地下水污染與防治

課程的主要/重點(diǎn)內(nèi)容地下水基礎(chǔ)知識(shí)（*）地下水污染概論（**）地下水污染與自?xún)糇饔茫?*）地下水溶質(zhì)遷移擴(kuò)散理論（***）地下水污染調(diào)查與監(jiān)測(cè)（**）地下水污染評(píng)價(jià)（*）地下水污染預(yù)測(cè)方法（**）地下水環(huán)境保護(hù)與污染控制（*）2024/1/111第一章地下水基礎(chǔ)知識(shí)主要內(nèi)容

地下水的存在形式（了解）

地下水的埋藏條件（熟悉）

地下水運(yùn)動(dòng)基本特征（掌握）2024/1/122地下水存在于巖石空隙之中

空隙可以分為三類(lèi)：溶穴：巖溶率孔隙：孔隙度裂隙：裂隙率2024/1/133一、巖石的空隙孔隙率、裂隙率、巖溶率的比較共性：都是說(shuō)明巖石中空隙所占的比例區(qū)別：松散巖石顆粒變化較小，對(duì)某一類(lèi)巖性所測(cè)得的孔隙率具有較好的代表性，適用于一個(gè)相當(dāng)大的范圍；堅(jiān)硬巖石中的裂隙，一般發(fā)育頗不均勻，某一處測(cè)得的裂隙率只能代表一個(gè)特定部位，適用范圍有限；巖溶發(fā)育極不均勻，實(shí)際上很難測(cè)得能夠說(shuō)明某一巖層巖溶發(fā)育程度的巖溶率。即使求得了某一巖層的平均巖溶率，也仍不能真實(shí)地反映巖溶發(fā)育的情況。2024/1/144二、地下水的存在形式在巖石的空隙之中：氣態(tài)水液態(tài)水，（據(jù)水分子是否被巖石固體顆粒吸引）可分：結(jié)合水（強(qiáng)結(jié)合水，2000kg/m3；弱結(jié)合水，1300-1774kg/m3）重力水（飽和、非飽和帶中毛細(xì)水也屬于重力水）固態(tài)水（凍結(jié)區(qū)和季節(jié)凍結(jié)區(qū)）礦物結(jié)合水：存在于礦物內(nèi)部的水能否傳遞靜壓？2024/1/155第2節(jié)地下水的埋藏條件地下水面以上稱(chēng)作包氣帶，以下稱(chēng)做飽水帶地下水可劃分為上層滯水、潛水和承壓水。前者存在于包氣帶中，后兩者則屬于飽水帶水。2024/1/166一、上層滯水

上層滯水是指賦存于包氣帶中局部隔水層或弱透水層上面的重力水，是大氣降水和地表水等在下滲過(guò)程中局部受阻積聚而成。具有以下特征：上層滯水的水面構(gòu)成其頂界面，僅受大氣壓力而不承受靜水壓力，是一個(gè)自由表面。主要補(bǔ)給源－大氣降水。排泄途徑－蒸發(fā)；透過(guò)其下面的弱透水底板2024/1/177一、上層滯水

