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环境第二章第1页，本讲稿共31页第一节 概论地下水地下水通常指地面以下地壳表层中可供利用的水资源。地下水是地球上水资源水资源的一部分。地下水储藏量占全世界水储总量的1.7%。地下水是一种十分重要的淡水资源淡水资源，占整个淡水资源的30%第2页，本讲稿共31页1.地下水特点流动慢，交替迟缓，更新期长。地下水平均更新周期为1500年，地表水平均更新周期为300年。储藏量大，分布广。水质好，不易受污染。第3页，本讲稿共31页2.地下水资源特点可恢复性可恢复性：只要合理开采，科学管理，便可长期开采。系统性系统性：地下水资源按一定水系统发育。在一定的构造地质、水文地质条件控制下，形成一定的含水系统。复杂性复杂性：地下水资源的形成，变化过程不能直接观察。第4页，本讲稿共31页3.地下水资源分类目前没有统一分类方案。一般分为天然资源和开采资源。天然资源天然资源：指在一个完整的水文地质单元内，地下水在天然条件下通过各种途径，直接或间接地接受大气降水或地表水的入渗补给而形成具有一定化学特征、可以利用并按水文周期呈现规律变化的多年平均补给量；其一般特征可用区域内各项补给量的总和来表征。第5页，本讲稿共31页3.地下水资源分类开采资源开采资源：指在合理开采条件下以及在开采过程中指在合理开采条件下以及在开采过程中不发生水质恶化或其他不良地质现象，不发生水质恶化或其他不良地质现象，有保证的可供开采的地下水资源。有保证的可供开采的地下水资源。第6页，本讲稿共31页第二节 地下水赋存的地质环境一、岩土的空隙及地下水的存在形式岩土空隙是地下水的储容场所，又是地下水的运动通道。空隙的密度、大小及其分布规律决定着地下水分布和运动的特点。岩土空隙分为：孔隙、裂隙、溶孔。第7页，本讲稿共31页1.孔隙孔隙孔隙：松散堆积物颗粒之间的空隙。孔隙度孔隙度：单位体积岩土中孔隙体积所占的比例。第8页，本讲稿共31页2.裂隙裂隙裂隙：岩石中的空隙。裂隙分为成岩裂隙、构造裂隙、风化裂隙。裂隙率裂隙率：裂隙体积与岩石体积之比。第9页，本讲稿共31页3.溶穴溶穴：可溶性岩石被水溶蚀后产生的空洞。可溶性岩石：灰岩、白云岩、石膏等。岩溶率：溶穴体积在岩石总体积中所占的比例。变化范围大。第10页，本讲稿共31页4.水的赋存形式存在于岩土空隙中的水分为固态水、气态水、液态水。通常所说的地下水地下水（groundwater）实）实际上是指可以开发的液态自由水。际上是指可以开发的液态自由水。存在于松散堆积物中的水称为孔隙水孔隙水；岩石裂隙中的水称为裂隙水裂隙水；可溶性岩石溶穴中的水称为岩溶水岩溶水。第11页，本讲稿共31页5.含水层和隔水层根据储水和隔水的能力，将岩土层分为：含水层含水层：岩层空隙中储存有地下水而且能透水的岩层，如砂岩、砾石层等。隔水层隔水层：不含水或含水不透水的岩层，如页岩、无裂隙的花岗岩等。第12页，本讲稿共31页二、地下水类型1.上层滞水上层滞水：包气带内局部隔水层上的包气带内局部隔水层上的地下水。地下水。2.潜水潜水：第一个稳定隔水层之上的地下第一个稳定隔水层之上的地下水，其表面是一个自由面，称为水，其表面是一个自由面，称为潜水面潜水面。在空间上为一曲面，大致与地形起伏一在空间上为一曲面，大致与地形起伏一致。致。3.承压水承压水：两个含水层之间的地下水，两个含水层之间的地下水，承压性是承压水的重要特征承压性是承压水的重要特征。第13页，本讲稿共31页三、地下水水质及环境地质作用地下水水质及环境地质作用1.水质水质地下水是一种溶有各种离子、分子、化地下水是一种溶有各种离子、分子、化合物以及不同气体成分的水溶液。合物以及不同气体成分的水溶液。已经发现地下水中含有已经发现地下水中含有60多种元素多种元素；常见的阳离子：常见的阳离子：Na+、K+、NH4+等等；常见的阴离子：常见的阴离子：OH-、CH-、等；、等；常见的化合物：常见的化合物：Fe2O3、Al2O3等。