas.
Una vez construido el embalse, el tiempo y el área de infiltración y recarga de agua superficial cerca del área del embalse tienden a aumentar, lo que promueve el aumento de los niveles de agua subterránea y favorece la desaceleración o prevención de desastres geológicos. como el hundimiento del terreno.
Por supuesto, el aumento de la evaporación provocado por la construcción de embalses es una pérdida desde la perspectiva de los recursos hídricos, y los beneficios del riego, la generación de energía y el transporte marítimo también se reducen.
El papel positivo de la geología ambiental en el desarrollo y utilización de los recursos de aguas subterráneas en 3.2.2.2.
El desarrollo y utilización racional del agua subterránea puede traer los siguientes efectos ambientales positivos al área local.
Control de la salinización del suelo
Los cambios en la salinidad del suelo están estrechamente relacionados con la dinámica del buceo. Cuanto menos profundo es el nivel del agua subterránea, mayor es la evaporación freática y más sal se transporta a la superficie del suelo, lo que facilita la salinización del suelo. Por el contrario, si se controla el nivel del agua subterránea a cierta profundidad, se puede impedir que el suelo vuelva a convertirse en sal y se puede mejorar la tierra salino-álcalina. Por ejemplo, el distrito de riego de Jinshi en la llanura de Hebei implementó una combinación de riego por pozos y riego por canales, y la profundidad del nivel del agua subterránea se controló entre 2,5 y 3 m, lo que redujo la superficie de tierra salino-álcalina de todo el distrito de riego. de 4,21×108 m2 en 1972 a 240×106 m2 en los años 1980. En el área experimental de Yucheng de la provincia de Shandong, el riego del río Amarillo se cambió a riego de pozos y se agregó drenaje de zanjas abiertas, lo que redujo en gran medida la tierra salino-álcali. En toda la llanura de Huanghuaihai, desde la explotación a gran escala de aguas subterráneas poco profundas a finales de los años cincuenta hasta mediados de los ochenta, la tierra salino-álcalina se ha reducido a la mitad.
Almacenamiento de la capacidad de almacenamiento subterráneo
En áreas con niveles freáticos poco profundos, una reducción razonable del nivel del agua puede reducir en gran medida la capacidad de almacenamiento, lo que es beneficioso para la infiltración y recarga de las precipitaciones. De 1975 a 1988, en el área al sur de Beijing y Tianjin en la llanura de Hebei, el nivel de las aguas poco profundas descendió en promedio 5,9 m y la capacidad de almacenamiento subterráneo se vació en 2,9 × 1010 m3, lo que aumentó la capacidad de almacenamiento subterráneo. En la llanura del río Amarillo, la extracción de agua subterránea ha ido aumentando desde 1966. Además, la excavación profunda del canal del río reduce el nivel base de descarga de agua subterránea y promueve la descarga horizontal de agua subterránea. El agua subterránea en el área ha estado enterrada a 2 a 3 m de profundidad durante muchos años, lo que mejora la capacidad de infiltración de la precipitación y reduce. escorrentía superficial.
Mejora de la calidad del agua
La explotación del agua subterránea a lo largo del río estimula la recarga del río, lo que no solo estabiliza el suministro de agua, sino que también utiliza el efecto natural de filtración y purificación de las formaciones rocosas para transformar el río turbio. agua que es difícil de utilizar en agua de buena calidad proporciona agua para el suministro centralizado de agua para ciudades e industrias a lo largo del río. En las grandes ciudades como Beijing, Xi'an, Lanzhou, Xining, Taiyuan y Harbin, las principales fuentes de suministro de agua son las tomas de agua de los ríos.
Reducir la desertificación del suelo.
El riego profundo con aguas subterráneas puede aumentar el contenido de humedad del suelo, promover el crecimiento de la vegetación y reducir la superficie de desertificación de la tierra.