緩慢下滲進(jìn)行垂向排泄；在重力作用下，在底板邊緣進(jìn)行側(cè)向的散流。上層滯水的水量一方面取決于其補(bǔ)給水源，另一方面，取決于其下伏隔水層的分布范圍。通常分布范圍不大，因而不能常年積水。上層滯水水面的位置和水量的變化與氣候息息相關(guān)，季節(jié)性變化大，極不穩(wěn)定。由于距地表近，補(bǔ)給水入滲途徑短，上層滯水容易受到污染。2024/1/188二、潛水賦存于地下水第一個(gè)穩(wěn)定隔水層之上，具有自由表面的含水層中的重力水為潛水，該含水層為潛水含水層。潛水面隔水底板2024/1/199二、潛水潛水具有以下的特點(diǎn)：潛水面一般不承受靜水壓力，是一個(gè)僅承受大氣壓力的自由表面。局部地區(qū)在潛水位以下存在隔水透鏡體時(shí)，則潛水的頂界面在該處為上部隔水層的底面而承受靜水壓力，呈局部承壓現(xiàn)象。潛水在重力作用下，順坡降由高處向低處流動(dòng)。2024/1/11010二、潛水潛水通過(guò)包氣帶和大氣圈及地表水發(fā)生密切聯(lián)系。通過(guò)包氣帶直接接受大氣降水、地表水及灌溉滲漏水等的入滲補(bǔ)給，補(bǔ)給區(qū)一般與分布區(qū)相一致。潛水的水位、埋藏深度、水量和水質(zhì)等均顯著的受氣象、水文等因素的控制和影響，隨時(shí)間而不斷的變化，并呈現(xiàn)顯著的季節(jié)性變化。（豐水季節(jié)、枯水季節(jié)）潛水面的形狀及其埋深受地形起伏的控制和影響。通常潛水面的起伏與地形起伏基本一致，較之緩和。2024/1/11111（1）潛水的補(bǔ)給、排泄和徑流：含水層從外界獲得水量的過(guò)程叫補(bǔ)給；耗失水量的過(guò)程叫排泄；地下水由補(bǔ)給區(qū)向排泄區(qū)流動(dòng)的過(guò)程便是地下水的徑流。地下水的補(bǔ)給、排泄和徑流構(gòu)成了地下水的循環(huán)交替及地下水資源不斷獲得補(bǔ)充和更新的特點(diǎn)。2024/1/11212（2）潛水的補(bǔ)給：大氣降水和地表水的入滲是潛水的主要補(bǔ)給區(qū)大氣降水對(duì)潛水的補(bǔ)給：通常大氣降水是潛水的主要補(bǔ)給源。在潛水含水層的分布面積上幾乎均能獲得大氣降水的入滲補(bǔ)給，因此降水的補(bǔ)給是面的補(bǔ)給。包氣帶是降水入滲補(bǔ)給潛水的通道。2024/1/11313（2）潛水的補(bǔ)給：大氣降水和地表水的入滲是潛水的主要補(bǔ)給區(qū)地表水對(duì)潛水的補(bǔ)給：江、河、湖、海及水庫(kù)等地表水體，當(dāng)他們與潛水間具有水力聯(lián)系且水面高出潛水面時(shí)，均可對(duì)潛水進(jìn)行補(bǔ)給（見(jiàn)下圖所示）。2024/1/11414（2）潛水的補(bǔ)給：大氣降水和地表水的入滲是潛水的主要補(bǔ)給區(qū)承壓水對(duì)潛水的補(bǔ)給凝結(jié)水對(duì)潛水的補(bǔ)給2024/1/11515（3）潛水的排泄：自然條件下潛水主要有以下幾種排泄方式：以泉的形式暴露地表；直接排入地表水；通過(guò)蒸發(fā)逸入大氣；在一定條件下潛水還可通過(guò)水通道或弱透水層而向鄰近的承壓含水層排泄。其中前兩種方式潛水轉(zhuǎn)化為地表水，排泄的方向以水平方向?yàn)橹?，統(tǒng)稱(chēng)為徑流排泄。蒸發(fā)使?jié)撍D(zhuǎn)化為水汽進(jìn)入大氣，以垂直方向?yàn)橹?，稱(chēng)之為蒸發(fā)排泄。2024/1/11616（4）潛水的徑流：自然界中潛水總是由高水位向低水位處流動(dòng)，這種流動(dòng)過(guò)程便是潛水的徑流。