孔隙水治理
1. 滑坡的防治原则是什么防治措施有哪些
滑坡的定义和分类
滑坡（俗称走山），是指斜坡上的岩土体在重力作用下，沿着一定的软弱面或软弱带整体地或分散地顺坡向下滑动的地质现象。滑坡多发生在坡度小于50度的斜坡上。
按照构成滑坡的地层岩性特征，滑坡分为土质滑坡和岩质滑坡两大类。按照滑坡的构造特征、滑动面与岩（土）层面的相对位置，土质滑坡可分为均质滑坡、顺层滑坡和切层滑坡。按照滑坡的构造特征、滑动面的出露位置，岩质滑坡可分为坡上滑坡、坡脚滑坡和坡底滑坡。
滑坡防治原则
为了保证斜坡具有足够的稳定性，防治斜坡稳定性降低，以避免导致斜坡发生危害性变形与破坏，需要采取防治措施。
滑坡防治是一个系统工程。它包括预防滑坡发生和治理已经发生的滑坡两大领域。一般说来，“预防”是针对尚未严重变形与破坏的斜坡，或者是针对有可能发生滑坡的斜坡；“治理”是针对已经严重变形与破坏、有可能发生滑坡的斜坡，或者是针对已经发生滑坡的斜坡。也就是说，一方面要加强地质环境的保护和治理，预防滑坡的发生；一方面要加强前期勘察和研究，妥善治理已经发生的滑坡，使其不再发生。可见，预防与治理是不能截然分开的；“防”中有“治”，“治”中有“防”。
同时，滑坡防治应采取工程措施、生物措施以及宣传教育措施、经济措施、政策法规措施等多种措施综合防治，才能取得最佳防治效果。
因此，滑坡防治应坚持“以预防为主、防治结合、综合防治”的原则。
2. 治理地下水污染的主要措施有哪些
治理地下水污染的主要措施有:
实行排污总量控制；对一些污染较为严重的企业要实行限期治理；抓好化工资源的综合利用；严格标准，杜绝新污染源的产生；调整产业结构，深化企业环境管理等。
一、实行排污总量控制，减少污染物的排放总量
二、对一些污染较为严重的企业要实行限期治理
在治理的同时，从资金、技术等方面给予支持。提倡建立技术成熟、投资较少、经济效益高的废水资源回收项目，如造纸白水回收装置。还要督促和扶持企业进行造纸制浆方法的改革和黑液处理及烧碱回收等新技术的开发和应用。
三、抓好化工资源的综合利用，以减少排污总量
充分回收利用废水资源，做好开源与节流工作，抓好化工资源的综合利用。化工污染主要来源于生产过程中流失于环境中的原料、产品及副产品。针对区内工业结构的不合理，浪费严重的小化工项目比例较大的现象，可以采取技术投入的方法，帮助它们提高资源的利用率。
四、在污染严重的局部地区，采取超强开采的方法
在地下水污染非常严重的局部地区，可以采取向地下深部岩层处理的方法。在查明排放废液地层的水文地层条件的情况下，选择吸附容量大的岩层，把污染非常严重的地下水注入深部地层中，防止污染的扩散。
五、严格标准，杜绝新污染源的产生
在治理水污染的同时，还要控制新污染源的产生，对一些污染严重的新建项目，坚决不予审批，尤其是小型的造纸、化工、炼油等项目。
六、根据当地的实际情况，建立污水处理项目
由于新建一个污水处理厂所需的投资较大，技术水平较高，在短期内实现有一定的困难。在资金等条件不足的情况下，可以利用氧化塘来处理生活污水。由于氧化塘的造价较低，工期短，易于管理，处理效果较好，在中小城镇的污水处理中效益显著。
七、调整产业结构，深化企业环境管理
如果工业结构不合理，综合发展失去平衡，容易出现乱布点、乱上项目、处处建厂、村村冒烟的混乱局面。为解决这一问题，要合理规划工业布局，对现有的产业结构进行合理的调整。对乡镇，可以采取几个乡镇联合规划，统一布局，建立工业集中区，既可以合理的利用资源，又可以进行污染物的集中处理。同时要深化企业的环境管理，把污染治理和监督管理联系在一起。对已上的项目，要坚决杜绝因设施、管理等方面造成污染现象的发生。
八、充实力量，加强监督监测工作
尽快开展新的地下水环境评价工作，找准污染源，查清地下水污染迁移转化规律，提出防止地下水污染、恢复地下水源水质的工程措施，并确立监视性监测预报方案。
九、采取地下水人工补给的方法，以缓和地下水供需矛盾
由于目前地下水的长期超采，一般平水年都出现负均衡。长期下去，必然会加剧地下水的供需矛盾，影响经济的健康发展。所以在丰水年，应根据当地的实际情况，考虑采取地下水人工补给的方法，以缓和水资源日趋紧张的局面。
十、利用表面活性剂治理地下水来治理包气带石油污染
应用表面活性剂治理地下水污染，在我国尚属起步阶段，北京师范大学环境科学研究所在这方面作了大量的工作，通过研究表明，石油类污染物在包气带土壤和沉积物中主要以两种形式存在，一种是被土壤胶体通过物理和化学作用吸附的吸附态，另一种是存在于土壤孔隙中的自由态，自由态的石油污染物容易因弥散和动力冲刷等作用去除，大多数附着在岩石表面或存在于岩石孔隙中。因此表面活性剂对石灰岩层中油的去除效率较高。
十一、合理调配地表水
如何合理的调配区内的地表水，也是防止地下水污染的重要措施。目前在我国许多地区，合理的调配地表水，是一个非常重要的问题。
3. 孔隙地下水类型
重力水是我们可直接利用的地下水。其重力水在松散含水层中按其埋藏条件又可分为上层滞水、潜水和承压水。
(一)上层滞水
上层滞水是指赋存于包气带中局部隔水层或弱透水层上面的重力水。它一般分布范围不大,如在较厚的砂层或砂砾石层中夹有黏土或亚黏土透镜体时,降水或其他方式补给的地下水向深处渗透过程中因受相对隔水层的阻挡而滞留和聚集于局部隔水层之上,便形成上层滞水。如图2-1所示[1]。
上层滞水因完全靠大气降水和地表水体直接渗入补给,水量受季节控制特别显著。一些范围较小的上层滞水旱季往往干枯无水,当隔水层分布较广时可作为小型生活用水水源。这种水的矿化度一般较低,但因接近地表,水质容易污染,作为饮用水源时必须加以注意。
图2-1 上层滞水与潜水示意图
(二)潜水
潜水是埋藏于地下第一个稳定隔水层之上,具有自由表面的重力水。它的上部没有连续完整隔水顶板,通过上部透水层可与地表相通,其自由表面称为潜水面,如图2-1所示。潜水面至地表的距离称为潜水位埋藏深度,也叫潜水位埋深。潜水面至隔水底板的距离叫潜水含水层的厚度h。潜水面上任一点距基准面的绝对标高称为潜水位H,亦称潜水位标高。
潜水的这种埋藏条件,决定了潜水具有以下特征:
1)由于潜水面之上一般无稳定的隔水层存在,因此具有自由表面,为无压水。有时潜水面上有局部的隔水层,且潜水充满两隔水层之间,在此范围内的潜水将承受静水压力,而呈现局部承压现象。
2)潜水在重力作用下,由潜水位较高处向潜水位较低处流动,其流动的快慢取决于含水层的渗透性能和水力坡度。潜水向排泄处流动时,其水位逐渐下降,形成曲面形表面。
3)潜水通过包气带与地表相连通,大气降水、凝结水、地表水通过包气带的空隙通道直接渗入补给潜水,所以在一般情况下,潜水的分布与补给区是一致的。以泉、泄流、蒸发等形式排泄。
4)潜水的水位、流量和化学成分都随着地区和时间的不同而变化。潜水的动态受季节影响大,潜水资源易补充恢复。
5)潜水的水质取决于地形、岩性和气候,易受污染。
潜水面的形状取决于地形地貌、降水补给情况、水文网特征、地质构造、含水层岩性、隔水底板的形状及人为因素等。潜水面的形状与地形有较好的一致性。山区地形切割剧烈,潜水面坡度大;平原地区地形平缓,潜水面的坡度小。大气降水入渗及水文网特征主要表现在河间地块。在两侧河流的水位基本相同时,潜水剖面线为一上拱半椭圆曲线,潜水分水岭在中央;当两侧的河水位不同时,分水岭偏向水位高的一侧,有时甚至消失。
总之,潜水面倾斜的方向朝向排泄区,潜水面最大倾斜方向表示地下水的流向,其形状变化是各种自然及人为因素综合影响的结果。
(三)承压水
充满于两隔水层之间的含水层中的水称承压水。承压含水层上部的隔水层称为隔水顶板,下部的称为隔水底板。顶板、底板之间的距离(M)为含水层厚度。地下水在静水压力作用下,上升到含水层顶板以上某高度,该高度为承压水头;承压水头高出地表时,钻孔能够自喷出水,如图2-2所示[2,3]。承压水的蓄水构造大体可分为两大类,即向斜盆地型蓄水构造及单斜型蓄水构造。
图2-2 承压含水层示意图
当水不能充满于两个隔水层之间时,水就不承受静水压力,对上部隔水层也没有上托力,这种水称为无压层间水。当钻孔穿透上隔水层时,上层潜水就会漏下去。勘探中常常遇到井孔中的水位突然下降或水量突然消失,就是这个原因造成的。
由于承压水具有隔水顶板,它具有与潜水不同的一系列特点:
1)当钻孔揭露承压含水层时,在静水压力的作用下,初见水位(即顶板高程处)与稳定水位不一致。
2)在一般情况下,承压水的分布区与补给区不一致(图2-2)。因为承压水具有隔水顶板,大气降水及地表水不能处处补给它,承压水的补给区往往位于地势较高的含水层出露处。
3)由于承压水是由补给区流入广大的承压区,再向低处排泄,故承压水的出水量、水质、水温等受当地气候的影响较小,随季节变化也不明显。
4)承压水水质取决于埋藏条件及其与外界联系的程度,受地表污染少,受污染时难治理。
5)承压水供水量的大小,取决于含水层的分布范围、厚度、岩性和补给来源的大小。含水层分布范围越广,厚度越大,有充足的补给源,则可提供丰富的水量。但是承压水,尤其是深层承压水,补给距离长,补给周转慢,一旦超采,形成较大的超采漏斗,就很难恢复。
6)与潜水面不同,潜水面是一个实际存在的面,而承压水面实际并不存在,故有人称之为势面。水压面的深度不能反映承压水的埋藏深度。承压水面通常用等水压线图表示,它是根据相近时间测定的各井孔的测压水位标高资料绘制的,等水压线形状与地形等高线形状无关。利用等水压线图可确定承压水的流向和水力坡度;如果与等水压线图上绘有的地形等高线和承压水隔水顶板等高线配合,可确定承压水的承压水头和承压水位埋藏深度。根据这些数据可选择适宜的地下水开采地段。
4. 内蒙古地下水资源环境问题研究及对策
王剑民
（内蒙古自治区国土资源厅，呼和浩特，010020）
摘要本文在阐明内蒙古自治区水文地质条件、含水层类型、地下水分布特点的基础上，就地下水资源供需状况从资源补给、地下水开发利用两个方面进行了系统的评价，并针对目前地下水资源开发过程中存在的问题针对性地提出对策建议。
关键词地下水资源环境问题研究
进入21世纪以来，全球性水资源短缺问题显得非常突出。据统计，全国有1/4的国土面积缺水，1/10地区的水资源仅能满足人类生存的基本要求，正常年份缺水量近400×108m3。由于不合理开发水资源，导致区域性地下水位下降、水源地枯竭、引发大面积的地面沉降、植被死亡、湿地消失等一系列灾害和生态环境问题。地下水污染已经扩展到全国大部分城市，由于地下水质下降，造成300多个城市供水紧张，已经严重威胁到经济社会的可持续发展，必须着力解决地下水资源可持续利用，防治自然和人为作用下的地下水环境破坏，加强地下水资源保护和科学合理开发利用。
