地下水污染调查治理（PDF页）.pdf

詹詹 旭旭 2018年3月 地下水修复政策、技术地下水修复政策、技术 与应用案例与应用案例 （Ground water)Ground water) 目目 录录 一、地下水修复市场及政策解读一、地下水修复市场及政策解读 二、地下水及其污染现状二、地下水及其污染现状 三、地下水调查三、地下水调查 四、地下水修复技术四、地下水修复技术 五、地下水修复应用案例分析五、地下水修复应用案例分析 一、地下水修复市场及政策一、地下水修复市场及政策 解读解读 树立和践行绿树立和践行绿 水青山就是金山银山的理念水青山就是金山银山的理念 成成 为新时代中国特色社会主义生态文明建设的思想和基本方略。为新时代中国特色社会主义生态文明建设的思想和基本方略。 环境修复的政治愿景 政治愿景 分类分级防治土壤污染，优先保护农用地环境，切实加强建设 用地环境监管 开展土壤污染加密调查 完成100个农用地和100个建设用地污染治理试点 建设6个土壤污染防治先行示范区 做好化工企业安全环保搬迁后的土壤污染治理工作 开展1000万亩受污染耕地治理修复和4000万亩受污染耕地风险 管控 深入推进以湘江流域为重点的重金属污染综合治理 开展地下水污染调查和综合防治 开展京津冀晋等区域地下水修复试点 “十三五规划”环境修复内容“十三五规划”环境修复内容 二、地下水及其污染现状二、地下水及其污染现状 华北平原 我国地下水重金属的污染现状（一）我国地下水重金属的污染现状（一） 7.6%的地下水遭受重金 属污染， 其中砷、铅等重金属呈 点状分布；其中又以铅 污染最为严重，砷含量 普遍较高，浅层、深层 地下水砷超标率分别达 12.97%、5.12%。 黄河下游引黄灌区 我国地下水重金属的污染现状（二）我国地下水重金属的污染现状（二） 调查鲁、豫两省11 种重金属 元素（Ba、Cd、Cr、Cu、 Fe、Mn、Mo、Ni、Pb、Se 和Zn）含量，其中Fe、Mn 、Zn 和Se出现超标现象，发 现饮水和皮肤暴露途经中， Cr 污染对个人年风险均影响 最大，但低于最大可接受风 险。 东部主要平原 我国地下水重金属的污染现状（三）我国地下水重金属的污染现状（三） 重金属检出普遍，呈点 污 染 特 征 ， 超 标 率 0.2%9.3%，其中砷 、镉、铅超标率分别为 9.3%、3.5%和1.5%。 地下水是赋存于地表以下岩层空隙中的各种不同形式水的地下水是赋存于地表以下岩层空隙中的各种不同形式水的 统称。统称。 一、岩石中的空隙 根据岩土空隙的成因不同，可分为根据岩土空隙的成因不同，可分为孔隙孔隙、裂隙裂隙和和溶隙溶隙三大类三大类 图图 岩土中的空隙岩土中的空隙 a) a) 分选良好，排列疏松的砂分选良好，排列疏松的砂 b) b) 分选良好，排列紧密的砂分选良好，排列紧密的砂 c) c) 分选不良，含泥分选不良，含泥 砂的砾石砂的砾石 d) d) 部分胶结的砂岩部分胶结的砂岩 e) e) 具有裂隙的岩石具有裂隙的岩石 f) f) 具有溶隙的可溶岩具有溶隙的可溶岩 岩土的空隙: 1.松散沉积物中的孔隙 2.坚硬岩石中的裂隙 3.可溶性岩石中的溶隙 连通性好 分布不均匀 连通性差 1. 1. 孔隙孔隙 孔隙孔隙：岩土颗粒之间的空隙。：岩土颗粒之间的空隙。 孔隙度孔隙度：孔隙的发育程度，又称孔隙率。：孔隙的发育程度，又称孔隙率。 式中 n 孔隙度孔隙度 vn 岩土中孔隙的体积岩土中孔隙的体积 V 包括孔隙在内的岩土总体积包括孔隙在内的岩土总体积 % 100 = v v n n 孔隙度的大小主要孔隙度的大小主要取决于岩土的密实程度取决于岩土的密实程度及及分选性分选性。此。此 外，颗粒形状和胶结程度对孔隙度也有影响。外，颗粒形状和胶结程度对孔隙度也有影响。 表表5 5- -1 1 松散岩石孔隙度参考数值松散岩石孔隙度参考数值 岩石名称岩石名称 砾岩砾岩 砂砂 粉砂粉砂 粘土粘土 孔隙度变化区间（）孔隙度变化区间（） 25254040 25255050 35355050 40407070 2. 