3.2.3 Efectos geológicos ambientales negativos del desarrollo y utilización de los recursos hídricos
Con el rápido desarrollo de la economía social, el desarrollo humano y la utilización de los recursos hídricos están aumentando, lo que a menudo cambia las características de los recursos hídricos, procesos, métodos e intensidad del ciclo natural, trayendo así una serie de efectos adversos al medio ambiente local. Este fenómeno se llama negatividad ambiental.
3.2.3.1 El nivel del agua subterránea regional ha disminuido y los recursos locales de aguas poco profundas se han agotado.
Los cambios dinámicos de las aguas subterráneas son esencialmente la expresión macroscópica integral de su recarga y descarga. Por ejemplo, en un acuífero, si la recarga es mayor que la descarga, el volumen de agua aumentará y el nivel del agua subirá; por el contrario, el volumen de agua disminuirá y el nivel del agua bajará; Para una región, el agua subterránea se encuentra básicamente en un estado de equilibrio dinámico antes de la explotación a gran escala, y el nivel del agua subterránea permanece relativamente estable.
Sin embargo, a medida que se intensifican las actividades de producción humana y la extracción promedio de agua subterránea de varios años excede la recarga promedio de varios años, este estado de equilibrio dinámico se destruirá y la "capacidad de almacenamiento" del acuífero se consumirá. Como resultado, el nivel del agua subterránea. intuitivamente disminuirá año tras año.
La consecuencia directa de la sobreexplotación de las aguas subterráneas es que el nivel del agua regional continúa disminuyendo y el embudo de caída de las aguas subterráneas continúa expandiéndose. El desarrollo a gran escala de las aguas subterráneas en Tokio, Japón, el Valle Central de California, la Ciudad de México y otros lugares ha provocado una disminución de los niveles regionales de aguas subterráneas, el agotamiento de las aguas subterráneas en acuíferos poco profundos en algunas áreas, una reducción de la producción de agua y un aumento del nivel del agua. declive y el fenómeno de paradas de bombas e incluso abandono de pozos.
En mi país, el nivel del agua en la llanura del norte de China muestra una tendencia general a la baja, y el nivel de las aguas profundas disminuye a un ritmo de 3 a 5 m por año. Los embudos descendentes de Tianjin, Cangzhou, Hengshui y Dezhou se han conectado entre sí, cubriendo un área de 3,18×104km2. Entre ellos, el área del embudo de Cangzhou tiene 9.830 km2 y el nivel del agua en el centro del embudo tiene 78 m de profundidad. Hay embudos de descenso del nivel de aguas poco profundas distribuidos en Baoding, Shijiazhuang, Xingtai, Handan y Anyang a lo largo de los ferrocarriles Beijing y Beijing-Guangzhou, con un área de 1,89 × 104 km2. En la región de Suzhou-Wuxi-Changzhou de mi país, con el desarrollo de empresas municipales en los últimos años, la utilización de aguas subterráneas ha aumentado año tras año. Debido a la concentración de ubicaciones mineras, el tiempo y los niveles de extracción (se extrae más agua confinada secundaria), el nivel del agua subterránea ha disminuido a una tasa promedio de 0,5 ~ 1,5 m/a desde mediados de la década de 1980, y hay más de 5.000 minas regionales. Embudos de caída de agua subterránea.
La disminución de los niveles de agua subterránea regional no sólo conduce directamente a la disminución o el abandono de los proyectos de captación de agua, sino que también induce problemas ecológicos y ambientales como el cese de manantiales, hundimientos de tierras, colapso kárstico y deterioro de la calidad del agua subterránea. .
El flujo de agua de manantial en 3.2.3.2 se debilita o se detiene.
