地下水与人类生存和发展有密切联系,这些联系主要表现在以下各方面。
1.地下水是一种重要的供水水源
水是生命的源泉,人类的生存、生活和生产都离不开水。据统计,目前我国每生产1kg小麦约需耗水1000~1500kg;每生产1kg皮棉需耗水5000kg。炼钢1t约需耗水6.7t;生产1t化肥需耗水2.5t;生产1t纸需耗水数百吨。
在全球的淡水资源组成中,地下水占有重要地位。一般由于地下水水质良好,分布广泛,便于就地开采利用,水量较稳定,故在全世界的总供水量中,地下水占有较大比例。而在干旱、半干旱地区,地下水是主要的,甚至是唯一的可用水源。据不完全统计,在我国181个大中城市中,有61个城市主要以地下水作为供水水源,40个城市以地表水、地下水共同作为供水水源。全国有近1/3左右人口饮用地下水。在农田灌溉用水中,地下水也是重要的水利资源。根据水利部门的统计资料:1999年我国地下水开采量已达1031×108m3,即占全国总供水量的18.36%。但在我国干旱的北方地区,地下水则要占到总供水量的30%。
2.地下水是重要的矿产资源
有的地下水中富集了某些元素,如溴、碘、锶、钡等,可以从中提取工业原料,形成具有工业价值的矿水。有些地下水含有某种特殊的成分或具有较高的温度,对某些疾病有医疗作用,这种水称为医疗矿水。有些地下水含有较高含量的硝态氮,这种水称为“肥水”。
3.地下水是寻找某些矿床的有效标志
地下水流经某些矿床分布地带,在水中就会含有该矿床的某些化学组分,形成“水分散晕”出露地表,成为找矿标志,利用这种标志找矿,称为水文地球化学找矿。它对于寻找石油、金属硫化矿床、放射性矿床、盐矿床等是十分有效的。
4.地下热水是宝贵的热能资源
地球是个庞大的热库,蕴藏着丰富的地热能。目前世界上开发利用地热能,主要是利用地下热水(汽)的热能。地下热水(汽)可以用于发电、取暖、农业生产和某些国民经济部门,它对于节约燃料、减轻环境污染有着重要意义。
5.地下水是采矿和地下工程施工的严重威胁
地下水是一种宝贵的自然资源。但是,在某些情况下,地下水又是有害因素。
采矿时,地下水常涌入坑道,轻则影响采掘工作进行,增加成本;重则发生矿山坑道的淹没和破坏,甚至发生毁灭性突水事故,造成生命财产的损失。露天开采时,地下水可引起边坡塌滑等。因此,只有查明矿床及地下工程的水文地质条件,才能预测矿井或地下工程的涌水量,为排水疏干工程设计提供水文地质依据,以及解决矿床开采与地下工程开挖引起的各种环境地质问题,这是水文地质学要解决的重要课题。
6.地下水可造成土壤盐渍化、沼泽化,破坏土壤肥力
在干旱、半干旱地区,当地下水埋藏较浅时,往往造成土壤盐渍化。湿润地区的平原和盆地,地下水位过浅,会产生土壤沼泽化。土壤盐渍化和沼泽化,破坏了土壤肥力,危害作物的生长。
7.地下水活动使某些工程效益受到损失
在修建工业民用建筑时,如不考虑建筑物基础下地下水的情况,会使地基产生不均匀沉降,破坏建筑物的稳定。当地下水位太高时,为降低水位,要建立高费用的排水设施;开挖基坑,有时可能造成基坑大量涌水,增加施工难度。由于地下水的活动,可引起建筑物附近的边坡塌滑,危及建筑物的安全。
在修建水库、运河、渠道等水利工程时,由于对地下水的规律没有查明,结果使水工建筑物受到破坏或大量的水漏失,使蓄洪、发电、引水灌溉等效益受到很大影响。地下水的活动,还会引起水库沿岸回水、铁路公路边坡的滑动和冻胀。