2. 裂隙裂隙 裂隙裂隙：岩石受地壳运动及其他内外地质应力作用影响产生的：岩石受地壳运动及其他内外地质应力作用影响产生的 空隙。空隙。 裂隙的发育程度除与岩石的受力条件有关，还与岩性有关。裂隙的发育程度除与岩石的受力条件有关，还与岩性有关。 式中式中 kT 裂隙率裂隙率 vT 岩石中裂隙的体积岩石中裂隙的体积 V 包括裂隙在内的岩石总包括裂隙在内的岩石总 体积体积 % 100 = v v kT T 成岩裂隙成岩裂隙 分化裂隙分化裂隙 构造裂隙构造裂隙 裂隙按成因分类裂隙按成因分类 裂隙的发育程度用裂隙的发育程度用裂隙率裂隙率表示：表示： 常见岩石裂隙率的经验值表常见岩石裂隙率的经验值表 3. 3. 溶隙溶隙 溶隙溶隙：可溶性岩石：可溶性岩石(白云岩、石灰岩等白云岩、石灰岩等)经过地下水流长经过地下水流长 期溶蚀作用而形成的空隙。期溶蚀作用而形成的空隙。 溶隙的发育程度用溶隙的发育程度用溶隙率溶隙率表示：表示： 式中 kK 溶隙率溶隙率 vK 可溶岩中溶隙的体积可溶岩中溶隙的体积 V 可溶岩体积可溶岩体积 % 100 = v v kK K 二、水在岩土中的存在形式 气态水 固态水 重力水 毛细水 液态水 非结合水 弱结合水 强结合水 结合水 （1）地下水的物理性质）地下水的物理性质 地下水的物理性质有温度、颜色、透明度、气味、味道、导地下水的物理性质有温度、颜色、透明度、气味、味道、导 电性及放射性等。纯净的地下水是无色、无味、无臭、透明的，电性及放射性等。纯净的地下水是无色、无味、无臭、透明的， 当含有某些化学成分、悬浮物等时其物理化学性质就会发生变化。当含有某些化学成分、悬浮物等时其物理化学性质就会发生变化。 通过地下水物理性质的研究，能够初步了解地下水的形成环境、通过地下水物理性质的研究，能够初步了解地下水的形成环境、 污染情况及化学成分。污染情况及化学成分。 温度温度 颜色颜色 透明度透明度 地地 下下 水水 物物 理理 性性 质质 气味气味 味道味道 导电性导电性 变化范围较大 一般为无色 透明、微浑、浑浊、极浑浊。 多半是透明。 一般是无味 主要取决于地下水的化学成分 当含一些电解质时，导电性增强， 也受温度影响。 （2）地下水的化学成分）地下水的化学成分 地下水不是化学成分纯的地下水不是化学成分纯的H2O，而是含有多种化学元素，而是含有多种化学元素 的复杂溶液。地下水的化学成分，是在很长的地质历史时期的复杂溶液。地下水的化学成分，是在很长的地质历史时期 经过各种作用形成的。经过各种作用形成的。 1)地下水中主要离子成分地下水中主要离子成分 主要离子主要离子 地地 下下 水水 化化 学学 成成 分分 阳离子：阳离子：H H+ +、NaNa+ + 、K K+ + 、NHNH5 5+ + 、 MgMg2+ 2+ 、 、 CaCa2+ 2+ 、 、FeFe2+ 2+等。 等。 阴离子：阴离子：OHOH- - 、ClCl- - 、SOSO4 42 2- - 、NONO2 2- - 、NONO3 3- - 、 HCOHCO3 3- - 、COCO3 32 2- - 、SiOSiO3 32 2- - 、POPO5 52 2- -等。等。 主要气体主要气体 O O2 2 、 N N2 2 、 COCO2 2 、 H H2 2S S。 胶体成分胶体成分 以碳、氢、氧为主的有机质，经常以胶体方以碳、氢、氧为主的有机质，经常以胶体方 式存在于地下水中。很难以离子状态溶于水式存在于地下水中。很难以离子状态溶于水 的化合物也往往以胶体状态存在地下水中，的化合物也往往以胶体状态存在地下水中， 其中分布最广的是其中分布最广的是Fe(OH)Fe(OH)2 2 、Al(OH)Al(OH)3 3及及SOSO2 2。 