地下水污染與防治

課程的主要/重點內(nèi)容地下水基礎(chǔ)知識（*）地下水污染概論（**）地下水污染與自凈作用（**）地下水溶質(zhì)遷移擴散理論（***）地下水污染調(diào)查與監(jiān)測（**）地下水污染評價（*）地下水污染預(yù)測方法（**）地下水環(huán)境保護與污染控制（*）2024/1/111第一章地下水基礎(chǔ)知識主要內(nèi)容

地下水的存在形式（了解）

地下水的埋藏條件（熟悉）

地下水運動基本特征（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：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，對某一類巖性所測得的孔隙率具有較好的代表性，適用于一個相當(dāng)大的范圍；堅硬巖石中的裂隙，一般發(fā)育頗不均勻，某一處測得的裂隙率只能代表一個特定部位，適用范圍有限；巖溶發(fā)育極不均勻，實際上很難測得能夠說明某一巖層巖溶發(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作包氣帶，以下稱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，是一個自由表面。主要補給源－大氣降水。排泄途徑－蒸發(fā)；透過其下面的弱透水底板2024/1/177一、上層滯水

緩慢下滲進行垂向排泄；在重力作用下，在底板邊緣進行側(cè)向的散流。上層滯水的水量一方面取決于其補給水源，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：潛水面一般不承受靜水壓力，是一個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，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。2024/1/11010二、潛水潛水通過包氣帶和大氣圈及地表水發(fā)生密切聯(lián)系。通過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給，補給區(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）潛水的補給、排泄和徑流：含水層從外界獲得水量的過程叫補給；耗失水量的過程叫排泄；地下水由補給區(qū)向排泄區(qū)流動的過程便是地下水的徑流。地下水的補給、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充和更新的特點。2024/1/11212（2）潛水的補給：大氣降水和地表水的入滲是潛水的主要補給區(qū)大氣降水對潛水的補給：通常大氣降水是潛水的主要補給源。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給，因此降水的補給是面的補給。包氣帶是降水入滲補給潛水的通道。2024/1/11313（2）潛水的補給：大氣降水和地表水的入滲是潛水的主要補給區(qū)地表水對潛水的補給：江、河、湖、海及水庫等地表水體，當(dāng)他們與潛水間具有水力聯(lián)系且水面高出潛水面時，均可對潛水進行補給（見下圖所示）。2024/1/11414（2）潛水的補給：大氣降水和地表水的入滲是潛水的主要補給區(qū)承壓水對潛水的補給凝結(jié)水對潛水的補給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；通過蒸發(fā)逸入大氣；在一定條件下潛水還可通過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為主，統(tǒng)稱為徑流排泄。蒸發(fā)使?jié)撍D(zhuǎn)化為水汽進入大氣，以垂直方向為主，稱之為蒸發(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，這種流動過程便是潛水的徑流。潛水的徑流強度通常是用單位時間內(nèi)通過單位過水?dāng)嗝婷娣e的水量即滲透速度表征。徑流強度的大小與補給量、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，徑流強度越大，徑流量也相對集中。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期潛水位相同的各點聯(lián)成的一系列等水位線所構(gòu)成的。繪圖時注意：等水位線和地表水相交的地段和相交形式；各點的水位資料應(yīng)在相同時間內(nèi)測得；等水位線圖上應(yīng)標(biāo)明水位測量的時間。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確定潛水流動方向；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）潛水的動態(tài)與均衡：潛水的動態(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)隨時間呈有規(guī)律的變化（地下水的動態(tài)）。對潛水動態(tài)影響最大的是氣象因素。大氣降水對潛水起補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）潛水的動態(tài)與均衡：潛水的動態(tài)：水文因素對潛水尤其地表水水體附近的潛水動態(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，河水位變動的影響逐漸減弱，即水位變化幅度逐漸變小，滯后時間增長，水位變化曲線趨于平緩。2024/1/12121（6）潛水的動態(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)因素主要是通過影響潛水補給、徑流和排泄條件而影響其動態(tài)。注意：地質(zhì)因素的變化是極其緩慢的，對于潛水動態(tài)的變化也是相對穩(wěn)定的，主要影響變化的幅度和延續(xù)時間的長短而不改變動態(tài)的基本形態(tài)。2024/1/12222（6）潛水的動態(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稱為正均衡，其結(jié)果是潛水的存儲量增加、水位上升。反之，則稱負(fù)均衡。進行均衡研究的地區(qū)稱均衡區(qū)，進行均衡計算的時間段稱為均衡期。2024/1/12323（6）潛水的動態(tài)與均衡對某一均衡區(qū)，均衡期內(nèi)潛水收入項如下：