8.地下水过量取用和污染引起的环境问题
地下水不仅是一种资源,同时也是地球环境的重要组成部分。环境的变化(如气候、地表径流、植被等的变化)无疑将对地下水产生影响。同样,地下水状态的变化,反过来也会对环境造成影响。
由于长期过量开采地下水,使区域地下水位持续下降;区域地下水位的大幅度下降,又可能导致地面沉降、岩溶塌陷、地裂缝、海水入侵等环境地质灾害的发生,还可能导致地表水体萎缩、地表径流衰减、岩溶大泉干枯、地表生态条件恶化等严重的环境生态问题。为治理地下水开采引发的环境负效应,往往要付出巨大代价。
尽管相对于地下水难以污染,但是一旦遭受污染,却很难消除。生活污水的排放,不适当地使用化肥农药,以及工业废水废料的大量排放,已经并正在使许多地下水源因污染而不能利用。
除了人为影响产生的地下水水质问题外,某些天然的地下水由于过量富集了某些元素,或缺乏某种人体必需的元素,常会引起人、畜致病。如水中含氟过多会引起牙齿斑釉病,缺氟患牙蛀病,水中缺碘引起甲状腺肿病等。
综上所述,地下水既可以为人类造福,也可对人类产生危害。因此,充分利用地下水利,防治地下水害,变害为利是水文地质学的重要任务。
地下水对人体有什么危害?地下水(ground
water)存在于地壳岩石裂缝或土壤空隙中的水。广泛埋藏于地表以下的各种状态的水,统称为地下水。大气降水是地下水的主要来源。
根据地下埋藏条件的不同,地下水可分为上层滞水、潜水和自流水三大类。
根据埋藏条件可把地下水分为包气带水、潜水和承压水。
地下水做为自然水循环中存在状态之一,对于我们现代人的生活是有很多便利之处的,例如井水和泉水。所以不能称之为“地下水的危害”。不知道你想问的是否是过度开采地下水所带来的危害。
总结以下几点:
(1)地下水水位大幅急速下降。形成地下水降落漏斗。
据《**环境报》**,2005年全国地下水降落漏斗188个。在具备系统统计数据的171个地下水降落漏斗中,漏斗面积扩大的有65个(面积扩大了6736平方公里)、漏斗面积缩小的有57个(面积缩小了2175平方公里)、漏斗面积保持稳定的有49个。
(2)造成地面沉降、塌陷。
例,05年左右长三角地区江苏省的苏、锡、常以及浙江的杭、嘉、湖等地区就形成三个区域性沉降中心,最大累计沉降分别达2.63、1.08、0.82米。而上海是沉降最早、影响最大的城市。
(3)河流,湖泊水量减少,形成断流,干涸等灾害。
例,敦煌地区由于过度开采地下水,就造成了*河、疏勒河的断流,引的敦煌很可能成为下一个楼兰。第4点也可参照此事例。
(4)减少泉流量。而泉流量减少则破坏了古建筑物与文物的保护,甚至因泉水枯竭使古井和旅游景点失去了应有的旅游价值。
(5)水井枯竭。单井用水量减少造成水井报废,或掉泵,含沙量增加,使设备维修费与耗电量增加。
(6)影响植被生长,加剧荒漠化。主要见西北地区放牧。
(7)影响水土保持,造成水土流失。主要见陕中及草原边缘地带
(8)破坏房屋、公路、铁路、桥梁、水利、市政公用设施、矿山等工程建筑物开裂、倾斜、倒塌、埋没。这点类似于1、2等点的引申影响。
(9)使地下水水质恶化。
希望可以帮到你。o(∩_∩)o