潛水的徑流強(qiáng)度通常是用單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)單位過(guò)水?dāng)嗝婷娣e的水量即滲透速度表征。徑流強(qiáng)度的大小與補(bǔ)給量、潛水的水力坡度、含水層的透水性能等因素成正比。含水層透水性能的差異可導(dǎo)致徑流分配的差異。在水力坡度相同的情況下，透水性較好的地方，徑流越暢通，徑流強(qiáng)度越大，徑流量也相對(duì)集中。2024/1/11717（5）潛水等水位線圖：潛水等水位線圖即潛水面的等高線圖，指在一定比例尺的平面圖上按一定的水位間隔將某一時(shí)期潛水位相同的各點(diǎn)聯(lián)成的一系列等水位線所構(gòu)成的。繪圖時(shí)注意：等水位線和地表水相交的地段和相交形式；各點(diǎn)的水位資料應(yīng)在相同時(shí)間內(nèi)測(cè)得；等水位線圖上應(yīng)標(biāo)明水位測(cè)量的時(shí)間。2024/1/11818（5）潛水等水位線圖：潛水等水位線圖反映了潛水面的形狀及潛水的流動(dòng)確定潛水流動(dòng)方向；確定潛水面的埋藏深度；確定水力坡度；確定潛水和地表水的關(guān)系；分析推斷含水層的巖性或厚度的變化；布置工程設(shè)施的依據(jù)。2024/1/11919（6）潛水的動(dòng)態(tài)與均衡：潛水的動(dòng)態(tài)：在各種自然和人為因素的影響下，地下水的水位、水量和水質(zhì)隨時(shí)間呈有規(guī)律的變化（地下水的動(dòng)態(tài)）。對(duì)潛水動(dòng)態(tài)影響最大的是氣象因素。大氣降水對(duì)潛水起補(bǔ)充水量和沖淡鹽分的作用，而蒸發(fā)所起的作用則相反。2024/1/12020（6）潛水的動(dòng)態(tài)與均衡：潛水的動(dòng)態(tài)：水文因素對(duì)潛水尤其地表水水體附近的潛水動(dòng)態(tài)也有明顯的影響。以河流為例距河越近，潛水位的變化幅度、漲落時(shí)間與河水位的變化越接近。隨著距河距離的增大，河水位變動(dòng)的影響逐漸減弱，即水位變化幅度逐漸變小，滯后時(shí)間增長(zhǎng)，水位變化曲線趨于平緩。2024/1/12121（6）潛水的動(dòng)態(tài)與均衡以河流為例潛水的水質(zhì)距河越近越接近于河水的水質(zhì)。構(gòu)造、巖性等地質(zhì)因素主要是通過(guò)影響潛水補(bǔ)給、徑流和排泄條件而影響其動(dòng)態(tài)。注意：地質(zhì)因素的變化是極其緩慢的，對(duì)于潛水動(dòng)態(tài)的變化也是相對(duì)穩(wěn)定的，主要影響變化的幅度和延續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)短而不改變動(dòng)態(tài)的基本形態(tài)。2024/1/12222（6）潛水的動(dòng)態(tài)與均衡潛水的均衡：潛水的水量和鹽分收支間的數(shù)量關(guān)系的外部表現(xiàn)便是潛水的均衡。通常把水量均衡叫水均衡，鹽分的均衡叫鹽均衡。當(dāng)潛水水量的收入大于支出時(shí)稱(chēng)為正均衡，其結(jié)果是潛水的存儲(chǔ)量增加、水位上升。反之，則稱(chēng)負(fù)均衡。進(jìn)行均衡研究的地區(qū)稱(chēng)均衡區(qū)，進(jìn)行均衡計(jì)算的時(shí)間段稱(chēng)為均衡期。2024/1/12323（6）潛水的動(dòng)態(tài)與均衡對(duì)某一均衡區(qū)，均衡期內(nèi)潛水收入項(xiàng)如下：