2) 2) 地下水的化学性质地下水的化学性质 (1) (1) 酸碱度酸碱度 氢离子浓度氢离子浓度是指水的酸碱度，用pH值表示。 水的类别 表5-2 地下水按pH值分类 强酸性水 弱酸性水 中性水 弱碱性水 强碱性水 pH值 10.0 (2) (2) 矿化度矿化度 地下水中各种离子、分子与化合物的总量称矿化度。 分类 表5-3 地下水按矿化度分类 淡水 弱碱水 碱水 盐水 卤水 矿化度/(g/L) 50 (3) (3) 硬度硬度 水中钙、镁离子的含量称为水的硬度。 总硬度总硬度 暂时硬度暂时硬度 永久硬度永久硬度 水加热沸腾后所损失的 Ca2+、Mg2+含量。 水加热沸腾后仍然保持在水 中的Ca2+、Mg2+含量。 分类 表5-4 地下水按总硬度分类 极软水 软水 微硬水 硬水 极硬水 总硬 度 9.0 mmol/L 德国度 25.2 地下水的水质 化学性质 PH值 矿化度 硬度 气体成分 O2 H2S CO2 离子成分 Cl- SO4-2 HCO3- Na+ K+ Ca+2 Mg+2 地下水对建筑材料的腐蚀性 溶出侵蚀：混凝土中Ca(OH)2成分被水溶解。 碳酸侵蚀：含侵蚀性co2的水溶解混凝土中的钙质而 使混凝土崩解。 硫酸盐侵蚀：水中SO4-2与混凝土作用生成新的化合 物，由于体积膨胀而胀裂。 酸性侵蚀：PH值低的酸性水对混凝土具腐蚀性。 镁盐侵蚀：水中镁盐与混凝土作用后生成化合物溶 解于水。 三、 岩土的水理性质 岩土与水接触时，控制水 分储存和运移的性质。 岩岩 土土 水水 理理 性性 质质 容水性容水性 持水性持水性 给水性给水性 透水性透水性 常压下，岩石空隙能够容纳一定水 量的性能。 饱水岩石在重力作用下排水后， 依靠分子力和毛细管力仍然保持 一定水分的能力。 饱水岩石在重力作用下能够自由 排出水的性能。 岩土允许水透过的性能。 含水层与隔水层 形成条件形成条件 有较大且连通的穿隙 与隔水层组合形成储 水空间 有充分的补给来源 含水层含水层 (aquifer) 能够透过并能给出相 当数量水的岩土层。 隔水层隔水层(aquiclude) 不能透过或给出水，或者透过或给出 的水数量微不足道的岩土层。 (1)(1)含水层：能够给出并透过相当数量重力水的岩层。构含水层：能够给出并透过相当数量重力水的岩层。构 成含水层的条件，一是岩石中要有空隙存在，并充满足够数成含水层的条件，一是岩石中要有空隙存在，并充满足够数 量的重力水；二是这些重力水能够在岩石空隙中自由运动。量的重力水；二是这些重力水能够在岩石空隙中自由运动。 (2)(2)隔水层：不能给出并透过水的岩层。隔水层有的可以隔水层：不能给出并透过水的岩层。隔水层有的可以 含水，但是不具有允许相当数量的水透过自己的性能。例如含水，但是不具有允许相当数量的水透过自己的性能。例如 粘土，它可以储存大量的水，但是不具备给出和透过水的能粘土，它可以储存大量的水，但是不具备给出和透过水的能 力，故粘土常被作为隔水层。力，故粘土常被作为隔水层。 表表5 5- -3 3 常态下岩石的透水程度常态下岩石的透水程度 地下水的类型地下水的类型 含水层含水层 空隙性质空隙性质 孔隙水孔隙水 (松散沉积物孔隙中的水松散沉积物孔隙中的水) 裂隙水裂隙水 (坚硬基岩裂隙中的水坚硬基岩裂隙中的水) 岩溶水岩溶水 (可溶岩溶隙中的水可溶岩溶隙中的水) 上层滞水上层滞水 包气带中局部隔水层上的重包气带中局部隔水层上的重 力水，主要是季节性存在力水，主要是季节性存在 裸露于地表的裂隙岩层浅裸露于地表的裂隙岩层浅 部季节性存在的重力水部季节性存在的重力水 裸露的岩溶化岩层上部岩溶裸露的岩溶化岩层上部岩溶 通道中季节性存在的重力水通道中季节性存在的重力水 潜水潜水 各类松散沉积物浅部的水各类松散沉积物浅部的水 裸露于地表的各类裂隙岩裸露于地表的各类裂隙岩 层中的水层中的水 裸露于地表的岩溶化岩层裸露于地表的岩溶化岩层 中的水中的水 承压水承压水 山间盆地及平原松散沉积物山间盆地及平原松散沉积物 深部的水深部的水 组成构造盆地、向斜构造组成构造盆地、向斜构造 或单斜断块的被掩覆的各或单斜断块的被掩覆的各 类裂隙岩层中的水类裂隙岩层中的水 组成构造盆地、向斜构造或组成构造盆地、向斜构造或 单斜断块的被掩覆的岩溶化单斜断块的被掩覆的岩溶化 岩化岩层中的水岩化岩层中的水 埋藏条件埋藏条件 表表5 5- -1 1 地下水分类表地下水分类表 1、地下水埋藏类型 包气带包气带 饱水带饱水带 地面以下岩土层地面以下岩土层 地下水面以上地下水面以上 地下水面以下地下水面以下 地下水埋藏类型 1. 