地下水的地质作用主要有哪些地下水的剥蚀作用是在地下进行的,所以又称为潜蚀作用。按作用的方式分为机械潜蚀作用与化学溶蚀作用。工程地质学中的潜蚀概念不包括可溶性岩石的化学溶蚀作用。
1、机械潜蚀作用
地下水在流动过程中,对土、石的冲刷破坏作用。地下水在土、石中渗透,水体分散,流速缓慢,动能很小,机械冲刷力量微弱,只能将松散堆积物中颗粒细小的粉沙、泥土物质冲走,使其结构变松,孔隙扩大。但经过长时间的冲刷作用,也可以形成地下空洞,甚至引起地面陷落,出现落水洞和洼地。这种现象常见于黄土发育地区。疏松的钙质粉砂岩也易受到冲刷破坏。地下水充满松散沉积物的孔隙时,水可润滑、削弱、以至破坏颗粒间的结合力,产生流沙现象;或浸润粘土物质,使之具有可塑性,引起粘土体积膨胀,导致土层蠕动和变形。
2、化学溶蚀作用
地下水可溶解可溶性岩石所产生的破坏作用,又称喀斯特作用。地下水中普遍含有一定数量的二氧化碳,这种水是一种较强的溶剂,它能溶解碳酸盐岩(如石灰岩,化学成分为碳酸钙),使碳酸盐变为溶于水的重碳酸盐,随水流失。碳酸盐岩中常发育裂隙,更易遭受溶蚀,岩石中的裂隙逐渐扩大成溶隙或洞穴。在碳酸盐岩地区,喀斯特作用可产生一系列如溶沟、石芽、溶洼、溶柱、落水洞、溶洞、暗河、地下湖和石林等喀斯特地形(见喀斯特)。
地下水、冰川和风的剥蚀作用(一)地下水的潜蚀作用
地下水在运动过程中对周围岩石的破坏作用称为地下水的潜蚀作用。地下水主要在岩石空隙中渗流,流速慢、水量分散、冲击力小,所以其机械潜蚀作用很弱。但由于地下水的化学成分较复杂,常含有较多CO2 和各种溶剂,因而化学潜蚀作用显著。
地下水的化学潜蚀作用是通过地下水对可溶性岩石溶解并把溶解下来的物质带走,使岩石产生破坏的。地下水对任何岩石都可进行不同程度的溶蚀,但最为常见的溶蚀作用发生于一些可溶性岩石地区,如石灰岩地区,其溶蚀过程是:
地球科学概论(第二版)
这样便使难溶的CaCO3 变成易溶的Ca[HCO3]2 而随地下水带走。地下水沿岩石空隙流动并溶解岩石,使空隙扩大,在岩石内形成各种形状与大小的洞穴。溶蚀作用不断进行,洞穴不断增多、扩大,最终导致洞穴上部岩层因失去支撑而垮塌,形成千姿百态的地表形态。
通常把在可溶性岩石地区发生的以地下水为主(兼有部分地表水的作用)对可溶性岩石进行以化学溶蚀为主、机械冲刷为辅的地质作用以及由此产生的崩塌作用等一系列过程称为岩溶作用或喀斯特作用(karstification)。形成的地形称岩溶地形或喀斯特地形。
岩溶作用的发生要具备一些基本条件,概括起来有以下几个方面:
(1)可溶性岩石
岩石的可溶性是发生岩溶作用的必要条件。岩石的可溶性主要取决于岩石的化学成分。像由硅酸盐矿物组成的岩石很难溶于水,如岩浆岩、大多数变质岩,所以岩溶作用在这些地区难以进行。而碳酸盐岩较易溶于水,所以岩溶作用主要发生在灰岩、白云岩发育的地区。
(2)岩石的透水性与流动性
透水性强的岩石利于岩溶作用的进行。在这些岩石中的地下水运动速度相对较快,新鲜的地下水不断补充,使地下水总处于不饱和状态,具较大溶蚀能力。岩石的透水性主要取决于岩石的结构、构造、破碎程度和空隙的连通性。由粗颗粒或大小不均匀的碎屑组成的岩石透水性强,利于地下水流动。岩石破碎、裂隙发育时其透水性好,反之则差。所以在石灰岩的破碎部位,地下水易于流动,岩溶作用也最为发育。