等。第14页，本讲稿共31页地下水化学成分的形成主要受地质构造、地貌、地下水化学成分的形成主要受地质构造、地貌、气候、水文及人为因素影响；其形成作用主要气候、水文及人为因素影响；其形成作用主要有溶滤溶解作用、混合作用、浓缩作用等。有溶滤溶解作用、混合作用、浓缩作用等。地下水的化学成分可以用水化学类型、矿地下水的化学成分可以用水化学类型、矿化度等指标表示。化度等指标表示。地下水在形成、运动过程中与环境的各种作用地下水在形成、运动过程中与环境的各种作用及其影响归纳为表及其影响归纳为表2-1。第15页，本讲稿共31页 分类常见作用作用结果环境影响作用实质环境水文地环境水文地球化学作用球化学作用溶解-沉淀氧化-还原形成硅华、钙华，有害元素富集，毒性改变水质变坏、引起地方病，公害病物质迁移环境水动力环境水动力作用作用荷载效应、孔隙水压力效应、潜蚀地面沉降、水诱发地震、岩溶塌陷破坏交通、影响开矿、损坏市政建设能量转化环境水物理环境水物理学作用学作用冻胀作用、融缩作用、热污染冻土区地基失稳，热融滑坡破坏建筑、影响交通热量转化环境水文生环境水文生态作用态作用富营养化、蒸发作用、水土流失生物属种减少、土地盐渍化、沼泽化、盐碱化影响农业、林业、渔业、旅游业生态效应表表2-1 地下水环境地质作用分类地下水环境地质作用分类第16页，本讲稿共31页第三节第三节 地下水资源开发和利用地下水资源开发和利用的环境地质问题的环境地质问题一、地下水资源的开发利用一、地下水资源的开发利用随着经济发展，人类对水的需求量不断随着经济发展，人类对水的需求量不断增加。增加。许多国家和地区严重缺水。许多国家和地区严重缺水。我国的水资源，数量少而且分布不均匀。我国的水资源，数量少而且分布不均匀。人均拥有的水量只相当于世界人均水平人均拥有的水量只相当于世界人均水平的四分之一。的四分之一。第17页，本讲稿共31页代号类型划分原则城市名称A资源危机 地下水开采量超过可开采量50%以上北京、天津、常州、哈尔滨、福州、西安B资源不足 地下水开采量超过可采资源量不足50%石家庄、太原、银川、沈阳、呼和浩特、郑州、杭州、南昌、长春、乌鲁木齐、C资源均衡 地下水开采量基本上等于可采资源量上海、长沙、成都D资源丰富 地下水开采量小于可采资源量海口、济南、桂林、昆明、南宁我国我国24个主要大中城市地下水资源分类个主要大中城市地下水资源分类第18页，本讲稿共31页目前，世界各国广泛应用地下水。目前，世界各国广泛应用地下水。某些地区地下水的使用量已超过地表水的使用量某些地区地下水的使用量已超过地表水的使用量我国，特别是北方地区，地下水是主要的供水水源，我国，特别是北方地区，地下水是主要的供水水源，约占总供水量的约占总供水量的1/4；其中，海河流域地下水供水量占全流域供水量的其中，海河流域地下水供水量占全流域供水量的53%；在在80个大城市中，主要采用地下水供水的约占个大城市中，主要采用地下水供水的约占60%；以地下水作为辅助水源的约占以地下水作为辅助水源的约占40%。地下水主要用于生活用水、工业用水、农业用水地下水主要用于生活用水、工业用水、农业用水。据联合国统计，在年总用水量中，农业灌溉用水占据联合国统计，在年总用水量中，农业灌溉用水占73%，工业用水占，工业用水占21%，生活用水占，生活用水占6%。第19页，本讲稿共31页二、不合理开发利用地下水资源引起的环境地质灾害不合理开发地下水引起环境地质问题经常是由于过不合理开发地下水引起环境地质问题经常是由于过量开采地下水导致的。量开采地下水导致的。1.地下水位下降，地下水资源短缺，枯竭。地下水位下降，地下水资源短缺，枯竭。2.地面沉降、塌陷。地面沉降、塌陷。3.地下水质污染。地下水质污染。4.海水入侵。海水入侵。5.土地沙漠化。土地沙漠化。6.地面下空气缺氧。地面下空气缺氧。