1. 上层滞水上层滞水(perch ground water ) 指在包气带内局部隔水指在包气带内局部隔水 层上积聚的具有自由水面的层上积聚的具有自由水面的 重力水称为上层滞水，也可重力水称为上层滞水，也可 称包气带滞水称包气带滞水(图图5-2)。 图5-2 包气带水和潜水示意图 A 包气带水 B 潜水 h 潜水面的埋藏深度 H 潜水厚度 上层滞水的动态很不稳定。上层滞水的动态很不稳定。 包气带中聚集在局部 隔水层之上的重力水. 特征：接近地表，接 受大气降水补给，以 蒸发形式或向隔水底 板边缘排泄。动态变 化很不稳定。 工程意义：常始料不 及涌入基坑。供水意 义不大。在寒冷地区 易引起道路冻胀和翻 浆. 2.潜水(PHREATIC WATER) 1砂层 2隔水层 3含水层 4潜水面 5基准 面 埋藏在地面以下第 一个稳定隔水层之 上具自由水面的重 力水。 特征：与大气相通， 具自由水面，补给 区与分布区一致， 动态受气候影响较 大。潜水面形状受 地形影响。 大气降水大气降水 地表水地表水 潜水的潜水的 补给来源补给来源 凝结水凝结水 深层地下水深层地下水 最主要的补给来源最主要的补给来源 径流排泄径流排泄 蒸发排泄蒸发排泄 潜水的潜水的 排泄排泄 含水层之含水层之 间的排泄间的排泄 以泉、渗流等形式泄出地以泉、渗流等形式泄出地 表或流入地表水表或流入地表水 通过包气带或蒸发进入大气通过包气带或蒸发进入大气 通过导水断层、天窗通过导水断层、天窗 越流排泄越流排泄 潜水等位线图潜水等位线图：潜水面上高程相等各点的连线潜水面上高程相等各点的连线(图图5-3a)。 潜水与地表水的关系 潜水补给河流潜水补给河流 河流补给潜水河流补给潜水 单侧补给单侧补给 潜水等水位线图 可解决如下问题： 1 确定潜水流向 2 确定潜水的水力坡度 3 确定潜水的埋藏深度 4 确定潜水与地表水的 关系 虚线潜水等水位线 实线地形等高线 潜水的自由水面为潜水面；潜水面上任一点的高程为该点的潜潜水的自由水面为潜水面；潜水面上任一点的高程为该点的潜 水位；自地面某点至潜水面的距离为该点潜水的埋藏深度；从水位；自地面某点至潜水面的距离为该点潜水的埋藏深度；从 潜水面至隔水底板的距离为潜水含水层厚度潜水面至隔水底板的距离为潜水含水层厚度 3、承压水(pressure water) 充满于两个隔水层之间的含水层中承受水压力 的重力水。 A A补给区补给区 B B承压区承压区 C C排泄区排泄区 特征：不具自由 水面，并承受一定 的水头压力。分布 区和补给区不一致。 动态变化较稳定。 不易受地面污染。 承压含水层局部 H1初见水位 H2承压水位 H承压水头 h承压水位埋深 承压水等水位线图 如图中A点： 地形标高103m，承压水位 91m，含水层顶板标高83m。 则承压水位埋深为： 1039112m 承压水头为91838 m 含水层埋深为： 1038320m 承压水等水位线图可确定 下列重要指标： 承压水位埋深 承压水头大小 含水层埋深（初见水位） 4、 不同岩土介质中的地下水 1 1） 孔隙水孔隙水 埋藏于松散岩土孔 隙中的重力水。 