環(huán)境效應(yīng)ppt課件

1、第五章 水資源開發(fā)中的環(huán)境效應(yīng) 為理處理水資源在時(shí)間、空間、數(shù)量、質(zhì)量等方面與用水需求不相順應(yīng)的問題，人們采取各種工程措施如建筑水庫(kù)，開挖引水渠道，構(gòu)筑提水工程，截流工程，鑿井等， 用這些人工源匯調(diào)整地表水和地下水的時(shí)空分布，從而到達(dá)開發(fā)利用的目的。但是也應(yīng)看到，任何事物都有正、反兩個(gè)方面。第五章 水資源開發(fā)中的環(huán)境效應(yīng) 水資源的開發(fā)利用會(huì)改動(dòng)地表水、地下水的天然形狀和周轉(zhuǎn)節(jié)律，使水成為諸環(huán)境要素中變化最快的因子。水的數(shù)量、質(zhì)量及能量這里主要指水頭的快速變化，一旦超越環(huán)境某一方面的閾值或抗干擾才干時(shí)，環(huán)境就會(huì)發(fā)生變化，伴隨而來的是一系列環(huán)境問題。為了保證水資源的合理開發(fā)、永續(xù)利用造福于人類，又

2、能防止或盡能夠減緩環(huán)境變化帶來的危害，水資源的開發(fā)利用必需兼顧環(huán)境的維護(hù)，對(duì)能夠出現(xiàn)的問題即環(huán)境負(fù)效應(yīng)予以高度注重。第一節(jié) 水資源開發(fā)的環(huán)境負(fù)效應(yīng) 水資源開發(fā)利用不恰當(dāng)能夠引起的環(huán)境問題大體有三類： 地質(zhì)環(huán)境問題； 水環(huán)境問題； 生態(tài)環(huán)境問題。 從水、巖土、生物相互作用的角度出發(fā)，又可歸納為: 水鹽失調(diào)、巖土體變形失穩(wěn)、生態(tài)退化等三種環(huán)境負(fù)效應(yīng)。 第一節(jié) 水資源開發(fā)的環(huán)境負(fù)效應(yīng) 一、水鹽失調(diào) 水、鹽失調(diào)主要指水的量與質(zhì)發(fā)生快速、明顯的變化，水量、鹽分含量的增多或減少。在自然條件下，水分和鹽分在空間和時(shí)間上分布是不均勻的，它們以系統(tǒng)的方式存在，具有季節(jié)、年份或多年的動(dòng)態(tài)變化，其變動(dòng)的幅度和周期在

3、宏觀上是穩(wěn)定的。然而，在人為活動(dòng)頻繁，水、鹽的變化經(jīng)常具有快速、明顯的特點(diǎn)。另外，水資源的開發(fā)還有能夠改動(dòng)區(qū)域水量和鹽量的總平衡。例如河北平原在6070年代海河水系的入海水量約20億m3/a，這些水可將上游區(qū)和平原區(qū)的鹽分帶入大海，以堅(jiān)持平原區(qū)土壤的鹽分總平衡。 第一節(jié) 水資源開發(fā)的環(huán)境負(fù)效應(yīng) 一、水鹽失調(diào) 如今，由于大量攔蓄地表水、過量開采地下水，入海水量已減少到一億m3/a左右，地表水的排鹽功能急劇下降，來自西部太行山區(qū)和當(dāng)?shù)馗鞣N消費(fèi)活動(dòng)產(chǎn)生的鹽分絕大部分因無去路，最終只能積淀在平原區(qū)?！澳纤闭{(diào)工程年調(diào)水300億m3/a黃河以北150200億m3/a，相當(dāng)于年輸入鹽分600萬噸其中黃河以

4、北300400萬噸，假設(shè)不充分思索排鹽措施，該項(xiàng)工程的實(shí)施無疑會(huì)進(jìn)一步加劇河北平原的鹽分聚積，給子孫后代留下隱患。 二、 巖土體變形失穩(wěn) 在天然條件下，由于外力侵蝕和重力作用，巖土體的變形、失穩(wěn)會(huì)不斷發(fā)生，而水資源的開發(fā)那么會(huì)誘發(fā)巖土體變形、失穩(wěn)或增大其發(fā)生頻率。這是由于地表水的攔蓄工程，可改動(dòng)周邊地段巖土體的含水量和當(dāng)?shù)氐牡叵滤疂B流場(chǎng)，使巖土體及其構(gòu)造面的力學(xué)強(qiáng)度降低、動(dòng)水壓力加強(qiáng)，甚至?xí)鼓承┩恋奈锢順?gòu)造發(fā)生改動(dòng)如膨脹土。因此，在水庫(kù)建筑后常發(fā)生邊岸滑坡、崩塌等問題。對(duì)于某些高壩水庫(kù)那么會(huì)因過高的靜水荷載引起地震。二、 巖土體變形失穩(wěn) 在許多新生代堆積盆地，劇烈抽取地下水，使水、土之間固有