内蒙古自治区地处祖国边疆，总土地面积118.3×104km2，占全国总面积12.3%，区内人口2378.6×104人，全区地下水资源为321.22×108m3/a。从总体看，内蒙古地下水资源并不丰富，区内地表水系不发育，水资源较贫乏，而且分布不均匀。东部、东南部降水量大，地下水资源较丰富，而西部、北部降水量少，地下水资源较贫乏。水资源的短缺及其不均匀性严重制约着自治区国民经济的发展，因此，充分认识内蒙古地下水资源的现状，合理开发与利用地下水资源，积极探寻解决地下水资源生态环境问题的新方法，新途径，在自治区经济建设中具有十分重要的意义。
1水文地质条件
内蒙古自治区基本上属于高原型地貌，但内部各地地貌形态、成因类型、地层岩性、地质构造不尽相同。据此可将全区地下水划分为大兴安岭山地、西辽河平原、内蒙古北部高原、阴山山地、河套平原、鄂尔多斯高原和阿拉善高原七个水文地质区。
1.1地下水系统划分
自治区分内陆和外流两大水系。外流水系进一步分为额尔古纳河、西辽河、海河、滦河、黄河水系；内陆水系分为阿拉善高原、阴山北部高原内陆水系。
根据本区地表水流域及地貌状态将自治区划分为8个地下水系统，25个亚系统，其地貌及水文特征见表1。
补给方式主要以大气降水为主，也有侧向径流、黄灌水入渗、洪水入渗和地表灌溉；排泄方式主要以蒸发、侧向径流的流出，还有河谷排泄和人工开采。
表1地下水系统地貌特征表
1.2含水岩类划分
按地下水含水介质及赋存条件，全区可划分为三大含水岩类，即：松散岩类孔隙水、碎屑岩类裂隙孔隙水、基岩裂隙水（包含碳酸盐岩类裂隙溶洞水）。
1.2.1松散岩类孔隙水
松散岩类孔隙水在区内广泛分布，主要分布在山间沟谷、河谷洼地、山前冲洪积倾斜平原、山间断（坳）陷盆地及沙漠区。
1.2.2碎屑岩类裂隙孔隙水
碎屑岩类裂隙孔隙水在自治区分布比较广泛，主要分布在鄂尔多斯高原、内蒙古北部高原、阿拉善高原及大兴安岭东侧部分山间盆地、阴山山地的山间盆地。
1.2.3基岩裂隙水
广泛分布于自治区的山地丘陵区，除此之外，在内蒙古北部高原、阴山山地等还分布有玄武岩裂隙孔洞水。
1.3地下水分布特点
内蒙古地下水受气候、地质构造与古地理多种因素的影响，使地下水无论在资源数量上还是质量上及其在空间分布上，具有自己的特色，主要表现在以下几个方面：
（1）地下水资源具有可开采资源少，资源分布不平衡，水质相对较差的特点。
（2）地下水受气候影响，无论在量上与质上，均有随气候变化的分带性。主要表现在：
一是水量由东向西减少，水质变差。
二是第四系河谷含水层由东向西分布渐少，含水层变薄，变窄，水质变差。
三是由于降水量向西向北减少，对原较差的水冲淡作用和由西向北减弱。
四是对深部地下水补给作用由东向西逐渐减弱。
（3）由于地质条件复杂，使水文地质条件复杂化、多样化。
（4）地下水赋存条件与古地理有密切关系。
（5）内陆干旱水文地质特征明显，表现在：
一是地下水没有统一的循环基准面。
二是第四系河谷含水层由河谷上游至下游变薄或消失，地下水矿化度快速增高。
三是干旱气候下的标准元素大量富集。
四是透水不含水层较厚。
五是第四系河谷稀少而短暂。
（6）沙漠下部都有丰富的淡水资源。
（7）有全国最大的白垩系淡水盆地。
（8）地下水是分属于不同水系最多的地区，不同水系水文地质条件也有所差异，表现为：
一是第四系河谷含水层厚度不一，结构不一。
二是第四系河谷宽厚不一。
三是地下水开发能力不同。
（9）地下水地质环境以原生环境为主，次生环境仅在局部地段存在，而且原生环境较差。
2地下水资源的现状分析
2.1地表水资源状况
地表水资源的数量及其变化主要受各地降水量的控制和影响，内蒙古自治区降水量在空间分布上自东向西逐渐减少，一般由呼伦贝尔市一带的450mm至阿拉善盟不足50mm，同时，由南向北年降水量也在减少，使地表水资源数量在空间的分布及其变化与降水量的区域分布及变化具有相同的规律，即自东向西，由南向北逐渐减少的规律。
全区地表水资源量不仅数量较少，空间分布也极不均匀，相对比较，内蒙古自治区东部地表水资源丰富，仅额尔古纳河、嫩江和辽河三水系，多年平均地表水资源就达335×108m3/a，占全区地表水资源量377.71×108m3/a的88.69%；中部海、滦河水系，多年平均地表水资源为3.93×108m3/a，占1.04%；西部黄河水系支流地表水资源为19.85×108m3/a，占5.26%；阿拉善盟额济纳河占全区总水资源的1.88%；其余内陆水系地表水资源量少而且不稳定。从地表水在年内的分配来看，产流大小与降水量完全相吻合，自治区中西部的多数河流在干旱季节均有断流时期，这对地表水的开发利用增加了许多困难。
2.2地下水天然补给资源状况
全区平均年天然补给资源量为292.5242×108m3/a，枯水年天然补给资源量为243.8240×108m3/a，按天然补给项统计见表2。
全区地下水天然补给资源的分布规律与大气降水分布规律一样，均具有自东向西，由南向北减少的规律。
2.3地下水可开采资源状况
地下水可开采资源是指在一定经济、技术条件的约束下，可以持续开采利用的地下水量，并在开采过程中不发生严重的环境问题的地下水量。
内蒙古自治区地下水可开采资源量为149.5033×108m3/a，各系统可开采资源量见表3。
表2平均年及枯水年天然资源统计表单位：108m3/a
续表
表3按地下水系统地下水资源量统计表
续表
2.4水资源评价
内蒙古自治区由于降水量少，蒸发量大，所以地表水资源和地下水资源均不甚丰富。
地表水资源量按多年平均计，内蒙古自治区为377.71×108m3/a（黄河过境干流量228.80×108m3/a除外）其中78.65×108m3/a为基流量，地表水资源可利用量为89.72×108m3/a，地下水与地表水转化量为87.03×108m3/a。
地表水与地下水的水资源总量为583.20×108m3/a，枯水年份时为534.50×108m3/a，地表水和地下水的可利用资源量为298.29×108m3/a。
2.5缺水情况分析
内蒙古自治区面积118.3×104km2/a，绝大部分地区处于荒漠、干旱及半干旱地区，地表水、地下水贫乏，人均占有可开采资源量仅为642m3/（人·a）。
2.5.1人畜饮用缺水
内蒙古自治区缺水面积20.13×104km2/a，人口234.6×104人，主要分布在阿拉善高原及阴山山地以北内蒙古高原地区，阴山山地间的第三系及白晋系组成的盆地，清水河与桌子山一带灰岩区及西部丘陵区，尤以内蒙古西部阿拉善地区更为突出。具体见表4。
表4内蒙古缺水地区统计表
续表
2.5.2城市及城镇缺水
内蒙古自治区中西部城市，城镇或重要口岸城市，由于缺水，严重影响人民生活，制约当地经济发展。具体情况见表5。
表5城市及城镇缺水情况统计表
续表
3问题研究及对策
内蒙古自治区地域辽阔，各地水文地质条件差异较大，地下水资源极不平衡，特别是近20年来，国民经济迅速发展，一直保持较高的增长率，相应地下水的开发利用量也逐年加大，部分城市、旗县地下水的开采总量成倍增长，就全区而言，地下水开发利用方面存在的主要问题和应采取的措施体现在以下几个方面：
3.1地下水资源分布与国民经济布局不相一致，使全区地下水资源的开发与供需要求不协调
随着国家西部大开发的进一步实施，中西部地区供需矛盾更加突出。自治区首府呼和浩特市及我区最大的工业城市包头市分布在西部区，特别是鄂尔多斯市能源基地的进一步开发，需要更多的地下水资源。对此，要利用现有的地下水资源，采取一系列节水措施。同时，要治理生态恶化，恢复生态环境，尽早实施南水北调西线工程，从源头上解决中西部地区缺水的问题。
3.2地下水资源的开发不平衡
全区地下水资源开发利用程度平均为40.04%。包头、呼市、乌兰察布市几乎无开采潜力可言，兴安盟、通辽市、巴彦淖尔市、鄂尔多斯市、乌海市都在50%左右，只有锡林郭勒盟、呼伦贝尔市、阿拉善盟地下水开采程度在10%上下，仍有尚待开发的地区，如：乌兰布和沙漠、浑善达克沙漠、巴丹吉林沙漠、腾格里沙漠以及鄂尔多斯白垩系盆地地下水。
3.3对以往地下水的勘查成果重视不够
建国以来，我区地下水勘查方面做了大量工作，在国民经济发展规划中起到一定作用，但是在决策中往往忽视地下水在不同地区的分布规律及开发利用条件，也反映了水文地质勘查成果和国民经济的宏观决策没有很好地结合起来。因此勘查成果要由过去的专业性向可读性、可视性转变，成果要社会化，为政府部门宏观决策提供依据，各级政府在宏观决策前应充分利用以往勘查资料，以免造成失误。
3.4在水资源管理上，缺乏合理利用地下水资源的调控手段
一是对两类不同性质的地下水，即潜水、承压水进行混合开采，只求水量，不求质量，使地下水相互贯通，不仅改变了地下水的水动力条件，而且造成水质良好的承压水受到污染。二是工农业争水矛盾存在。各自为政，乱开乱采，开发利用缺乏合理性，全局性。三是生产井布局不合理，致使地下水过量开采，形成局部漏斗。四是灌溉方式陈旧，造成地下水资源严重浪费。
3.5地表水、地下水综合利用相互调节不够
在地表水和地下水资源的综合考虑上缺乏合理调配使用，如河套平原盐渍土的形成，除了封闭盆地、地下水径流不畅，地下水以垂直循环为主，气候干旱，地质环境等内在因素外，地表水灌溉量过大，有灌无排，渠系渗漏过大，使地下水位升高，是引起土壤盐渍化的外因。要解决河套地区盐渍化，必须降低地下水水位，而降低地下水位，用渠排水影响范围太小，单侧影响不过300～500m，而渠排占用大量土地，效果不明显。采用井渠结合，以灌代排，实行灌排平衡时，如果灌溉面积按1143万亩计，最多布井2904眼，灌溉需水量43.53×108m3/a，其中地下水14.83×108m3/a，黄灌用水量28.7×108m3/a，引黄量41×108m3/a，而目前的引黄量已达59.07×108m3/a。因此，应加强地表水、地下水的综合利用。
3.6现有地下水资源保护力度不够，废水利用有待加强
一方面，城市生活、工业废水任意排放造成地下水不同程度的污染，使地下水资源浪费；另一方面，个别地方承压水井长期自流，没有得到很好的利用。另外，自治区废水利用率仅达10%～20%，应加大污水治理的力度，使污水排放满足国家标准，提高重复利用率，节约水资源。
