【正文】 帶與大氣有較好的連通性，環(huán)境水文地球化學(xué)作用比飽水帶更為強(qiáng)烈。大量氮肥的施用，不僅污染了環(huán)境，而且降低了食物的品質(zhì)，對(duì)人類的健康產(chǎn)生重要的影響。但因其是劇毒農(nóng)藥，又有嚴(yán)重的殘留毒性和積累毒性，目前很多國家都在限制或取消有機(jī)汞農(nóng)藥的生產(chǎn)和使用。在酸雨的影響下某些地區(qū)地下水中的汞、鋅、鎘、鋁、銅等元素含量有所升高。如果放置的位置選擇不當(dāng)，防水、防滲處理不善，污染物經(jīng)雨水分解淋濾而下滲，將造成地下水的污染。工業(yè)污染源中尤以廢水、廢渣對(duì)地下水影響明顯。影響經(jīng)濟(jì)發(fā)展，甚至威脅到人民的身體健康和生命安全。當(dāng)溫度升高或壓力減小時(shí)，水中 CO2 含量就會(huì)減少，這時(shí)水中的 HCO3便會(huì)與 Ca2+、Mg 2+結(jié)合產(chǎn)生沉淀。陽離子交替吸附作用最易在細(xì)顆粒巖石，特別是在粘土、亞粘土中發(fā)生?；旌献饔糜泻唵位旌献饔门c反應(yīng)混合作用兩種。濃縮作用的結(jié)果，除礦化度增加外，其化學(xué)成分也可能隨之變化。溶濾作用是形成地下水原始化學(xué)成分的主要作用。 大腸菌群是大腸菌及其他與其相似的細(xì)菌的總稱。在這種情況下，厭氧菌繁殖并活躍起來，有機(jī)物發(fā)生腐敗作用，會(huì)使水發(fā)出臭味。如 Ca(HCO3)Mg(HCO3)CaSOMgSOCaClMgCl2等。地下水按PH值的分類，見表49 。（Mg 2+） 雖然鎂離子在所有地下水中都存在，但是較少遇到鎂占優(yōu)勢的水。鉀與鈉一樣，與主要陰離子形成可溶化合物（KCl、K 2SO K2CO3），但鉀在地下水中含量卻很少，一般只有鈉含量的4%—10% ，其最大的含量見于低礦化度的水中。鈉的所有鹽類均具有很高的溶解性，因此其遷移能力極強(qiáng)。由于重碳酸鈣、鎂在水中的溶解度隨溫度的上升而降低，水溫達(dá)到100 oC時(shí)它們的溶解度為零，所以HCO 3隨水深的增加而降低。(HCO 3)和碳酸根離子(CO 32) 重碳酸根離子和碳酸根離子是天然水中很重要的組成部分，在水中與碳酸之間存在一定數(shù)量的轉(zhuǎn)換關(guān)系 ????23332 COHCH平衡式中任何一項(xiàng)的變化，都會(huì)引起其他項(xiàng)數(shù)量的變化。在缺氧條件下，不穩(wěn)定的硫酸根離子被還原成硫化氫。除上述來源外，含Cl 的大氣降水也是氯離子的一個(gè)重要來源。水中的陰離子OH和CO 32能與重金屬離子形成難溶的化合物。上述組分中以Cl 、SO 4HCO K +、Na +、Ca 2+、Mg 2+最常見、含量最多。在不同地區(qū),地下水溫度差異很大。有機(jī)物質(zhì)使地下水有魚腥味。為更有效地保護(hù)地下水環(huán)境，深入了解和研究地下水的化學(xué)成分及其形成、發(fā)展和運(yùn)移過程，研究污染地下水的主要污染源及形成地下水污染的地質(zhì)條件，對(duì)污染物的運(yùn)移進(jìn)行預(yù)測、預(yù)報(bào)是必要的。因此，達(dá)西定律適用范圍很廣，它不僅是水文地質(zhì)定量計(jì)算的基礎(chǔ)，還是定性分析各種水文過程的重要依據(jù)。地下水在巖層空隙中運(yùn)動(dòng)時(shí)，為了克服阻力消耗機(jī)械能而出現(xiàn)水頭損失。