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1、水文地球化学水文地球化学主讲：郭清海主讲：郭清海中国地质大学（武汉）环境学院中国地质大学（武汉）环境学院一门关于地下水的科学一门关于地下水的科学地下水污染与地下水环境质量评价地下水污染与地下水环境质量评价2006-043定义定义 在在人类活动影响人类活动影响下所产生的地下水水质向下所产生的地下水水质向恶化方向恶化方向发展的发展的现象现象关于定义中关于定义中“人类活动影响人类活动影响”的阐述的阐述 所谓地下水污染，前提为水质的所谓地下水污染，前提为水质的恶化恶化是是人类活动人类活动引起的引起的 天然地质环境天然地质环境中也可能出现不宜人类饮用或作其他用途使中也可能出现不宜人类饮用或作其他用途使用
2、的地下水用的地下水应称为应称为“原生劣质水原生劣质水”从科学术语的严谨性看，将从科学术语的严谨性看，将“受污染地下水受污染地下水”与与“原原生劣质水生劣质水”混为一谈是不可取的混为一谈是不可取的天然劣质水是在漫长的地质历史时期内形成的，是不天然劣质水是在漫长的地质历史时期内形成的，是不以人类意志为转移的，而地下水污染是可以预防并控以人类意志为转移的，而地下水污染是可以预防并控制的，对这两个概念进行区分有利于人们有目的地保制的，对这两个概念进行区分有利于人们有目的地保护或改造地下水水质，把目标锁定在护或改造地下水水质，把目标锁定在“受污染地下水受污染地下水”上，而不是去盲目地试图改造上，而不是去
3、盲目地试图改造“原生劣质水原生劣质水”地下水污染地下水污染2006-044定义定义 在在人类活动影响人类活动影响下所产生的地下水水质向下所产生的地下水水质向恶化方向恶化方向发展的发展的现象现象关于定义中关于定义中“水质发展方向水质发展方向”的阐述的阐述 只要地下水水质向恶化方向发展，不论恶化程度是否达到只要地下水水质向恶化方向发展，不论恶化程度是否达到影响人类使用的程度，都应视为地下水污染影响人类使用的程度，都应视为地下水污染判别地下水污染的意义在于预防地下水污染，如待水判别地下水污染的意义在于预防地下水污染，如待水质恶化到超过水质标准才定义为质恶化到超过水质标准才定义为“地下水污染地下水污染
4、”，就，就失去了预防的意义失去了预防的意义 在理论上，未被污染的地下水应该是水中各种组分在背景在理论上，未被污染的地下水应该是水中各种组分在背景值范围内的地下水值范围内的地下水背景值一般以历史时期的水质参数或区内无明显污染背景值一般以历史时期的水质参数或区内无明显污染源地段的水质参数来代替源地段的水质参数来代替地下水污染地下水污染2006-045含义含义 在在人类活动影响下人类活动影响下进入地下水系统的溶解物或悬进入地下水系统的溶解物或悬浮物浮物 上述物质使地下水水质向上述物质使地下水水质向恶化方向恶化方向发展发展 无论上述物质的浓度是否达到使水质超过使用标无论上述物质的浓度是否达到使水质超过
5、使用标准的程度，都应视为污染物准的程度，都应视为污染物分类分类 化学污染物化学污染物 生物污染物生物污染物 放射性污染物放射性污染物地下水污染物地下水污染物2006-046化学污染物化学污染物 无机污染物无机污染物 NO3-、Cl-、硬度（、硬度（Ca2+ + Mg2+）、）、SO42-、总溶解固体（、总溶解固体（TDS） F、As（地下水中的（地下水中的F、As 常为地质成因）、常为地质成因）、Cr、Hg、Pb （酚、氰、汞、铬、砷酚、氰、汞、铬、砷 并称五毒并称五毒） 有机污染物：有机污染物：含量甚微，一般是含量甚微，一般是ppb级（级（10-9），或是），或是ppt级（级（10-12），
6、但多），但多数有毒，且种类繁多；数有毒，且种类繁多；以卤代烃类挥发性有机物最普遍，如二、三、四氯乙烯、氯仿以卤代烃类挥发性有机物最普遍，如二、三、四氯乙烯、氯仿（即三氯甲烷）（即三氯甲烷）生物污染物生物污染物 细菌、病毒和寄生虫细菌、病毒和寄生虫放射性污染物放射性污染物 Ra-226、Sr-90、Pu-289、Cs-137等（铀矿、核工业废水）等（铀矿、核工业废水）地下水污染物地下水污染物2006-047按成因分为按成因分为 人为污染源人为污染源液体废物：如生活污水、工业污水；液体废物：如生活污水、工业污水；固体废物：如生活垃圾、工业垃圾及污泥；固体废物：如生活垃圾、工业垃圾及污泥；农业活动产