山前倾斜平原孔隙水山前倾斜平原孔隙水 河谷地区孔隙水河谷地区孔隙水 按松散沉积按松散沉积 物的成因类物的成因类 型及地貌条型及地貌条 件差异划分件差异划分 冲积平原孔隙水冲积平原孔隙水 山间盆地孔隙水山间盆地孔隙水 黄土地区孔隙水黄土地区孔隙水 沙漠地区孔隙水沙漠地区孔隙水 埋藏分布极不均匀 透水性各个方向呈各向异性 特征特征 动力性质比较复杂 风化裂隙水风化裂隙水 成岩裂隙水：成岩裂隙水：赋存在成岩裂隙中的地下水赋存在成岩裂隙中的地下水 分类分类 构造裂构造裂 隙水隙水 主要接受大气降水的补给，常主要接受大气降水的补给，常 以泉的形式排泄于河流中。以泉的形式排泄于河流中。 以以分布不均匀、水力联系不好分布不均匀、水力联系不好为其特征。为其特征。 在各种地下工程中，构造裂隙水的涌水量、在各种地下工程中，构造裂隙水的涌水量、 水位、水温与水质往往变化很大。这是由水位、水温与水质往往变化很大。这是由 于构造裂隙的分布密度、方向性、张开性、于构造裂隙的分布密度、方向性、张开性、 延伸性极不均一所造成的。延伸性极不均一所造成的。由于岩石受构由于岩石受构 造运动应力作用所形成的，而赋存于其中造运动应力作用所形成的，而赋存于其中 的地下水就称为构造裂隙水。的地下水就称为构造裂隙水。 赋存在风化裂隙中的水赋存在风化裂隙中的水 2 2） 裂隙水裂隙水 埋藏于基岩裂隙中的 地力水。 3 3 ）岩溶水）岩溶水 埋藏于溶隙中的重力水称为岩溶水（喀斯特 水）。岩溶水，可以是潜水也可以是承压水。一 般来说，在裸露的石灰岩分布区的岩溶水主要是 潜水；当岩溶化岩层被其他岩层所覆盖时，岩溶 潜水可能转变为岩溶承压水。 在土木工程建筑地基内有岩溶水活动,不但在 施工中会有突然涌水事故发生，而且对建筑物的 稳定性也有很大影响。因此，在建筑场地和地基 选择时应进行工程地质勘察，针对岩溶水的情况， 用排除、截源、改道等方法处理，如挖排水沟， 筑挡水坝，开凿输水隧洞改道等等。 岩溶水岩溶水 赋存和运移于可溶 岩的地下水。 岩溶上层滞水岩溶上层滞水 岩溶潜水岩溶潜水 岩溶水岩溶水 分类分类 岩溶承压水岩溶承压水 岩溶水的分布主要受岩溶作用规律的控制受岩溶作用规律的控制。 5、 泉 地下水在地表的天然露头叫泉天然露头叫泉，人工露头称为井人工露头称为井。泉是地 下水的一种重要的排泄方式。是可以直接用作工业和生活供水 的重要水源。 上升泉上升泉 根据补给 源及水流 特征分 下降泉下降泉 侵蚀泉侵蚀泉 接触泉接触泉 断层泉断层泉 冷泉冷泉 温泉温泉 根据泉 水出露 原因分 根据泉水 温度分 为承压水补给，在出露口附近是自 下而上运动。 为潜水及上层滞水补给，在出露口 附近是自上而下运动。 侵蚀下降泉(图5-7a) 侵蚀上升泉(图5-7b) 泉水温度大致相当于或略低于当地 年平均气温。 泉水温度高于当地年平均气温。多 由深层自流水补给。与岩浆活动和 地下深处地热的影响有关。 透水性不同的岩层接触，地下水流 受阻沿接触面出露地表(图5-7c)。 地下水沿断层面上升，在地面高程 低于承压水位处出露成泉(图5-7d)。 泉泉 水水 分分 类类 图5-7 泉的形成 地下水的补给、径流与排泄过程是地下水的循环。地下水以大气降地下水的补给、径流与排泄过程是地下水的循环。地下水以大气降 水、地表水、人工补给等各种形式获得补给，在含水层中流过一段路程，水、地表水、人工补给等各种形式获得补给，在含水层中流过一段路程， 然后又以泉、蒸发等形式排除地表，如此周而复始的过程便形成了地下然后又以泉、蒸发等形式排除地表，如此周而复始的过程便形成了地下 水的循环。水的循环。 6、 地下水的补给、径流与排泄地下水的补给、径流与排泄 1）地下水的补给）地下水的补给 含水层自外界获得水量的过程称做补给含水层自外界获得水量的过程称做补给 (1)大气降水补给：大气降水是地下水的最主要补给来源。大气降水补给：大气降水是地下水的最主要补给来源。 (2)地表水补给：地表水体指的是河流、湖泊、水库与海洋等，地表地表水补给：地表水体指的是河流、湖泊、水库与海洋等，地表 水体可能补给地下水，也可能排泄地下水，这主要取决于地下水水位与地水体可能补给地下水，也可能排泄地下水，这主要取决于地下水水位与地 下水水位之间的关系。