4章-5-6节地下水污染

1第四章地下水质与环境§5地下水开采与海水入侵§6地下水环境保护2/41§5地下水开采与海(咸)水入侵•海水入侵——沿海•咸水入侵——内陆3/41地下水开采与海水入侵•海水入侵是指沿海地带海水侵入地下水含水层，并发生海水补给地下水的现象无抽水地下水面海洋海平面淡水咸水平衡4/41地下水开采与海水入侵•海水入侵是指沿海地带海水侵入地下水含水层，并发生海水补给地下水的现象地下水面海洋淡水海平面咸水抽水后5/41BrackishWaterFreshWater地下水开采与海水入侵•海水入侵是指沿海地带海水侵入地下水含水层，并发生海水补给地下水的现象地下水面海洋淡水咸水持续抽水导致海(咸)水入侵6/41地下水开采与海水入侵海水入侵发展机理：滨海含水层在海岸线处与海水接触，当抽水量超过补给量时，淡水水位下降，海水进入含水层，并逐步向内陆推进，直至达到新的平衡滨海含水层的咸淡水界面：天然条件下，地下水位高于海平面，水力梯度朝向海洋，淡水向海洋排泄，咸淡水之间保持一平衡的界面海水入侵的原因：过量开采地下水导致咸淡水界面上移；以及温室效应使全球气候变暖，极地冰雪融化，导致海平面上升7/41海水入侵现象1几种典型的咸淡水界面示意图（假定界面为突变界面）8/41海水入侵现象1静止条件下咸淡水界面的关系天然条件下，海水相对静止，淡水也可认为是按静水压强分布（见左图）在海平面以下、深度为hs的咸淡水界面上，有平衡关系：shs=f(hs+hf)，即hs=[f/(s-f)]hf=[1/(1.025-1)]hf=40hf这说明，在离海岸任何距离处，稳定咸淡水界面在海平面以下的深度为海平面以上淡水深度的40倍hs=40hf=19/41海水入侵现象1静止条件下咸淡水界面的关系（假定界面突变）开采条件下，当开采量大于天然补给量，地下水位降低，破坏原稳定界面，界面向陆地推移——海水入侵含水层根据关系hs=40hf，若沿海潜水含水层水位普遍下降1m，则咸淡水界面将相应上升40m10/41地下水开采与海水入侵例子1855年开始，英国、德国、荷兰、日本都有海水入侵的报道；美国加利福尼亚州的滨海地区，1944年地下水尚处于海平面以上7.23m，由于过量开采，使水位降至海平面以下5.2m，引起严重的海水倒灌，咸水入侵沿海的13个含水层，使灌溉水质严重恶化，54×104亩良田变为盐碱地；辽东半岛的大连市，69年海水入侵面积4.2km2；86年200km2，胶东半岛的莱州湾地区,95年底海水入侵面积达到970km2，其入侵速度由每年数十米发展到每年的数百米，造成区域环境的破坏和生态系统的失衡11/41中国海水入侵•1964年在大连发现海水入侵•环渤海地区最严重•山东省最突出•莱州湾很有名12/41海水入侵的控制措施•减少地下水开采，控制含水层水位下降，确保开采量小于含水层的补给量•已入侵的地区，采用人工回灌，增大地下水补给量•利用水利工程拦蓄降雨和地表径流•阻隔咸水：平行海岸线设一排回灌井（或抽水），防止海水入侵地下水开采与海水入侵13/41海水入侵对策：阻隔咸水阻隔咸水方法是指运用防渗帷幕方法、注水帷幕方法、抽水帷幕方法或其组合方法阻隔地下淡水与咸水的联系，从而达到保护地下淡水目的。不经济，而且影响生态景观防渗帷幕FreshwaterSaltwaterLowpermeabilitybarrierFreshwaterSaltwaterLowpermeabilitybarrier14/41海水入侵对策：阻隔咸水注水帷幕Inlandpumping(protected)FreshwaterSaltwaterInlandpumping(protected)FreshwaterSaltwater15/41海水入侵对策：阻隔咸水抽水帷幕：如我国莱州湾潮间带抽咸养殖，综合防治开发FreshwaterInlandpumping(protected)FreshwaterSaltwaterFreshwaterInlandpumping(protected)FreshwaterSaltwater16/41地下水开采与海水入侵•合理开采地下水不仅是指在沿海地带要严格控制地下水开采量，使开采量小于补给量，以保持地下水对海水的正向水力坡度；•还指要结合当地自然条件优化开采布局和开采方案、改进开采方法；严禁在淡、咸接壤之处布井开采，取水点尽可能远离海岸、尽量分散取水、且避开海水入侵通道等海水入侵的控制措施17/41地下水开采与咸水入侵华北平原及沿海咸水入侵咸水淡水18/41地下水开采与咸水入侵西北内陆地区咸水入侵实例_腰坝井灌区咸水入侵问题：位于腾格里沙漠东缘、贺兰山西侧山前倾斜平原细土带，是内蒙古阿拉善左旗重要粮草料基地，井灌面积4万亩。干旱少雨，年降水量185mm，蒸发2256mm，无常年性地表径流只有季节性洪水、地下水是唯一的灌溉水源浅层潜水埋深12~50m，地下水主要补给源为东部山区降水入渗侧向补给。位于灌区西南部的陶苏湖(干湖、地下水位埋深2.4m)是区域地下水和地表洪水的排水基准；自1970年大规模开采地下水以来，灌区中部降落漏斗深度达11m，地下水水质逐年变坏，变化速率为146mg／L.a，变化特点是从西南向东北水质由坏到好，也就是西南陶苏湖区高矿化潜水逐渐向东北灌区扩展入侵，过去2~3g／L的矿化带已变为3~4g／L矿化带19/41地下水开采与咸水入侵•西北内陆地区咸水入侵实例_民勤灌区咸水入侵问题：•位于河西内陆区石羊河下游冲湖积细土平原•由于长期大量开采地下水，使地下水位下降0.5~6m，由此改变了地下水的补给径流条件，造成地下水倒流，使北部高矿化咸水南侵灌区。特别是由于中上游水资源利用率的提高，减少了对下游的补给，更加剧了北部威水向南部的入侵，使灌区地下水质急剧恶化；•1979~1988年，民勤盆地南部地下水矿化度增加了0.5—1.77g／L，盆地北部增加了0.4—5.57g／L•无论是河西走廊，还是天山南北、喀什平原，类似问题很多20/41地下水开采与咸水入侵•西北内陆地区咸水入侵实例_城市水源地咸水入侵兰州市：•城市用水量三分之一依靠地下水。地下水主要开采层为断陷盆地上部潜水，由于大量开采地下水，造成兰州市“三滩”水源地地下水位大幅度下降。1991年一年迎门滩•年平均水位下降8.08m．马滩5.13m，崔家大滩8.80m。地下水位下降之快是多年来罕见的；•由于地下水位急速下降，造成南部山区高矿化咸水入侵城市，入侵水源地，使水源地水质急剧恶化21/41四、地下水开采与海(咸)水入侵•西北内陆地区咸水入侵实例_咸水入侵水井在西北内陆第三系地层分布区常埋藏有苦咸水含水层，这层地下水部具有承压性这些地区往往是缺水区。当水井凿穿通过咸水层时，井水便受到这层成水的侵入污染，使井水变坏22/41四、地下水开采与海(咸)水入侵西北内陆地区咸水入侵——原因•自然原因：–内陆区地下水质在山区具有垂直分带现象，在平原区具有水平分带特征。山区由高到底，随降雨减小，水质逐渐变咸。山前洪积、冲积平原在水平方向随地下水埋深的减小，水质逐渐变咸；–内陆区有很多湖泊，经长期蒸发浓缩多数变为咸水湖；•人为原因–人类活动是造成地下咸水入侵淡水的主要原因。地下水位下降，改变了原有的补给条件，由咸水补给淡水23/41地下水开采与咸水入侵西北内陆地区咸水入侵——对策•了解地下水开采区及其周围水文地质条件，水化学水质分布情况，从设计建设、开采地下水初期就注意避开咸水影响•地下淡水开采降深，应以周围咸水不入侵淡水的降深作为控制降深；•在开采第三系地下水时，如果出现苦咸水问题，一定要仔细分析研究，封闭咸水层对水井灌水的入侵和危害；•要综合利用地表水和地下水资源：大量高效开发利用地表水．势必减少地下水补给量，造成下游地下咸水向上游推移形成咸水入侵24/41§6地下水环境保护6.1污染源调查6.2地下水水质监测6.3地下水污染的防治措施6.4污染含水层的治理第四章地下水质与环境25/416.1污染源调查（1）11.