嚴(yán)格的講，自然界地下水都屬于非穩(wěn)定流，但是為了便于分析 和計(jì)算，也可以將某些運(yùn)動(dòng)要素變化比較小的滲流，近似地看作穩(wěn)定流。發(fā)生滲流的區(qū)域稱為滲流場或逕流場。在此也僅就飽水帶重力水穩(wěn)定水流的運(yùn)動(dòng)規(guī)律略加介紹。地下水的逕流方向是環(huán)評(píng)工作中應(yīng)該注意的問題。此外，一個(gè)含水層的水可向另一個(gè)含水層排泄。因此，河流附近的地下水一般比較豐富。河道愈是寬廣、河水位愈高，河床濕周便愈長，愈有利于對(duì)地下水的補(bǔ)給。河流與地下水之間的補(bǔ)給，取決于河水位與地下水位的關(guān)系，這種關(guān)系沿著河流縱斷面有所變化。反之，若地形平緩，坡流緩慢，入滲時(shí)段延長，轉(zhuǎn)為地下水的部分就越多。影響降水補(bǔ)給的因素主要有：降水強(qiáng)度、包氣帶巖性與厚度、地形坡度、植被發(fā)育情況等。（一）地下水的補(bǔ)給含水層自外界獲得水量的作用過程稱作補(bǔ)給。補(bǔ)給、逕流、排泄條件越差，水循環(huán)越緩慢，水從巖層中溶出的鹽分就越多，水的含鹽量就越高。當(dāng)頂?shù)装鍨樗礁羲畬訒r(shí)，它還可以通過半隔水層，從上部或下部的含水層獲得補(bǔ)給，或向上、下部含水層排泄。潛水面上各點(diǎn)的高程稱作潛水位。干旱季節(jié)排泄量大于補(bǔ)給量，潛水面下降，含水層變薄，埋藏深度加大。潛水面到地面的距離為潛水埋藏深度。在包氣帶中，巖石空隙沒有充滿液態(tài)水，近地表部分主要分布?xì)鈶B(tài)水及結(jié)合水，靠近下部接近飽水帶部位，由于毛細(xì)力的作用，重力水從地下水面上升到一定高度（毛細(xì)上升高度 ） ，形成毛細(xì)水帶。上層滯水接近地表，補(bǔ)給區(qū)和分布區(qū)一致，可受當(dāng)?shù)卮髿饨邓暗乇硭娜霛B補(bǔ)給，并以蒸發(fā)的形式排泄。因此，蓄水構(gòu)造也就是獨(dú)立的水文地質(zhì)單元。巖層的儲(chǔ)水空間越大、數(shù)量越多、連通性越好，則透水性能就越好，重力水就越容易入滲、流動(dòng)。又如在巖溶化的地層中，只有在溶隙發(fā)育的部位才含有水，而并非整個(gè)巖層都含有水。但當(dāng)孔隙足夠大時(shí)，在較大的水頭差作用下，部分結(jié)合水會(huì)發(fā)生運(yùn)動(dòng)，粘土層便能透水并給出一定數(shù)量的水。空隙細(xì)小的巖層，所含的幾乎全是結(jié)合水。表 42 給出了黃、淮、海平原地區(qū)滲透系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)值供參考。巖石空隙比表面積越大，結(jié)合水含量就越大，持水度也越大。（三）與地下水儲(chǔ)容、運(yùn)移有關(guān)的巖石性質(zhì) 當(dāng)空隙足夠大時(shí)，空隙中既有結(jié)合水又有重力水；微細(xì)的空隙，若顆粒間距小于結(jié)合水厚度的兩倍，空隙中便全部充滿結(jié)合水，而不存在重力水。組成巖石的礦物中則有礦物結(jié)晶水。即使求得了某一巖層的平均巖溶率，也仍然不能代表真實(shí)的巖溶發(fā)育情況?？障兜亩嗌?、大小、連通情況及分布規(guī)律，決定著地下水分布與運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)。