地下水人工補(bǔ)給技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展
◎? 李曉媛
地下水作為我國關(guān)鍵的飲用水來源和戰(zhàn)略性資源,，對(duì)推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步和促進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)具有重要作用。地下水超采會(huì)引發(fā)地下水資源枯竭,、環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā),、生態(tài)系統(tǒng)退化等一系列問題，給經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展,、人民群眾身體健康和生態(tài)環(huán)境帶來嚴(yán)重危害,。
目前,，我國應(yīng)對(duì)地下水超采問題采取的措施主要包括兩方面：一是執(zhí)行嚴(yán)格的行政管理，劃定地下水禁采和限采區(qū)域,；二是因地制宜地開展地下水人工回補(bǔ),，通過工程設(shè)施增加地下水資源的儲(chǔ)存量和可利用量。
什么是地下水人工補(bǔ)給
地下水人工補(bǔ)給是地下水開采的逆過程,，通過河道改造,、滲透池、注水井等設(shè)施,，將地表水,、雨洪水或其他水源有計(jì)劃地補(bǔ)充到含水層中的過程。
地下水人工補(bǔ)給是一種多效并舉的水資源管理手段,，能有效增加地下水儲(chǔ)存量,、平衡水資源時(shí)空分布、改善地下水質(zhì)量,，是實(shí)現(xiàn)地下水超采治理和余水調(diào)蓄的行之有效的辦法,。
可以說，與禁采和限采等行政手段抑制或轉(zhuǎn)移地下水用水需求相比,，地下水人工補(bǔ)給則是更為積極,、主動(dòng)和靈活的地下水資源調(diào)蓄措施。
是什么“堵住”了含水層
地下水人工回補(bǔ)技術(shù)擁有諸多益處,，然而這項(xiàng)技術(shù)在水量調(diào)節(jié)和資源利用方面還沒有得到廣泛應(yīng)用,，一個(gè)關(guān)鍵的挑戰(zhàn)在于實(shí)施人工補(bǔ)給地下水的過程中，常常會(huì)因?yàn)榛匮a(bǔ)水源的水質(zhì)不夠理想或者入滲介質(zhì)的物理化學(xué)特性等諸多因素發(fā)生堵塞現(xiàn)象,，這些問題會(huì)導(dǎo)致含水層的滲透性減弱,，回補(bǔ)速度顯著下降，從而影響回補(bǔ)工程的效率,，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致回補(bǔ)系統(tǒng)無法正常運(yùn)作,。
此外，處理這些堵塞問題會(huì)增加回補(bǔ)系統(tǒng)的運(yùn)行成本,。如果堵塞問題無法逆轉(zhuǎn)或修復(fù)成本過高,，可能會(huì)迫使回補(bǔ)場地關(guān)閉。因此,，堵塞問題成為了影響人工回補(bǔ)技術(shù)發(fā)展和推廣的制約性因素,。
堵塞的發(fā)生與補(bǔ)給水源水質(zhì)和入滲介質(zhì)等因素有關(guān)，根據(jù)堵塞物質(zhì)的來源可以分為物理堵塞,、化學(xué)堵塞,、生物堵塞和氣體堵塞。了解這些堵塞的成因,，有助于我們采取相應(yīng)的措施來預(yù)防和解決堵塞問題,，確保地下水人工補(bǔ)給過程的高效進(jìn)行,。
物理堵塞是指回灌水源攜帶的或者含水介質(zhì)內(nèi)部剝離的顆粒物聚集在多孔介質(zhì)表面或內(nèi)部孔隙，阻擋了水流的運(yùn)移通路,，致使含水介質(zhì)滲透性能降低,，是各種堵塞類型中最常見的一種堵塞形式。
生物堵塞是由藻類,、細(xì)菌,、真菌等微生物的生命過程引起的,，生物體和代謝物附著和聚積在入滲介質(zhì)顆粒表面占據(jù)孔隙體積,，引起介質(zhì)滲透性降低，從而產(chǎn)生生物堵塞,，其造成的堵塞程度僅次于物理堵塞,。
化學(xué)堵塞是地下含水層原本處于水-巖平衡狀態(tài)，當(dāng)回灌水迅速而集中地進(jìn)入含水層后,，原有平衡瞬間被打破,，可能發(fā)生一系列復(fù)雜的水文地球化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生新的溶解和沉淀,，從而引起地下水水質(zhì)變化和含水層滲透性降低,。
