水文地质工程对地质环境的影响

2024-06-09汪雅楠

大科技 2024年21期

汪雅楠

（湖北省地质环境总站，湖北武汉 430034）

0 引言

地质环境与水文地质工程之间存在着紧密的联系，地质环境会影响水文地质工程的施工质量和稳定性，同时水文地质工程的施工情况也会影响地质环境。因此，通过调节、管理和利用地下水资源，能够对地下水质量、水位和水量进行调控，从而减少洪涝、干旱等自然灾害的发生，而且还能够保护土壤和地表水环境，维护生态平衡。

1 水文地质工程概述

1.1 水文地质工程的含义和涉及的领域

水文地质工程是一个综合性的学科领域，研究地下水与地质环境的相互关系，结合了水文学、地质学、地下水水文学、水力学等多个学科的知识，旨在理解和改善地下水系统的运行和效果。水文地质工程广泛应用于水资源评价和管理、地下水开发利用、地下水污染治理、工程建设中的地下水问题等领域。

在水文地质工程中，主要研究的对象包括地下水、地下水流动规律、地下水与岩石层间的相互作用以及地下水与地表水之间的关系。通过对地质形态、地下水位、水质、水动力学等方面进行研究和分析，可以揭示地下水的成因、分布、流动特征等，从而为地下水资源的可持续开发和利用提供科学依据[1]。

1.2 水文地质工程的目标和常用的研究方法

水文地质工程的主要目标是实现对地下水资源的科学管理和优化利用，以满足社会经济发展的需求，并保护地下水系统的稳定性和生态环境的健康。

为了实现这一目标，水文地质工程采用了多种研究方法和技术手段。常见的研究方法如下。

（1）地质勘探。通过地质勘探手段获取地下水水文地质信息，包括岩石性质、地层序列、裂隙和孔隙特征等。

（2）水文调查。通过采集地下水位、水质和地下水动力学特征等数据，分析地下水资源的分布和变化趋势。

（3）数值模拟。利用数学模型和计算机技术，建立地下水模拟模型，模拟地下水的流动规律和水量分布，预测地下水开发与利用的效果。

（4）地下水环境监测。通过设置水位观测井、取水井和水质监测点等，定期监测地下水位、水质和水温的变化，从而为水资源管理和保护提供实时数据支持。

（5）地下水调控与管理。包括地下水补给、排泄、引水和注水等措施，以及地下水资源的评价、规划、保护和治理等。

（6）地下水环境评价。通过地下水水质和污染物的监测与分析，评估地下水系统对人类活动和环境的响应，并提出相应的保护措施。

水文地质工程的研究方法不仅涉及理论研究，还需要结合实际工程和地质调查进行综合分析和判断，这些方法的应用能够为地下水资源的科学管理、地下工程设计和环境保护等提供科学依据，并为解决实际问题提供技术支持。

2 水文地质工程中影响地质环境的要素

2.1 地下水资源

水文地质工程对地下水资源的影响是一项重要的研究领域，其主要目标是实现对地下水资源的科学管理和优化利用，以满足社会经济发展的需求，并保护地下水系统的稳定性和生态环境的健康。这里将分为两个方面来讨论水文地质工程对地下水资源的影响，即地下水质量的影响和地下水位与水量的调节作用。

（1）水文地质工程对地下水质量的影响是通过监测、评估和治理地下水污染来实现的。随着工业化和城市化的快速发展，地下水面临着各种污染源的威胁，如化工厂废水、农药、肥料、生活污水等。水文地质工程通过水文学调查、地下水监测和模拟预测等手段，可以评估地下水质量的受污染程度和空间分布，并提出相应的治理措施，如建设污水处理厂、修复受污染的地下水体等。通过这些措施的实施，水文地质工程可以有效地净化和保护地下水资源，维护地下水质量的安全。