第20页，本讲稿共31页第四节第四节 地下水污染地下水污染1.地下水污染：在人类活动影响下，地下水水质恶化的地下水污染：在人类活动影响下，地下水水质恶化的现象。现象。2.将水质变坏的程度超过饮用水水质标准（或其它将水质变坏的程度超过饮用水水质标准（或其它水质标准）的地下水称为水质标准）的地下水称为被污染的地下水被污染的地下水。3.以以地下水区域背景值地下水区域背景值 作为确定污染的标准。作为确定污染的标准。4.背景值是天然的区域性指标，是未受人类影响的背景值是天然的区域性指标，是未受人类影响的地区地下水组分的含量指标。地区地下水组分的含量指标。5.若地下水中有害成分超过背景值，则地下水已开始被若地下水中有害成分超过背景值，则地下水已开始被污染。污染。第21页，本讲稿共31页我国的水污染（地表水、地下水）较严重。我国的水污染（地表水、地下水）较严重。据据1989年资料，全国每年环境污染造成的损失年资料，全国每年环境污染造成的损失883亿元，其中水污染经济损失为亿元，其中水污染经济损失为377亿元，占污亿元，占污染总经济损失的染总经济损失的45%。44个重要城市中，已有个重要城市中，已有34个城市的地下水受到不个城市的地下水受到不同程度的污染；同程度的污染；污染较重的城市有污染较重的城市有10个，其中个，其中7个是以地下水作为主个是以地下水作为主要供水水源的城市。要供水水源的城市。在许多发达国家，地下水和地表水均遭受到严重的污在许多发达国家，地下水和地表水均遭受到严重的污染。染。地下水污染的结果是使水资源部分或全部不能使地下水污染的结果是使水资源部分或全部不能使用。用。第22页，本讲稿共31页2.地下水污染的特点：地下水污染的特点：3.地下水一般不受地下水一般不受“三废三废”的直接污染；的直接污染；4.地下水比其它天然水难以污染，其污染过程及其缓地下水比其它天然水难以污染，其污染过程及其缓慢，受污染的地下水在相当长的时间内，污染仅局限慢，受污染的地下水在相当长的时间内，污染仅局限在一定的范围内；在一定的范围内；5.地下水污染范围受水文地质条件和污染源分布地下水污染范围受水文地质条件和污染源分布条件限制，一般呈平行于流向的带状分布，由于条件限制，一般呈平行于流向的带状分布，由于污染范围扩展缓慢，地下水污染状况在短时间内污染范围扩展缓慢，地下水污染状况在短时间内不易被发现，也难以监测；不易被发现，也难以监测；6.地下水一旦被污染，则难以再恢复到原来状态；地下水一旦被污染，则难以再恢复到原来状态；7.注水和疏干等人为活动可加速地下水污染，使水注水和疏干等人为活动可加速地下水污染，使水质进一步恶化。质进一步恶化。第23页，本讲稿共31页3.我国地下水污染的特点我国地下水污染的特点4.集中在人口和工业较密集的城市地区；集中在人口和工业较密集的城市地区；5.地下水中常规组分增加，水硬度增高是城地下水中常规组分增加，水硬度增高是城市地下水污染的明显标志；市地下水污染的明显标志；6.地下水中出现酚、氰化合物以及重金属有地下水中出现酚、氰化合物以及重金属有毒物质（汞、铅、镉、砷等），表现出工业污毒物质（汞、铅、镉、砷等），表现出工业污染特征。染特征。第24页，本讲稿共31页4.地下水污染方式和污染原因地下水污染方式和污染原因5.污染方式：污染方式：直接污染和间接污染直接污染和间接污染。6.直接污染：直接污染：污染源中的组分直接进入地下水中，污染污染源中的组分直接进入地下水中，污染物在污染地下水后的性质没有改变；物在污染地下水后的性质没有改变；7.直接污染是地下水遭受污染的主要方式，其污染直接污染是地下水遭受污染的主要方式，其污染源较易被追踪和发现。源较易被追踪和发现。8.间接污染：间接污染：地下水中的污染物是污染过程的的产物。地下水中的污染物是污染过程的的产物。9.间接污染较难被发现。间接污染较难被发现。