下水水位之间的关系。 (3)含水层之间的补给：深部与浅部含水层之间的可以通过各种通道含水层之间的补给：深部与浅部含水层之间的可以通过各种通道 如构造带、“天窗”或“越流”进行互为补给。如构造带、“天窗”或“越流”进行互为补给。 (4)人工补给：包括灌溉水，工业与生活废水排入地下，以及专门为人工补给：包括灌溉水，工业与生活废水排入地下，以及专门为 增加地下水量的人工方法补给。增加地下水量的人工方法补给。 2)2)地下水的径流地下水的径流 地下水由补给区流向排泄区的过程叫径流。地下水由补地下水由补给区流向排泄区的过程叫径流。地下水由补 给区流经径流区，流向排泄区的整个过程构成地下水循环的给区流经径流区，流向排泄区的整个过程构成地下水循环的 全过程。地下水径流包括径流方向、径流速度与径流量。全过程。地下水径流包括径流方向、径流速度与径流量。 地下水补给区与排泄区的相对位置与高差决定着地下水地下水补给区与排泄区的相对位置与高差决定着地下水 径流的方向与径流速度；含水层的补给条件与排泄条件愈好、径流的方向与径流速度；含水层的补给条件与排泄条件愈好、 透水性愈强，则径流条件愈好。径流条件好的含水层其水质透水性愈强，则径流条件愈好。径流条件好的含水层其水质 较好。此外，地下水的埋藏条件亦决定地下水径流类型：潜较好。此外，地下水的埋藏条件亦决定地下水径流类型：潜 水属无压流动；承压水属有压流动。水属无压流动；承压水属有压流动。 含水层失去水量的过程称做排泄。地下水排泄的方式有：蒸含水层失去水量的过程称做排泄。地下水排泄的方式有：蒸 发、泉水溢出、向地表水体排泄、含水层之间的排泄和人工排发、泉水溢出、向地表水体排泄、含水层之间的排泄和人工排 泄等。泄等。 (1)(1)蒸发：通过土壤蒸发与植物蒸发的形式而消耗地下水的蒸发：通过土壤蒸发与植物蒸发的形式而消耗地下水的 过程叫蒸发排泄。过程叫蒸发排泄。 (2)(2)泉水：泉是地下水天然露头，是地下水排泄的主要方式泉水：泉是地下水天然露头，是地下水排泄的主要方式 之一。之一。 (3)(3)向地表水排泄：当地下水位高于河水位时，若河床下面向地表水排泄：当地下水位高于河水位时，若河床下面 没有不透水岩层阻隔，那么地下水可以直接流向河流补给河水。没有不透水岩层阻隔，那么地下水可以直接流向河流补给河水。 (4)(4)含水层之间的排泄：一个含水层通过“天窗”、导水断含水层之间的排泄：一个含水层通过“天窗”、导水断 层、越流等方式补给，而对前一个含水层来说是排泄。层、越流等方式补给，而对前一个含水层来说是排泄。 (5)(5)人工排泄：抽取地下水作为供水水源和基坑抽水降低地人工排泄：抽取地下水作为供水水源和基坑抽水降低地 下水位等，都是地下水的人工排泄方式。层来说是排泄。下水位等，都是地下水的人工排泄方式。层来说是排泄。 3)地下水的排泄地下水的排泄 三、地下水调查三、地下水调查 64 2-1 地下水调查的目的地下水调查的目的 以地下水系统理论为指导，通过钻探、物探、以地下水系统理论为指导，通过钻探、物探、 试验等手段深入调查研究区水文地质条件，试验等手段深入调查研究区水文地质条件， 重点揭示介质空间、水动力场和水化学场的重点揭示介质空间、水动力场和水化学场的 特征，提供污染调查背景特征，提供污染调查背景 通过监测、示踪、模拟等方法，识别污染，通过监测、示踪、模拟等方法，识别污染， 查明污染源、污染物、污染途径，为地下水查明污染源、污染物、污染途径，为地下水 污染评价、污染防治提供基础参数和数据污染评价、污染防治提供基础参数和数据 介质空间介质空间 污染物污染物 种类种类 浓度浓度 迁移性迁移性 水动力场水动力场 污染源污染源 分布分布 岩性（矿物组成）岩性（矿物组成） 空隙（含水、隔水）空隙（含水、隔水） 水位水位 流向流向 流速流速 资料收集资料收集 