1、Introduction: the importance of GW contamination studiesBasic concepts of GW contaminationSome advances in GW contamination studies 水是影响人口增长和分布、经济发展、社会和政治组织以及水是影响人口增长和分布、经济发展、社会和政治组织以及生活质量的决定性因素。它也是引发战争和促进和平的原因。由生活质量的决定性因素。它也是引发战争和促进和平的原因。由于水资源问题在即将到来的几十年里不可能缓和，有关河流和水于水资源问题在即将到来的几十年里不可能缓和，有关河流和水利用、区
2、域水资源、水环境研究的重要性，日见显著。利用、区域水资源、水环境研究的重要性，日见显著。( (图片：图片：从圣洁的香溪河到浑浊的武钢长江水源）从圣洁的香溪河到浑浊的武钢长江水源）在发展中国家，特别是在城市地区，水质在发展中国家，特别是在城市地区，水质普遍变差。发达国家的经验证明，水质的普遍变差。发达国家的经验证明，水质的下降得到抑制甚至逆转的过程是缓慢的，下降得到抑制甚至逆转的过程是缓慢的，而且花费高。美国而且花费高。美国19721972年清洁水法令的推年清洁水法令的推行导致点源污染的地表水水质得到明显改行导致点源污染的地表水水质得到明显改善。善。为了改善水质而作出的进一步努力将要求为了改善水
3、质而作出的进一步努力将要求减少来自非点源的污染。减少来自非点源的污染。在大多数情况下，在大多数情况下，非点源污染很难处理和识别。非点源污染很难处理和识别。1989198920002000年汉江水质状况统计年汉江水质状况统计 达类11.7%达类71.8%达类7.1%达类8.8%达类0.6%高锰酸盐指数79%溶解氧7%氨氮13%生化需氧量1%19892000年最差水质因子统计年最差水质因子统计 主要污染物主要污染物198919901991199219931994199519961997199819992000012345CODMN(mg/L)YearLegend武 汉 新 港武 汉 宗 关汉 口
4、龙 王 庙 水环境中的有害物质是一个具有重要水环境中的有害物质是一个具有重要意义的问题。特别是因为陈旧的存储场地意义的问题。特别是因为陈旧的存储场地开始受到损坏开始受到损坏, ,在今后在今后2020年，对有害化学年，对有害化学废物和放射性废物的产生和储存将会受到废物和放射性废物的产生和储存将会受到越来越多的关注，越来越多的关注， 对现有场地废物在地表和地下的运动进对现有场地废物在地表和地下的运动进行模拟和监测，具有特殊重要的意义。在行模拟和监测，具有特殊重要的意义。在污染对人类健康构成威胁的情况下，开展污染对人类健康构成威胁的情况下，开展这种模拟是极其重要的这种模拟是极其重要的。 USGS(
5、USGS(美国地质调查局美国地质调查局) )的科学家们对全国的科学家们对全国5050多多个河流盆地和含水层开展了资料收集和分析。该个河流盆地和含水层开展了资料收集和分析。该项计划的目标是建立可支持管理和决策的有关河项计划的目标是建立可支持管理和决策的有关河流、地下水和水生生态系统的长期连续和可比较流、地下水和水生生态系统的长期连续和可比较的信息系统。的信息系统。NAWQANAWQA应当能回答以下问题：应当能回答以下问题：1 1美国的河流和地下水现状如何美国的河流和地下水现状如何? ?2 2这些河流和地下水状态随时间是如何变化的这些河流和地下水状态随时间是如何变化的? ?3 3自然特征和人类活动
6、是如何影响这些河流和地下自然特征和人类活动是如何影响这些河流和地下水状态的水状态的? ? NAWQANAWQA是如何回答这些问题的呢？是如何回答这些问题的呢？研究设计和方法全国统一研究设计和方法全国统一以便以便在区域和全国范围内水质状态是可在区域和全国范围内水质状态是可对比的对比的研究是长期和周期性的研究是长期和周期性的以便以便分析水质的变化趋势，从而确定分析水质的变化趋势，从而确定水质是变好还是变差水质是变好还是变差研究工作把人类活动和自然因素与研究工作把人类活动和自然因素与 水水质，水生生物和河流生境联系起来质，水生生物和河流生境联系起来以便以便使研究成果对于有关水资源管理及使研究成果对于