第25页，本讲稿共31页 污染源污染源点型污染源：污染扩散体积小，但污点型污染源：污染扩散体积小，但污染强度大，源中的污染物浓度高，如染强度大，源中的污染物浓度高，如城市废物场、污水处理池等。城市废物场、污水处理池等。面型污染源：污染扩散体积大。污染面型污染源：污染扩散体积大。污染物浓度较小；如使用肥料、化肥、农物浓度较小；如使用肥料、化肥、农药的农田等。药的农田等。第26页，本讲稿共31页 地下水污染原因：地下水污染原因：污染物直接入渗：污染源中的组分直接入渗地下后污染污染物直接入渗：污染源中的组分直接入渗地下后污染地下水。地下水。污染源有：工业污染源、农业污染源、生活污染源、污染源有：工业污染源、农业污染源、生活污染源、环境污染源。环境污染源。人工开采地下水不当导致污染人工开采地下水不当导致污染在开采地下水过程中使地下不同含水层串层污染；在开采地下水过程中使地下不同含水层串层污染；过量开采地下水后使水位下降，外围咸水体或海水过量开采地下水后使水位下降，外围咸水体或海水入侵；入侵；人工回灌不洁净水而污染地下水。人工回灌不洁净水而污染地下水。地下水天然不洁净地下水天然不洁净第27页，本讲稿共31页5.5.地下水污染物质种类地下水污染物质种类 细菌微生物。如肝炎、脑炎病菌等。细菌微生物。如肝炎、脑炎病菌等。无机化合物。如无机化合物。如Cl-等。等。有机化合物。人工有机化合物共有约有机化合物。人工有机化合物共有约200万种，在饮用水中曾检测出万种，在饮用水中曾检测出1200种，种，其中致癌物质其中致癌物质10多种。多种。放射性物质核素。放射性物质核素。其它物质。如粘土矿物类、石棉纤维、其它物质。如粘土矿物类、石棉纤维、蛇纹石纤维等。蛇纹石纤维等。第28页，本讲稿共31页6.污染物质的环境效应污染物质的环境效应7.污染物在地下水系统的迁移过程中，将与周围介质污染物在地下水系统的迁移过程中，将与周围介质发生复杂的的作用，产生不同的环境效应。发生复杂的的作用，产生不同的环境效应。8.地表污染物进入含水层，大部分必须经过包气带，地表污染物进入含水层，大部分必须经过包气带，污染物在迁移时，一部分降解为无毒的组分，一部污染物在迁移时，一部分降解为无毒的组分，一部分由于过滤、吸附和沉淀而残留在土壤中，使污染分由于过滤、吸附和沉淀而残留在土壤中，使污染物的浓度降低，这种现象称为物的浓度降低，这种现象称为自净作用。自净作用。9.与此相反，某些作用可增强污染物的迁移性能，使其与此相反，某些作用可增强污染物的迁移性能，使其浓度增加，或以一种污染物转化成为另一种污染物，浓度增加，或以一种污染物转化成为另一种污染物，增加了对环境的污染。增加了对环境的污染。第29页，本讲稿共31页因此，污染物在迁移过程中，经过与周围介质的因此，污染物在迁移过程中，经过与周围介质的作用，能产生两种环境效应：作用，能产生两种环境效应：阻止迁移效应阻止迁移效应（净化（净化效应）效应）和和增强迁移效应增强迁移效应。产生这些效应的作用主要有：产生这些效应的作用主要有：机械过滤作用机械过滤作用 化学作用：主要指吸附、沉淀、氧化还原、化学降化学作用：主要指吸附、沉淀、氧化还原、化学降解等作用。解等作用。生物作用：主要包括生物作用：主要包括微生物降解微生物降解和和植物摄取植物摄取 第30页，本讲稿共31页7.地下水污染的防治地下水污染的防治地下水的赋存环境决定了地下水一旦被污染就难以治地下水的赋存环境决定了地下水一旦被污染就难以治理，所以对地下水污染治理，原则上应以预防为主，理，所以对地下水污染治理，原则上应以预防为主，加强管理，综合防治。加强管理，综合防治。地下水污染治理措施有很多，综合如下：地下水污染治理措施有很多，综合如下：加强废物无害化处理，减少污染物；加强废物无害化处理，减少污染物；合理进行工业布局，确保地下水水质局部保护；合理进行工业布局，确保地下水水质局部保护；加强地下水管理，进行区域地下水污染综合治理。加强地下水管理，进行区域地下水污染综合治理。第31页，本讲稿共31页