3.7利用地下水资源改善生态环境的力度不足
自治区沙化严重，沙尘暴有增无减，草原退化日趋严重，而浑善达克沙漠、毛乌素沙漠、库布其沙漠、乌兰布和沙漠、巴丹吉林沙漠、腾格里沙漠都有较丰富的地下水资源，应加大勘查与开发力度，促进生态环境工程的建设。
3.8地下水资源勘探滞后于国民经济发展需求
全区地下水勘查程度较低，勘探量平均1m/km2。其中，大于1∶5万比例尺以上的勘探面积为4×104km2，仅占自治区面积的3.5%。1∶10万比例尺的农田供水勘查也只有14×104km2，占总面积的12%。绝大部分都是1∶20万～1∶50万比例尺的调查及普查工作，处于找水调查阶段，只能作区域性的远景规划，难以解决具体实际问题。而现实中，诸多与地下水有关的问题亟待解决。如人畜用水、工农业用水、生态环境改善、产业结构调整、生态移民、盐渍土改良等均与地下水密切相关。
5. 含水层污染的控制和恢复治理
含水层的污染是由于人类各种各样的活动所导致的，如工业、生活废水的下渗、固体废物填埋场地的渗漏、化学或有害废物的泄漏、农业灌溉和采矿活动等。一般认为预防和控制污染是地下水保护的最佳选择，因为含水层的污染具有复杂性、隐蔽性和难以恢复治理的特点，即含水层一旦遭受了污染，那么，恢复和净化的过程是漫长的，而且处理技术难度大，治理费用昂贵。地下水污染具体的预防和控制手段有：水源地防护带措施、污染源控制、地下水动力场控制等。对于已经遭受污染的土壤、含水层的恢复和治理，目前还不十分成熟，但已经是水资源、环境科学研究的重点，在21世纪具有更广阔的发展前景，现分别介绍如下。
一、已污染的土壤、含水层的恢复治理研究
（一）原位（in situ）处理方法
1.污染土壤气体提取法（soil vapor extraction，SVE）
SVE是对土壤挥发性有机污染进行原地恢复、处理的一种新的方法，它用来处理包气带中岩石介质的污染问题。使包气带土（或土-水）中的污染质进入气相，进而排出。SVE系统要求在包气带中设立抽气井（井群），使用真空泵在地表抽取包气带中的空气，抽出的气体要经过除水汽和碳吸附后排入大气。
一般认为，污染气体通过土壤介质的运移具有对流和扩散两种作用：对流是指污染质随气流的运动；扩散是由于浓度场的存在，使污染质在土壤介质中运移。当土壤的渗透性很小时，扩散的作用明显。因此，对流和扩散作用决定着VOCs的去除效果，其影响因素较多，如湿度、pH值、有机物含量、温度等。将来需要对SVE方法的效率进一步研究，如抽气井的有效半径问题、避免抽气井附近地表空气直接进入形成“短路”等等。
2.井中汽提（In-well vapor stripping）方法
井中汽提去除方法包括使地下水进行循环，在去除井中使地下水中挥发性的VOCs汽化，使用空气泵抽取地下水并去除污染物。污染气体抽取后可以在地表处理或进入包气带用微生物降解。部分处理后的地下水可通过井注入包气带再入渗到地下水中，未处理的地下水从底部进入井中取代被抽取的地下水。逐渐部分处理的地下水又循环进入水井被抽取处理，由此不断循环，直到达到处理的目标。
这一处理过程也可以与其他方法联合应用，如与土壤气体提取法、地表处理、营养物注入等能够加速污染物的微生物降解的方法联合使用。应用井中汽提方法去除的污染物实例有：氯化有机溶剂（如TCE）和石油产品污染物（如BTEX，TPH）。根据具体条件，与其他方法联合，还可以对非卤化VOC（non-halogenated VOC），农药和一些无机污染进行处理。井中汽提方法被应用于不同介质，从淤泥质粘土到砂质砾石。
优点：由于只使用单井抽取气体，很少抽取地下水并在地表处理，因此具有低投资和低运转费的优点。此外，容易与其他处理方法联合应用，如微生物降解、SVE，而且设计简单，易于维护。缺点：在浅层含水层中的处理效果有限，有可能发生沉淀而造成水井阻塞，此外，如果处理系统没有合理设计，会造成污染的扩散。
3.空气搅动法（air sparging）
空气搅动方法：在饱和带中注入气体（通常为空气或氧气）使地下水中污染物汽化，同时用增加地下氧气浓度的方法加速饱和带、非饱和带中的微生物降解作用。汽化后的污染物进入包气带，可用SVE系统进行处理。有时这种方法也称为微生物搅动（biosparging）用来强调微生物过程或表明微生物处理为主，挥发为辅的过程。
空气搅动方法可以用来处理土壤、地下水中大量的挥发性、半挥发性污染物，如汽油、氯化溶剂等。根据实践经验，对于均质、渗透性好的污染场地，使用本方法较好。此外，本方法适用于具有较大饱和厚度和埋深的含水层，这两个因素影响搅动井的影响范围，如果饱和厚度和地下水埋深较小，那么治理时需要很多的搅动井才能达到目的。
有几个实例表明，如应用得当，空气搅动方法对污染的治理是有效的，它比抽取-处理方法有效，因为污染物解吸附进入空气要比进入地下水中容易。此外，与SVE方法相比，本方法可用于处理毛细带和地下水面以下的污染。
微生物排气法（Bioventing），也是SVE的一种方法，它与空气搅动方法的区别在于：前者在包气带中注入和抽取空气以增加地下氧气浓度，加速非饱和带微生物的降解。本方法可应用于所有可降解的污染物，但实际常应用于石油碳氢化合物污染的治理，而且已经有成功的实例。
4.原位冲洗
原位冲洗方法：把液体注入或渗入土壤、地下水污染带，在下游抽取地下水和冲洗混合液，然后再注入地下或进行地上处理。冲洗液可是水、表面活性剂、潜溶剂或其他物质。这种方法由于加强了对空隙的冲洗效果和作用，从而可以增大传统抽取-处理方法的处理效果。该方法应用的成功与具体场地的情况密切相关。虽然该处理方法不受污染深度和位置的限制，但需要事先进行大量的资料收集和可行性研究。
优点：可用于多种污染物对场地的处理速度比传统的抽取-处理方法要快。缺点：局限，必须严格控制，否则会使污染范围扩大。
5.水平井
水平井技术在目前环境治理中被广泛应用，如原位微生物治理、空气搅动、真空抽取、土壤冲洗、饱和污染体抽取等。根据资料统计，这种方法在对相对较浅的土壤和地下水污染场地尤为适用，可以增大低渗透性场地的微生物治理能力。
水平井的类型有：沟槽式和定向式。沟槽式水平井为在钻进的同时，要下护管、花管和滤料（大口径）；定向式水平井为小口径，钻进结束后需要成井。
优点：由于水平方向较长的花管，与污染介质的接触面积很大，所以在治理中具有更有效的作用和转化。此外，水平井与天然条件相一致，因为地下水在水平方向的传导率要大于在垂直方向的传导率，这样就能够更有效地汇集和抽取地下水和污染汽。定向式水平井可应用于地下具有障碍物的地区（如垂直井、公用事业管线）和地表具有障碍物的地区，如建筑，湖沼和湿地等。该方法的局限为：水平井的钻进深度不能太大。
6.加热方法
利用蒸汽、热水、无线电频率（RF）或电阻（变化电流，AC）加热方法，在原位改变污染物受温度控制的特性，以利于污染物的去除。例如，挥发性的有机污染物在加热时可以挥发进入包气带，然后可以利用气体提取方法进行处理。蒸汽法最好应用于具有中等或高渗透性的地层，RF和AC加热法可用于低渗透性的地层，因为粘土含量高的地层捕获RF或AC能量的效果好。
7.处理墙方法
这种方法也称为被动屏障法或被动处理墙方法。首先在污染源的下游开挖沟槽，然后充填反应介质，与流经的污染地下水进行反应，使污染物得到处理。用于反应的充填介质可以包括零价铁、微生物、活性碳、泥炭、蒙脱石、石灰、锯屑或其他物质。在处理墙中污染物的反应包括降解、吸附和沉淀等。有时，为了使污染了的地下水能够充分与处理墙的介质发生作用，往往采用“狭道和闸门”（funnel and gate）方法。
8.原位稳定-固化方法
在已污染的包气带或含水层中注入可使污染物不继续迁移的介质，使有机或无机污染物达到稳定状态。污染物被介质凝固、粘合（固化），或者是由于化学反应使其活动性降低（稳定）。该方法要求对拟处理场地的水文地质条件非常了解，可应用于具有中等或较高渗透性能的地层。
9.电动力学方法（electrokinetics）
电动力学方法可以使污染物从地下水、淤泥、沉积物及饱和或非饱和的土壤中分离或提取出来。电动力学治理的目标是：通过电渗、电移或电泳现象，形成附加电场，影响地下污染物的迁移。当在土壤中施加低压电流时，会产生这些现象。这3种过程的基本特点是：在污染了的土体两侧设置电极并施加电压。这种方法主要是用来处理具有低渗透性的土体污染问题。在使用该方法前，应进行一系列实验分析，以确定该方法是否实用于拟处理场地。
优点：可用于低渗透性土壤，和多种污染物。但在负极附近金属的沉淀是该方法应用的最大障碍。
10.微生物处理
如果微生物的选择、控制和营养的配比适当的话，几乎所有的有机污染质都可以被微生物降解。根据降解程度的不同可以分为微生物转化（形成较为简单的中间产物）和矿化（形成水、二氧化碳和惰性无机残质等）两种。微生物处理方法被广泛应用于污染水的地上处理，而且比较成熟，这里不多叙述。从20世纪70年代开始，人们进行微生物原地处理的研究，到1987年已有30多个利用微生物进行原地处理的实例（Michael D.LaGrega et al.，1994）。目前在国外这一方法的应用越来越普遍，对微生物原地（in situ）处理方法的研究一直是学术界和工程技术界的热点和重点。
NAPL污染质在地下环境中以3种形式存在：NAPL形式（free proct）、以吸附或其他形式存在于固体颗粒周围和孔隙中、溶解或分散于地下水中。一般的处理方法只能抽取地下水，处理水中污染质。微生物原地处理方法直接在地下进行，可对3种形式的污染质同时进行处理。
绝大多数的微生物原地处理采用的是好氧模式（不排除特殊情况下的厌氧处理方法）。地下水中虽然具有氧气含量，但远不够微生物处理的需求。例如氧化1 mg的汽油污染质在理论上需要2.5 mg的氧气。因此这一处理方法需要把氧气和营养物质注入地下。微生物原地处理的原理与其他微生物处理方法完全一致，最主要的区别就是微生物原地处理是在地下，环境条件比较复杂且难以控制，而一般的微生物处理是在地上的处理容器或处理池中进行的，相对容易控制。
典型的微生物原地处理包括：在污染晕的下游设置抽水井，在上游设置注入井，把下游抽出的地下水加入营养物和氧气以后再注入地下含水层中，形成一个循环的水动力场。微生物就是在这样的水动力场中对污染质进行降解。此外，在外围还要设置观测井，监测地下水的水质变化。微生物原地处理方法被认为是地下环境污染恢复、处理最为有效和最有前途的方法。