En algunos manantiales kársticos famosos en ciudades turísticas del norte, debido a la distribución irrazonable de la extracción de agua subterránea en el área del manantial, se cavan pozos alrededor de los manantiales o aguas arriba para explotar el agua subterránea en el mismo acuífero, lo que resulta en una disminución. en el flujo primaveral e incluso secándose durante los períodos secos. Por ejemplo, los manantiales kársticos (manantial Baotu, etc.) en Jinan, provincia de Shandong, han dejado de fluir durante la estación seca. El caudal del manantial Jinci en Taiyuan, provincia de Shanxi, disminuyó gradualmente desde 1,98 m3/s en la década de 1950 y se detuvo a principios de la década de 1990. En las zonas áridas del interior del noroeste, debido a la explotación a gran escala de las aguas subterráneas en el cinturón de loess, a la excesiva construcción de embalses superficiales en las desembocaduras de los pasos de montaña y a la construcción de canales altamente antifiltraciones en la zona de Gobi, las condiciones naturales para que el agua del río recargue el agua subterránea han cambiado y la cantidad de agua subterránea recargada por la fuga de agua del río se ha reducido considerablemente. Esto resultó en una disminución significativa en el flujo de desbordamiento del manantial del ventilador de drenaje de inundaciones frente a la montaña. Por ejemplo, en la cuenca del río Shiyang en el corredor Hexi de la provincia de Gansu, el caudal de manantial en la década de 1970 fue tres quintas partes menor que en la década de 1960, y la zona original de riego por manantiales del oasis se convirtió gradualmente en una zona de riego por pozos. De manera similar, la cantidad de agua en los pozos de karez en la cuenca Turpan de Xinjiang también ha disminuido, afectando negativamente la producción agrícola y la vida de las personas.
3.2.3.3 Subsidencia del terreno
La subsidencia del terreno se refiere a la disminución de la elevación del terreno, también conocida como subsidencia del terreno o subsidencia del terreno. Se refiere al movimiento general hacia abajo de la superficie de la corteza terrestre. dentro de un determinado rango local. El hundimiento del terreno está dominado por un movimiento vertical descendente lento e imperceptible con poco o ningún desplazamiento horizontal y puede afectar miles de kilómetros cuadrados. En algunos casos, el hundimiento de la tierra es un fenómeno geológico dinámico natural, pero la mayor parte es causado por actividades humanas. A menudo se manifiesta como la compactación, consolidación o asentamiento de masas de roca y suelo dentro de una cierta profundidad de la corteza terrestre.
Desde finales de 2019, con la creciente intensidad y escala de las actividades de ingeniería humana en todo el mundo, se han producido hundimientos de tierra en muchas áreas. En muchos casos, el hundimiento del terreno causado por actividades de ingeniería humana para extraer líquidos subterráneos es el más común. Venecia, Italia, fue la primera ciudad en descubrir el hundimiento del agua subterránea causado por el bombeo de agua subterránea. Desde entonces, muchas ciudades o áreas ubicadas en zonas costeras o llanuras bajas de Japón, Estados Unidos, México, China, Europa y algunos países del Sudeste Asiático han experimentado graves problemas de hundimiento del suelo causados por la extracción de líquidos subterráneos (Cuadro 3.6).
Tabla 3.6 Descripción general del hundimiento global del suelo
Desde la década de 1960, el hundimiento del suelo ha ocurrido en Shanghai, Beijing, Tianjin, Xi y otras ciudades. En el área urbana de la ciudad de Xi, que se encuentra en la segunda terraza del río Wei, el hundimiento del terreno se ha desarrollado a un nivel extremadamente grave y las fisuras resultantes del suelo también han afectado gravemente el desarrollo de la ciudad.