7、有关水资源管理及饮用水和水生生态系统管理的决策饮用水和水生生态系统管理的决策提供帮助提供帮助USGS USGS 的科学家与政府官员，资源管理的科学家与政府官员，资源管理者，工业界代表和其他利益相关者相互者，工业界代表和其他利益相关者相互作用作用以便以便研究的发现与决策者相关联研究的发现与决策者相关联USGSUSGS的科学家来自多学科，包括水文的科学家来自多学科，包括水文学，地质学，生物学。地球物理，地理学，地质学，生物学。地球物理，地理学和统计学学和统计学以便以便能够分析河流盆地和含水层系统能够分析河流盆地和含水层系统相互依赖的特性相互依赖的特性USGSUSGS有责任为所有人提供不带偏有责任为
8、所有人提供不带偏见的科学信息见的科学信息以便以便使研究的发现有多种表现形式，包括原使研究的发现有多种表现形式，包括原始数据，报告，期刊论文，宣传小册子，始数据，报告，期刊论文，宣传小册子，录象带。这些成果大多是免费的。录象带。这些成果大多是免费的。在地下水研究领域，国际水文地质界（尤其是美国）自二在地下水研究领域，国际水文地质界（尤其是美国）自二十世纪八十年代以来，把研究的重点从地下水水资源评价十世纪八十年代以来，把研究的重点从地下水水资源评价与管理转移到地下水污染治理上来与管理转移到地下水污染治理上来美国已经把受污染场地中土壤和地下水污染的去美国已经把受污染场地中土壤和地下水污染的去除作为优
9、先考虑的问题，并计划在未来几十年修复除作为优先考虑的问题，并计划在未来几十年修复30403040万个场地。费用估计达万个场地。费用估计达500010000500010000亿美元亿美元（National Research Council,1994National Research Council,1994）。污染物质）。污染物质泄漏或作为污染物的处置场均可能导致土地和地下水泄漏或作为污染物的处置场均可能导致土地和地下水的污染。美国管理与预算委员会估计，未来的污染。美国管理与预算委员会估计，未来7575年中，年中，修复属于国防部、能源部、内政部、农业部及国家宇修复属于国防部、能源部、内政部、农业
10、部及国家宇航局的受污染场地就需要航局的受污染场地就需要2340389023403890亿美元亿美元（Federal Facilities Policy Group, 1995Federal Facilities Policy Group, 1995）。仅）。仅19961996年美国在污染场地修复上的花费达年美国在污染场地修复上的花费达9090亿美元。亿美元。从美国从美国1976-19961976-1996年与地下水和土壤污染修复技术年与地下水和土壤污染修复技术有关的专利增长情况不难看出，自有关的专利增长情况不难看出，自19911991年后，出现年后，出现了高速增长。欧美国家近了高速增长。欧美国
11、家近1010年来的水文地质研发经年来的水文地质研发经费的重点投向了地下水污染与环境修复技术研究。费的重点投向了地下水污染与环境修复技术研究。近近1010年来在年来在Ground Water, Water Resources Ground Water, Water Resources Research, Environmental Science and Research, Environmental Science and Technology, Applied Geochemistry, Water Technology, Applied Geochemistry, Water Resear
12、chResearch，Journal of Contaminant HydrologyJournal of Contaminant Hydrology等西方水文地质、环境科学与工程类主流学术刊物等西方水文地质、环境科学与工程类主流学术刊物上发表的与地下水有关的论文多与地下水污染有关。上发表的与地下水有关的论文多与地下水污染有关。相比之下，我国同类研究十分薄弱。相比之下，我国同类研究十分薄弱。 我国是一个缺水国家，巨大的人口压力加剧我国是一个缺水国家，巨大的人口压力加剧了水资源短缺的严峻形势。在我国许多地区，天了水资源短缺的严峻形势。在我国许多地区，天然水质恶劣，如原生高氟水和高砷水的分布范围然
13、水质恶劣，如原生高氟水和高砷水的分布范围之广、危害之大实属罕见。之广、危害之大实属罕见。 近几十年来，人类活动造成了大面积的地下近几十年来，人类活动造成了大面积的地下水污染，已经在我国地下水中检测出各种有机污水污染，已经在我国地下水中检测出各种有机污染物、重金属污染物、氮、硫、磷污染物，使得染物、重金属污染物、氮、硫、磷污染物，使得我国我国“水质型水质型”缺水形势日益严峻。缺水形势日益严峻。山西大同盆地浅层地下水山西大同盆地浅层地下水As (10 As (10 33mg/L)mg/L)砷可对人体的呼吸道、胃、肠、肺、肝、骨砷可对人体的呼吸道、胃、肠、肺、肝、骨骼、皮肤均有不同程度的损伤。砷可使