11.微生物-抽取联合方法（bioslurping）
微生物-抽取联合方法包括真空抽吸、污染汽抽取和微生物排气，来处理LNAPL污染物。真空抽吸用来抽取饱和污染物和一部分的地下水，土壤汽提取是去除包气带中高挥发性的污染汽，微生物排气法用来加速包气带和毛细带的好氧微生物降解。
该系统包括：在井中设置一个可调节长度的抽吸管（“slurp tube”）到达LNAPL层，连接真空泵抽吸LNAPL污染物。抽吸过程中在井中形成负压带，使LNAPL污染物流向井中。当饱和LNAPL面下降，管中开始抽取污染汽（污染汽抽取）。污染汽的抽取有助于非饱和带中空气的运动，增加氧气量，进而加快好氧微生物降解作用（微生物排气）。当水位上升时，又可抽取LNAPL和部分的地下水，这就形成了循环。这种循环可以使地下水位的波动达到最小，从而减少污染物扩大的可能。
抽出的液体（污染物和水）送入水油分离装置分离，污染汽送入水汽分离装置，如果需要的话，还应包括地上的污染水、汽处理系统。与其他LNAPL处理方法（如skimming or al-pump）相比，本方法具有更大的处理速率。本方法的优点有：低成本（因为抽取的地下水较少，污染汽和抽取的地下水可能不必再进行处理），不会在含水层中造成污染物的扩散。但本方法由于暴气和缺少对饱和层中残余LNAPL的处理，可能造成井过滤网的堵塞。
12.植物处理方法（phytoremediation）
植物处理方法使用植物来净化污染了的土壤和地下水。其优点是利用植物天然能力去吸收、聚积和降解土壤及水环境中的污染物。研究结果表明，植物过程处理方法可应用于多种污染物的处理，包括多数金属和放射性物质，各种有机化合物（如氯化溶剂、BTEX、PCBs、PAHs、农药、杀虫剂炸药、营养物质和表面活性剂）。有5种植物处理方法：植物根部吸收法、植物吸取法、植物转化法、植物激化或植物辅助下的微生物降解、植物稳定方法。
与传统治理方法比较，其主要优点是：很少产生二次污染物，对环境的干扰很小，土壤留在原地。缺点是需要较长的时间（通常几个生长期），处理深度有限（土壤3英尺，地下水10英尺），有可能使污染物通过动物而进入食物链。
（二）异位（ex situ）处理方法
1.抽取-处理方法（pump and treat）
抽取-处理方法采用先抽取已污染的地下水，然后在地表进行处理的方法。处理方法可以是物理化学法也可以是微生物法等。通过不断的抽取污染地下水，使污染晕的范围和污染程度逐渐减小，并使含水层介质中的污染质通过向水中转化而得到清除。目前，抽取-处理方法被应用于地下环境中易溶污染质的恢复和治理。有时需要注入表面活性剂来增强吸附在地层介质颗粒上的有机污染物的溶解性能，从而加快抽取—处理的速度。
2.气提（air stripping）
气提方法是使空气通过污染水体以增强水中挥发性组分从水相向气相迁移的一种处理方法。这一方法被广泛应用于挥发性有机污染质（VOCs）地下水污染的处理，使用该方法要求污染物浓度较低（＜200 mg/L，Michael D.LaGrega et al.，1994）。往往采用气提塔、气提柱或气提槽等装置，使污染了的水和空气在装置中反向流动以增加水与空气间的作用程度。这一方法能使水中VOCs的浓度显著降低。
3.碳吸附方法
吸附就是水中可溶性污染物质通过与固体表面（吸附剂）接触而被去除的过程，在环境工程中，应用最广的吸附剂是碳。使用不同的材料和处理工艺可以得到具有不同吸附特性的碳吸附剂。常见的活性碳有两种：粉末状和颗粒状（GAC），其中GAC被广泛应用于地下水中各种有毒有机污染物的去除，而粉末状的活性碳常用于微生物处理。
活性碳吸附往往采用吸附柱，这一方法目前比较成熟，处理后的水具有很好的质量，所以被用于饮用水系统或污水的处理。影响碳吸附效果的主要因素有：溶解度、分子结构、分子量、极性和有机污染物的类型。溶解性能差的有机污染物比易溶解的污染物更容易被碳吸附；具有支链的有机物比直链有机物容易被吸附；通常分子量大的有机物有利于吸附，但当孔隙扩散成为控制吸附的主要因素时，对某些有机物，其被吸附的速率随分子量的增大而降低；极性小的有机物比极性大的更易被吸附。
4.化学氧化
化学氧化的目的是利用氧化剂使污染质进行化学转化，从而减轻污染质的毒性。如有机污染质可以被转化为二氧化碳和水或转化为毒性较低的中间产物。这些中间产物还可以用其他微生物方法进行进一步的处理。
化学氧化方法比较成熟，可用来处理氯化VOCs、硫醇、酚等有机污染质，也可以处理无机污染质如氰化物等。这一方法要求有混合罐或反应器等装置。在水污染处理中，常用的氧化剂为臭氧、过氧化氢和氯，其中又以前两种最为普遍。氧化剂氯与某些有机污染质反应，不但不能分解有机物反而形成氯代碳氢化合物，而这种氯代碳氢化合物的毒性可能比原有机物的毒性还要大，因此在使用氯做氧化剂时一定要注意。
（三）本能恢复治理方法
当有机污染物泄漏进入土壤或地下水中，会存在一些天然过程来分解和改变这些化学物质。这些过程统称为天然衰减（natural attenuation），它包括土壤颗粒的吸附、污染质的微生物降解、在地下水中的稀释和弥散。由于土壤颗粒的吸附，使一些污染物不会迁移到场地以外，微生物降解是污染物分解的重要作用。稀释和弥散虽不能分解污染物，但可以有效地降低许多场地的污染风险。
天然衰减方法也称为“本能恢复治理”（intrinsic remediation）或“被动治理”（passive remediation）。美国EPA的John Wilson博士把污染场地的天然衰减形象化地用蜡烛的燃烧来比喻。蜡烛就像场地中的污染物，燃烧过程就是天然衰减过程。蜡烛火苗看起来稳定，这是由于蜡在不断的减少；同样，污染场地对土壤和地下水的污染在一定的范围内达到“稳定”，这并不意味着污染的终止，而是因为污染与天然衰减达到了稳定状态。最后，蜡烛被燃烧掉，同样，在土壤和地下水中的污染物最终可以被天然微生物降解和其他天然衰减过程所净化。
天然衰减方法用于污染场地净化并不是什么工作都不做，而是让污染了的场地自己天然得到净化。实际上是一种趋向于主动处置的方法。它强调对天然补救治理过程的验证和监测，而不是仅依赖工程措施。目前，这一方法尚处于开始阶段，有许多问题需要进行深入的研究，如什么样的污染场地可采用这种方法来处理、如何缩短处理的时间等。
二、目前存在的问题
一般情况，人们对地上污染质物理化学处理方法研究得比较成熟，但用于处理地下水的污染存在着费用大、时间长等问题。所以趋向于使用污染质原地处理，特别是微生物原地处理方法。
对于抽取-处理方法，以前很受推崇，但越来越多的野外实践表明这一方法并不一定适用于所有的污染情形，在处理NAPL污染的场地时还存在着问题。NAPL在地下环境中有3种形式：NAPL、介质吸附和溶解在地下水中。大部分的污染质以前两种形式存在，在地下水中的含量相对较小。因此，采用抽取-处理方法需要不断地抽取地下水，使另外两种形式的NAPL向地下水中转化。由于NAPL的水溶性很小，这种转化非常缓慢，所以处理的时间也需要很长。EPA（美国环境保护局）经过实践认为：抽取-处理方法在一开始可以使地下水中污染质的浓度下降10%～50%，但很快污染质浓度将稳定，在相当长的时间内不变。有人甚至认为，对于一些水溶性非常低的污染质，如果使用抽取-处理方法，可能需要几百年乃至上千年（Michael D.LaGrega et al.，1994）。
抽取-处理方法对于DNAPL污染质而言更为困难。首先DNAPL以透镜体的形式存在于含水层的底部，很难准确设置抽取井；其次DNAPL存在于颗粒较细的地层中，难以转化进入地下水中。M.Oostrom等利用注入表面活性剂的方法以加速DNAPL向地下水中的转化（M.Oostrom et al.，1996），但同时也带来了一些副作用。
微生物原地处理方法是地下环境污染最有希望的处理方法，国外对这方面的研究非常重视。研究的重点是处理不同污染质微生物的种属，营养物质以及环境条件的影响和控制等。此外，未来对已污染场地或含水层的本能恢复治理方法具有很好的前景。
总而言之，地下环境（包括土和水）一旦遭受污染，无论是无机污染还是有机污染，其恢复和治理是非常困难的，需要大量的人力、物力和财力。因此，最好的方法还是污染的预防和控制，最大限度地减少或避免环境的污染。
地下环境的微生物原地处理比较复杂，涉及了微生物学、水文地质学、地球化学和工程技术等多个方面，所以需要多学科合作研究。目前，我国在这一领域的研究尚未引起足够的重视，与地下环境污染日益严重的态势很不适应。今后应加强对这一领域的研究。
6. 如何做好中小河流生态治理
1、概述
随着社会工业化的不断发展，城镇化建设的深入，用自己的方式改变着气候和环境，随着全球气候的逐渐升温，植被的逐渐减少，暴雨和洪涝灾害发生率逐年上升。这些年来，我国的防汛建设主要集中在大江大河上，建立洪涝灾害预警系统，完善防洪指挥机制，提高水库堤坝的防洪能力。虽然这样，但是仍然有一些地区不断发生洪涝灾害，造成大量的人员和财产损失。这些问题主要是因为中小型河流洪涝灾害所造成的，随着这样的事情不断发生，政府也应该把目光转移到中小型河流上。要治理中小河流洪涝灾害，必须首先了解成因，他的主要原因体现在以下几个方面：
一是中小河流流域气候条件变化快，缺乏监测设备，没有预测技术，人员投入少，能力不足，防洪难度大。
二是中小河流地质地貌情况复杂，洪水同时伴随着泥石流产生。
三是中小河流治理的资金投入不足。
四是为了追求眼前的经济利益，一些地区盲目开发、乱采矿石、拦河设障、挤占河道。
五是防洪标准低。为了节约资金，防洪标准一般是三到五年一遇的洪水，防洪能力不足，遇到一些极端情况，就容易发生水灾。
2、生态护坡所面临的问题
2．1相关问题及产生原因
由于我国当前城市用地紧张，而人们喜欢依山伴水的生活环境，所以一些城市的河道边水地带不断被侵占，水面面积越来越小，河流宽度越来越窄，为了泄洪的需要，将河道挖深，取直，这样的结果，使得对护河岸堤的建筑强度要求越来越高，建设的费用越来越大，但是破坏了河道两边的生态环境，其生态功能逐渐减退，河道成了专门的泄洪通道，失去了河道两边景观休闲和娱乐的功能。虽然为了改变这种状况，我国部分地区在防洪和河流治理工程中，采用了一些新材料，新技术和新的设计思路，比如采用生态型护坡技术，堤防绿化措施等，尝试还原河流域的生态环境，但是遇到了很多问题。现在的情况是从水利主管部门到具体的设计人员，在很多问题的认识上比较片面，思想高度不够，模糊不清，缺乏系统的理论知识学习和相应技术的应用指导，由于实际设计时时间紧任务重，设计资料不全面，没有相关领域的生物资料，使水文地质勘探资料都不齐全，在这种情况下，人往往习惯用传统的方法对中小河流进行治理，在繁重的工作压力下，设计思路有很大的局限性，没有采用新材料新工艺的设计思路方法，并且在设计和施工过程中缺乏相关的依据和标准，在河流整治全过程中缺乏科学性和规范性。