5、的壓力平衡形狀遭到破壞，特別是孔隙水壓力的減小，土體有效應(yīng)力增大，導(dǎo)致明顯的地面下沉，開裂。在巖溶發(fā)育區(qū)，快速大降深的抽水活動(dòng)，那么會(huì)因真空吸蝕、潛蝕、氣爆等作用，使第四系覆蓋層垮落，呵斥地面塌陷、開裂等景象。 地表水的攔蓄工程，可改動(dòng)周邊地段巖土體的含水量和當(dāng)?shù)氐牡叵滤疂B流場(chǎng)，使巖土體及其構(gòu)造面的力學(xué)強(qiáng)度降低、動(dòng)水壓力加強(qiáng)，甚至?xí)鼓承┩恋奈锢順?gòu)造發(fā)生改動(dòng)如膨脹土。因此，在水庫(kù)建筑后常發(fā)生邊岸滑坡、崩塌等問題。對(duì)于某些高壩水庫(kù)那么會(huì)因過高的靜水荷載引起地震。三、 生態(tài)退化 生態(tài)退化實(shí)踐上是指一個(gè)系統(tǒng)在超載干擾下逆向演替的生態(tài)過程。 按照著名生態(tài)學(xué)家E.P奧得姆的觀念，生態(tài)系統(tǒng)是由生物植物、動(dòng)

6、物和物理環(huán)境構(gòu)成的有機(jī)整體。生態(tài)系統(tǒng)是建立在水和植物這一最根本的關(guān)系之上的。三、 生態(tài)退化 自然條件下，水、鹽、土壤種類的分布具有區(qū)域相對(duì)穩(wěn)定的特點(diǎn)，其時(shí)空構(gòu)造是在長(zhǎng)期的自然演化過程中構(gòu)成的，與此對(duì)應(yīng)的是植物種群、群落也具有鮮明的分帶性和穩(wěn)定性?？梢赃@樣說，植物對(duì)生境的選擇在相當(dāng)大的程度上是對(duì)土壤水分、鹽分的選擇。不同的土壤和水鹽條件就會(huì)生長(zhǎng)不同的植物。 三、 生態(tài)退化 水資源大規(guī)模開發(fā)與利用，可加快植物的演替速度，改動(dòng)演替方向。攔蓄地表水、大強(qiáng)度抽取地下水、過量灌溉均有能夠在較短時(shí)間內(nèi)改動(dòng)水分的天然分布，進(jìn)而影響土壤層的水鹽運(yùn)動(dòng)過程，導(dǎo)致水土背景值變化。水資源開發(fā)利用得當(dāng)，土壤水鹽條件會(huì)得到

7、改善，有利于植物的生長(zhǎng)，促進(jìn)野生植物的正向演替。反之，土壤水鹽條件會(huì)惡化，植物朝著逆向演替，即植物退化的方向開展。第二節(jié) 水資源開發(fā)引起的典型地質(zhì)環(huán)境問題 水資源開發(fā)能夠引起的地質(zhì)環(huán)境問題有多種，包括地面沉降、地面塌陷、誘發(fā)地震、庫(kù)岸浸沒與沼澤化等。 一、地面沉降 一地面沉降事例 地面沉降是目前世界上許多取用地下水的平原井灌區(qū)共同面臨的嚴(yán)重問題。因開采地下水，美國(guó)的長(zhǎng)灘市地面下降9.5米 ,東京4.6米, 大阪2.88米, 墨西哥城為6米；美國(guó)加利福尼亞州、泰國(guó)曼谷、日本東京、意大利威尼斯、英國(guó)倫敦都是世界上地面沉降劇烈地域，部分沿海濱城市甚至面臨著市區(qū)被海水淹沒的危險(xiǎn)。二地面沉降機(jī)理分析 地