地球物理地球物理 钻探钻探 监测、试验监测、试验 地 下 水 污 染 调 查 地 下 水 系 统 特 征 地 下 水 系 统 特 征 水化学场水化学场 pHEhTDST 水化学类型及分带性水化学类型及分带性 特征组分空间分布特征组分空间分布 地 下 水 污 染 特 征 地 下 水 污 染 特 征 污染途径污染途径 66 2-2 地下水污染调查的方法地下水污染调查的方法 资料收集资料收集 现场踏勘现场踏勘 遥感方法遥感方法 地球物理方法地球物理方法 钻探方法钻探方法 监测方法监测方法 实验或试验实验或试验 2 2- -2 2- -1 1 资料收集资料收集 类型：数据、图件、研究报告、论文等类型：数据、图件、研究报告、论文等 （1）数据：地形、水文、参数、水位、水质、）数据：地形、水文、参数、水位、水质、 开采量、实验数据开采量、实验数据 （2）图件：地形图、地质图、水文地质图、钻）图件：地形图、地质图、水文地质图、钻 孔分布图、钻孔柱状图、监测孔分布图、等水位孔分布图、钻孔柱状图、监测孔分布图、等水位 线图、水位动态曲线、水化学图、水质动态曲线、线图、水位动态曲线、水化学图、水质动态曲线、 水质监测点分布、排污口与取水口分布图水质监测点分布、排污口与取水口分布图 （3）研究报告：调查报告、专题报告等）研究报告：调查报告、专题报告等 （4）论文：学术论文、学位论文等）论文：学术论文、学位论文等 67 2-2-2 现场踏勘现场踏勘 了解工作区基本情况，增加感性认识了解工作区基本情况，增加感性认识 踏勘前，尽可能多地收集研究区信息踏勘前，尽可能多地收集研究区信息 探勘时，备野外用车、向导、记录本、照相机、地形图、地质图、地质锤、探勘时，备野外用车、向导、记录本、照相机、地形图、地质图、地质锤、 GPSGPS、放大镜、望远镜、岩土样以及水样采集器具、便携式仪器、放大镜、望远镜、岩土样以及水样采集器具、便携式仪器 制高点，观望研究区地形、地貌，核对图中的关键点制高点，观望研究区地形、地貌，核对图中的关键点 核实监测井、采水井、排污口、水质监测点和剖面等具体情况核实监测井、采水井、排污口、水质监测点和剖面等具体情况 确定交通路线、遴选实验场、采样点确定交通路线、遴选实验场、采样点 了解研究区工农业生产活动情况，地下水开发利用情况了解研究区工农业生产活动情况，地下水开发利用情况 对重要的工农业生产活动场所进行实地走放，了解用水、原料、工艺、产对重要的工农业生产活动场所进行实地走放，了解用水、原料、工艺、产 品、废水、废渣、废气情况品、废水、废渣、废气情况 68 2-2-3 地球物理探测（地球物理探测（Geophysic） 特点特点 无破坏性，可遥测地下介质多种特性的三维变化，无破坏性，可遥测地下介质多种特性的三维变化， 效率高、成本低效率高、成本低 种类种类 重力法、探地雷达、磁法、电法和电磁法、地震重力法、探地雷达、磁法、电法和电磁法、地震 法、放射性方法及测井等法、放射性方法及测井等 69 2-2-4 钻探钻探（boring, drilling ） 特点特点 费用高、可以获取某个点费用高、可以获取某个点 上高精度信息上高精度信息 作用作用 精确揭示地下岩层层位、精确揭示地下岩层层位、 岩性岩性 成井供水成井供水 采集岩样、水样采集岩样、水样 现场试验现场试验 用作监测孔用作监测孔 方法方法 中空螺旋钻进中空螺旋钻进 实心钻杆螺旋钻进实心钻杆螺旋钻进 绳索冲击钻进绳索冲击钻进 空气回转钻进空气回转钻进 夯击中空螺旋钻进夯击中空螺旋钻进 反循环钻进反循环钻进 泥浆钻进泥浆钻进 四、地下水修复技术四、地下水修复技术 2 2大大类类 异位修复技术异位修复技术 1 1 2 2 原位修复技术原位修复技术 地下水污染控制技术归纳起来主 要有： 物理处理法、 水力法 、 抽出处理法、 化学法、 生物修复法。 