Muchos edificios resultaron dañados, muchas carreteras, tuberías de gas y agua se desconectaron accidentalmente y algunos edificios antiguos sufrieron daños evidentes. De 1971 a 1988, el campanario sufrió un asentamiento acumulativo de 279,4 mm y la Gran Pagoda del Ganso Salvaje se inclinó 886 mm. al oeste y 170 mm al norte. Debido a las fisuras del suelo y al asentamiento desigual, la sección occidental de la muralla de la ciudad de Chengnan se derrumbó. Antes de 1976, el hundimiento del suelo de Xi'an era extremadamente lento, con una tasa de hundimiento anual promedio de 5,3 mm. Posteriormente, con el aumento de la minería subterránea en aguas confinadas, el nivel del agua confinada cayó y el hundimiento del suelo coincidió con el embudo del nivel del agua confinada. , formando un área de hundimiento compuesta. En 1988, el área de hundimiento alcanzó los 160 km2, la tasa de hundimiento anual promedio urbana era de 34,6 mm y había 7 centros de hundimiento. Entre ellos, el asentamiento acumulado del centro de hundimiento de Hujiamiao alcanzó 65438 ± 0,230 mm, y el asentamiento acumulado del centro de hundimiento de Houcun-Guanyinmiao alcanzó 65438 ± 0,330 mm. Las fisuras del suelo en las zonas urbanas se están volviendo cada vez más activas, con una longitud total de 76,68 km, una tasa de desplazamiento vertical de 5 ~ 30 mm/a y un desplazamiento horizontal de 3 ~ 4 mm/a. Aunque la formación de fisuras del suelo en la ciudad de Xi está relacionada con las actividades de fallas ocultas neotectónicas en la cuenca de Guanzhong, también existen ciertas regularidades. Por lo tanto, el rango de distribución de las fisuras del suelo es consistente con el rango de hundimiento del suelo que se extienden en su mayoría. a lo largo de un lado de cada centro de hundimiento.
Figura 3.3 Tasa promedio de hundimiento del suelo en el área de Tianjin de 1965 a 1988.
Según la investigación de Wang Ruobai (1994), en la primera mitad del siglo XX, las observaciones horizontales mostraron que la tasa de hundimiento neotectónico en el área de Tianjin era de 4 ~ 6 mm/a, ubicada en la llanura de la bahía de Bohai. . La minería en aguas confinadas comenzó en 1923 y en 1959 se descubrió un hundimiento del suelo en el área urbana de Tianjin. A finales de la década de 1960, la producción industrial y agrícola comenzó a explotar el agua subterránea a gran escala. El volumen promedio anual de extracción de agua subterránea fue de 0,89 × 1971, y la tasa de hundimiento de la tierra fue de 40 mm/a; 1,0~1,2)×108 m3/a, el hundimiento del suelo es de 75 ~ 120 mm/a; el pozo se cerró en 1986 para reducir la producción. En 1988, la producción cayó a 0,67 × 108 m3 y el hundimiento del suelo se redujo a 24 mm/a. Esto muestra que existe una correlación positiva entre la tasa de hundimiento del suelo y la cantidad de extracción de agua subterránea. En toda el área de Tianjin, el rango de hundimiento del terreno en 1975 era de sólo 600 km2, con dos centros de hundimiento: el área urbana y Ninghe (Hangu). En 1979, el área de asentamiento se disparó a 4.000 km2 y los centros de asentamiento en Tianjin, Ninghe y Wuqing se ampliaron y conectaron en centros de asentamiento compuestos a gran escala. En 1983, el rango de hundimiento aumentó a 6 000 km2, y las tasas de hundimiento en cada centro de hundimiento fueron extremadamente altas, como 113,3 mm/a en Tianjin, 118,0 mm/a en Hangu, 107 mm/a en Tanggu y 40 mm/a. /a en Renqiu. Durante 1988, el área de hundimiento de toda la región alcanzó los 7.000 km2, y muchas ciudades de tamaño mediano experimentaron hundimientos, formando un área de hundimiento compuesta multicéntrica a gran escala (Figura 3.3). El nivel del nivel de la Escuela de Ingeniería Urbana de Tianjin era de 3,39 m en 1996, pero sólo de 1,64 m en 1988, lo que refleja el asentamiento acumulado del terreno de 1,75 m en 22 años. El asentamiento acumulado máximo del centro de hundimiento urbano ha alcanzado los 2,62 m, y el nivel del suelo en algunas zonas de Tanggu y Hangu es negativo o igual al nivel del mar. Debido al hundimiento de la tierra, las aguas residuales urbanas se desbordan, una gran cantidad de sedimentos se deposita en el río Haihe, el drenaje de las inundaciones no es fluido durante la temporada de inundaciones, aparecen pantanos en ambos lados del río, el agua de mar retrocede, la calidad del agua se deteriora y las marejadas ciclónicas las pérdidas por desastres aumentan dramáticamente. Esta serie de problemas ambientales ha afectado gravemente el desarrollo sostenible de la economía y la sociedad local.