8、下水位大幅度下降，促使上部易緊縮粘性土層中的孔隙水排出、進(jìn)而引起土層的固結(jié)緊縮，這是地面沉降最常見的緣由。 孔隙水壓力可了解為水對(duì)上覆地層的浮托力。由于這種浮托力的存在，使實(shí)踐作用于砂層骨架上的應(yīng)力減少。實(shí)踐作用于砂層骨架上的應(yīng)力，稱作有效應(yīng)力Pz。天然平衡條件下，總垂直應(yīng)力等于孔隙水壓力與有效應(yīng)力之和，即： P=u+Pz PzPu 6.3 有效應(yīng)力等于垂直總應(yīng)力減去孔隙水壓力，這就是著名的泰沙基Terzaghi有效應(yīng)力原理。二、巖溶地面塌陷 碳酸鹽巖分布區(qū)地下發(fā)育有大量洞穴和管道等巖溶形狀。在洞穴和管道埋藏淺，其開口直接被厚度較小的第四紀(jì)松散堆積物覆蓋的地段，劇烈抽取巖溶水極易發(fā)生覆蓋層陷落

9、、開裂、下沉，構(gòu)成各種規(guī)模和形狀的地表坑、槽，這種景象稱為巖溶地面塌陷。 地面塌陷的機(jī)理目前主要有以下幾種解釋：潛蝕論：此觀念以為，抽水加大了井孔附近巖溶水的水力梯度，在動(dòng)水壓力作用下，溶洞充填物和洞頂處的松散土層不斷沖蝕，掏空，導(dǎo)致洞頂失穩(wěn)；真空吸蝕論：溶洞頂部被粘土覆蓋或充填的承壓水分布區(qū)，抽水引起水位大幅度下降，使洞頂空腔呈低氣壓真空形狀，對(duì)蓋層產(chǎn)生吸力，使其向下冒落；二、巖溶地面塌陷 氣爆論：在水位升降幅度較大的地下暗河中，雨季暴跌的巖溶水水頭上升到密閉頂部的洞穴，洞中氣體被緊縮，構(gòu)成高壓條件，假設(shè)頂部蓋層強(qiáng)度缺乏，那么產(chǎn)生爆裂而塌陷；液化論：主要是指在忽然震動(dòng)和水頭突變的動(dòng)水作用下，

10、蓋層中觸變性的松散物質(zhì)發(fā)生液化，快速向深部洞穴、裂隙流失，從而構(gòu)成塌陷。 在巖溶地域，水資源的開發(fā)利用如水庫(kù)蓄水、放水，抽取地下水都有能夠引發(fā)巖溶地面塌陷。南方的水資源開發(fā)或礦坑排水引起地面塌陷，其比例可占各類巖溶地面塌陷總數(shù)的6080三、水庫(kù)誘發(fā)地震及邊岸再造 水資源開發(fā)工程的興建，往往會(huì)在大范圍內(nèi)改動(dòng)原有地質(zhì)環(huán)境的平衡，引起一系列新的災(zāi)禍地質(zhì)作用的開展，呵斥嚴(yán)重的環(huán)境問題。 普通來說，地質(zhì)環(huán)境主要是由巖土體、地應(yīng)力條件和水所構(gòu)成，在自然條件下，它們之間有著親密的依存、制約關(guān)系。水資源的開發(fā)、水庫(kù)的建筑，首先會(huì)引起地表水和地下水及其動(dòng)力作用的艱苦變化，主要表現(xiàn)為： 地表水位的大幅度提高和水域

11、的明顯擴(kuò)展，使作用于庫(kù)底的水荷載顯著增大；三、水庫(kù)誘發(fā)地震及邊岸再造 庫(kù)內(nèi)水力坡度和流速的顯著降低, 使原有的河流侵蝕作用為庫(kù)底淤積和庫(kù)岸的浪蝕作用所替代。 大壩上下游宏大水頭差的構(gòu)成，使庫(kù)內(nèi)、外地表水和地下水的水力梯度和流速急劇增大，從而將在壩下游產(chǎn)生劇烈的沖刷作用； 水庫(kù)蓄水會(huì)使庫(kù)區(qū)及其附近地域的地下水位大幅度抬升，而水庫(kù)的調(diào)理運(yùn)轉(zhuǎn)又會(huì)使地下水位產(chǎn)生顯著的動(dòng)態(tài)變化。 水資源開發(fā)對(duì)巖土相對(duì)穩(wěn)定性影響概括有以下幾方面：誘發(fā)地震、庫(kù)岸失穩(wěn)、大壩潰決及庫(kù)底淤積。一水庫(kù)儲(chǔ)水呵斥的誘發(fā)地震1誘發(fā)地震事例 水庫(kù)誘發(fā)地震，是擋截地表水成庫(kù)后水巖作用導(dǎo)致的一種最主要的地質(zhì)災(zāi)禍。 截至目前，中國(guó)境內(nèi)已發(fā)生過誘