2024/1/12424（6）潛水的動態(tài)與均衡對某一均衡區(qū)，均衡期內(nèi)潛水支出項：以上各項均用均衡區(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）潛水的動態(tài)與均衡潛水水量收支間的不平衡造成潛水存儲量發(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)存儲量的總變化值為乘以均衡區(qū)的面積。2024/1/12626（6）潛水的動態(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行簡化。例如：如果均衡區(qū)內(nèi)尚未進行人工開采，潛水含水層的隔水底板隔水性好，均衡期內(nèi)無灌溉水或其它人工補給的下滲水，同時凝結(jié)水量很少可以忽略，在這種情況下，潛水的均衡式可簡化為：2024/1/12727三、承壓水充滿在兩個穩(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)各點的測壓水位所連成的面即為該含水層的測壓水位面。某點處由其隔水頂界面到測壓水位面間的垂直距離叫做該點處承壓含水層的承壓水頭（h）。承壓水頭的大小表征了該點處承壓水作用于隔水頂板上的靜水壓力大小。當(dāng)測壓水位高于地面時承壓水的承壓水頭稱為正水頭，反之，稱為負(fù)水頭。2024/1/12929三、承壓水承壓水充滿兩個不透水層，補給區(qū)位置較高而使該處的地下水具有較高的勢能。承壓含水層的測壓水位面是一個位于其頂界面以上的虛構(gòu)面。承壓水由測壓水位高處向測壓水位低處流動。當(dāng)含水層中的水量發(fā)生變化，其測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給區(qū)。承壓水資源不如潛水水資源那樣得到補充和恢復(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，對水質(zhì)保護問題不能掉以輕心。2024/1/13131（1）承壓水的補給：承壓水露頭區(qū)大氣降水的補給往往是承壓水的主要補給源。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)降水補給和匯流區(qū)入滲補給；承壓含水層的補給區(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，且含水層的測壓水位低于地表水的水位時－獲得地表水補給。2024/1/13232（1）承壓水的補給：2024/1/13333（1）承壓水的補給：其他含水層對承壓含水層的補給。地形與構(gòu)造組合情況不同，補給區(qū)的位置亦不相同。另一補給來源－人工補給，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）排泄由承壓水補給的泉叫做上升泉。這類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，常常出現(xiàn)上涌、冒泡和翻砂等現(xiàn)象。深部地下水所補給的泉水，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，承壓水還可以向潛水含水層和地表水水體排泄2024/1/13636（2）排泄在開采承壓水以及因礦山開采或進行其他工程設(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)地下水運動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（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)中的運動。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)：通過任一斷面的流量與真實水流通過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)該等于真實水流所受的阻力；滿足上述條件的這種假想水流稱為滲透水流或簡稱滲流。

2024/1/14141滲透速度和實際流速

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

u——地下水的實際流速，m/d，m/s；

ω’——過水?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）。

滲透速度與實際速度的關(guān)系：2024/1/14444流線流線：在滲流場中作一個假想的空間幾何線，這根線上的每一個液流質(zhì)點在某一瞬時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為流線。2024/1/14545流線流線與跡線的區(qū)別：流線：同一時間內(nèi)不同液流質(zhì)點的連線，此時各液流質(zhì)點的速度矢量均與這根線相切。跡線：某一液流質(zhì)點在不同時間內(nèi)連續(xù)運動所得到的軌跡。

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

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

實驗結(jié)果：

Q——滲流流量，m3/d；

A——過水?dāng)嗝婷娣e，m2；

H1、H2——1，2斷面處的水頭值，m；

L——滲流長度，m；

J——水力坡度，無因次；

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。又稱為線性滲透定律。實際的地下水，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