14、人体骼、皮肤均有不同程度的损伤。砷可使人体正常分泌的酶失去活性，使细胞正常代谢发正常分泌的酶失去活性，使细胞正常代谢发主障碍而导致细胞死亡，并可导致末稍神经主障碍而导致细胞死亡，并可导致末稍神经炎、皮肤癌、肺癌。砷进入血液循环后直接炎、皮肤癌、肺癌。砷进入血液循环后直接作用于毛细血管壁，使其通透性增强，麻痹作用于毛细血管壁，使其通透性增强，麻痹毛细血管，造成组织营养障碍，产生急性和毛细血管，造成组织营养障碍，产生急性和慢性中毒。慢性中毒。 Masud Masud Karim(2000) Karim(2000)对孟加拉国水砷中毒患者调查后发现，最常见的是对孟加拉国水砷中毒患者调查后发现，最常见的
15、是黑皮病黑皮病(93.5%)(93.5%)，角化症，角化症(68.3%)(68.3%)，角化过度，角化过度( (眼角膜细胞增多眼角膜细胞增多)(37.6%)(37.6%)和和 leuco-melanosisleuco-melanosis (39.1%) (39.1%)。癌症患者。癌症患者 0.8%0.8%，光化角膜炎和波纹氏病，光化角膜炎和波纹氏病3.1%3.1%。 孟加拉国水砷中毒患者（引自孟加拉国水砷中毒患者（引自Md. Masud KarimMd. Masud Karim，2000)2000) 砷中毒引起的皮肤癌（波纹氏病）砷中毒引起的皮肤癌（波纹氏病）图图1 1 全球范围内主要高砷地下
16、水以及采矿和地热引起的水和环境问题分布全球范围内主要高砷地下水以及采矿和地热引起的水和环境问题分布（SmedleySmedley, 2002, 2002）蓝色代表湖泊蓝色代表湖泊全球全球2020多个国家存在地下水砷异常导致砷中毒的国多个国家存在地下水砷异常导致砷中毒的国家中，比较严重的是分布于亚洲的三个国家（图家中，比较严重的是分布于亚洲的三个国家（图2 2），），按顺序依次为按顺序依次为 孟加拉国、西孟加拉邦（孟加拉国、西孟加拉邦（WBWB，印度），印度）和中国。和中国。局部地下水砷异常的国家越来越多，每年，都有来局部地下水砷异常的国家越来越多，每年，都有来自亚洲国家的关于水砷污染的报道（图
17、自亚洲国家的关于水砷污染的报道（图3 3）。由于砷）。由于砷不是实验室水质常规分析的元素，所以，漏掉了很不是实验室水质常规分析的元素，所以，漏掉了很多高砷水。饮水标准中砷含量的修订，导致许多国多高砷水。饮水标准中砷含量的修订，导致许多国家的水质需要重新评价。家的水质需要重新评价。（1）波兰；（）波兰；（2）安大略湖，加拿大；（）安大略湖，加拿大；（3）新西兰；（）新西兰；（4）西班牙；（）西班牙；（5）匈牙利；（）匈牙利；（6）美国俄勒冈州西）美国俄勒冈州西部；（部；（7）科尔多瓦，阿根廷；（）科尔多瓦，阿根廷；（8）Lagunera，墨西哥；（，墨西哥；（9）台湾；（）台湾；（10）Anto
18、fagasta，智利；（，智利；（11）Lassen County，美国中部；（，美国中部；（12） 斯里兰卡；（斯里兰卡；（13）新斯科舍省，加拿大；（）新斯科舍省，加拿大；（14）菲尔班克斯，阿拉斯）菲尔班克斯，阿拉斯加州（美国州名）；（加州（美国州名）；（15）Millard County，犹他州；（，犹他州；（16）Fallon, 内华达州（美国西部内陆州）；（内华达州（美国西部内陆州）；（17）内蒙古，中国；（内蒙古，中国；（18）新疆）新疆 Utghur，中国；（，中国；（19）孟加拉国；（）孟加拉国；（20）西孟加拉邦，印度。）西孟加拉邦，印度。图图2 2 全球有文献记录的地下水
19、砷污染地区（引自全球有文献记录的地下水砷污染地区（引自D. ChakrabortiD. Chakraborti, 2002, 2002）图图3. 3. 亚洲高砷地下水影响地区（引自亚洲高砷地下水影响地区（引自D. ChakrabortiD. Chakraborti et al., 2002 et al., 2002）（1 1）新疆；（）新疆；（2 2）吉林；（吉林；（3 3）辽宁；）辽宁；（4 4）内蒙古；（）内蒙古；（5 5）宁夏；（宁夏；（6 6）山西；）山西； （7 7）JhelumJhelum, , 巴巴基斯坦；（基斯坦；（8 8）GujratGujrat, , 巴基斯坦；巴基斯坦；（