地球上水的總量約為 15 億 km3。 固結(jié)的堅(jiān)硬巖石，包括沉積巖、巖漿巖與變質(zhì)巖。例如：松散巖類固然主要發(fā)育孔隙，但某些粘性土失水干縮后可以產(chǎn)生裂隙，這些裂隙的水文地質(zhì)意義往往超過其原有的孔隙；成巖程度不高的沉積巖，往往既有裂隙又有孔隙；易溶巖在同一巖層的不同部位，由于溶蝕強(qiáng)度不均一，有的部分主要發(fā)育裂隙，有的部分主要發(fā)育溶穴。結(jié)合水被束縛在固體表面，不能在重力作用下自由運(yùn)動(dòng)。 即巖石中所能容納的最大的水的體積與溶水巖石體積之比，以小數(shù)或百分?jǐn)?shù)表示。給水度在數(shù)值上等于容水度減去持水度。對(duì)于松散巖類來說，孔隙度變化較小，給水度的大小在很大程度上可以說明透水性的好壞。含水層和隔水層的劃分又是相對(duì)的，并不存在截然的界限。所謂的越流滲透主要是在這類巖層中進(jìn)行的。在一個(gè)系統(tǒng)中的地下水，可將其看成一個(gè)整體，具有統(tǒng)一的水力聯(lián)系，即當(dāng)這個(gè)系統(tǒng)的某些部位接受外界水補(bǔ)給時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)的水量就將增加；而當(dāng)系統(tǒng)中任何一處向外排水或人為取水時(shí)，則整個(gè)含水系統(tǒng)的水量將減少。只有這樣，才能使運(yùn)動(dòng)于空隙中的重力水，較長久的儲(chǔ)存起來，充滿巖層空隙，形成含水層。在堅(jiān)硬巖層分布區(qū)，主要有單斜蓄水構(gòu)造、背斜蓄水構(gòu)造、向斜蓄水構(gòu)造、斷裂型蓄水構(gòu)造、侵入接觸型蓄水構(gòu)造、巖溶型蓄水構(gòu)造等。有時(shí)也將包氣帶水稱之為非飽和帶水。根據(jù)埋藏條件分為潛水和承壓水。自然條件下潛水的排泄方式有兩種：一種是向下游逕流，以泉、滲流等形式泄出地表或流入地表水體，這便是逕流排泄；另一種是通過包氣帶或植物蒸發(fā)進(jìn)入大氣，稱為蒸發(fā)排泄。潛水的水質(zhì)變化很大，主要取決于氣侯、地形及巖性條件。 充滿于兩個(gè)隔水層之間的含水層中的水叫做承壓水。承壓水和潛水一樣，很大程度上來源于現(xiàn)代滲入水（大氣降水、地表水） 。但是，一旦污染后很難使其凈化，因此在開發(fā)利用時(shí)應(yīng)注意水源的衛(wèi)生保護(hù)。 大氣降水通過巖層空隙滲入補(bǔ)給地下水。綿綿細(xì)雨對(duì)地下水的補(bǔ)給最為有利。一方面，植被阻滯了地表徑流。河流補(bǔ)給地下水時(shí)，補(bǔ)給量的大小取決于下列因素：河床以下地層的透水性、河流與地下水有聯(lián)系部分的長度及河床濕周（浸水周界） ，河水位與地下水位高差，以及河床過水時(shí)間的長短。開始，河水與地下水并不相連，下滲水使地下水面凸起（圖 42a） ；隨著地下水位提高，地表水與地下水聯(lián)成一體，被抬高的地下水面向外擴(kuò)展，河水滲漏量變?。▓D 42b） ；河水?dāng)嗔骱?，地下水位逐漸趨平，使一定范圍內(nèi)地下水位普遍抬高（圖 42c） 。承壓水則僅在含水層出露于地表，或與地表連通處（在此處已轉(zhuǎn)化為潛水）方能獲得補(bǔ)給。蒸發(fā)排泄僅消耗地下水量，鹽分仍留在地下水中，故此種排泄方式會(huì)使地下水礦化度升高，水質(zhì)發(fā)生變化。