(3)地下水的溶蚀能力
地下水的溶蚀能力取决于CO2 的含量和适宜的气候条件。CO2 的含量越高,其溶蚀能力越强。在地下较深处,渗流于岩石裂隙中的地下水,由于围压较大,可溶解较多的CO2;而在地表,因压力较小,CO2 含量较低。另外,CO2 的含量还与温度有关,温度高溶解的CO2 就少。气候条件对地下水的溶蚀能力影响很大,在降雨量大的地区,地表水充沛,下渗的水量也大,地下水具有丰富的补给水源,使地下水的成分常处于不饱和状态,大大地增加其溶蚀能力,所以潮湿气候区比干旱气候区岩溶作用更发育。温度除影响水中的CO2 含量外,更重要的是加速了化学反应的进行,所以气温高的地区溶解过程要更快一些。此外,潮湿、炎热的地区,植物繁茂,生物作用也可使水中有机酸含量增加,因而加强地下水的溶蚀能力。所以在潮湿、炎热地区岩溶作用最为发育。
岩溶作用可形成各种地形。由于岩溶作用的方向受地下水运动方向影响,因而在不同的地下水分布带具有不同特征的岩溶地貌,根据地下水的运动特征和岩溶地形的延伸方向,大致可分为以下两类:
(4)地下水的垂直运动与岩溶地形
在包气带,地下水主要作垂直运动,因而岩溶地形也沿垂直方向发育,主要有溶沟、石芽、落水洞、溶斗等(图5-17)。溶沟和石芽分布于地表,是地表水(片流)向地下水转化的过程中溶蚀地表岩石而形成的沟、槽和脊状突起。由于地表凹凸不平或受裂隙的影响,在凹入的地方片流的流量较大,流速快;而在凸出的地方片流的流量小,流速慢。因而产生不同的溶蚀速度,溶蚀速度快的地方形成凹入的沟、槽,而溶蚀速度慢的地方形成突出的脊。确切地说,溶沟、石芽是地面流水和地下水共同作用的结果。如果灰岩的层理水平,又发育有垂直的裂隙,在地面流水和地下水沿裂隙溶蚀作用下,使溶沟加深、石芽增长,就可形成巨型“石芽”,称石林。如果地面流水沿裂隙下渗不断补充地下水,溶蚀裂隙两侧的岩石,形成向深度发展的陡立深洞,称落水洞。落水洞是地面流水不断补充地下水的主要途径。溶斗即岩溶漏斗,是分布于地表及浅处的形态如碟状、碗状或漏斗状的溶蚀洼地,它的形成除地面流水和地下水沿垂直方向溶蚀外,还有重力的崩塌作用。
图5-17 岩溶地形示意图
(5)地下水的水平运动与岩溶地形
在潜水面附近,地下水作近于水平方向的运动,因而溶蚀作用沿水平方向发展。岩石经溶蚀后形成水平方向延伸的溶洞。溶洞的延伸方向大致可代表潜水面的位置。当地壳运动在一段时期内较稳定或潜水面不变时,地下水沿水平方向溶蚀岩石,逐渐扩大空隙形成溶洞。溶洞的形成除与溶蚀作用有关外,还与重力崩塌作用有关,一个巨大溶洞的形成常常是它们两者共同作用的结果。溶洞的大小很不一致,小者只有数米,大者可达几百千米,有的溶洞高达200 m。如果地壳发生阶段性升降运动,潜水面也相应发生变化,从而可形成分布于不同高程的溶洞,每一排溶洞代表一次地壳稳定时期的潜水面的位置。
(二)冰川的刨蚀作用
冰川在流动过程中,以自身的动力及挟带的砂石对冰床(指冰川占据的槽、谷)岩石的破坏作用称为冰川的刨蚀作用。其方式有挖掘作用和磨蚀作用两种,无论哪种方式,都是一种机械破坏过程。
1.挖掘作用