Shanghai está situada al frente del delta del río Yangtsé, con sedimentos sueltos de hasta 300 metros de espesor. De 1921 a 1965, el hundimiento promedio del suelo urbano fue de 1,76 m y el hundimiento máximo fue de 2,63 m. Desde la implementación de medidas de control en 1966, el hundimiento del suelo se ha aliviado (Liu Tiezhu, 1994). El campo petrolífero de Dagang está ubicado en la bahía de Bohai, con una altitud del suelo de 1 a 3 m.
Desde que el campo petrolífero se puso en producción en 1965, se ha extraído una gran cantidad de agua dulce cuaternaria para inyección de agua y uso doméstico, lo que provocó que el nivel del agua subterránea en algunas áreas cayera de 0 ma -80 m (Beidagang). el área total era de 0,808 m y el centro de hundimiento alcanzó los 1,70 mm, lo que dificulta la gestión de los yacimientos petrolíferos. El sistema se deforma o incluso se rompe, y las marejadas ciclónicas y las inundaciones ponen en peligro los pozos petroleros, los puertos y diversos edificios (Li Desheng et al., 6544<). /p>
Desde los años 1960 y 1970, se han descubierto hundimientos del terreno en Suzhou, Wuxi y Changzhou. En 1994, los asentamientos acumulados de los centros de hundimiento en las tres ciudades eran 1 407 mm, 1 1 040 mm y 1 050. mm respectivamente. Las pérdidas económicas directas causadas por el hundimiento del suelo en las tres ciudades alcanzaron 65438.
El hundimiento del suelo es extremadamente perjudicial y debe evitarse cuidadosamente. Las medidas específicas son las siguientes:
<. p>(1) Reducir la cantidad de extracción de agua subterránea y prohibir estrictamente la sobreexplotación. Esta es una medida fundamental para prevenir el hundimiento del suelo reduciendo la extracción de agua subterránea e implementando un suministro de agua basado en la calidad. Mejorar el agua subterránea, utilizar el agua superficial tanto como sea posible. agua industrial y promover la tecnología de reciclaje de agua.(2) Ajustar el nivel de extracción y desarrollar aguas subterráneas profundas tanto como sea posible. El hundimiento del suelo en el área de Suchang es causado principalmente por las "tres concentraciones" de minería. Se debe llevar a cabo una planificación científica para ajustar el nivel de extracción. Por ejemplo, la primera agua confinada con una calidad de agua relativamente pobre debe usarse para agua industrial tanto como sea posible, y el agua subterránea en la segunda agua confinada con mejor calidad de agua debe protegerse. sólo como suministro de agua potable No es razonable utilizar la primera agua a presión para el desarrollo de agua potable y la segunda agua a presión para la industria
(3) Para aumentar la cantidad de recarga de aguas subterráneas mediante recarga artificial y otras medidas. Para controlar el hundimiento del terreno, desde 1966, las medidas de recarga artificial de las zonas de aguas subterráneas se han basado principalmente en el riego en invierno y el uso en verano, complementados con "riego en verano y uso en invierno", lo que ha dado lugar a una gran cantidad de recarga artificial de aguas subterráneas como la regional. El nivel del agua aumenta bruscamente, el suelo urbano ha cambiado durante todo el año. El hundimiento se ha convertido en "subiendo en invierno y hundiéndose en verano", y el hundimiento del suelo se ha controlado básicamente