2．2解决方式
在当前的经济环境形势下，面对现有问题，在解决城市河道的治理问题时，区域市政的规划相结合，还需要相关的政策扶持，进行退地还河工作，拆除原有的视觉单调、生硬、热岛效应明显的渠道护岸，使用生态护坡建设技术，尽量还原原有的天然河道，创造适宜水生物生长把生态环境，提高河流的自净能力，维护河道的生态平衡，这样才能实现河道生态环境的可持续发展，我们现在投入人力物力，不是修建一条条规模不同的臭水沟，而是要建造一个适宜人居住的河岸环境。因此，生态护坡技术的创新与研发，应该不断进行，努力提高，需建立一个适合实际操作的，完善的科学体系。
3、生态护坡的设计要点
一是具有较大的孔隙率，护岸上能够生长植物，可以为生物提供栖息场所，并且可以借助植物的作用来增加堤岸结构的稳定性；
二是地下水与河水能够自由沟通，能够实现物质、养分、能量的交流，促进水汽的循环；
三是造价较低，不需要长期的维护管理，具有自我修复的能力；
四是护岸材料柔性化，适应曲折的河岸线型。复式断面在常水位以下部分可以采用矩形或者梯形断面，既解决了常水位时亲水性的要求，又满足了洪水位时泄洪的要求。
人类活动较少的区域，在满足河道功能的前提下，应减少人工治理的痕迹，尽量保持天然河道面貌，使原有的生态系统不被破坏。所以在河道断面的选择上，应尽可能保持天然河道断面，在保持天然河道断面有困难时，按复式断面、梯形断面、矩形断面的顺序进行选择。在河道治理的过程中，也应该避免断面的单一化。不同的过水断面能使水流速度产生变化，增加曝气作用，从而加大水体中的含氧量，有利于改善生物的生存环境。例如在浅滩的生境中，光热条件优越，适于形成湿地，以供鸟类、两栖动物和昆虫栖息。积水洼地中，鱼类和各类软体动物丰富，它们是肉食性候鸟的食物来源，鸟粪和鱼类肥土又能促进水生植物生长，水生植物又是植食鸟类的食物，从而形成了有利于鸟类生长的食物链。深潭的生境中，由于水温、阳光辐射、食物和含氧量随水深变化，所以容易形成水生物群落的分层现象。
4、几种生态护坡的设计方法
方法一，液压喷播植草护坡。这种方法是将槽子，改良剂，肥料，纸浆和粘合剂按照一定比例混合，配水搅拌均匀后，通过液压喷射到边坡坡面，这样就可以完成跖草施工工作，其优点是施工速度快，操作方法简单，两个月后就能实现绿化功能，适用范围广，防护效果好，但不适用于靠近水的地方，只适用于护坡的背水面防护工作；方法二，人工种草护坡，就是使用人工的方法在播面简单播撒的一种传统方式，这种方法的草种播撒不均匀，天气对其影响较大，近年来已经很少使用了；
方法三，客土植生植被护坡，将保水剂，粘合剂，抗蒸发剂，植物纤维，复合肥料和腐殖土经过专业机械混合，形成一定厚度的客土，然后将选好的种子喷洒到客土中。利用这种方法，土壤与坡面结合牢固，普通的透气性好，机械化程度高，工期短，植被保护效果好，基本不需要维护，根据地质和气候条件进行优化配置，但同样只是用于背水面。
方法四，蜂巢式网格纸草护坡，这种方法是在整理好的边坡坡面上，利用混凝土框架砖，平铺成正六边形网格，在网格内，填充种植土，然后再种草或者是铺设草坪一种防护措施，其优点是受力结构合理，可以有效分散泼面雨水径流，防止破庙冲刷，施工简单，外观整洁，美观大方，但同时造价比较高，故土效果方面不是很好。以上的几种方法，在使用选择方面应该与当地的情况相结合，选用哪种方法，需要根据当地的经济条件和自然环境条件确定，不能一概而论，充分调查，广泛取证，才能选择最适合当地的方法。
5结束语
在满足防御洪涝灾害的前提下，保护和创造良好的生物生存环境，建造适宜人类生存的自然景观，再考虑到安全性强度和耐久性的同时，充分考虑生态环境的效果，把过去的由混凝土组成的人工建筑河堤，改造为由水系和土体以及植物互相联系，适宜生物生长的，自然状态的生态护坡，现在城市河流治理的一个发展趋势。生态护坡建设技术，是一个集环境科学，生物科学，现代水利工程学，美学和生态学等学科的一体性的工程。推广生态型护坡的新思路、新材料、新工艺，建设一个绿色环绕，水质清澈，人与自然和谐共存的学校环境，是我们这一代水利人不可推卸的责任。
7. 地下水资源保护与利用
焦作市地处豫西北，北依太行，南临黄河，总面积6014km2，全区总人口348万，有煤炭、石灰石、铝土及铁矿石等矿产资源，工业以电力、化工、机械和煤炭为主，目前已发展成为以能源化工为主的新兴工业城市。焦作矿区工农业和生活用水，主要依靠地下水。焦作地区的地下水天然补给资源量为10.583m3/s，其中喀斯特水补给量为8.86m3/s，孔隙水补给量为1.723m3/s。
一、地下水资源开发利用现状
焦作市地下水资源由喀斯特水、孔隙水组成，且以喀斯特水为主，喀斯特水资源约占全部地下水资源85%左右。焦作矿区山前地区是九里山泉域喀斯特水的集中排泄区，地下水资源极为丰富。近年来，随着城市及工农业的发展及煤矿区的大量开采，在局部地段出现了小范围的降落漏斗，地下水位呈现明显下降的趋势。尽管如此，降落漏斗范围及漏斗中心水位稳定，多年来地下水位基本上处于动平衡状态，在丰水期、丰水年因地下水位回升，降落漏斗范围缩小乃至消失［4］。
目前人工开采已成为孔隙水、喀斯特水的主要排泄方式。地下水的开采方式有厂矿自备水源地（井）集中和分散式开采、焦作市自来水公司水源地集中开采、矿井排水和农业零星分散式开采。
1.自备水源地（井）开采地下水状况
1994年全市共有自备井234眼，年开采地下水量6347.86×104m3，平均2.013m3/s。其中全年开采孔隙地下水1939.36×104m3，平均0.615m3/s；喀斯特地下水4408.50×104m3，平均1.4000m3/s。1994与1993年相比减少了5.77%，1993年自备井开采地下水量6736.86×104m3。自备水源井除焦作电厂、中州铝厂、焦作铝厂、热电厂、焦作市水泥厂、化工一厂、造纸厂等厂矿企业属井群开采地下水外，其余多属零星分散式开采，且多以喀斯特水做供水水源。
（1）孔隙水开采量：受气候及人工开采双重因素影响，近年来焦作市区内孔隙水位呈下降趋势，焦作市区南部形成了孔隙水水位下降漏斗，且水质变差。为改善这一状况，自1990年开始对孔隙水的开采进行了限制，自备井开采量有所下降。1992年降至1466×104m3，1993年有所增加，达1765×104m3，1990年自备井开采孔隙水1991×104m3。1994年孔隙水开采量为1989.36×104m3，比1993年增加了173.86×104m3。自备井地下水开采总量年际变化较大，月最大采量为566.092×104m3（7月），月最低开采量为484.562×104m3（12月）。
（2）喀斯特水的开采量：焦作市喀斯特水资源丰富，水质好，是城市工业及居民生活的最佳供水水源。焦作市区各用水大户多开采喀斯特水。1994年自备井共开采喀斯特水4408.50×104m3，占自备井开采地下水总量的70%。1993年自备井开采喀斯特地下水4972.31×104m3，1994年与1993年大致相同。
2.焦作市自来水公司开采地下水状况
焦作市自来水公司现有6座水厂，其中第一水厂、第四水厂开采喀斯特地下水，第二水厂由新东公司（矿井排水）和焦作电厂岗庄自备水源联合供水，第三水厂由焦西公司（矿井排水）和东小庄水源地（开采喀斯特水）联合供水。焦作市自来水公司开采地下水的水源地只有第一水厂、第四水厂、东小庄水源地（岗庄水源地因属焦作电厂自备水源地，未计入其中）共三处。1994年焦作市自来水公司总供水量5425.74×104m3，其中地下水开采量2071.68×104m3，占总供水量的38.2%。
第一水厂位于焦作市中心新华街，利用已报废的2号、3号矿井供水，与1993年的142×104m3相比，增加了160.53×104m3，1994年共开采喀斯特地下水310.53×104m3，全年平均开采量0.0985m3/s。
第四水厂位于焦作市区北部近山前地带，现有开采井22眼。该水厂是焦作市自来水公司以地下水做水源的主要供水水源地，占焦作市自来水公司开采地下水总量的53.68%，占焦作市自来水公司总供水量的20.46%。1994年全年共开采喀斯特水1112×104m3，平均0.3527m3/s。
东小庄水源地位于焦作市区西部东小庄，现有开采井19眼，全年开采喀斯特地下水649.00×104m3，平均0.2058m3/s，比去年增加了15.89%左右。
3.矿井排水及利用
（1）矿井排水：分为焦东矿区和焦西矿区两部分。
焦东矿区的演马庄矿、九里山矿井排水量居各矿之首，多年来矿井排水量一直超过1.0m3/s。相比之下，中马村矿、小马村矿、冯营公司、方庄矿等矿井，矿井水文地质条件相对简单，矿井排水量小。1994年焦东矿区内的7个矿井，年平均排水量总计为3.3778m3/s，与1993年以前相比，略有下降。焦东矿区矿井排水总量季节变化不明显，相对稳定。
1994年焦东矿区内的演马庄矿矿井排水量仍居各矿之首，为1.0847m3/s，该矿近年来发生2次恶性煤层底板突水灾害，矿井排水量比较稳定。九里山矿井排水量平均为0.7903m3/s，该矿由于对煤层底板突水点进行了注浆堵水和工作面煤层底板注浆改造，因此自5月份起矿井排水量有所减小。其他矿如韩王公司、冯营公司、小马村矿、中马村矿等矿井，排水量比较稳定，多年变化不明显。1994年韩王公司矿井平均排水量为0.3840m3/s，冯营公司为0.3098m3/s，小马村矿为0.1248m3/s，中马村矿为0.6535m3/s，位村矿为0.0307m3/s。