12、發(fā)地震的水庫(kù)共有20例。2誘發(fā)地震類型根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料，水庫(kù)誘發(fā)地震主要有兩大根本類型 構(gòu)外型誘發(fā)地震這是水庫(kù)誘發(fā)地震的主要類型，通常發(fā)生在有較高應(yīng)力積累的庫(kù)區(qū)附近，主要是水庫(kù)蓄水使某些斷裂構(gòu)造面產(chǎn)生走滑型錯(cuò)動(dòng)而發(fā)震的。其中，走滑型地震通常是由空隙水壓力變化誘發(fā)的，一水庫(kù)儲(chǔ)水呵斥的誘發(fā)地震 巖溶塌陷型誘發(fā)地震此類水庫(kù)地震，通常發(fā)生在巖溶發(fā)育的碳酸鹽巖分布的庫(kù)區(qū)附近。主要是水庫(kù)蓄水引起地下水動(dòng)態(tài)及動(dòng)力條件發(fā)生較大變化，導(dǎo)致可溶性地層內(nèi)巖溶洞穴失穩(wěn)塌陷而呵斥。3水庫(kù)誘發(fā)地震的成因機(jī)制 1庫(kù)區(qū)分布在部分構(gòu)造應(yīng)力集中的活動(dòng)斷裂的特定部位。 2具有有利于庫(kù)水向地下深處滲流和傳導(dǎo)水壓的水文地質(zhì)條件。 在具備以

13、上條件下，當(dāng)庫(kù)區(qū)儲(chǔ)水、靜水壓強(qiáng)增大、地下水孔隙水壓增高時(shí)，空隙水壓效應(yīng)、水庫(kù)荷載效應(yīng)、或水庫(kù)荷載與空隙水壓結(jié)合效應(yīng)將觸發(fā)水庫(kù)地震 二水庫(kù)儲(chǔ)水引起的邊岸再造1邊岸再造問題事例 庫(kù)岸崩塌和滑坡是水庫(kù)儲(chǔ)水后，經(jīng)常發(fā)生的景象。例如意大利瓦依昂水庫(kù)滑坡就是一個(gè)最典型的實(shí)例。在已建成大量各類水庫(kù)中，庫(kù)岸崩滑事件屢見不鮮，2庫(kù)岸再呵斥因機(jī)制分析 庫(kù)岸再造主要?dú)w因于邊岸巖土體的軟化、泥化、潛蝕、空隙水壓力變化或懸浮減重，以及動(dòng)水壓力作用。二水庫(kù)儲(chǔ)水引起的邊岸再造 在庫(kù)水位上升和消落的往復(fù)變動(dòng)中，水浸泡產(chǎn)生的軟化、泥化一直起著降低庫(kù)岸穩(wěn)定性的重要作用，而水位消落、特別是快速消落時(shí)產(chǎn)生坍塌。但值得留意的是：軟化、

14、泥化效應(yīng)具有一定的可逆性，即其降低巖土強(qiáng)度的效應(yīng)會(huì)隨其含水情況的變化增大或減??；而潛蝕那么是一種累進(jìn)性開展的作用，其每一次效應(yīng)并不一定很顯著，但多次反復(fù)發(fā)生，可使效應(yīng)累進(jìn)性增大，直到災(zāi)變發(fā)生。三壩基水壓增大呵斥的大壩潰決 建壩屯水，是水資源開發(fā)常用手段，但由于地質(zhì)環(huán)境變化與壩體本身的問題可引起相應(yīng)環(huán)境問題，如壩基破壞、大壩潰決。典型實(shí)例是法國(guó)的馬爾帕塞壩圖6.5。該壩是一個(gè)60m高的薄拱壩，底寬6.26m，頂寬1.5m，建筑在片麻巖上。1959年12月2日當(dāng)庫(kù)水接近滿庫(kù)時(shí)，該壩忽然潰決破壞。據(jù)查，在此之前該壩的壩基巖體曾閱歷了一個(gè)較長(zhǎng)的變形破裂開展及穩(wěn)定性逐漸降低的過程。壩體潰決引起壩體下游地