又称拔蚀作用,是指冰川在运动过程中,将冰床基岩破碎并拔起带走的作用。冰川底部的冰在上覆巨厚冰层的压力下,部分融化,冰融水渗入冰床基岩的裂隙中,渗入的水,由于压力的减小而重新结冰,并与冰川冻结在一起,当冰川向前运动时,就把冻结在冰川中的岩石拔起,随冰川带走。挖掘作用的强弱受岩石的性质、冰层的厚度等因素影响。冰床岩石的裂隙越发育,冰层越厚,挖掘作用越显著(图5-18)。挖掘作用在冰床的底部最为发育,两侧次之。在挖掘作用下,冰床岩石不断遭受破坏,其结果是冰床加深。在挖掘作用过程中,自始至终有冰劈作用的参与,冰劈作用不断使裂隙扩大,岩石破碎,利于挖掘作用的进行。
2.磨蚀作用
又称锉蚀作用,是指冰川以冻结在其中的岩石碎屑为工具进行刮削、磨蚀冰床的过程。由于冰川是一种固体,冻结在冰川中的岩屑不能自由转动,当冰川流动时,岩屑和冰川也一起整体运动,在岩屑和冰床接触时,岩屑就像锉刀一样锉削冰床中的岩石,使冰床岩石破碎(图5-18)。在被锉削的岩石上常留下一些痕迹,如冰川擦痕、磨光面(冰滔面)等。冰川擦痕一般呈楔形,其延伸方向与冰川的运动方向一致,并且是由粗的一端指向细的一端。具有冰川擦痕的砾石称条痕石。磨蚀作用的强弱主要取决于冰川含岩屑的数量和岩屑的性质、冰层的厚度以及冰川的流速等。
图5-18 冰川的刨蚀作用示意图
(据W.K.汉布林,1980)
a—冰川在前进中遇到冰床基岩的凸起,凸起处有裂缝;b—冰川的挖掘作用将冰床凸起处的基岩破碎掘起,掘起的岩块冻结在冰川底部或边部被带走,并借以进一步磨蚀基岩表面
挖掘作用和磨蚀作用是同时进行的,但在冰床的不同部位这两种方式作用的强度不完全相同。一般在冰床的凸起部位与迎流面磨蚀作用较强,而在冰床的背流面、冰床底部及冰川后缘挖掘作用较盛行一些。刨蚀作用形成的地形称冰蚀地形,常见的有冰斗、刃脊、角峰和冰蚀谷等。
冰斗(cirque) 是由冰川的刨蚀作用形成的具三面陡壁的围椅状洼地,停留在冰斗中的冰川称冰斗冰川。在冰川的冰劈、刨蚀及重力崩塌的共同作用下,洼地不断加深,后壁及两侧不断后退、变陡,原来的洼地就不断扩大形成冰斗。冰斗一面开口,是冰斗冰川流出的通道。冰斗常发育在雪线附近(图5-19)。
角峰(horn) 当三个或三个以上不同方向的冰斗,在冰川的刨蚀作用下,冰斗的后壁不断后退,它们之间的距离不断缩小,最终围成一个尖锐、似金字塔形的山峰(图5-19)。
图5-19 冰斗、角峰、刃脊及其发育过程
(引自**大学等,1978)
刃脊(knife edge) 相邻的两个冰斗冰川或山谷冰川,因冰川的刨蚀作用,冰斗的后壁或侧壁,冰川谷的谷壁发生节节后退,使两相邻冰斗或山谷之间的山脊变得越来越窄,形成两侧陡峻、顶部尖锐的山脊,又称鳍脊(图5-19)。
冰蚀谷(glacial valley) 经山谷冰川刨蚀、改造而成的谷地称冰蚀谷。冰蚀谷多数是冰川沿原来的谷地改造而形成的。经改造后的冰蚀谷一般具有以下几个特点:横断面一般为“U”字形,故又称U形谷;在纵向上较平直;谷底宽度从上游到下游逐渐有变窄的趋势;如果因岩性及构造的差异性,谷底还可形成阶梯状地形;在谷底或谷壁上还可发育冰溜面或冰川擦痕的岩石,有时分布众多的不对称小石丘,形如伏卧的羊群,称羊背石。
(三)风蚀作用