焦西矿区的王封公司由于矿井关闭停产，矿井排水量呈下降并逐步稳定趋势，平均排水量1989年为1.50m3/s，1990年为1.26m3/s，1991年为1.02m3/s，1994年为1.0915m3/s。王封公司矿井排水量年内变化比较明显，月最高排水量1.1605m3/s，月最低排水量1.0182m3/s。焦东公司矿井排水量因矿井报废，矿井排水量呈下降至逐步稳定趋势。1991年为0.38m3/s，1992年为0.35m3/s，1994年则降为0.3033m3/s。朱村矿矿井排水量相对较大，并呈逐年增加趋势。1990年为0.80m3/s，1991年增至0.84m3/s，1994年则增至0.9013m3/s。1994年焦西公司矿井排水量是0.5970m3/s，与1993年相比，略有增加。焦西矿区的焦东公司、王封公司已经关闭停止采煤，没有开采新的工作面，整个矿区矿井排水量呈逐年减少并趋于稳定的状况，原煤层底板突水点已经作为供水井水源。1989年平均排水量3.25m3/s，1990年减至3.09m3/s、1991年进一步减至2.85m3/s，1994年略有增加，达2.8931m3/s。
（2）矿井水利用情况：目前，焦作市地下水开采的主要方式是矿井排水及农业灌溉利用，矿井排水量6.2707m3/s，综合利用矿井排水是开发利用地下水的有效途径。焦作市矿井水的利用有3个方面：
一是焦作市自来水公司利用矿井水情况。焦作市自来水公司所属的第五、第六水厂全部以矿井水做供水水源，第二、第三水厂部分利用的矿井水做供水水源。1994年，焦作市自来水公司四座水厂累计用矿井水3363.04×104m3，占焦作市自来水公司总供水量的61.8%。
第二水厂位于焦作市东北部，以焦东公司井排水做供水水源，1993年供水量1456×104m3，1994年供水量1571.66×104m3，较1993年略有增加。由于焦东公司已经关闭，矿井水的利用量一定会受到限制，目前，第二水厂正在建设新的水源地。
第三水厂位于解放西路，主要利用焦西公司矿井排水，1993年供水量1821×104m3，1994年为1288.50×104m3，较1993年相比减少了532.5×104m3。
第五水厂位于焦作市马村区，利用中马村矿矿井水作为供水水源供给马村区居民生活用水。1993年供水量239×104m3，1994年为297.68×104m3，比1993年增加了24.55%。
第六水厂位于焦作市中站区，利用李封公司矿井排水向焦作市中站区供水，1993年总供水131×104m3，1994年为196.2×104m3，较1993年增加了49.79%。
1994年焦作市自来水公司各水厂利用矿井总计达3363.04×104m3，全年平均1.0664m3/s。1993年矿井利用量3570×104m3，1994年较1993年减少了206.96×104m3。
二是焦作煤业集团公司各矿自用矿井水量。焦作煤业集团公司的朱村矿、九里山矿和演马庄矿，生产及生活用水全部或部分依赖矿井水做水源，据1994年调查，各矿利用矿井水量为0.282m3/s。
三是焦作市农业灌溉引用矿井排水。矿井排水除部分被焦作市自来水公司及焦作煤业集团公司各矿及焦作电厂、焦作市化工三厂等厂矿利用外，剩余部分经河渠排出矿外。流出矿外的矿井排水部分做为区内农田灌溉的水源，剩余部分则流出矿区。据河南省焦作市水利局资料，1994年焦东灌区和焦西灌区共利用矿井水1971.0×104m3，平均0.625m3/s。经过综合计算，矿井水利用总量平均为1.973m3/s，占矿井排水总量的31.47%。因而，矿井水资源利用程度较低。
4.焦作市农业开采地下水量
焦作市现有耕地面积16.7万亩，其中井灌面积6.7万亩，据河南省焦作市水利局资料，1994年农作物灌溉7次，灌水定额一般为75m3/亩次，由此算得1994年焦作市区各乡农业开采孔隙水3517.5×104m3，平均1.1154m3/s。加上焦作市修武县境内方庄乡、周庄乡、李万乡和五里源乡孔隙水农灌开采量0.7746m3/s，全区农业共开采浅层地下水平均1.89m3/s。
5.焦作市全区地下水开采总量
综合上述各项，1994年全区工农业生产及生活共开采地下水14379.73×104m3，平均4.56m3/s，其中开采喀斯特水6480.07×104m3，平均2.055m3/s，开采浅层孔隙水7899.66×104m3，平均2.505m3/s，焦作市自来水公司开采喀斯特水2071.68×104m3，平均0.6569m3/s，自备井开采地下水总计6347.86×104m3，平均2.013m3/s，农业灌溉开采浅层孔隙水5960.30×104m3，平均1.89m3/s（表3-18）。
表3-18 1993、1994年地下水排泄量 （单位：1000m3）
二、影响焦作地区地下水资源的主要因素
1.地下水补给量减小和排泄量增大
焦作地区除矿井排水和地下水污染严重影响着地下水资源外，地下水主要接受大气降水入渗和河流渗漏补给。因此，降水量和河流流量的大小是影响地下水资源的直接因素。
降水量的大小直接影响着地下水资源量，降水入渗是焦作地区地下水的主要补给源。自新中国成立以来，随着工农业的快速发展，地下水的开采量愈来愈大，地下水位愈来愈低，地表水资源枯竭，河流断流等，破坏水循环系统比较严重，大气降水量趋于下降趋势。1952～1964年平均降水量为826.1mm，1965～1977年平均降水量为681.56mm，1978～1982年平均降水量为662.55mm，1982～1988年平均降水量为642.4mm，1989年以来降水量一直偏低，影响了地下水资源的补给比较严重。
焦作市地下水位下降表现为4个阶梯，1952～1964年为第一阶梯，地下水位105m，1965～1977年为第二阶梯，地下水位91～98m，1978～1988年为第三阶梯，地下水位85～92m，1982年以来为第四阶梯，地下水位72～89m。主要原因为由于降水量的减小和开采量的增大，其地下水位与降水量和开采量关系见图3-36。
图3-36 地下水位与降水量和开采量关系图
丹河、西石河、山门河、纸坊沟、新河和翁涧河均为流经焦作矿区的河流，由于地表喀斯特发育，河流渗漏量比较大。例如，1994年对丹河480电厂至后陈庄段，取3个断面分枯水期、丰水期两次实测丹河流量，480电厂至后陈庄段河流漏失量平均为1.7338m3/s。近十几年来除丹河渗漏补给地下水外，尽管丹河流量也在逐年减小，新河和翁涧河为排污河，其他河流均已断流，因此，总的来说河流渗漏量也在减小。
焦作矿区所采煤层为石炭系、二叠系煤层，其直接充水水源主要为石炭系薄层灰岩，底部奥陶系灰岩喀斯特水间接充水水源，该层富水性好，补给水量大，严重威胁着煤炭的安全生产。为此对石炭系薄层灰岩进行疏水降压排水，对O2灰岩采取断层防水煤柱，实施“立足矿井、以防为主、疏堵结合、分类治理”的防治水方针。随着开采深度的增加，石炭系薄层灰岩煤层底板突水频率增高，O2灰岩水参与发生恶性煤层底板突水，排水量也越来越大，从用水角度来看，O2灰岩水开采量也与日俱增。例如，1952～1964年O2灰岩水开采量为1.501m3/s，1965～1977年O2灰岩水开采量4.964m3/s，1978～1982年O2灰岩水开采量5.5m3/s，1983以来O2灰岩水开采量8.463m3/s。据不完全统计，历年来煤层底板突水达1000余次，最大煤层底板突水量达320m3/min。因此，煤层底板突水是造成地下水资源枯竭的另一因素。
2.地下水污染状况
焦作地区河流中，丹河、西石河、山门河和纸坊沟水质好，符合饮用水标准。翁涧河水化学类型
孔隙水污染主要表现在焦作市区以南孔隙水的径流和排泄区，该区岩性细，渗透性差，水位埋深浅，长期蒸发浓缩作用，水中的离子含量特别是Cl-、K++Na+升高，矿化度增加。更为严重的，该区农业采用矿井水及工业生活污水灌溉，致使孔隙水水质恶化。焦作市区南部东王褚至恩村一带及焦作市区东南部仇化庄至焦作市修武杨楼、大高村一带的孔隙水水质类型为
表3-19 孔隙水水质状况统计表
根据近几年的监测与研究，喀斯特水水质正在逐渐恶化，且恶化速度也愈来愈快。主要表现在离子Cl-增加，水质变咸，个别水井水已失去饮用价值。据前人研究，本区喀斯特水Cl-背景值为26.69mg/L，到1998年喀斯特水Cl-已达到40～75mg/L，最高为128.73mg/L，2000年至少有三口喀斯特水源井Cl-含量超过国家饮用水标准（≤250mg/L），最高达1191.22mg/L。焦作地区内某单位喀斯特水自备井1999年Cl-含量为141.1mg/L，2000年为517.61mg/L，2001年为1258.6mg/L，2002年4月上升至2135mg/L，是国家饮用水标准的8.54倍。喀斯特水Cl-超标的水源井虽然是个别的，但由于整个焦作地区的喀斯特地下水同属于一个喀斯特水系统，水质如按目前速度继续恶化，整个焦作矿区喀斯特水未来都有被严重污染的危险。造成喀斯特水Cl-污染的原因为：喀斯特水补给区地表污水的渗漏；孔隙水、矿井排水通过O2灰岩“天窗”污染喀斯特水；受污染的河水渗漏补给喀斯特水［21］。
三、地下水保护与利用对策
1.防治水污染，污水资源化
对于没有处理能力的厂、矿、企业，应交纳污水处理费，由城市有关部门统一处理。按照国家产业结构调整政策和淘汰落后生产工艺、技术和装备，重点进行冶金、化工、水泥、电力、采选等重污染行业的结构调整。污水可以被认为“待生资源”，对于污水治理，应本着谁排放谁治理的原则，企业自建小型污水处理厂，处理达标的水可重复利用，以节约水资源。焦作市是以能源、化工为主的重工业城市，污水排放量相当大，并已对地下水造成不同程度的污染，使可利用的水资源量减少。实行污染物排放总量控制制度，从严掌握建设项目的审批，执行限期治理制度，坚持实行“关、停、禁、改、转”的方针。
2.排供环保三位一体
武强教授认为，采用排供环保结合优化管理，不仅考虑了排水系统的疏降效果和安全运营，而且供水系统的供水需求和环境系统的质量保护也同样是优化模型设计的重要约束指标，同时还要充分利用矿井排水，以及将排出的矿井水经过一定水质处理后，全部或部分用来代替矿区正在运行中的不同目的的供水水源［27，9，26］。焦作矿区为了安全生产，大量疏排地下水，矿井排水量为6.2707m3/s，占总开采量10.8134m3/s的58%。而且矿井排水的利用率仅为31.47%。
排供环保三位一体的优化模型除涉及地下水水力技术方面的管理外，同时也牵涉经济评价和环境保护以及产业结构规划等的管理。排供环保三位一体，就是在保证环境质量和矿井安全的前提下，提供给矿井和其周围地区一定数量的水资源，可用于生活、工业和农业等方面的供水。排供环保三位一体结合模型，不仅实现了将保证环境质量的矿井排水和地面抽水用于供水目的，而且通过选择多种供水用户所产生的经济效益最大的目标函数和适当的约束条件，完成了利用一个模型，同时综合制订排水、供水、环保三位一体的具体水资源优化管理方案。该模型已应用于焦作矿区九里山矿［27］。