2024/1/12424（6）潛水的動(dòng)態(tài)與均衡對(duì)某一均衡區(qū)，均衡期內(nèi)潛水支出項(xiàng)：以上各項(xiàng)均用均衡區(qū)單位面積上的水柱高度表示，單位通常采用毫米2024/1/12525（6）潛水的動(dòng)態(tài)與均衡潛水水量收支間的不平衡造成潛水存儲(chǔ)量發(fā)生變化。據(jù)此可列出潛水的均衡式如下：該均衡區(qū)在均衡期內(nèi)存儲(chǔ)量的總變化值為乘以均衡區(qū)的面積。2024/1/12626（6）潛水的動(dòng)態(tài)與均衡潛水的均衡式還可根據(jù)均衡區(qū)均衡期的具體情況進(jìn)行簡(jiǎn)化。例如：如果均衡區(qū)內(nèi)尚未進(jìn)行人工開(kāi)采，潛水含水層的隔水底板隔水性好，均衡期內(nèi)無(wú)灌溉水或其它人工補(bǔ)給的下滲水，同時(shí)凝結(jié)水量很少可以忽略，在這種情況下，潛水的均衡式可簡(jiǎn)化為：2024/1/12727三、承壓水充滿(mǎn)在兩個(gè)穩(wěn)定的不透水層或弱透水層之間的含水層中的重力水成為承壓水。其上部不透水層得底界面和下部不弱透水層頂面分別稱(chēng)為隔水頂板和隔水底板，構(gòu)成承壓含水層的頂、底界面。2024/1/12828三、承壓水承壓含水層內(nèi)各點(diǎn)的測(cè)壓水位所連成的面即為該含水層的測(cè)壓水位面。某點(diǎn)處由其隔水頂界面到測(cè)壓水位面間的垂直距離叫做該點(diǎn)處承壓含水層的承壓水頭（h）。承壓水頭的大小表征了該點(diǎn)處承壓水作用于隔水頂板上的靜水壓力大小。當(dāng)測(cè)壓水位高于地面時(shí)承壓水的承壓水頭稱(chēng)為正水頭，反之，稱(chēng)為負(fù)水頭。2024/1/12929三、承壓水承壓水充滿(mǎn)兩個(gè)不透水層，補(bǔ)給區(qū)位置較高而使該處的地下水具有較高的勢(shì)能。承壓含水層的測(cè)壓水位面是一個(gè)位于其頂界面以上的虛構(gòu)面。承壓水由測(cè)壓水位高處向測(cè)壓水位低處流動(dòng)。當(dāng)含水層中的水量發(fā)生變化，其測(cè)壓水位面也因之而升降，但含水層的頂界面及含水層的厚度則不發(fā)生顯著變化。2024/1/13030三、承壓水由于上部不透水層的阻隔，承壓含水層與大氣圈及地表水的聯(lián)系不如潛水密切。承壓水的分布通常大于其補(bǔ)給區(qū)。承壓水資源不如潛水水資源那樣得到補(bǔ)充和恢復(fù)。承壓水通常不易受到污染，但一旦受到污染，凈化極其困難。因此，在利用承壓水作為供水水源時(shí)，對(duì)水質(zhì)保護(hù)問(wèn)題不能掉以輕心。2024/1/13131（1）承壓水的補(bǔ)給：承壓水露頭區(qū)大氣降水的補(bǔ)給往往是承壓水的主要補(bǔ)給源。露頭區(qū)位于地形高處－含水層僅能接受降雨量；露頭區(qū)位于地形低洼－含水層獲得露頭區(qū)降水補(bǔ)給和匯流區(qū)入滲補(bǔ)給；承壓含水層的補(bǔ)給區(qū)位于河床或地表水體附近，或地表水與承壓含水層之間存在導(dǎo)水通道，且含水層的測(cè)壓水位低于地表水的水位時(shí)－獲得地表水補(bǔ)給。2024/1/13232（1）承壓水的補(bǔ)給：2024/1/13333（1）承壓水的補(bǔ)給：其他含水層對(duì)承壓含水層的補(bǔ)給。地形與構(gòu)造組合情況不同，補(bǔ)給區(qū)的位置亦不相同。另一補(bǔ)給來(lái)源－人工補(bǔ)給，在一些地區(qū)為供水或排放工業(yè)廢水的目的，向承壓含水層人工回灌低礦物水或廢水，構(gòu)成了承壓水的。2024/1/13434（2）排泄由承壓水補(bǔ)給的泉叫做上升泉。這類(lèi)泉水在出口處由于存在一定的承壓水頭，地下水由下向上流動(dòng)，常常出現(xiàn)上涌、冒泡和翻砂等現(xiàn)象。深部地下水所補(bǔ)給的泉水，常常具有較高的溫度而形成溫泉，其礦化度亦較高，并常富集某些元素和其他成分。2024/1/13535（2）排泄當(dāng)承壓水的排泄區(qū)與潛水含水層或地表水體相連，或其間存在導(dǎo)水通道，而且承壓水的水位高于潛水或地表水水位時(shí)，承壓水還可以向潛水含水層和地表水水體排泄2024/1/13636（2）排泄在開(kāi)采承壓水以及因礦山開(kāi)采或進(jìn)行其他工程設(shè)施而大量抽吸或排放承壓水的地區(qū)，人工排泄可成為承壓水的主要排泄方式。2024/1/13737第3節(jié)地下水運(yùn)動(dòng)基本特征滲流的基本概念（掌握）滲流的基本定律（掌握）巖層分類(lèi)（熟悉）2024/1/13838一、滲流的基本概念2024/1/13939水在巖石的孔隙和裂隙中的滲透多孔介質(zhì)：賦存地下水的孔隙巖石（如砂層、礫石層等）滲透：地下水在多孔介質(zhì)或裂隙介質(zhì)中的運(yùn)動(dòng)。2024/1/14040水在巖石的孔隙和裂隙中的滲透假想水流具有的性質(zhì)：通過(guò)任一斷面的流量與真實(shí)水流通過(guò)同一斷面的流量相等；在某斷面上的壓力或水頭應(yīng)等于真實(shí)水流的壓力和水頭；在任意巖石體積內(nèi)所受的阻力應(yīng)該等于真實(shí)水流所受的阻力；滿(mǎn)足上述條件的這種假想水流稱(chēng)為滲透水流或簡(jiǎn)稱(chēng)滲流。