风改变地表形态的强弱主要取决于风力,风力又与风速大小直接相关。当风力达到一定的程度时,风就能移动或扬起地面的砂粒。携带砂粒的气流(风)称风砂流,风砂流是风的剥蚀作用的最主要动力。据实测,风砂流中的含砂量随高度增加而减少,而且绝大部分砂粒集中在近地面30 cm范围内。砂粒的粒径大小也与高度有关,如粒径<0.1 mm的黏土多悬浮于高空,数量极少;粒径>2 mm的砾石多在近地表滚动。风砂流的含砂量直接影响风的剥蚀作用的强度,它与风速、砂粒粒径、地面性质等因素有关。
风以自身的动力以及所挟带的砂石对地面进行破坏的作用称风蚀作用。它是一种纯机械的破坏作用,其方式包括吹扬作用和磨蚀作用。
1.吹扬作用
风把地表的松散砂粒或尘土扬起并带走的作用,称吹扬作用。由于以风的动力,把物质吹离原地,故又称吹蚀作用。当风刮过地面时,风就对砂粒产生正面冲击力以及由紊流和涡**生上举力,如果这两种合力大于重力,砂粒就能离开地面被扬起随风带走。影响吹扬作用强度的因素主要有风速和地面性质。风速大、地面植被稀少、组成地面的物质松散、细,吹扬作用就强烈;反之,吹扬作用就弱。在沙漠地区,地面的砂粒在吹扬作用下不断被带走,形成下凹的洼地,即风蚀洼地。当吹扬作用不断进行,洼地不断加深,当加深到潜水面时,地下水就渗流出来,洼地积水,形成风蚀湖(图5-20),如我国敦煌的月牙湖。戈壁滩也是吹扬作用的结果,原来分布于地表上的细小物质被风吹走,而粗大的砾石保留在原地,形成戈壁滩。
2.磨蚀作用
风以挟带的砂石对地面岩石的破坏作用称磨蚀作用。风的磨蚀作用通常包括风挟带砂石对地面岩石的正面冲击和磨蚀,从而使岩石破坏、破碎。磨蚀作用的强度主要与风砂流的特征有关,因为风砂流在近地表30 cm范围内含砂量最高,砂粒的运动也最活跃,所以在该范围内风的磨蚀作用最强烈。风的磨蚀作用还受风速和地面性质的影响,风速大,地面松散物质多,风砂流的含砂量高,风的磨蚀作用就强。
图5-20 干旱区风的地质作用形成的地形
(据李尚宽,1982)
①风蚀湖;②风蚀蘑菇石;③风蚀城;④风蚀柱;⑤蜂窝石;⑥新月形砂丘;
⑦塔状砂丘;⑧砂垄;⑨风成交错层
在长期的风蚀作用下,地面物质不断遭受破坏和改造,可形成各种奇特的地形。在盆地的边缘或孤立凸出的岩块,由于近地面磨蚀作用强,向上减弱,常可形成上大下细、外形呈蘑菇状的石块,称风蚀蘑菇石。若岩块发育垂直裂隙,经长期风蚀作用和重力崩塌,可形成风蚀城和风蚀柱(图5-20)。在一些岩壁上,由于岩性软硬不一,抗风蚀能力不同,在风砂流的磨蚀作用下,形成大小不一的风蚀穴,如果一块岩石的表面几乎被大大小小的风蚀穴所包裹,其形状似蜂窝,这种石块称蜂窝石。风蚀穴的形成是砂石撞击及在洞穴里旋转磨蚀作用的结果。风蚀作用还可沿着前期其他地质作用形成的谷地发育,通过风砂流不断剥蚀谷地的谷壁及谷底,把它改造成风蚀谷。风蚀谷与冰蚀谷、河谷具有显著的不同,其特点是:在平面上无规则延伸;在横剖面上可形成上小、下大的葫芦形;谷底极不平坦,忽高忽低,没有从上游到下游逐渐变低的趋势;主风蚀谷和支风蚀谷也呈无规则交汇。一些散布在戈壁滩上或沙漠中的砾石,在风的磨蚀作用下,可形成光滑的磨光面;当下次的风向改变或砾石翻动,又可在砾石上形成另一个磨光面。这样,最终形成棱角明显、具多个磨光面的砾石,称风棱石。
地下水对人类工程有哪些破坏性影响?1)地下水位下降引起软土地基沉降
2)动水压力产生流砂和潜蚀
3)地下水对位于水位以下的岩石,土层和建筑物基础产生浮托作用
4)某些地下水对钢筋混凝土基础产生腐蚀