工业废水和城市生活污染源调查排污系统的调查（管线的布局、材料、质量、埋藏深度、所通过的岩性；废水来源；废水排放量：一般通过访问，重点厂矿应实进行实地测量）污染物排放量计算:Mi=Qci其中：Mi－第i种污染物的排放量；Q－工业废水的平均排放量；Ci－第i种污染物的平均排放浓度。工业废渣及生活垃圾调查（废渣及垃圾的类别、堆放处理方式、压实程度和含水量；堆放地点、范围、年堆放率、地层、岩性及渗漏情况）§6地下水环境保护第四章地下水质与环境26/416.1污染源调查（2）2.农业污染源调查调查内容农药使用情况，包括农药品种、使用量、使用年限等；化肥使用情况，包括化肥品种、施肥方式、施用时间、单位面积施肥量等；污水灌溉情况，包括污水成分、污灌范围、污灌次数及污灌量等目前我国氮肥利用率仅为30％，而发达国家则为50％3.环境污染源调查调查内容河段、排水沟渠、渗坑渗井及废矿坑渗漏量及污染物品种和浓度；大气降水的污染物质、降雨量和降雨特征；海水入侵面积及分布§6地下水环境保护第四章地下水质与环境27/416.2地下水水质监测11.地下水污染分布特点：点状污染、线状污染、椭圆状污染、面状污染2.观测网的布置视地下水污染状况而异点状污染特点：渗透性较差，污染范围小；监测点应布置在源附近较小范围椭圆状污染特点：渗透性较好，扩散迅速，平面分布近似椭圆（图1）监测点应分别平行和垂直于地下水流向布置，控制住污染带范围§6地下水环境保护第四章地下水质与环境28/41椭圆状污染带监测点的布置1§6地下水环境保护第四章地下水质与环境29/416.2地下水水质监测12.观测网的布置视地下水污染状况而异线状污染特点：排污河道渗漏所致（图2）；垂直于河渠布置若干观测断面。面状污染特点：污灌、农田施肥等污染，面积大；监测点网应近似均匀布置§6地下水环境保护第四章地下水质与环境30/41线状污染带监测点的布置1§6地下水环境保护第四章地下水质与环境返回31/416.3地下水污染的防治措施（1）11.减少污染物的措施改进生产工艺技术，减少“三废”的排放量；对废水进行无害化处理，严禁未经处理的污水向地下排放；利用高效、低毒农药，减轻农药污染2.防止污水入渗的措施认真选择废料堆放地，修建防渗建筑物；保持下水道的封闭性；堵塞和截流已污染水体的扩散3.合理布局的措施排污量大的工矿企业要远离地面水体和地下水补给区；深埋处理要仔细研究地质和水文地质条件；污灌只适合于包气带厚、透水性差的土层，并严格控制定额§6地下水环境保护第四章地下水质与环境32/416.3地下水污染的防治措施（2）14.饮用水源地要设置卫生防护带戒严带：取水构筑物附近30m，不得堆放污染源；限制带：戒严带以外抽水影响半径以内，禁用污灌和剧毒农药，不得修建厕所、粪坑、垃圾坑、污水管道，不得破坏深层土壤；监视带：如限制带内存在潜在污染源，要对其进行监视，并进行流行病学观察，以便及时采取治理措施5.地下水过量开采地区的保护措施原则：增大补给，减少开采地下水人工补给：利用水井回灌，利用河床、水库、坑塘等入渗地下水与地表水联合运用：忙时抽用，闲时渗补调整开采井的布局：垂向调整开采层位，平面采用水井轮休§6地下水环境保护第四章地下水质与环境33/416.4被污染含水层的治理16.4.1化学处理法6.4.2生物处理法6.4.3抽水净化法§6地下水环境保护第四章地下水质与环境34/416.4.1化学处理法•处理前的准备及要求–投放试剂前，先在注入井周围或污染带界面上设置暗坝；–试剂必须针对要清除的污染物；–试剂本身或化学反应生成物不应带有任何毒性•成功的化学处理法：用高锰酸钾清除砷（氧化条件下形成砷的化合物沉淀）用臭氧处理污染含水层•臭氧形成分解石油的微生物生长环境，减少溶解有机酸(DOC)含量，促使氰分解氧化还原条件下去除铁锰•向含水层注入氧