（2）水文地质工程还可以通过地下水位和水量的调节来影响地下水资源。地下水位和水量的变化直接影响着地下水系统的运行和可利用性，水文地质工程可以通过人工补给、人工排泄、地下水开发和注入等工程手段来调节地下水位和水量。在干旱地区或地下水过度开采的情况下，通过引水和注水等措施可以提高地下水位和补充地下水储量；而在洪涝地区或地下水过丰富的情况下，通过井排、地下水调蓄等措施可以降低地下水位，减轻洪涝风险，这些调节措施不仅可以满足不同地区的用水需求，还可以保护地下水资源的可持续利用[2]。

2.2 地质灾害

在地下水开发利用的过程中，水文地质工程不仅可以极大地促进社会经济的发展，同时也对地质环境带来了一定的影响。其中，最为重要的就是对地质灾害的影响。

（1）水文地质工程对地质灾害的影响主要表现在防洪抗涝工程方面。众所周知，洪水是各种自然灾害中危害最为严重的一种。随着气候变化和城市化进程的不断加快，洪水灾害日益频繁。对此，水文地质工程在城市防洪抗涝中发挥着不可替代的作用。例如，修建拦洪堤、堤坝、闸门等工程设施，可以有效地控制洪水的发生和扩散，避免或减轻洪水造成的损失。同时，通过对江河湖库、山洪沟壑的研究和分析，水文地质工程可以预测和评估洪水的形成和变化过程。因此，合理规划和建设洪水防治工程，不仅能够提高城市的抗洪能力，减轻洪灾的危害，还能够保障城市正常运行秩序，维护社会稳定。

（2）水文地质工程对地震灾害的影响也十分明显。地震作为一种自然灾害，经常会给人们带来很大的损失。当地震发生时，由于地下水位突然变化导致土体固结度下降，使土壤松动，从而引发地面上的滑坡、泥石流等灾害。水文地质工程通过对地下水位和地下水压力进行监测和调节，可以有效地减轻地震对地下水与岩石所产生的影响，以及缓解地下水与地面之间的关系，降低土体的可塑性，以此减少灾害的发生。

（3）水文地质工程可以减轻地质灾害带来的影响。由于水文地质工程的发展，很多地下水资源得到了更加充分的开发利用。因此，灌溉、排涝以及地下水补给等一系列工程措施也随之得到了推广和应用。然而，过度开采地下水可能会导致地层沉降，进而引起一些地质灾害，如地面塌陷和地裂缝等[3]。为此，水文地质工程需要加强对地下水资源的监测，以避免地下水资源的过度开采，规避地下水与地质灾害的关联性，并采取相应的措施来风险管理和减轻地质灾害。

2.3 土壤和地表水环境

水文地质工程对土壤和地表水环境具有重要的影响，可以通过一系列技术和措施来减轻土壤侵蚀、土地退化以及调节地表水质量和流量。

（1）水文地质工程对土壤侵蚀和土地退化问题的影响十分显著。土壤侵蚀是指土壤表面被风、水等自然力量剥蚀和运移的过程，是全球土地资源的重要损失因素之一。水文地质工程可以通过修建护坡、梯田等工程设施，并结合植被恢复和保护措施，有效地减缓或阻止土壤侵蚀的发生。例如，在山区地区，通过修建梯田工程可以减少坡耕地的平行耕种，减缓水流速度，降低水势能，从而减少水土流失的程度。此外，水文地质工程还可以通过地下水的调控和利用，提供植物生长的水源，增加土壤的保水能力，进一步减少土壤侵蚀和土地退化。

（2）水文地质工程对地表水质量和流量的调节作用也非常重要。地表水是指自然界中存在于地面和地下的水，其质量和流量的变化直接影响着生态环境和人类生活。水文地质工程可以通过构建人工湖泊、堰塞湖等水库工程，对地表水的流量进行调节和控制，这样可以实现水资源的合理利用，缓解旱涝之灾，并提供可靠的供水来源。同时，水文地质工程还可以通过净化、过滤等处理工艺，改善地表水的质量，保护水源地的生态环境[4]。例如，在城市水源地建设过程中，会利用地下水来补给地表水，以确保城市居民饮用水的安全与充足。此外，通过地下水的埋深调节和排水系统的建设，可以避免地表水受到污染物的渗入和扩散，保护地表水质量。