3.加强水利价费改革
按照国家发改委改革水价促进节约用水指导意见通知的要求，进行水价调整，否则浪费水的问题不可能根本解决。逐步提高工程水价（自来水价、水利工程供水水价），水资源费（资源水价），水污染处理费（环境水价）。以水为主要的生产原料和生产手段，应制定较高的水价。水利工程水价要逐步到位，水资源费要适时调整。按照不同的行业实行不同的基本水价和不同的阶梯式水价标准，生活用水应有最低保障数量。工业用水要参照国内外先进用水定额定出适应不同地区、不同行业、不同工业产品的用水定额，超定额用水要加价，并责令限期改造设备，降低用水定额。农业水资源费的征收将会使最有潜力的用水大户提高节水意识，促进井灌节水，以水养水［33］。利用经济杠杆调整用水需求，促进节水工作。调整水价和水资源费，这是节约用水最重要的手段。
4.节约用水
提高重复利用率，节约水源，逐步实现“零”排放。加快工业节水新技术、新工艺和废水资源化的开发研究以及城市节水设施的研究制造；制定行业节水规划和用水标准定额，不断降低耗水量和排水量，提高水的利用率；搞好废水综合利用，实现废水资源化是提高水资源重复利用率的重要措施；通过产品结构、产业结构、企业组织结构和工业布局的调整实现节约用水，达到水资源的供需平衡，也是水污染防治的重点。这是城镇工业节水应该考虑的几个重要方面。
大面积发展适合精耕细作特点的高效节水形式，重点发展喷灌。要因地制宜采用管灌、渠灌、滴灌、喷灌等多种节水措施。搞好地面水灌渠的综合节水措施，发展井渠双灌。推广秸秆还田、覆膜栽培、集雨保水等农艺节水措施。无论是旱作农业，还是灌溉农业都必须采用农艺节水措施，以提高水资源的利用率。农业节水的农艺措施、工程措施要和科学管理结合起来。
节约用水是一项长期的根本措施，关系到社会的可持续发展。以发展农业节水灌溉和工业节水为重点，采取行政、经济、法制、管理等多项措施，千方百计地提高水的利用率和效益。
四、矿井水的水质处理技术
煤矿巷道是煤炭开采的主要场所。巷道中污染物质主要包括废机油、废酸液、煤尘、岩屑颗粒和病源菌以及井下的人工废弃物、粪便等。如果一些老窑积水与巷道相连通时，矿井水易被酸化。如果矿井接受地表水的补给，它们可能还会受到各种农药液和工业废水的污染，工业废水大都含有有机磷、酚、醛等有毒物质。大量涌入巷道的地下水必然会受到这个采煤环境的不同程度的污染。
因此，矿井排水的综合利用必须首先解决水质问题，它是排供环保结合的一个很重要环节。解决这个问题既要在井下巷道的输水过程中，既要根据不同污染类型矿井水和综合利用的不同供水对象，在地面实施矿井水的水质预处理，以便为各供水用户提供符合其具体水质要求的矿井排水资源，又要注意清浊水分流，尽量减轻矿井水的污染程度。矿井水的实用性处理技术和方法主要有以下几类：
1.矿井浑浊水的净化处理
矿井水中所含杂质大致可以划分为3类，即悬浮物、胶体物和溶解物［5］。矿井浑浊水净化处理的主要去除对象则是悬浮物和胶体物两类，它们是造成矿井水浊度的主要因素。浑浊水的一般常用净化处理流程为：
（1）澄清：澄清是指去除引起水浑浊的悬浮物和胶体物等杂质的过程，一般可划分为3个骤步，即混凝、沉淀和过滤。
（2）消毒：矿井浑浊水经过混凝、沉淀和过滤作用之后，便可着手对其进行消毒处理（消毒处理也可在过滤之前进行）。
矿井浑浊水一般的净化处理流程，如图3-37为其流程示意图。对于某些特殊类型的矿井浑浊水或特殊要求的供水用户，可根据其具体情况分别予以灵活处理，不必完全照搬以上的全部净化处理流程。
图3-37 矿井浑浊水净化处理流程示意图
例如，如果矿井排水的浑浊度较低，又无藻类繁殖时，浑浊度经常在100度以下，投放混凝药剂后可不经过混凝和沉淀作用，直接采用一次性过滤处理，将过滤后的矿井水加氯气消毒，随之经泵站送入供水管网。
再如，如果矿井排水的浑浊度较高，既要设法达到预期的净化目的，又要节约混凝药剂的投放量。可以在混凝、沉淀前采用自然沉淀方法，将原高浑浊度的矿井水中的粒径较大的泥沙颗粒预先沉淀掉一部分，所用构筑物可以是预沉淀池，也可以是沉砂池。最后，再进行混凝，沉淀、过滤和消毒处理。
2.矿井高硬度水的软化处理
水的硬度主要是指溶解于其中的Ca2+、Mg2+离子含量，溶解于水中的Fe2+、Mn2+、Sr2+离子也是影响水硬度的一个因素。下面介绍3种常用的软化方法：
（1）微生物方法：该种方法包括硫酸盐还原菌去硫法和铁细菌去铁法。
（2）化学方法：化学软化处理包括石灰、石灰乳中和法和石灰、苏打软化法。
（3）物理方法：该种软化处理方法包括蒸馏法、电渗析法和冲淡法3种。
3.矿井酸性水的中和处理
在煤层或其顶、底板中常含有硫化矿物，它们在氧化条件下形成硫酸化合物。矿井水中一旦溶解了这些硫酸化合物，便导致其
矿区酸性水的形成，对于大多数具有较强破坏性的酸性水，是随着煤矿开采时间的延长而逐渐形成的。而有的酸性水是在煤矿开采之前，即在硫化矿床氧化带处就已经富集了酸性水。
酸性水的危害是十分严重的。在俄罗斯布利亚矿区勘探中，由于酸性水的腐蚀作用，在8h内钻杆直径减少1mm，套管局部被腐蚀，在强酸性水分布地段，经12昼夜，套管壁就被腐蚀穿孔。矿井与储集酸性水的老窑、老空区沟通，酸性水便可沿通道进入矿井，因而酸性水就会污染井下生产环境。
对于已经形成的酸性水和受其污染的矿井，应采用石灰石中和法或微生物法加以治理。对于酸性的老窑积水，应设立防水煤柱等工程，使其与矿井系统完全隔离；对于含硫矿层要设法消灭充水充氧的环境，使其封闭并失去形成酸性水的环境。消除酸性矿井水的污染，预防和治理应同步进行。
4.矿井高铁高锰水的处理
当日处理100m3高铁、高锰水时，滤池可采用钢制圆形双级压力滤池，将滤池分成上、下两室，上、下室均采用锰砂作滤料。为了达到充分曝气，尽可能驱散水中游离CO2，且提高pH值，可采用叶轮式表面曝气装置，曝气池可做成矩形，水在曝气池停留时间约为20分钟。表面曝气双级滤池过滤除铁、锰工艺是一项比较经济且效果良好的技术方法。
除铁方法主要有两种，其一是莲蓬头曝气、石英砂过滤除铁，或者用河砂、卵石、木炭卵石层过滤除铁，其二是用天然锰砂接触氧化除铁，该方法简单经济，效果良好，已被广泛推广利用，这些工艺都能达到预期除铁的目的，使水中铁的含量达到符合国家生活饮用水标准。
20世纪70年代末发展了一种两级过滤处理系统的处理方法，该方法经过曝气、两级过滤，一般水中铁、锰含量均可被控制在国家生活饮用水标准之下。可同时消除水中的铁、锰离子含量，其工艺过程是首先将水充分曝气，然后经第一级滤池除铁，再经第二级滤池除锰。在除锰技术方面，最初采用的是接触氧化法除锰工艺，效果也良好。
8. 青岛市地下水资源的保护与开发利用途径
袁西龙
（青岛地质工程勘察院，青岛266071）
作者简介：袁西龙（1964—），男，高级工程师，主要从事水文地质、环境地质和计算机技术应用研究。
摘要：山东省青岛市是一个水资源较贫乏的地区，地下水资源分布不均，本文通过对青岛市地下水资源的开发历史、现状，以及由于地下水资源的不合理开发引起的环境地质问题的发生、发展、动态变化、采取的治理对策等，总结地下水资源开发保护的一般规律，同时介绍海水入侵区地下水用于海洋水产养殖、城镇建筑区地下水用于地温空调等利用领域；以及在含水层透水性较差的裂隙水、含水层厚度较小的坡洪积区和花岗岩风化带增大单井出水量取水技术方法。
关键词：青岛市；地下水；开发利用；保护；地下水取水技术
青岛市地处山东半岛的西南部，东南濒黄海，周边与威海、烟台、潍坊接壤。青岛市是一个水资源较贫乏的地区，人均占有可利用水资源量为170m3，占全国人均水资源量的1/4；同时青岛市经济发展迅速，对水资源的需求也日益增加，增源与节流并重，是缓解青岛市供需矛盾的有效途径。
1 水文地质概况
青岛市地貌类型以低山丘陵、剥蚀-堆积准平原为主，并间有山间谷地、山前冲洪积平原，局部为中山（崂山）。根据不同地貌、水文地质特征将该区划分为三个水文地质区：①胶北低山丘陵水文地质区、②胶莱盆地水文地质区、③胶南-崂山中低山丘陵水文地质区（图1）。地下水类型有松散岩类孔隙水、碎屑岩类孔隙裂隙水、喷出岩类孔洞裂隙水、碳酸盐岩类裂隙岩溶水及块状、层状岩类裂隙水。①松散岩类孔隙水是青岛市集中供水的主要含水岩组，主要分布于大沽河、白沙河-城阳河、白马-吉利河、王戈庄河、洋河、周疃河、张村-李村河等大小河流中下游河谷平原和大泽山西南侧山前平原，含水岩组主要由第四系冲积、冲洪积层不同粒径的砂及砂砾石组成，厚度一般5～15m，单井出水量可达1000m3/d以上，其中大沽河、白沙河-城阳河下游河谷平原地下水为青岛市重要供水水源地，其可采资源量分别为7951×104m3/a、2367.6×104m3/a。②碳酸盐岩类裂隙岩溶水含水岩组主要分布于平度、莱西，胶南王台也有少量分布，含水岩组为粉子山群中的大理岩，裂隙比较发育，深度一般限于100m以内，含较丰富的岩溶裂隙水，特别在构造及地貌条件有利地段，富水性强，单井出水量500～1000m3/d，水质良好。但因分布面积过小，供水局限性较大。③喷出岩类孔洞裂隙水含水岩组主要分布于即墨、胶州、莱西、城阳境内，含水岩组为青山群和王氏群中的玄武岩类，孔洞和裂隙比较发育，深度一般为30～50m，富水性较强，单井出水量为500～1000m3/d，且水质良好，可形成小的水源地为局部地区供水。④碎屑岩类孔隙裂隙水含水岩组主要分布于胶州、即墨、莱西等地，含水岩组为白垩系莱阳群、王氏群砂岩、砂页岩及凝灰质砂页岩，由于其孔隙和裂隙均不发育，透水性、富水性均很弱，单井出水量一般小于50m3/d。⑤块状、层状岩类裂隙水含水岩组主要分布于崂山、大泽山及胶南大片地区，含水岩组为花岗岩、花岗闪长岩、片麻岩、变粒岩、片岩等。风化带深度一般不超过30m，富水性弱，单井出水量小于30m3/d，局部构造裂隙密集带比较富水，单井出水量可大于100m3/d，最大可达500m3/d，但分布极不均匀，仅能为局部供水。
图1 青岛市水文地质分区略图
2 地下水资源开发及主要环境地质问题
2.1 地下水资源开发历史与现状