20、9 9）孟加拉国；）孟加拉国；（1010）尼泊尔；）尼泊尔；（1111） 贵州，中国；贵州，中国；（1212）台湾，中国；）台湾，中国；（1313）河内）河内, , 越南；越南；（1414）缅甸；（）缅甸；（1515）老挝；（老挝；（1616） 西孟西孟加拉邦，印度（加拉邦，印度（1717）柬埔寨；（柬埔寨；（1818）RonphibunRonphibun，泰国，泰国孟加拉国的砷中毒被认为是人类历史上最严重的水安全事件之孟加拉国的砷中毒被认为是人类历史上最严重的水安全事件之一，将可能造成孟加拉国国一，将可能造成孟加拉国国1.31.3亿贫困人口中亿贫困人口中1010的成年人在的成年人在未来死亡。
21、未来死亡。饮用地下水砷的浓度最高达饮用地下水砷的浓度最高达3.7 mg/L3.7 mg/L（SracekSracek A. A.，19981998）。）。 GausGaus et al. (2003) et al. (2003)对孟加拉国对孟加拉国35343534个饮用水井调查分析个饮用水井调查分析后，估计饮水砷后，估计饮水砷0.05 mg/L0.05 mg/L高砷暴露人口大约为高砷暴露人口大约为35003500万万人，饮水砷人，饮水砷10g /L 10g /L 高砷暴露人口高达高砷暴露人口高达57005700万。万。统计显示：我国地方病多发生在环境保护较差及经统计显示：我国地方病多发生在环境
22、保护较差及经济不发达的地区（图济不发达的地区（图4 4）。全国）。全国592592个国家扶贫工作个国家扶贫工作重点县中，有重点县中，有576576个是地方病流行的重病区（中新个是地方病流行的重病区（中新社，社，20042004） 。115115万地方性砷中毒病区人口需要改水。万地方性砷中毒病区人口需要改水。图图4 4 我国地方性砷中毒的类型与分布我国地方性砷中毒的类型与分布（引自侯少范等，（引自侯少范等，20022002）在研究中，有的人往往把组分浓度高者定为污染在研究中，有的人往往把组分浓度高者定为污染物，而根本不去追究其来源；也有的人把所有不物，而根本不去追究其来源；也有的人把所有不利于水
23、的利用的组分统统视为污染组分。这些看利于水的利用的组分统统视为污染组分。这些看法都是片面的。法都是片面的。正确的污染物含义应该是：凡是人类活动导致进正确的污染物含义应该是：凡是人类活动导致进入地下水环境，会引起水质恶化的溶解物或悬浮入地下水环境，会引起水质恶化的溶解物或悬浮物，无论其浓度是否达到使水质明显恶化的程度，物，无论其浓度是否达到使水质明显恶化的程度，均称为地下水污染物。均称为地下水污染物。地下水污染物种类繁多，按其性质可以分为地下水污染物种类繁多，按其性质可以分为三类：三类：化学污染物化学污染物无机污染物、有机污染物无机污染物、有机污染物 生物污染物生物污染物放射性污染物放射性污染物
24、（一）无机污染物（一）无机污染物地下水中最常见的无机污染物是地下水中最常见的无机污染物是NO3-NO3-、NO2-NO2-、NH3NH3、ClCl- -、SO42-SO42-、硬度、硬度、F-F-、CN-CN-、总溶解固体、总溶解固体物及微量重金属物及微量重金属CrCr、HgHg、PbPb、CdCd和类金属和类金属AsAs等。等。其中硬度、总溶解固体物、其中硬度、总溶解固体物、ClCl- -（氯化物）、（氯化物）、SO42-SO42-（硫酸盐）、（硫酸盐）、NO3-NO3-（硝酸盐）和（硝酸盐）和NH3NH3等为无直接毒等为无直接毒害作用的无机污染物，但达到一定的浓度后，同样会害作用的无机污染
25、物，但达到一定的浓度后，同样会对其可利用价值或对环境、甚至对人类健康造成不同对其可利用价值或对环境、甚至对人类健康造成不同程度的影响或危害。程度的影响或危害。（二）有机污染物（二）有机污染物1 1、易于生物降解的有机污染物、易于生物降解的有机污染物这一类污染物不稳定，多属于碳水化合物、蛋白质、脂肪这一类污染物不稳定，多属于碳水化合物、蛋白质、脂肪和油类等自然生成的有机物。它们在微生物的作用下，借和油类等自然生成的有机物。它们在微生物的作用下，借助于微生物的新陈代谢功能，可转化为稳定的无机物。如助于微生物的新陈代谢功能，可转化为稳定的无机物。如在有氧条件下，由好氧微生物作用转化，多产生在有氧条件