局部受地形控制從高處流向低處。要掌握地下水在每個(gè)實(shí)際空隙通道中的流動(dòng)特征是不可能的，也是不必要的。所以地下水滲流速度遠(yuǎn)比地表水流速小。從水力學(xué)知，通過某一斷面的流量 Q 等于流速 V 與過水?dāng)嗝婷娣e ω的乘積，即：Q=ωV (42)據(jù)此，達(dá)西定律也可表達(dá)為：V=K I (43)式中 V 稱作滲流速度（m/d） ，其余各項(xiàng)意義同前。（K） 是反映巖石透水性能的指標(biāo)，其數(shù)值是水力梯度 I=1 時(shí)的滲透速度。研究地下水水量，主要是分析地下水的補(bǔ)給、徑流和排泄過程，分析地下水運(yùn)動(dòng)的機(jī)理及其與外界的交換關(guān)系，使人們能在數(shù)量上研究并掌握地下水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。表45 地下水的顏色與水中存在物質(zhì)的關(guān)系 [4]存在物質(zhì) 硬水 低鐵 高鐵 硫化氫 錳的化合物 腐殖酸鹽顏色 淺藍(lán) 淡灰 銹色 翠綠 暗紅 暗黃或灰黑 常見的地下水多是透明的，但其中如含有一些固體和膠體懸浮物時(shí)，則地下水的透明度有所改變。近地表的地下水水溫受氣溫的影響，具有周期性變化的特征。通常情況下，20200m的井水溫度在1720 oC之間。在水中含量少于10mg/L的元素稱為微量元素或微量成分（個(gè)別情況下水中微量元素的含量可以高于此值）。其含量的變化范圍很大，由每升水中數(shù)毫克至數(shù)百克不等。 硫酸根離子同樣具有很好的遷移性，僅次于氯離子。此外，硫酸根離子也來自有機(jī)物的分解。在PH＜5時(shí)重碳酸根的濃度實(shí)際上等于零。地下水中的HCO 3和CO 32主要來源是各種碳酸鹽類（石灰?guī)r、白云巖等）的溶解。較少一部分鈉以硫酸鹽的形式遷移。（Ca 2+） 鈣離子是低礦化水中的主要陽離子，重碳酸鈣水是低礦化水的普遍特征。鎂的來源主要為白云巖、泥灰?guī)r和基性巖、超基性巖的風(fēng)化、溶解。也可以將分析得到的陰、陽離子含量相加求得理論干涸殘余物值。 雨水屬軟水，地表水的硬度隨地區(qū)等因素而異，一般地表水的硬度不會(huì)過高，地下水的硬度往往比地表水高。根據(jù)分析時(shí)所采用的氧化劑不同，分為高錳酸鹽耗氧量（高錳酸鹽指數(shù)）和重鉻酸鹽耗氧量。飲用水中不應(yīng)含有病原微生物，因此限定飲用水中大腸菌群小于3個(gè)/L。巖石和礦物在天然水中的溶解度，決定于組成這些礦物的離子半徑、離子價(jià)、化學(xué)鍵類型及其它物理、化學(xué)性質(zhì)，另一方面，也同水的溫度、壓力、濃度、酸度和氧化還原電位等存在密切關(guān)系（見表 411） 。以 HCO3為主要成分的低礦化水，在濃縮后會(huì)變?yōu)?SO42為主的水，進(jìn)一步濃縮會(huì)變?yōu)橐?CL_為主的高礦化度水。 巖石顆粒表面常帶有負(fù)電荷，能吸附某些陽離子。反過來，若地下水中某種離子濃度減小或條件變化，可以重新溶解已沉淀的鹽分，使之進(jìn)入地下水中，增大地下水中該離子的含量。機(jī)械過濾作用 由于土壤顆粒較細(xì)，水中的懸浮物、細(xì)菌等顆粒較大的物質(zhì)，在通過表層土壤時(shí)，可以被土體截留。按產(chǎn)生污染物的部門或活動(dòng)，可將污染源分為工業(yè)污染源、生活污染源、農(nóng)業(yè)污染源等。