青岛市地下水作为城镇集中供水水源始于1920年，白沙河-城阳河下游最先作为青岛市供水水源地，至新中国成立初期日供水能力达3.0×104m3/d；在20世纪70年代以前，受经济技术水平的制约，地下水资源的开采量增长缓慢，到70年代后期，工农业发展加快，地下水资源的开采量也迅速增加，地下水资源的采补出现了负均衡，水位持续下降，80年代中期，大沽河、白沙河-城阳河水源地等区段均出现地下水降落漏斗，相继产生了不同程度的海（咸）水，90年代后期，通过减少地下水开采量，修建海水入侵截渗墙、河道内修建橡胶滚水坝拦蓄地表水以增加地下水补给量等一系列措施，海水入侵得到了有效控制。青岛地区多年平均地下水可采资源量为6.3436×108m3/a，2002年天然补给资源量为5.0586×108m3，2002年地下水实际开采量6.1098×108m3，占总淡水供水量的54.17%，1989年开采量为历史最高值，达6.78×108m3，1999年开采量为近年最低值，为5.38×108m3。青岛地区多年开采实践基本反映了区内地下水的开采水平和调蓄能力，可看出青岛地区地下水资源开发利用程度较高，基本为采补平衡，但由于城乡布局差异和需水量不同，一些地区开采量过大，形成地下水降落漏斗，同时有些地区开采量较小，仅有少量用于农村居民生活用水，地下水资源还没有得到充分开发。
2.2 地下水资源开发有关的环境地质问题
2.2.1 海水入侵
自20世纪70年代后期至90年代初期，在多数富水地段地下水资源均出现超量开采，出现地下水降落漏斗，在各河流下游近海地段，均发生了不同程度的海水入侵。最严重的是在80年代中期，海（咸）水入侵导致大批机井报废，粮田荒芜，水质恶化；90年代后入侵区附近开采量大幅度减少，降水量较80年代增多，使地下水位有不同程度回升，部分漏斗平复，海（咸）水入侵势头得到减缓，入侵面积略有退缩。2002年为特枯年，部分地区地下水位持续下降，入侵面积又有所扩大。目前青岛市海（咸）水入侵主要发生在大沽河下游、白沙河-城阳河下游、洋河下游、黄岛辛安、平度新河-灰埠一带，2002年6月各地入侵面积见表1。
表1 2002年6月青岛市海（咸）水入侵现状分布面积
2.2.2 水质污染
工业的快速发展，使城镇生活污水、工业废水的排放量加大，农业的发展，使农药、化肥的施用量也不断加大，在污水处理技术、设施、有关法律尚不完善的时期，河流遭到了严重的污染，而受污染河水补给地下水，造成地下水质的污染。区内地下水水质超标的指标主要有
图2 大沽河水源地受污染地下水主要阴离子组成饼图
除工业废水污染外农业污染更是不可忽视，地下水
3 地下水资源保护及环境地质问题的治理对策
针对地下水资源开发过程中存在的问题，有关部门经过勘查、研究，提出并实施了相应的治理措施。
3.1 海水入侵的治理
3.1.1 地下截渗墙
为了保护大沽河水源地，增加大沽河水源地的可采资源量，经过1985～1986年的大沽河水源地供水水文地质勘察和1990年大沽河地下水库勘查工作，于1997～1998年由青岛市政府投资兴建了大沽河水源地小麻湾截渗墙工程，截渗墙全长14.2km，采用连续摆喷法，摆喷深度到达含水层底板，从而截断了墙下游海（咸）水的倒灌，使海（咸）水的入侵现象得到遏制，为更好地发挥好大沽河水源地的供水能力提供了工程措施保障。2001年又开展了白沙河下游兴建地下截渗墙的可行性研究工作。
3.1.2 河道下游修建橡胶滚水坝
白沙河-城阳河下游水源地在发生海水入侵的20世纪80年代，即开展了海水入侵的专项水文地质调查工作，其后在白沙河河道兴建了多处橡胶滚水坝，拦蓄河水，增加地下水补给量，并且相应调减地下水开采量，使地下水降落漏斗逐渐缩小，有效减缓了海水入侵的速度。另外大沽河、王戈庄河、洋河等河道上均修建有拦蓄河水的橡胶滚水坝，起到了对地下水的人工补源作用。
3.1.3 河道下游修建（防潮溯河倒灌）拦水闸
当风暴潮、大潮到来时，在河口未有阻水构筑物的情况下，海水会顺河上溯，并补给地下水，这也是造成海水入侵的另一原因，在海水顺河上溯严重的河口，选择适当位置兴建了拦水闸，既可阻挡海水，又可拦蓄淡水，增加地下淡水的补给量，对防止海水入侵也起到了重要的作用。另应禁止河床挖砂，以免降低河床，导致海水上溯距离加大，防止覆盖层破坏而加大海水入渗速度。
3.2 地下水污染的治理
3.2.1 通过立法手段建立水源地保护区
青岛市通过立法手段，颁布实施了《青岛市生活饮用水源环境保护条例》，条例规定已划定和公布的生活用水水源地受到法律的保护，并且明确禁止了排放、堆放、建设等有关的七种行为；首次公布的地下水源保护区有11处，分别有大沽河、即墨武旗埠、即墨东关、即墨东障、即墨马山、平度云山丈岭、胶州店子河、胶南巨洋河、城阳白沙河、胶州北关玄武岩区，保护区设有明确的地理界线和标志，使保护水源有了法律依据，对保护地下水源起到积极的作用。
3.2.2 污染源治理
自1998年开始，青岛市通过制订相关法规，重点对大沽河流域进行了污染源治理，对河道两岸27家重点废水超标排放企业进行限期治理，并对16家企业进行了关停并转，取缔小型采选矿点540个，目前，已建立日处理污水能力5×104m3/d的污水处理厂6座，在上述措施的治理下，大沽河、白沙河等河流水质有了明显好转，地下水污染程度减轻，但距根治污染、恢复地下水质尚有很大的距离。
4 不同水质的地下水资源应用于不同的产业或领域
4.1 海水入侵区地下咸水资源开发用于水产养殖
青岛市具有730 km的海岸线，海产品丰富，海洋水产养殖业发达，以往海洋水产养殖业主要利用海水，但海水随不同季节水温有较大的变化，水温对海产养殖特别是海产育苗有较大的影响，水温过低需要用锅炉加温，增大了建设投资与运行成本。在海岸线附近，均分布有宽度不等的原生或由人为因素诱发的海水入侵（咸水）带，近年来，海产养殖业开始打井开采近海岸线的地下咸水进行海产养殖，其恒定的水温、良好的水质比直接利用海水具有明显的优越性，这一技术得到了迅速的推广应用。
4.2 城镇或工业区内地下水资源开发用于地温空调
青岛市为了减少空气污染，取缔单位自备取暖锅炉，推广应用地温空调，采用浅层地下水作为热能水源，该区浅层地下水水温14℃左右，为长期稳定地利用，建设地温空调需施工2口水井，其中一口用于抽水，另一口用于注水，抽出的地下水经空调设备进行热能转换后，排出水的温度在7℃左右，并通过注水井回灌到含水层中，两口井保留一定间距，以使回灌到含水层中的较低温度的水能够充分吸收地温，再升温到14℃左右，达到循环利用的目的。
5 弱含水层增大单井出水量取水技术方法
青岛市除小范围的河谷、山前冲洪积平原区、大理岩岩溶富水区和玄武岩孔洞裂隙水富水区以外，大部分地区含水层或含水构造导水性差，普通井型很难取得满意的单井涌水量，这些地区虽然有较充足的补给资源，但受取水技术的限制，地下水资源开采利用程度低，在此类地区内有两种取水技术方法较成功地实现了增大单井出水量的目的，并且其建井成本较低，值得推广应用。
5.1 大口井开采基岩裂隙水
青岛市境内的大口井直径一般5～50m，井深一般10～15m，单井涌水量一般500～2000m3/d，主要在花岗岩、变质岩等裂隙水分布区内，成井方法一般为人工或机械露天开挖，然后进行石砌护壁；主要应用于农田灌溉，少量大口井也用于城镇集中供水，胶南市水厂在山前坡洪积平原区成功施工了一口直径50m大口井，用于城镇生活集中供水，日供水量2000～5000m3/d。大口井增大出数量的水文地质原理为：在其他条件不变的情况下大大增加了过水断面面积，从而增大了含水层流入井内的水量。大口井的主要优点是：能够在弱含水层内取出较多的地下水，提高单井用水量，便于开采与管理。主要缺点是：①水量随季节变化较大，特枯年水量减少；②由于井的口径较大，灰尘或其他杂物易随风落入井内而影响水质。改进方向：通过在井内回填砂砾石，制造人工含水层，在井底部埋设水平集水管，直接在集水管内抽取地下水。这样可达到两个目的：①易于管理，保障水质；②少占耕地，保护自然景观。
5.2 小径井群开采弱含水层孔隙水
小径井群取水方法是将多个小口径的井，通过一根连接水管（水平集水管）将其并联在一起，形成一个统一的出水口，采用真空对口抽水泵开采地下水。小口径井的直径一般为5～8cm，成井深度一般10～15m，水平间距一般不小于2m，小口径井的个数一般3～6个，视含水层导水性、拟开采的单井水量而定。该井型在平度市东北部山前、山间坡洪积平原地带农田灌溉应用较多，取得了较好的取水效果。
6 结语
青岛市地下水资源的开发经过了从无序到有序的历程，同时也经历了产生环境地质问题到治理环境地质问题、对地下水资源保护不够重视到立法保护的过程，取得了一些成功的经验，但对区内水文地质环境的恢复治理、达到地下水资源可持续开发利用的目标仍然任重道远。本文介绍的地下水资源的应用途径及取水技术方法，旨在行内能够继续对地下水资源的应用途径及弱含水层取水技术方面进行探讨，更好、更广泛地开发利用地下水这一可再生资源，为经济发展服务。
参考文献
郭秀岩，袁西龙.1999.黄河三角洲地区小径井群联合取水方法的应用研究.水文地质工程地质，（5）：19～23.
徐军祥，康凤新.2001.山东省地下水资源可持续开发利用研究.北京：海洋出版社.
张永波等.2001.水工环研究的现状与趋势.北京：地质出版社.
9. 滑坡治理措施
(一)消除和减轻地表水和地下水的危害
水的作用往往是引起滑坡的主要因素。因此，消除和减轻水对边坡的危害尤其重要(徐邦栋，2001)，其目的是降低孔隙水压力和动水压力，防止岩土体的软化及溶蚀分解，消除或减小水的冲刷和浪击作用。具体做法:防止外围地表水进入滑坡区，可在滑坡边界修截水沟;在滑坡区内，可在坡面修筑排水沟;在覆盖层上可用浆砌片石或人造植被铺盖，防止地表水下渗。对于岩质边坡还可用喷混凝土护面或挂钢筋网喷混凝土。排除地下水的措施很多，应根据边坡的地质结构特征和水文地质条件加以选择。常用的方法:①水平钻孔疏干;②垂直孔排水;③竖井抽水;④隧洞疏干;⑤支撑盲沟。
(二)改善边坡岩土体的力学强度
通过一定的工程技术措施，改善边坡岩土体的力学强度，提高其抗滑力，减小滑动力。常用的措施:①削坡减载，用降低坡高或放缓坡角来改善边坡的稳定性。削坡设计应尽量削减不稳定岩土体的高度，而阻滑部分岩土体不应削减。此法并不总是最经济、最有效的措施，要在施工前作经济技术比较。②边坡人工加固，常用的方法:A.修筑挡土墙、护墙等支挡不稳定岩体;B.钢筋混凝土抗滑桩或钢筋桩作为阻滑支撑工程;C.预应力锚杆或锚索，适用于加固有裂隙或软弱结构面的岩质边坡;D.固结灌浆或电化学加固法加强边坡岩体或土体的强度;E.边坡柔性防护技术等。