地球中水的分布

  众所周知,地球是一个富水的行星。地球表面70.8%的面积被水所覆盖,总计约13.86×1017立方米,水量看似巨大,但咸水多,淡水少,且分布不均匀。其中,97%是咸水,无法供人类直接使用或饮用,与人类生产生活息息相关的淡水仅占3%。在这为数不多的淡水中,两极冰盖、高山冰川和永冻地带的冰雪等人类难以利用的固态水占比超过了2/3,仅有不到1/3是液态水。在人类真正能够利用的液态淡水中,地下水量约占99%,江河湖泊等地表水仅占0.26%。因此,地下水对人类社会有着非常深刻的影响。

  地球中的地下水

  地下水,是指赋存于地面以下岩石空隙中的水,狭义上是指地下水面以下饱和含水层中的水。国外学者认为地下水的定义有三种:一是指与地表水有显著区别的所有埋藏在地下水的水,特指含水层中饱水带的那部分水;二是向下流动或渗透,使土壤和岩石饱和,并补给泉和井的水;三是在地下的岩石空洞里、在组成地壳物质的空隙中储存的水。在国家标准《水文地质术语》(GB/T 14157-93)中,埋藏于地表以下的各种形式的重力水被定义为地下水。

  地下水的分类有多种方式。根据成因,可将其分为凝结水、渗入水、埋藏水、原生水和脱出水等。根据其力学性质,可分为结合水、毛细水和重力水;根据矿化度,可分为淡水、微咸水、咸水、盐水和卤水;根据其埋藏条件,可分为潜水、承压水和上层滞水。根据其含水介质,可分为孔隙水、裂隙水和岩溶水。目前,应用比较广泛的、具有代表性的分类方法,是根据地下水的埋藏条件和含水介质的空隙性质进行划分的综合分类方法:首先根据地下水的埋藏条件,然后再根据含水介质空隙性质,将二者组合成9种复合类型的地下水。

  地下水的补给来源主要为大气降水和地表水,凝结水以及水库渗漏、灌渠、农田灌溉、工业生活废水的排放、人工回灌等人类活动也是地下水补给的重要来源。在一定条件下,地下水还接受山前和邻区的侧向补给以及相邻含水层间的越流补给。地下水的排泄方式为泄流、蒸发与蒸腾,泉为地下水的天然排泄方式,井孔开采、矿坑疏干、开发地下空间排水、农田排水等人类活动属于地下水的人工排泄。在一定条件下,地下水还发生侧向径流和越流排泄。

  地下水作为水资源的重要组成部分,分布广泛,变化稳定,水质良好,便于应用,是理想的饮用水源,也是生活、农业和工业用水的重要供水水源。富集特定盐类和元素的地下水,称为工业矿水。含有某些特殊组分、具有某些特殊性质,因而具有一定医疗保健作用的地下水,称为矿(质)水。工业矿水和矿(质)水为社会经济发展,特别是工业生产和居民生活等提供了重要支撑。地球是一个巨大的热库,蕴藏着丰富的地下热能,热水和热蒸汽是主要载热流体,可服务于人类供暖、温室建立、地热发电等活动。泉水、温泉、古井遗迹及湿地等地下水景观,也是良好的旅游资源。

  地下水与环境

  地下水作为人类宝贵的资源,其水质直接影响人类日常生活和身体健康,地下水水质危害分为天然地下水水质危害和人为活动导致的地下水水质恶化。天然有害地下水作为饮用水源,会引起克山病、大骨节病等地方病。城镇、厂矿的废渣及废水排放,农田施加农药、化肥施用、污水灌溉及滨海地区过量人工开采地下水导致的海咸水入侵等均为人为活动导致的地下水水质恶化。地下水流动缓慢,一旦被污染,具有过程缓慢、不易发现和难以治理的特点。即使污染源被彻底消除,地下水水质的复原也需经过十几年,甚至几十年。因此,地下水污染基本不可逆。

  地下水的不合理利用,会导致一系列负面影响。在工业生产和日常生活中,地下水不仅水质好、成本低,也便于利用,因此被大量使用。一旦地下水位会出现变幅,便可能引起地面沉降、地裂缝、岩溶塌陷、滑坡等地质灾害,以及土壤、地下水所支撑的生态系统退化等生态环境问题。人工修建水库堤坝,使地下水的压力和水力梯度发生变化,会诱发地震、管涌等灾害。当砂砾层颗粒不均匀,地下水水力梯度发生变化时,会发生潜蚀。开凿矿山、隧道,城市建设地铁、开发地下空间,地表开挖露天矿坑及建筑基坑等地下及地面开挖活动,都可导致地下水涌出,并常伴随岩土体变形及位移。

  地球上真正可供人类利用的淡水资源是十分有限的,地下水资源则更少,由于受其存储空间和更新缓慢所限,并不是取之不尽、用之不竭的。因此,我们不但要了解地下水的来源、功能和重要性,以及过量开采地下水的危害,更要防止地下水污染、保护地下水环境,珍惜地下水资源、节约用水、爱护地下水、合理开发利用地下水。

(作者单位:中国地质调查局烟台海岸带地质调查中心)