7、生的污染物：如农药、化肥等。农业活动产生的污染物：如农药、化肥等。 天然污染源天然污染源天然存在的污染源，但在人为活动的影响下才使污染物进入地下水环天然存在的污染源，但在人为活动的影响下才使污染物进入地下水环境，如海水入侵。境，如海水入侵。按分布形式分为按分布形式分为 点污染源点污染源 面污染源面污染源（如大面积降落的酸雨）（如大面积降落的酸雨）地下水污染源地下水污染源2006-048间歇入渗型间歇入渗型 污染物通过污染物通过大气降水大气降水或或灌溉水灌溉水的淋滤进入地下环的淋滤进入地下环境，而境，而降水降水或或灌溉灌溉为不连续的、间断分布的事件。为不连续的、间断分布的事件。污染对象主要为污染
8、对象主要为潜水潜水。连续入渗型连续入渗型 污染物随水的污染物随水的不断渗入不断渗入而进入含水层，地下水污而进入含水层，地下水污染的发生是染的发生是连续连续、不间断的不间断的。污水渗坑、破损污。污水渗坑、破损污水管道、受污染地表水的渗漏引起地下水的污染水管道、受污染地表水的渗漏引起地下水的污染属此类。属此类。地下水污染途径地下水污染途径2006-049越流型越流型 污染物通过污染物通过越流越流从一个含水层进入另一个含从一个含水层进入另一个含水层。其越流途径或者是大面积的弱透水层，水层。其越流途径或者是大面积的弱透水层，或是人为途径（结构不合理的井管、破损的或是人为途径（结构不合理的井管、破损的老
9、井管等）。老井管等）。径流型径流型 污染物通过各种途径以污染物通过各种途径以地下径流地下径流的形式进入的形式进入含水层，如废水处理井、岩溶通道；滨海地含水层，如废水处理井、岩溶通道；滨海地区淡水大量开采引起水位下降，使得海水向区淡水大量开采引起水位下降，使得海水向陆地含水层径流也是一个好例子。陆地含水层径流也是一个好例子。地下水污染途径地下水污染途径2006-0410特点特点 隐蔽性隐蔽性感观指标和生物指标（如地表水的生物种类减少）不显著感观指标和生物指标（如地表水的生物种类减少）不显著 难以逆转性难以逆转性水交换缓慢，自身难以净化水交换缓慢，自身难以净化地下水埋深大，原位处理困难地下水埋深大
10、，原位处理困难方式方式 直接污染：直接污染：污染组分来自污染源，在迁移过程化学性质不改变污染组分来自污染源，在迁移过程化学性质不改变 间接污染：间接污染：污染组分不是来自污染源（如污水在地下发生阳离子交换过程使地下污染组分不是来自污染源（如污水在地下发生阳离子交换过程使地下水硬度增大）水硬度增大）地下水污染特点、方式地下水污染特点、方式2006-0411铵吸附作用铵吸附作用 在在NH4-随入渗的污水向地下渗流的过程随入渗的污水向地下渗流的过程中，可能与包气带介质中的吸附性阳离中，可能与包气带介质中的吸附性阳离子发生离子交换，从而吸附于岩土介质子发生离子交换，从而吸附于岩土介质表面；表面； 该过
11、程并不产生氮的转化，但为硝化作该过程并不产生氮的转化，但为硝化作用提供了更充分的反应时间。用提供了更充分的反应时间。2006-0412v课堂作业：课堂作业：在某一农业区进行污水灌溉，污水中的在某一农业区进行污水灌溉，污水中的NH4-N、Ca2+、Mg2+的浓度分别为的浓度分别为56mg/L、120mg/L、24mg/L；在灌；在灌区，浅层地下水的埋深为区，浅层地下水的埋深为2m，包气带的，包气带的CEC为为7.2meq/100g，包气带土壤容重为，包气带土壤容重为1.5g/cm3；如灌溉面；如灌溉面积为积为100m2，总灌溉水量达到，总灌溉水量达到1000m3，假设在灌溉前，假设在灌溉前灌区土
12、壤未吸附灌区土壤未吸附NH4-N，试回答浅层地下水是否会受试回答浅层地下水是否会受到到NH4-N污染？污染？ EAR = 0.036 + 0.1051AARXXNHCECNHEAR442/ )(224MgCaNHAAR2006-0413地下水环境质量评价地下水环境质量评价 地下水污染现状评价地下水污染现状评价 地下水质量评价地下水质量评价 地下水脆弱性（质量影响）评价地下水脆弱性（质量影响）评价2006-0414地下水污染现状评价地下水污染现状评价 目的目的 旨在说明地下水的污染程度及范围，并不说旨在说明地下水的污染程度及范围，并不说明地下水的适用性，受污染的地下水并不一明地下水的适用性，受污
13、染的地下水并不一定影响其使用。定影响其使用。评价因子的选择评价因子的选择 根据研究区的具体情况而定，一般情况下常根据研究区的具体情况而定，一般情况下常把地下水污染物质分为如下几类：把地下水污染物质分为如下几类：常规组分常规组分常见有毒金属和非金属物质：常见有毒金属和非金属物质：Hg，Cr，Cd有机有害物质：有机氮、有机磷、苯类、酚类有机有害物质：有机氮、有机磷、苯类、酚类细菌、病毒等细菌、病毒等2006-0415评价标准及评价方法评价标准及评价方法 评价标准评价标准 地下水化学组分的背景值地下水化学组分的背景值指不受人类活动影响的地下水组分天然含量指不受人类活动影响的地下水组分天然含量与自然地