26、下，由好氧微生物作用转化，多产生CO2CO2和和H2OH2O等稳定物质。在无氧条件下，则由厌氧微生物作用，等稳定物质。在无氧条件下，则由厌氧微生物作用，最终转化形成最终转化形成H2OH2O、CH4CH4、CO2CO2等稳定物质，同时放出等稳定物质，同时放出硫化氢、硫醇等恶臭气体。耗氧有机污染物主要来源于生硫化氢、硫醇等恶臭气体。耗氧有机污染物主要来源于生活污水，以及屠宰、肉类加工、乳品、制革、制糖和食品活污水，以及屠宰、肉类加工、乳品、制革、制糖和食品等以动植物残体为原料加工生产的工业废水。等以动植物残体为原料加工生产的工业废水。这一类污染物一般都无直接毒害作用，它的主要危害是引这一类污染物一
27、般都无直接毒害作用，它的主要危害是引起地表水体的富营养化。在地下水中此类污染物浓度一般起地表水体的富营养化。在地下水中此类污染物浓度一般都比较小，危害性不大。都比较小，危害性不大。这一类污染物多属于人工合成的有机物质，如有机氯化这一类污染物多属于人工合成的有机物质，如有机氯化物、多环芳烃类化合物、苯并（物、多环芳烃类化合物、苯并（a a）芘和有机重金属化合）芘和有机重金属化合物。它们的性质均比较稳定，不易为微生物所分解，故物。它们的性质均比较稳定，不易为微生物所分解，故称之为难降解的有机污染物。这些物质大多数具有较强称之为难降解的有机污染物。这些物质大多数具有较强的毒性，甚至具有致癌、致畸、致
28、突变的作用，对人体的毒性，甚至具有致癌、致畸、致突变的作用，对人体健康构成严重威胁。健康构成严重威胁。美国环保局（美国环保局（EPAEPA）提出了水体中）提出了水体中129129种优先控制污染物种优先控制污染物名单，俗称黑名单，其中名单，俗称黑名单，其中114114种为有机污染物。我国也制种为有机污染物。我国也制定了适合中国国情的定了适合中国国情的“水中优先控制污染物黑名单水中优先控制污染物黑名单”，包括包括1414类类6868种有毒化学污染物，其中有机毒物占种有毒化学污染物，其中有机毒物占5858种。种。这这5858种有机有毒污染物包括（括号内符号表示对人体健种有机有毒污染物包括（括号内符号
29、表示对人体健康影响范围：康影响范围：O O表示对器官有影响；表示对器官有影响；T T表示毒理影响；表示毒理影响；C C表示在危险水平的表示在危险水平的1010-5-5就有致毒危险）：就有致毒危险）：(1)(1)挥发性氯代烃：二氯甲烷挥发性氯代烃：二氯甲烷(C)(C)、三氯甲烷、三氯甲烷(C)(C)、1 1， 2 2一二氯乙烷一二氯乙烷(C) (C) 、四氯化碳四氯化碳(C)(C)、1 1，1 1，1 1一三氯乙烷一三氯乙烷(T)(T)、1 1，1 1，2 2一三氯乙烷一三氯乙烷(C)(C)、1 1，1 1，2 2，2 2一四氯乙烷一四氯乙烷(C)(C)、三氯乙烯、三氯乙烯(C)(C)、四氯乙烯
30、、四氯乙烯(C )(C )、三溴甲烷（、三溴甲烷（Cc)Cc)。(2)(2)苯系物：苯苯系物：苯(C)(C)、甲苯、甲苯(T)(T)、乙苯、乙苯( (丁丁) )、邻二甲苯、间二甲苯、对二甲苯。、邻二甲苯、间二甲苯、对二甲苯。(3)(3)氯代苯类：氯苯氯代苯类：氯苯(T(TC)C)、邻二氯苯、邻二氯苯( (乃乃) )、对二氯苯、对二氯苯(T)(T)、六氯苯、六氯苯(C)(C)。(4)(4)多氯联苯：多氯联苯多氯联苯：多氯联苯(C)(C)。(5)(5)酚类：苯酚酚类：苯酚(C/T)(C/T)、间甲酚、间甲酚(O)(O)、2 2，44二氯酚二氯酚(C/T)(C/T)、 2 2，4 4，6 6三氯酚三
31、氯酚(C (C O)O)、五氯酚、五氯酚(C(CO)O)、对硝基酚。、对硝基酚。 (6)(6)硝基苯类：硝基苯硝基苯类：硝基苯(T(TO)O)、对硝基苯、对硝基苯、2 2，4 4一二硝基苯一二硝基苯(C)(C)、三硝基苯。、三硝基苯。 (7)(7)苯胺类：苯胺、二硝基苯胺、对硝基苯胺、苯胺类：苯胺、二硝基苯胺、对硝基苯胺、6 6一二氯硝基苯胺。一二氯硝基苯胺。 (8)(8)多环芳烃类：萘、萤蒽多环芳烃类：萘、萤蒽(T)(T)、苯并、苯并(b)(b)萤蒽、苯并萤蒽、苯并(k) (k) 萤蒽、苯并萤蒽、苯并(a)(a)芘芘 (C)(C)、茚并、茚并(1(1，2 2，3 3，c c，d)d)芘芘(C
