地下水人工補(bǔ)給技術(shù)的挑戰(zhàn)——堵塞
◎? 李曉媛
地下水,，作為我國(guó)關(guān)鍵的飲用水來(lái)源和戰(zhàn)略性資源,，對(duì)于推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步和促進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)有著至關(guān)重要的作用。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(wèn)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(lái)嚴(yán)重危害,。
目前,，我國(guó)應(yīng)對(duì)地下水超采問(wèn)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(kāi)展地下水人工回補(bǔ),，通過(guò)工程設(shè)施增加地下水資源的儲(chǔ)存量和可利用量,。
地下水人工補(bǔ)給是地下水開(kāi)采的逆過(guò)程，通過(guò)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(guò)程,。地下水人工補(bǔ)給是一種多效并舉的水資源管理手段，它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,。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,。
堵塞的成因與類(lèi)別
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(méi)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(guò)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)特性等諸多因素導(dǎo)致堵塞現(xiàn)象,。
這一現(xiàn)象會(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(wú)法正常運(yùn)作。此外,，處理這些堵塞問(wèn)題會(huì)增加回補(bǔ)系統(tǒng)的運(yùn)行成本,。如果堵塞問(wèn)題無(wú)法逆轉(zhuǎn)或修復(fù)成本過(guò)高，會(huì)迫使回補(bǔ)場(chǎng)地關(guān)閉,。因此,，堵塞問(wèn)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。
國(guó)內(nèi)外已有大量地下水人工回補(bǔ)工程實(shí)踐證明,，堵塞問(wèn)題可能導(dǎo)致回灌井無(wú)法使用,，甚至整個(gè)回灌工程的失敗。
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(lái)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(lái)預(yù)防和解決堵塞問(wèn)題,，確保地下水人工補(bǔ)給過(guò)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。這是各種堵塞類(lèi)型中最常見(jiàn)的一種堵塞形式,。
生物堵塞是由藻類(lèi),、細(xì)菌、真菌等微生物的生命過(guò)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,？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(guò)混凝,、沉降、過(guò)濾去除固體顆粒物避免物理堵塞,；通過(guò)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(guò)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(chǎng)地條件和水源特征，結(jié)合堵塞可能的成因,，來(lái)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,，從而確保回補(bǔ)工程的順暢持續(xù)運(yùn)行,。對(duì)于井灌通常通過(guò)回?fù)P來(lái)保持含水層的滲透性,。
堵塞治理的前景
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)用促進(jìn)了補(bǔ)給過(guò)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(guò)程，涉及地質(zhì)學(xué),、物理,、化學(xué)、生物學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域,，仍需通過(guò)跨學(xué)科合作,，更全面地解決堵塞問(wèn)題。
同時(shí),，隨著對(duì)堵塞問(wèn)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,。
總體而言,，未來(lái)地下水回補(bǔ)過(guò)程中堵塞問(wèn)題的解決將依賴(lài)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(guò)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(guó)家自然科學(xué)基金青年基金（編號(hào)：42302285）項(xiàng)目資助。
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