2024/1/14141滲透速度和實(shí)際流速

垂直于滲流方向的含水層截面叫過(guò)水?dāng)嗝妫òㄍ寥李w粒），其面積用ω表示）滲流速度：滲流在其過(guò)水?dāng)嗝嫔系钠骄魉俜Q(chēng)為滲透速度V——滲透速度，m/d，m/s；ω——過(guò)水?dāng)嗝婷娣e（顆粒和空隙總面積），m2；Q——滲透流量，簡(jiǎn)稱(chēng)流量，即單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)過(guò)水?dāng)嗝娴臐B流體積。與實(shí)際水流通過(guò)該斷面的流量相等，m3/d，L/s。2024/1/14242滲透速度和實(shí)際流速2024/1/14343滲透速度和實(shí)際流速滲透速度是一個(gè)假想速度，當(dāng)流量不變，整個(gè)過(guò)水?dāng)嗝嫒繛榧傧胨鞒錆M(mǎn)時(shí)滲流運(yùn)動(dòng)的平均流速。實(shí)際流速：實(shí)際地下水流在巖石空隙空間中的實(shí)際平均流速

u——地下水的實(shí)際流速，m/d，m/s；

ω’——過(guò)水?dāng)嗝嬷锌障端嫉目偯娣e，m2；

n——巖石的空隙度（以小數(shù)表示）。

滲透速度與實(shí)際速度的關(guān)系：2024/1/14444流線流線：在滲流場(chǎng)中作一個(gè)假想的空間幾何線，這根線上的每一個(gè)液流質(zhì)點(diǎn)在某一瞬時(shí)的滲透速度矢量均與這根幾何線相切，我們把這根幾何線稱(chēng)為流線。2024/1/14545流線流線與跡線的區(qū)別：流線：同一時(shí)間內(nèi)不同液流質(zhì)點(diǎn)的連線，此時(shí)各液流質(zhì)點(diǎn)的速度矢量均與這根線相切。跡線：某一液流質(zhì)點(diǎn)在不同時(shí)間內(nèi)連續(xù)運(yùn)動(dòng)所得到的軌跡。

2024/1/14646水力坡度降落曲線：沿地下水流的方向任取一個(gè)垂直剖面，可以得到一條水頭降落的曲線。（潛水可稱(chēng)為浸潤(rùn)曲線）。水力坡度：沿滲流途徑的水頭降落值和滲流途徑長(zhǎng)度之比值。2024/1/14747液體流動(dòng)的兩種狀態(tài)

層流：液體的流束（流層）互不混雜的流動(dòng)稱(chēng)為層流流動(dòng)。紊流：液體的流束（流層）相互混雜的流動(dòng)稱(chēng)為紊流流動(dòng)。臨界速度：由層流轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪鲿r(shí)管內(nèi)的水流速度稱(chēng)為臨界速度。地下水在絕大多數(shù)情況下都呈層流運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。只有在卵石層的大孔隙中，當(dāng)水力坡度很陡時(shí)，以及在大的裂隙和洞穴中，才能出現(xiàn)紊流運(yùn)動(dòng)狀態(tài)2024/1/14848二、滲流的基本定律

線性滲透定律（達(dá)西定律）非線性滲透定律2024/1/14949線性滲透定律（達(dá)西定律）

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

Q——滲流流量，m3/d；

A——過(guò)水?dāng)嗝婷娣e，m2；

H1、H2——1，2斷面處的水頭值，m；

L——滲流長(zhǎng)度，m；

J——水力坡度，無(wú)因次；

K——滲透系數(shù)，m/d；

v——滲透速度，m/d。2024/1/15050線性滲透定律（達(dá)西定律）達(dá)西公式：滲流速度或滲流流量與水力坡度的一次方成正比。又稱(chēng)為線性滲透定律。實(shí)際的地下水，水力坡度是各處不同的，通常任一斷面的滲透流速的表達(dá)式中，也就是微分形式的達(dá)西公式為：

K