32、)(C)、苯并、苯并(ghi(ghi) )芘芘(C)(C)。（9 9）酞酸酯类：酞酸二甲酯、酞酸二丁酯、酞酸二辛酯。）酞酸酯类：酞酸二甲酯、酞酸二丁酯、酞酸二辛酯。 (10)(10)农药：六六六农药：六六六(C)(C)、敌敌畏、敌敌畏(T)(T)、乐果、乐果(T)(T)、对硫磷、对硫磷(T)(T)、甲基对硫磷、甲基对硫磷 (T)(T)、 除草醚除草醚(T)(T)、敌百虫、敌百虫(T)(T)。（1111）丙烯腈：苯烯腈）丙烯腈：苯烯腈(C)(C)。（1212）亚硝胺类：）亚硝胺类：NN亚硝基二乙胺、亚硝基二乙胺、N N一亚硝基二正丙胺。一亚硝基二正丙胺。这些水中优先控制污染物具有下列一些共性：这
33、些水中优先控制污染物具有下列一些共性：(1)(1)都具有毒性，与人体健康关系非常密切，在环境都具有毒性，与人体健康关系非常密切，在环境中具有长效性，对环境的影响和人体健康的危害大中具有长效性，对环境的影响和人体健康的危害大多具有不可逆性。多具有不可逆性。(2)(2)有机氯占主体，有机氯占主体，5858个优先控制的有机物中有机氯个优先控制的有机物中有机氯化物占化物占2525个，它们往往难以生物降解。个，它们往往难以生物降解。(3)(3)在水体中含量较低，一般是在水体中含量较低，一般是g/Lg/L数量级甚至数量级甚至ngng/L/L数量级。数量级。细菌：地下水中曾发现并引起水媒病传染的致病菌有：霍
34、乱细菌：地下水中曾发现并引起水媒病传染的致病菌有：霍乱弧菌（霍乱病）、伤寒沙门氏菌（伤寒病）、志贺氏菌、沙弧菌（霍乱病）、伤寒沙门氏菌（伤寒病）、志贺氏菌、沙门氏菌、肠道产毒大肠杆菌、胎儿弧菌、小结肠炎耶氏菌等，门氏菌、肠道产毒大肠杆菌、胎儿弧菌、小结肠炎耶氏菌等，后五种病菌都会引起不同特征的肠胃病。后五种病菌都会引起不同特征的肠胃病。病毒：在地下水中曾发现的病毒主要是肠道病毒，如脊髓灰病毒：在地下水中曾发现的病毒主要是肠道病毒，如脊髓灰质炎病毒、人肠道弧儿病毒、甲型柯萨奇病毒、新肠道病毒、质炎病毒、人肠道弧儿病毒、甲型柯萨奇病毒、新肠道病毒、甲型肝炎病毒、胃肠病毒、呼吸道肠道病毒、腺病毒等，
35、而甲型肝炎病毒、胃肠病毒、呼吸道肠道病毒、腺病毒等，而且每种病毒又有多种类型，对人体健康危害较大且每种病毒又有多种类型，对人体健康危害较大 寄生虫包括原生动物、蠕虫及真菌。在寄生虫中值得注意的寄生虫包括原生动物、蠕虫及真菌。在寄生虫中值得注意的有：梨型鞭毛虫、痢疾阿米巴和人蛔虫有：梨型鞭毛虫、痢疾阿米巴和人蛔虫 放射性放射性核素核素半衰期（半衰期（a a） MPCMPC(pCi(pCi/ml) /ml) 标准标准器官器官主要主要放射物放射物 生物生物半衰期半衰期3 3HH12.2612.263 3全身全身 粒子粒子12d12d9090SrSr28.128.13 3骨骼骨骼 粒子粒子50a50a
36、129129I I1.71.710107 76 6甲状腺甲状腺 粒子粒子 射线射线138d138d137137CsCs30.230.22 2全身全身 粒子粒子 射线射线70d70d226226RaRa160016003 3骨骼骨骼 粒子粒子 射线射线45a45a289289PuPu24400244005 5骨骼骨骼 粒子粒子200a200a 1 1隐蔽性隐蔽性 即使地下水已受某些组分严重污染，但它往往还是无色、无即使地下水已受某些组分严重污染，但它往往还是无色、无味的，不易从颜色、气味、鱼类死亡等鉴别出来。即使人类饮味的，不易从颜色、气味、鱼类死亡等鉴别出来。即使人类饮用了受有毒或有害组分污染
37、的地下水，对人体的影响也只是慢用了受有毒或有害组分污染的地下水，对人体的影响也只是慢性的长期效应，不易觉察性的长期效应，不易觉察2 2难以逆转性难以逆转性 地下水一旦受到污染，就很难治理和恢复。主要是因为其流地下水一旦受到污染，就很难治理和恢复。主要是因为其流速极其缓慢，切断污染源后仅靠含水层本身的自然净化，所需速极其缓慢，切断污染源后仅靠含水层本身的自然净化，所需时间长达数十年、甚至上百年。另一个原因是某些污染物被介时间长达数十年、甚至上百年。另一个原因是某些污染物被介质和有机质吸附之后，会发生解吸质和有机质吸附之后，会发生解吸再吸附的反复交替。再吸附的反复交替。是指污染物从污染源进入到地下
38、水中所经过的路径是指污染物从污染源进入到地下水中所经过的路径 。研究地下水的污染途径有助于制定正确的防治地下研究地下水的污染途径有助于制定正确的防治地下水污染的措施。水污染的措施。地下水污染途径复杂多样，以污染源的种类分为：地下水污染途径复杂多样，以污染源的种类分为：污水渠道和污水坑的渗漏、固体废物堆的淋滤、化污水渠道和污水坑的渗漏、固体废物堆的淋滤、化学液体的溢渗、农业活动的污染以及采矿活动的污学液体的溢渗、农业活动的污染以及采矿活动的污染等等，这显得过于烦杂。染等等，这显得过于烦杂。 按照水力学上的特点可分为四类：间歇入渗型；连按照水力学上的特点可分为四类：间歇入渗型；连续入渗型；越流型；