氣體堵塞顧名思義就是氣體占據(jù)了多孔介質(zhì)的孔隙通道。那么水中的這些氣體是怎么產(chǎn)生的呢,？回灌水源由地表注入地下時(shí)溫度和壓力會(huì)發(fā)生改變,，使得回灌水中攜帶的氣泡和溶解氣體得以釋放；其次,，井灌時(shí)回灌水從井口垂直跌落,，回灌管內(nèi)的水流在重力加速度作用下是非連續(xù)的，因此產(chǎn)生的負(fù)壓致使回灌水發(fā)生強(qiáng)烈汽化從而導(dǎo)致溶解性氣體的溢出,；再者,，微生物的生命活動(dòng)也會(huì)產(chǎn)生大量氣體。
堵塞問題的預(yù)防與治理
預(yù)防是控制堵塞的最佳方式,，嚴(yán)格控制回灌水源的水質(zhì)是預(yù)防堵塞的最優(yōu)選擇,。例如，通過混凝,、沉降,、過濾去除固體顆粒物避免物理堵塞；通過氧化還原,、化學(xué)沉淀,、電滲析等方式分離、去除水中離子避免化學(xué)堵塞,；通過紫外線和氯等強(qiáng)氧化物殺死微生物避免生物堵塞,；采用密封良好的回補(bǔ)設(shè)施,，使用溶解氧洗滌器或脫氣裝置去除水中溶解性氣體避免氣體堵塞。
針對(duì)已經(jīng)發(fā)生堵塞的處理方式,，應(yīng)當(dāng)基于實(shí)際的回補(bǔ)場地條件和水源特征,，結(jié)合堵塞的成因，制定和實(shí)施相應(yīng)的治理措施,。目前,，在實(shí)際回補(bǔ)工程實(shí)踐中，對(duì)于地表入滲系統(tǒng),，物理堵塞,、生物堵塞和氣相堵塞主要集中于入滲設(shè)施的淺表層區(qū)域。
鑒于此,，一旦發(fā)生堵塞,，將一定深度表層堵塞介質(zhì)移除并更替清潔介質(zhì)是最為直接有效的處理方式，這種處理方法能迅速恢復(fù)入滲介質(zhì)的滲透能力,，從而確?；匮a(bǔ)工程的順暢持續(xù)運(yùn)行。對(duì)于井灌,，通常通過回?fù)P來保持含水層的滲透性,。
地下水人工回補(bǔ)的前景
地下水人工回補(bǔ)作為一項(xiàng)關(guān)鍵的水資源管理和環(huán)境保護(hù)措施，展現(xiàn)出巨大的發(fā)展?jié)摿蛷V闊的應(yīng)用前景,。盡管人工補(bǔ)給技術(shù)的應(yīng)用顯著促進(jìn)了補(bǔ)給過程中介質(zhì)堵塞研究的發(fā)展,，但我們必須認(rèn)識(shí)到堵塞現(xiàn)象是一個(gè)復(fù)雜的多學(xué)科耦合作用的過程，涉及地質(zhì)學(xué),、物理,、化學(xué)、生物學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域,，在實(shí)際回補(bǔ)工程中,，堵塞也往往是多種堵塞類型的共同作用結(jié)果，基于現(xiàn)有研究仍需通過跨學(xué)科合作,，更全面地理解堵塞機(jī)制,。
同時(shí)，隨著對(duì)堵塞問題認(rèn)識(shí)的深入,，相關(guān)的法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)也將不斷完善,，這將推動(dòng)行業(yè)采用更先進(jìn)的技術(shù)和管理方法，提高回灌系統(tǒng)的運(yùn)行效率和可持續(xù)性,。盡管目前已存在一系列較為完善的堵塞預(yù)防和處理技術(shù),，用以應(yīng)對(duì)人工補(bǔ)給過程中出現(xiàn)的堵塞問題，但這些技術(shù)仍未能徹底杜絕堵塞現(xiàn)象的發(fā)生,，也未能持續(xù)高效恢復(fù)介質(zhì)的滲透能力,。這一現(xiàn)狀將進(jìn)一步推動(dòng)新型材料的研發(fā)和生物技術(shù)的進(jìn)步,，以尋求更為有效的解決方案。
總體而言,，未來地下水回補(bǔ)過程中堵塞問題的解決將依賴于技術(shù)創(chuàng)新,、跨學(xué)科研究、法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)的共同推進(jìn),。通過這些努力,，可以期待回補(bǔ)技術(shù)將更加高效、環(huán)保和可持續(xù),，為全球水資源管理做出更大貢獻(xiàn),。
（本文由國家自然科學(xué)基金青年基金項(xiàng)目資助,。）
?。ㄗ髡邌挝唬褐袊刭|(zhì)科學(xué)院水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)研究所）
評(píng)論
已有條評(píng)論