14、理、地质、水文地质条件相关与自然地理、地质、水文地质条件相关 在计算背景值前应进行环境水文地质分区在计算背景值前应进行环境水文地质分区 计算公式：计算公式：评价方法评价方法 单要素指数法：单要素指数法：I = Ci / C0 多要素指数法多要素指数法均值法：常会失真均值法：常会失真加和法：常会失真加和法：常会失真均方法：无明确的物理意义均方法：无明确的物理意义参数分级评分迭加型指数法：最为科学参数分级评分迭加型指数法：最为科学sxx0niiInPI11niiIPI122max2IIPIniiFPI12006-0416地下水（环境）质量评价地下水（环境）质量评价 评价目的评价目的 说明地下水水质
15、的优劣与适用性说明地下水水质的优劣与适用性评价标准评价标准 各类水质标准各类水质标准地下水质量标准（地下水质量标准（GB/T 14848-93）评价方法评价方法 单项组分评价单项组分评价 综合评价综合评价2006-0417地下水质量标准（地下水质量标准（GB/T 14848-93）地下水质量分类指标地下水质量分类指标 感官性状指标：色度、浑浊度、嗅和味等感官性状指标：色度、浑浊度、嗅和味等 毒理学指标：汞、砷、铬等毒理学指标：汞、砷、铬等 流行病学指标：总大肠菌群等流行病学指标：总大肠菌群等 放射性指标：总放射性指标：总放射性、总放射性、总放射性放射性地下水质量分类地下水质量分类 类类 主要反
16、映地下水化学组分的天然低背景含量。适用主要反映地下水化学组分的天然低背景含量。适用于各种用途。于各种用途。 类类 主要反映地下水化学组分的天然背景含量。适用于主要反映地下水化学组分的天然背景含量。适用于各种用途。各种用途。 类类 以人体健康基准值为依据。主要适用于集中式生活以人体健康基准值为依据。主要适用于集中式生活饮用水水源及工、农业用水。饮用水水源及工、农业用水。 类类 以农业和工业用水要求为依据。除适用于农业和部以农业和工业用水要求为依据。除适用于农业和部分工业用水外，适当处理后可作生活饮用水。分工业用水外，适当处理后可作生活饮用水。 类类 不宜饮用，其他用水可根据使用目的选用。不宜饮用
17、，其他用水可根据使用目的选用。2006-0418地下水脆弱性评价地下水脆弱性评价定义定义 地下水在天然条件下（未经人工防护）的防污性能地下水在天然条件下（未经人工防护）的防污性能 天然条件下污染物从地表随入渗水自包气带进入含天然条件下污染物从地表随入渗水自包气带进入含水层的倾向或可能性水层的倾向或可能性脆弱性分类脆弱性分类 内在脆弱性内在脆弱性不考虑污染物的水文地球化学特性，它指地质、水文、水不考虑污染物的水文地球化学特性，它指地质、水文、水文地质等天然条件对人为活动产生的污染物的防御性能文地质等天然条件对人为活动产生的污染物的防御性能 特殊脆弱性特殊脆弱性在考虑在考虑 “ “内在脆弱性内在脆
18、弱性”的各要素及其之间关系的前提下，的各要素及其之间关系的前提下，特指含水层对某种污染物或某一组污染物的敏感程度特指含水层对某种污染物或某一组污染物的敏感程度2006-0419地下水脆弱性评价地下水脆弱性评价方法方法 指标叠加法指标叠加法GOD法（法（Foster，1987）DRASTIC法（法（Aller，1987）AVI评分系统（评分系统（Van Stempvoort，1993）SEEPAGE法法SINTACS 法法ISIS法（法（Gogu与与Dassargues，2000）EPIK法（法（Doerfliger，2019，2019）DIVERSITY法（法（Ray，1993） 模型模拟法模
19、型模拟法衰减因子模型（衰减因子模型（Rao，1985）迁移能力指数模型（迁移能力指数模型（Meeks和和Dean，1990）分类指标模型（分类指标模型（Britt，1992） 2006-0420指标叠加法指标叠加法DRASTIC法法 美国环境保护署（美国环境保护署（EPA）提出）提出 考虑考虑7个指标个指标地下水埋深（地下水埋深（D）净补给量净补给量(R)含水层介质含水层介质(A)土壤介质土壤介质(S)地形地形(T)包气带包气带(I)水力传导系数水力传导系数(C) DRASTIC指数越大，地下水脆弱性越高指数越大，地下水脆弱性越高71jjjiRWD2006-0421太原盆地浅层孔隙水内在脆弱性分区图2006-0422太原盆地浅层孔隙水对砷的特殊脆弱性分区图2006-0423Knowledge is everything.