39、和径流型。续入渗型；越流型；和径流型。 地下水是指赋存于地面以下岩石空隙中的水。地下水是指赋存于地面以下岩石空隙中的水。地下水系统是由两个要素组成：地下水系统是由两个要素组成：一是具有空隙的岩石；一是具有空隙的岩石；二是赋存于岩石空隙中的水。二是赋存于岩石空隙中的水。岩石中的空隙是地下水储存场所和运动通道。岩石中的空隙是地下水储存场所和运动通道。空隙的多少、大小、形状、连通情况和分布空隙的多少、大小、形状、连通情况和分布规律，对地下水的分布和运动具有重要影响。规律，对地下水的分布和运动具有重要影响。按岩石空隙的形态可分为三类：按岩石空隙的形态可分为三类：松散岩石中的孔隙；松散岩石中的孔隙；坚硬
40、岩石中的裂隙；坚硬岩石中的裂隙；可溶岩石中的溶隙。可溶岩石中的溶隙。岩层按其透水性不同，可分为透水层与不透水层。岩层按其透水性不同，可分为透水层与不透水层。饱含水的透水层称为含水层。不透水层通常称为饱含水的透水层称为含水层。不透水层通常称为隔水层。隔水层。透水层与不透水层在概念上具有相对性。透水层与不透水层在概念上具有相对性。严格地讲，自然界中不存在绝对不透水的岩层，只不过严格地讲，自然界中不存在绝对不透水的岩层，只不过某些岩层的透水性极小，以至其透过的水量微不足道而某些岩层的透水性极小，以至其透过的水量微不足道而已。现在人们已经认识到，岩层透水与否取决于时间尺已。现在人们已经认识到，岩层透水
41、与否取决于时间尺度、发生渗透的过水断面的大小和驱动水流动的水力梯度、发生渗透的过水断面的大小和驱动水流动的水力梯度的大小。度的大小。构成地下水系统的含水层与隔水层的分布和组合构成地下水系统的含水层与隔水层的分布和组合关系复杂，这决定了地下水的运动形式及水质和关系复杂，这决定了地下水的运动形式及水质和水量变化特征。水量变化特征。水文地质学根据含水岩层在地质剖面中所处的部位及隔水层（非水文地质学根据含水岩层在地质剖面中所处的部位及隔水层（非透水层）限制的情况，将地下水分为包气带水、潜水和承压水透水层）限制的情况，将地下水分为包气带水、潜水和承压水（见图）。（见图）。水动力弥散作用水动力弥散作用 在
42、多孔介质中在多孔介质中, ,当存在两种或两种以上可溶混当存在两种或两种以上可溶混的流体时，在流体运动作用下其间发生过渡带，的流体时，在流体运动作用下其间发生过渡带，并使浓度趋于平均化，这种现象称为多孔介质并使浓度趋于平均化，这种现象称为多孔介质中的水动力弥散现象，简称弥散现象。中的水动力弥散现象，简称弥散现象。形成弥散现象的作用，简称弥散作用。形成弥散现象的作用，简称弥散作用。造成弥散现象的原因可归结于水在介质中造成弥散现象的原因可归结于水在介质中流动，介质孔隙系统的复杂微观形状、溶流动，介质孔隙系统的复杂微观形状、溶质浓度梯度引起的分子扩散、水性质的改质浓度梯度引起的分子扩散、水性质的改变变
43、( (如粘度、密度等如粘度、密度等) )对速度分布对速度分布( (流速场流速场) )的的影响；水中溶质与固相颗粒间的相互作用影响；水中溶质与固相颗粒间的相互作用一吸附、沉淀、降解、离子交换、生物化一吸附、沉淀、降解、离子交换、生物化学等过程。学等过程。吸附一解吸吸附一解吸离子交换离子交换沉淀沉淀溶解溶解氧化氧化还原还原生物反应生物反应 描述溶质在地下水中运移的数学模型可以分为描述溶质在地下水中运移的数学模型可以分为三类：确定性模型、随机模型和三类：确定性模型、随机模型和“黑箱黑箱”模型。它模型。它们是与近代描述地下水运动的数学模型相对应的，们是与近代描述地下水运动的数学模型相对应的，但溶质的运
44、移要比地下水的运动更为复杂。本节主但溶质的运移要比地下水的运动更为复杂。本节主要讨论溶质运移的确定性模型。要讨论溶质运移的确定性模型。 考虑到溶质在运移过程中的对流作用和水动力弥考虑到溶质在运移过程中的对流作用和水动力弥散作用，再结合质量守恒定律，采用空间平均的方散作用，再结合质量守恒定律，采用空间平均的方法我们就可以导出所谓的对流法我们就可以导出所谓的对流弥散方程，它是描弥散方程，它是描述溶质运移的基本数学模型。述溶质运移的基本数学模型。 在所研究的渗流场中任取一微小的质量在所研究的渗流场中任取一微小的质量均衡体，简称微元体均衡体，简称微元体( (如图如图3-7)3-7)，d dt t时间内