(4) Fortalecer la utilización de lo urbano. agua de lluvia y aplicar el principio de compensación ecológica a través de la recolección de agua en los techos y materiales antifiltración en las aceras y otras tecnologías para aumentar la recarga de aguas subterráneas urbanas, reducir la escorrentía urbana ineficaz y mejorar la utilización del agua de lluvia. hundimiento
El hundimiento del suelo kárstico se refiere a la acción de factores dinámicos externos, la deformación del suelo y el daño de la tierra suelta y la piedra cubierta con capas de roca soluble que se desarrollan en las cuevas kársticas se manifiesta principalmente en colapsos, en su mayoría en forma de cono. Pozos de colapso El colapso kárstico en condiciones naturales es generalmente de pequeña escala, se desarrolla lentamente y no causa ningún daño. Sin embargo, el colapso kárstico en la vida de la ingeniería humana es a gran escala y repentino, y a menudo ocurre en áreas densamente pobladas, lo que representa un problema grave. amenaza para los edificios del suelo y la seguridad personal, y desencadenando desastres geológicos ambientales regionales.
Debido a la existencia de cuevas o grietas kársticas, la inestabilidad del suelo suprayacente y la potencial erosión y transporte de aguas subterráneas, la minería. y la descarga de agua subterránea kárstica a menudo provoca el colapso de los cimientos del suelo, que es la condición dinámica para el colapso. En condiciones naturales, también existe una erosión potencial del relleno kárstico y del suelo suprayacente por el agua subterránea, pero este efecto es muy lento, por lo que el colapso es menor y la escala no es grande. La extracción y descarga artificial de aguas subterráneas mejora en gran medida la erosión y el transporte de los rellenos kársticos y las capas de suelo suprayacentes, y promueve la aparición y el desarrollo de hundimientos del suelo. El proceso de formación de este tipo de colapso se puede dividir aproximadamente en las siguientes cuatro etapas:
(1) Durante el proceso de bombeo y drenaje, el nivel del agua subterránea desciende, la flotabilidad del agua sobre la capa de suelo suprayacente Disminuye, el gradiente hidráulico aumenta y el flujo de agua. A medida que aumenta la velocidad, la erosión hídrica se vuelve más fuerte. El material de relleno de la cueva es arrastrado por la erosión y el transporte de agua subterránea, y el suelo en el fondo de la capa suelta se cae y se escapa, provocando que el arco colapse y forme una cueva de suelo oculta.
(2) Bajo la acción de la presión hidrodinámica continua del agua subterránea y el peso propio del suelo suprayacente, la cueva de suelo enterrada colapsa y migra, y la cueva continúa expandiéndose hacia arriba, provocando el hundimiento del suelo.
(3) El agua subterránea continúa erosionándose y transportando deslizamientos de tierra, y los agujeros ocultos del suelo continúan expandiéndose hacia arriba. Cuando la presión del peso propio del suelo suprayacente se acerca gradualmente a la resistencia máxima a la compresión y a la resistencia al corte del túnel, el asentamiento del suelo se intensifica y el suelo se agrieta bajo la acción de la presión de tracción.
(4) Cuando la presión del peso propio del suelo suprayacente excede la resistencia última a la compresión y la resistencia al corte del túnel, el suelo colapsa. Además, hay grietas a su alrededor. En este momento, el suelo no solo genera tensión cortante en dirección vertical durante el proceso de colapso, sino que también genera tensión en dirección horizontal.
Figura 3.4 Diagrama esquemático del desarrollo de cuevas de suelo en el área de hundimiento de la ciudad de Xuzhou.