15、質(zhì)與生態(tài)環(huán)境的大規(guī)模破壞，一時(shí)難以恢復(fù)。四水庫(kù)底部淤積 建壩屯水的另一個(gè)問題是由于庫(kù)岸水土流失呵斥的庫(kù)區(qū)迅速淤積。這方面的典型實(shí)例是黃河的三門峽水庫(kù)。黃河是一條多泥沙河流，三門峽水庫(kù)原設(shè)計(jì)中由于未處理好泄流排沙問題，致使大壩建成后，水庫(kù)迅速淤積，其速率高達(dá)10108t/a。這不僅嚴(yán)重影響了水庫(kù)的運(yùn)用壽命，而且由于淤積迅速向上游開展，使匯入水庫(kù)的渭河河口因構(gòu)成攔儲(chǔ)而不斷淤高，過水?dāng)嗝骐S之減小，從而呵斥渭河河水渲泄不暢，水位隨之上升。四水庫(kù)底部淤積 結(jié)果使關(guān)中平原地下水位普遍抬高，引起平原大面積土壤沼澤化、鹽漬化，同時(shí)導(dǎo)致沿岸黃土濕陷、民井破壞，嚴(yán)重影響取水灌溉，呵斥大面積的環(huán)境惡化。最后，不得不

16、對(duì)三門峽工程進(jìn)展改建，先后兩次增設(shè)了兩個(gè)排沙洞和八個(gè)河床底孔用以泄水沖沙，才根本處理了泄洪排沙第三節(jié) 水資源開發(fā)利用引起的典型水環(huán)境問題一、水資源減少 水資源不合理開發(fā)呵斥的水資源短缺主有三種情況：地表水、地下水補(bǔ)給資源的減少；過量開發(fā)呵斥局域缺水；水質(zhì)污染使可用淡水減少。一補(bǔ)給資源量減少除全球氣候變化等自然要素的影響外，大規(guī)模開發(fā)利用水資源可改動(dòng)局域水文循環(huán)的情況，二過量開發(fā)呵斥的局域缺水三水質(zhì)污染使可用水量減少第三節(jié) 水資源開發(fā)利用引起的典型水環(huán)境問題二、水質(zhì)惡化 攔蓄地表水和劇烈抽取地下水會(huì)改動(dòng)天然水的水動(dòng)力條件，構(gòu)成新的水文地球化學(xué)環(huán)境，假設(shè)水中某些化學(xué)、微生物組分含量不斷增多，就會(huì)產(chǎn)

17、生水質(zhì)惡化景象。三、海水入侵 濱海地域人為采水，降低陸地地下水位，引起海水咸水沿含水層向陸地方向潛移的景象稱海水入侵。海水入侵可導(dǎo)致陸地淡水含水層咸化、機(jī)井報(bào)廢、土壤鹽堿化等。按理說，海水入侵也是水質(zhì)惡化的一種景象，由于這種景象發(fā)生在沿海地域，且規(guī)模較大，所以，在此單獨(dú)作為一個(gè)問題討論。三、海水入侵 我國(guó)渤海、黃海、南海沿岸不少地域都有海水入侵問題，原因主要是水資源的開發(fā)，尤其是地下水的劇烈開采。其中山東、遼東半島、臺(tái)灣屏東地域海水入侵問題最為突出，河北、江蘇、廣西等地也有發(fā)生。據(jù)調(diào)查，僅山東省萊州灣地面海水入侵面積已達(dá)974.6km21995年資料，地下水變咸，水源地報(bào)廢，區(qū)內(nèi)40萬人吃水困

18、難，8000余眼農(nóng)用機(jī)井報(bào)廢，60多萬畝農(nóng)田喪失灌溉才干；遼東半島的海水入侵主要出如今大連地域，市區(qū)和近郊出現(xiàn)了十余個(gè)入侵地段，總?cè)肭置娣e達(dá)223.5 km2，假設(shè)干個(gè)城市供水源地報(bào)廢。第四節(jié) 水資源開發(fā)利用引起的典型生態(tài)環(huán)境問題一、植被退化 因水資源開發(fā)利用不合理而呵斥的植被退化景象非常普遍，尤其是在干旱、半干旱地域較為突出，如我國(guó)西北的內(nèi)陸盆地。這些地域降水稀少，蒸發(fā)力大，風(fēng)蝕作用劇烈，土壤中水分含量小，地表積鹽趨勢(shì)明顯，土壤的熟化程度相對(duì)較低。在這種惡劣的自然條件下，除河流沿岸、濕地外，寬廣地域只能生長(zhǎng)耐旱、耐鹽的植物且物種較單一、植株矮小，群落景觀呈碎片化、島嶼化，生物鏈脆弱，單鏈營(yíng)養(yǎng)關(guān)系較多。第四節(jié) 水資源開發(fā)利用引起的典型生態(tài)環(huán)境問題一、植被退化 環(huán)境條件一旦發(fā)生變化，例如土壤水分進(jìn)一步減少，鹽分進(jìn)一步增多，生物鏈就能夠斷裂、解環(huán)，種間共生、附生關(guān)系急劇減弱，現(xiàn)有的植物能夠消