45、微时间内微元体中溶质质量的变化是由三方面引起的。元体中溶质质量的变化是由三方面引起的。 水动力弥散作用由机械弥散和分子扩散作用组成。水动力弥散作用由机械弥散和分子扩散作用组成。设设1 1为机械弥散通量，为机械弥散通量， 2 2为分子扩散通量，为分子扩散通量，P P为为水动力弥散通量，水动力弥散通量，C C为渗透场中溶质的浓度，那么：为渗透场中溶质的浓度，那么： 1 1=-D=-Dn ngradCgradC 2 2 =-D =-D0 0gradCgradCP=P=1 1 + +2 2 =-(D =-(Dn n+D+D0 0)gradC=-DgradC)gradC=-DgradC (31) (31
46、)式中式中D=DD=Dn n+D+D0 0，DD为水动力弥散系数，它是各向异性的，为水动力弥散系数，它是各向异性的，为一个二阶张量。为一个二阶张量。zzzyzxyzyyyxxzxyxxDDDDDDDDDD(32)(32)在在X X方向上由于弥散而引起微元体内溶质质量的变化为方向上由于弥散而引起微元体内溶质质量的变化为X X断面流进与断面流进与X+X+X X断面流出的溶质质量之差断面流出的溶质质量之差 。即。即n n为有效空隙度。为有效空隙度。 ： （3333）zcycxcDDDDDDDDDPPPzzzyzxyzyyyxxzxyxxzyxxxxxMxMtnzytzyxxPtzyxPxx,tnzy
47、xxtzyxPtzyxxPxx,tnzyxxPx在在t t时间内由于弥散，整个微元体中溶质质量时间内由于弥散，整个微元体中溶质质量的改变量为：的改变量为：tnzyxyPMyytnzyxzPMzz（3-4）（3-5）tnzyxzPyPxPMzyx)(（3-6）令令V V代表地下水平均实际流速。在代表地下水平均实际流速。在x x方向上，由于水的平均整体运动而引起的方向上，由于水的平均整体运动而引起的微元体内溶质质量的变化微元体内溶质质量的变化M”M”x x为：为：同理有：同理有： （3737）所以对流作用所引起的微元体中溶质质量的变化所以对流作用所引起的微元体中溶质质量的变化MM为：为：（3838
48、）tnzytzyxxVxctzyxVcMxx),(,tnzyxzVcMtnzyxyVcMtnzyxxVczzyyxtnzyxzVcyVcxVcMzyx假设由于化学反应假设由于化学反应( (如吸附作用等如吸附作用等) )或其它原因，单位时间单或其它原因，单位时间单位体积地下水中溶质质量的变化量为位体积地下水中溶质质量的变化量为WW，那么，那么 t t时间内微时间内微元体中由此而引起的溶质质量的变化量元体中由此而引起的溶质质量的变化量I I为：为： I=WI=WXXYYZnZnt (39)t (39)假设点（假设点（x,y,cx,y,c）附近）附近t t时刻溶质浓度的变化率为时刻溶质浓度的变化率为
49、 ，则，则在在t t时间内，微元体中溶质质量的变化量时间内，微元体中溶质质量的变化量MM为：为：（3-103-10）tctzyxtcnM依质量守恒定律应有：依质量守恒定律应有： M=I+M+M” (311)M=I+M+M” (311)将以上各式同时代入将以上各式同时代入(3-11)中即得：中即得： （312）假定弥散主方向与坐标轴一致，那么：假定弥散主方向与坐标轴一致，那么： （313）tcWzVCyVCxVCzPyPxPzyxzyxzcDycDxcDzcycxcDDDPPPzzyyxxzzyyxxzyx000000将将(313)代入代入(312)中，即得到中，即得到对流弥散方程对流弥散方程(
50、或水动力弥散方程或水动力弥散方程)：WzVcyVcxVczcDzycDyxcDxtczyxzzyyxx(314) 考虑密度变化，不考虑化学作用等因素的情况下，对流考虑密度变化，不考虑化学作用等因素的情况下，对流弥散弥散方程可以表示为：方程可以表示为：（3-153-15）式中：式中：K=DK=Dn n， 为液体的密度，为液体的密度，u u为地下水的平均实际流速。为地下水的平均实际流速。上述水动力弥散方程是定量描述溶质在地下水中运移的基本数上述水动力弥散方程是定量描述溶质在地下水中运移的基本数学模型，它是一个二阶非线性偏微分方程。其求解方法一般可学模型，它是一个二阶非线性偏微分方程。其求解方法一般