（1）廢水 目前，我國多以排水溝渠將工業(yè)廢水排入地表納污河流，當(dāng)排放污水的水質(zhì)未達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，不僅使地表水受到污染，同時(shí)，經(jīng)過排污溝渠的滲透也污染了地下水。有害氣體主要包括二氧化硫、氧化氰、二氧化碳、氯氣等。與地下水污染有關(guān)的幾種重要?dú)⑾x劑有：有機(jī)氯（DDT和六六六）、有機(jī)磷（ 、3911.敵百蟲、樂果）、有機(jī)汞（賽力散、雨力生）和除草劑農(nóng)藥。有機(jī)肥料主要包括動(dòng)物糞便、綠肥、墊草等。目前我國城市污水用于灌溉的比例很高，特別是污水土地處理技術(shù)的研究和開發(fā)，為工業(yè)廢水和城市污水的處理開辟了一條行之有效的途徑。但另一方面，人為因素和自然因素造成了土壤中有害成分的聚集，當(dāng)條件改變時(shí)，這些有害成分可成為地下水的間接污染源。 礦石中的金屬含量很低，以銅為例，品位大于2%的為富礦，1%2%為中等品位礦，低于1%的為貧礦。礦山（如煤礦）排水有些是PH值很低的酸水，有的含有某些有害的金屬元素和放射性元素（如鉬礦、鉛鋅礦和放射性礦床的礦坑水）。潛水埋藏淺，常與大氣降水及各類地表水體直接發(fā)生聯(lián)系，因此易于受到污染。深部承壓水雖然不易直接受到地表水體的污染，但承壓水與潛水往往是過度的。因此，將建設(shè)項(xiàng)目選址于巖溶巖分布區(qū)必須慎之又慎。在基巖裸露區(qū)或丘陵山區(qū)，淺部含水層的污染條件主要決定于風(fēng)化帶或構(gòu)造裂隙帶的發(fā)育程度，而深層水則主要決定于構(gòu)造條件及含水層補(bǔ)給區(qū)的分布范圍。含水層中，卵、礫石、粗砂層滲透性強(qiáng)，而中細(xì)砂層則較弱。18 / 75由于礦山的疏干作用，形成區(qū)域性地下水降落漏斗，改變地下水的天然流向?？梢?，大量的廢石是金屬采礦過程中的一大污染源。生活污水的排放，一是排入地下管道然后排入河道，二是排入附近池塘、洼地或直接排入河流，首先污染地表水，然后隨地表水滲入地下，造成地下水污染。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，化肥、農(nóng)藥主要施用在地表或植物的莖和葉，殘留的污染物或毒素首先積累于包氣帶中。呈NO 3狀態(tài)的氮比溶解的磷類物質(zhì)在地下水中具有更大的活動(dòng)性。有機(jī)汞農(nóng)藥藥效高、成本低，多年來被用作殺菌劑。地下水酸化區(qū)的時(shí)空分布規(guī)律與酸雨分布密切相關(guān)，酸雨對(duì)地下水中微量元素的變化也有重要影響。這些廢渣有的用坑池存放，有的直接堆放在地面，有的深挖填埋。 工業(yè)污染源是地下水污染的主要來源，其特點(diǎn)是排放量大、含污染物質(zhì)多、成分復(fù)雜、毒性大、不易凈化。三、地下水污染（一）污染源與污染物工業(yè)及城市廢水、廢渣的不合理排放、處置，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中農(nóng)藥、化肥的淋失等，造成很多地區(qū)的地下水水質(zhì)惡化。 碳酸鹽類，在水中的溶解度取決于水中所含 CO2 的數(shù)量。此外，吸附能力與離子在水溶液中的濃度成正比，濃度大的離子比濃度小的離子易被吸附。如海岸、湖岸、河岸