2.4 生态环境

水文地质工程在保护和改善生态环境方面发挥着重要作用。它通过调节地下水位、改善水体流动状况以及建立湖泊、沼泽等人工湿地，对生态系统的功能和稳定性产生深远影响。

（1）水文地质工程对湿地的影响十分显著。湿地是地球上生物多样性最丰富、生态系统功能最复杂的生态系统之一，水文地质工程可以修建人工湿地来恢复和保护湿地生态系统，人工湿地可以有效地净化水体，吸附和去除水中的污染物质，改善水质。同时，人工湿地还可以提供适宜的生境条件，为湿地植物和动物提供栖息地，促进物种多样性的保护和恢复。例如，人工湿地可以为候鸟提供栖息和繁殖场所，保护湿地鸟类的繁衍和迁徙。此外，通过水文地质工程对湿地水位和水动力条件的调控，可以重建湿地的水文生态过程，提高湿地对洪水和干旱的适应能力，提供水源补给和调节水文循环功能[5]。

（2）水文地质工程对水生态系统的影响也十分重要。水生态系统是由水流、水草、鱼类等生物组成的复杂生态系统，对保护水质、维持生态平衡起着重要作用。水文地质工程可以改善河流、溪流等水体的流动状况，避免水流速度过快或过慢导致的生态问题。同时，水文地质工程还可以通过调节地下水位、建立水池、堤坝等措施，维持水体的稳定性和水量充沛，提供充足的氧气和食物供给，促进水生生物的繁衍和生长。例如，在河流治理中，人工湖泊的建设有助于改善河道水质，为河流生物提供适宜的生境，促进鱼类的繁衍和渔业资源的可持续利用。

（3）水文地质工程对生物多样性的影响也不可忽视。生物多样性是地球生命的基础，对维持生态平衡和生态系统功能具有重要意义。水文地质工程通过改善水环境条件、提供生态恢复的机会和保护生境，直接或间接影响着各类植物和动物的多样性。例如，修建人工湿地和湖泊可以为湿地植物、水生植物和水中微生物提供适宜的生长环境，增加植物物种和生物群落的多样性。同时，水文地质工程还可以为鸟类、鱼类、两栖爬行动物等提供栖息地，维护它们的种群数量和分布范围，促进物种丰富度和生物多样性的保护。

3 水文地质工程的可持续发展和管理

（1）加强水文地质工程的环境评估和监管，减少其对地质环境的负面影响。水文地质工程在实施过程中可能会对地质环境产生一定的影响，如土地利用变化、地下水位变化等。因此，必须加强对水文地质工程项目的环境评估，通过全面了解工程项目对地质环境可能产生的影响，可以采取相应的措施来减少不良影响。在环境评估过程中需要考虑地质环境的特点，例如岩性、构造、水文地质条件等，以评估水文地质工程对地下水资源和地质灾害的潜在影响[6]。此外，还应建立完善的监管制度，加强对水文地质工程的实施过程和效果进行监督和评估，确保工程活动符合环境保护法规，并及时发现和纠正问题。

（2）推广可持续开发理念和技术，促进水文地质工程的可持续发展。可持续发展是解决当代人类面临的重要问题之一，也是水文地质工程发展的方向。推广可持续开发理念和技术，可以促进水文地质工程的可持续发展。一方面，可以通过优化工程设计和施工方法，降低对水资源和土地资源的消耗，减少生态环境破坏。另一方面，在水文地质工程中应充分考虑生态修复和保护，如湿地恢复、植被种植等，以促进生态系统的恢复和保护。此外，还可以采用节能减排技术，在工程过程中减少能源消耗和污染物排放，实现对环境的最小影响。

（3）深化水文地质工程对地质环境影响机制的研究，提高预警和应急响应能力。水文地质工程对地质环境的影响是一个复杂的过程，需要深入研究其影响机制。通过开展科学的研究，可以更好地了解水文地质工程对地质环境的潜在风险和影响范围，提高对地质灾害的预警和应急响应能力，这包括对地下水与地表水相互作用、地下水位变化对地质灾害稳定性影响方面的研究。在水文地质工程设计和实施过程中，及时发现和解决潜在问题，并制定应急预案和措施，可以降低工程风险，保护地质环境安全。