El colapso del suelo kárstico se ha producido en muchas ciudades como Guilin, Xuzhou y Changzhou. La ciudad de Xuzhou desarrolla y utiliza principalmente aguas subterráneas kársticas. El espesor de la capa suelta del Cuaternario es de 5 a 30 m, y el suministro diario de agua es de 40 × 104 m3, lo que excede con creces su cantidad de compensación [20 ~ 25 × 104 m3/día], lo que provoca que el nivel del agua subterránea kárstica disminuya año tras año. El nivel del agua en el centro del embudo es de más de 90 m de profundidad. La capa de suelo que lo cubre forma muchos agujeros. El 12 y 13 de abril de 1992, el terreno kárstico de Lixinsheng se derrumbó en el distrito de Yunlong, formando 9 cuevas. La cueva más grande tenía 25 m de largo y 19 m de ancho. 224 casas fueron arrasadas, causando una pérdida económica directa de 40 millones de yuanes.
Intrusión de agua de mar en 3.2.3.5
La sobreexplotación de aguas subterráneas en acuíferos costeros en ciudades y regiones costeras ha provocado cambios en las interfaces de agua salada y agua dulce, intrusión de agua de mar en acuíferos y Deterioro de la calidad del agua subterránea. Aumento de la salinidad y la concentración de iones cloruro.
La intrusión de agua de mar es un problema ambiental especial causado por el desarrollo de recursos hídricos en las zonas costeras y está muy extendido en el extranjero. Este problema existe a lo largo de las costas de Long Island en Estados Unidos, Hermes City en México, Japón, Israel, Países Bajos, Australia y otros países.
La costa de mi país tiene una longitud de 1,8×104 km. Las zonas costeras son áreas clave para el desarrollo económico de mi país. La intrusión de agua de mar causará graves pérdidas económicas. Por ejemplo, en Dalian, Jinxi, Qinhuangdao, Qingdao, Xiamen y otros lugares, debido a la intrusión de agua de mar, la calidad del agua se ha deteriorado, se han abandonado un gran número de pozos de agua, se ha reducido la producción de cereales y se han destruido huertos, lo que ha obstaculizado gravemente el desarrollo de la producción industrial y agrícola y del turismo.
La ciudad de Laizhou, a lo largo de la costa de la Bahía de Laizhou, dentro del rango de 1976 a 14a en 2089, la cantidad explotable de agua subterránea fue de 16,2×108m3, la cantidad real de extracción fue de 24,58×108m3 y el total El monto de sobreexplotación fue de 8,38×65448. Desde que se construyó y puso en funcionamiento la fuente de agua de Daweijia a lo largo de la bahía de Jinzhou en el área de Luda en 1969, el volumen de extracción real (6,2×104m3/d) es el doble del volumen de extracción permitido (3,1×104m3/d), y el agua El nivel en el centro del embudo ha caído al valor máximo 65434.
3.2.3.6 Deterioro de la calidad del agua
Debido al desarrollo a gran escala de las aguas subterráneas, los niveles de agua regionales han disminuido y el espesor de la zona vadosa ha aumentado, lo que ha favorecido la hidrogeoquímica ambiental. y afectó la calidad del agua subterránea. Este fenómeno ocurre en muchas áreas, especialmente en la ciudad de Xuzhou. Debido a la sobreexplotación a gran escala, el nivel freático en la zona está disminuyendo a un ritmo de 2 metros por año, y el embudo de aterrizaje se está expandiendo a un ritmo de 8 kilómetros cuadrados por año, provocando una serie de cambios en el sistema hidrodinámico. campo y ambiente hidrogeoquímico. El cambio obvio es un cambio en el ambiente redox en el sistema de agua subterránea, convirtiendo el área original en una zona vadosa y oxidando algunos minerales y componentes químicos en sales más solubles. Por ejemplo, las sustancias que quedan en el suelo se nitrificarán en las condiciones de la zona vadosa, formando sustancias nitrificadas y de fácil migración. La ecuación de reacción es:
Geología e Ingeniería Ambiental
. Al mismo tiempo, también promueve que los sulfuros insolubles en la zona vadosa se conviertan en sulfatos solubles, exacerbando la contaminación del agua. La nitrificación provoca un aumento de agua e iones y una disminución del pH, lo que favorece en gran medida la disolución del CaCO3. Al mismo tiempo, cuando el valor del pH es cercano a 6, se puede evitar la reacción de precipitación de CaCO3. Por lo tanto, el contenido de iones Ca2 y Mg2 en las aguas subterráneas muestra en general una tendencia creciente. Además, debido a la gran diferencia de nivel del agua, el caudal del agua subterránea aumenta y el ciclo del agua se alterna y acelera, lo que fortalece la oxidación, aumenta las vías de lixiviación y fortalece el efecto de lixiviación, lo que resulta en el proceso de infiltración de las aguas residuales de riego. desechos sólidos superficiales, desechos fecales y aguas de lixiviación. En la zona vadosa se disuelve continuamente una gran cantidad de calcio, cloruro de magnesio y sulfato solubles, aumentando al mismo tiempo la concentración de Ca2, Mg2 e iones en el agua subterránea; formado por la descomposición de componentes contaminantes se disuelve continuamente en el agua, bajando el valor del pH y disolviendo Más minerales carbonatados causan grandes áreas de contaminación por dureza.
Este deterioro de la calidad del agua subterránea es particularmente evidente en muchas ciudades grandes y medianas del norte de mi país, como Beijing, Shijiazhuang, Xi, Hohhot, Xinxiang, Kaifeng, Lanzhou, etc. Tomemos como ejemplo a Shijiazhuang. Esta ciudad es una de las pocas ciudades grandes del país con aguas subterráneas como única fuente de suministro de agua. En los primeros días de la minería de aguas subterráneas a gran escala, a mediados de la década de 1960, la salinidad era generalmente de sólo 0,3 ~. 0,4 g/l, y la dureza total fue generalmente de 13 a 15 grados (en áreas en forma de abanico, debido a las malas condiciones de escorrentía, la mineralización y la dureza son altas). A mediados de la década de 1980, la salinidad en la mayoría de las áreas había aumentado a 0,5 ~ 0,8 g/L y la dureza había aumentado a 17 ~ 25 grados. En la sección media del embudo de caída de agua subterránea en el área con mayor intensidad de extracción de agua subterránea, la salinidad alcanzó 0,85 ~ 1,0 g/L, con algunos puntos superiores a 1,5 g/L. La dureza alcanzó 30 ~ 33 grados. y algunos puntos han llegado a los 64,6 grados. Según los datos de seguimiento de la Primera Brigada Hidrogeológica de la provincia de Henan, en los cinco años comprendidos entre 1984 y 1989, la inmersión de los poros en la ciudad de Xinxiang aumentó rápidamente con el aumento del volumen de extracción y la profundización del embudo de caída del nivel del agua subterránea regional. La tasa de aumento anual de la salinidad es de 0,028 ~ 0,10 g/L, y la tasa de aumento de la dureza es de 0,5 ~ 5 grados. En particular, el fuerte aumento de la dureza del agua subterránea se ha convertido en un problema importante en el deterioro de la calidad del agua durante la extracción de agua subterránea en las ciudades del norte. Por ejemplo, cuando la Planta de Fuentes de Agua No. 7 de Beijing se puso en funcionamiento en 17 a 18 años, aumentó a 33,1 en 1978, con una tasa de crecimiento anual promedio de 0,9. El aumento anual de la dureza del agua subterránea en Xi'an es de 1,03 ~ 3,82. La tasa de crecimiento anual de la ciudad de Lanzhou es de 1,75 y la dureza más alta del pozo de suministro de agua en la fuente de agua de Matan ha alcanzado los 123,5 grados. Según estimaciones preliminares de los departamentos pertinentes, las ciudades del norte de mi país necesitan cientos de millones de yuanes cada año para suavizar la calidad del agua subterránea.