按照处理方法来分类按照处理方法来分类 物理法是用物理的手段对受污染的地下水进行 治理的一种方法 ，概括起来又可分为： 屏蔽法屏蔽法 该法是在地下建立各种物理屏障，将受污染水 体圈闭起来 ，以防止污染物进一步扩散蔓延。 它只在处理小范围的剧毒、难降解污染物时才 可考虑作为一种永久性的封闭方法，多数情况 下，它只是在地下水污染治理的初期 ，被用作 一种临时性的控制方法。 物理处理法物理处理法 被动收集法被动收集法 该法是在地下水流的下游挖一条足够深的沟道，在沟内 布置收集系统 ，将水面漂浮的污染物质，如油类污染 物等，或将所有受污染地下水收集起来以便处理的一种 方法。 抽提法抽提法 该法是在污染区施工一对或数对钻孔，向一个孔中注入 清洁的水，从另一个孔中抽出含污染物的水到地表进行 处理，去除污染物或使其失效。在有些情况下处理过的 水又重新注入地下，然后再抽出，一直持续到抽出的液 体不含污染物为止。这种处理方式对抽取出来的水中污 染物进行高效去除，但不能保证全部地下水尤其是岩层 中的污染物得到有效去除。 水力法是利用井群系统 ，通过抽水或向含水层注水， 人为地改变地下水的水力梯度，从而将受污染水体 与清洁水体分隔开来。根据井群系统布置方式的不 同，水力法可分为上游分水岭法和下游分水岭法。 上游分水岭法是在受污染水体的上游布置一排注水 井通过注水井向含水层注入清水，使得在该注水井 处形成一地下分水岭，从而阻止上游清洁水体向下 补给已被污染水体；下游分水岭法则是在受污染水 体下游布置一排注水井注水，在下游形成分水岭以 阻止污染羽流向下游扩散，同时在上游布置一排抽 水井，抽出清洁水并送到下游注入。 抽出处理法是当前应用很普遍的一种方法，可根据污染物类 型和处理费用来选用，大致可分为：物理法。包括：吸附 法 、重力分离法、过滤法、反渗透法、气提法 、空气吹脱法 和焚烧法等。化学法。包括：混凝沉淀法 、氧化还原法 、 离子交换法和中和法等。生物法。包括 ：活性污泥法、生 物膜法 、厌氧消化法和土壤处置法等。受污染的地下水抽出 后的处理方法与地表水的处理相同，需要指出的是，在受污 染地下水的抽出处理中，井群系统的建立是关键，井群系统 要能控制整个受污染水体的流动。处理后的地下水的去向有 两个：一是直接使用；另一个则是用于回灌 ，因此环境学者 和水文地质学者转向原位处理方法的研究。 化学修复是通过氧化、还原、吸附、沉淀、 有机金属络合等化学反应使重金属或有机物 在原地转化为无毒或毒性小的形式 ，或形成 沉淀而去除。显然，反应药剂的研究与开发 是关键 ，它们应具有很高的活性，本身无毒， 不造成地下水的二次污染，且成本低廉。具 体有： 通过井群系统向受污染水体灌注化学药剂， 如灌注中和剂以中和酸性或碱性渗滤液，添 加氧化剂降解有机物或使无机化合物形成沉 淀等。 渗滤墙技术主要适用于较薄、较浅含水层，一般用 于填埋渗滤液的无害化处理。具体做法是在污染羽 流的下游挖一条沟 ，该沟挖至含水层底部基岩层或 不透水粘土层，然后在沟内填充能与污染物反应的 透水性介质 ，受污染地下水流入沟内后与该介质发 生反应，生成无害化产物或沉淀物而被去除。常用 的填充介质有：灰岩。用以中和酸性地下水或去 除重金属；活性炭。用以去除非极性污染物和 CC1、苯等；沸石和合成离子交换树脂。用以去 除溶解态重金属等。 利用土壤中的粘土层，通过注射井在原位注入表 面活性剂及有机改性物质，使土壤中的粘土转变 为有机粘土。经改性后形成的有机粘土能有效地 吸附地下水中的有机污染物。 对于有机烃类污染，可用空气吹脱，即将空气注入 到受污染区域底部，空气在上升过程中，污染物中 的挥发性组分会随空气一起溢出，再用集气系统将 气体进行收集处理；也可采用蒸汽冲洗，蒸汽不仅 可以使挥发性组分溢出，还可以使有机物热解；另 外，用酒精冲洗亦可。理论上，只要整个受污染区 域都被冲洗过，则所有的烃类污染物都会被去除。 电动力学修复技术是利用电渗析或电迁移和电 泳，使土壤孔隙中的水和电荷离子或粒子发生 迁移运动，该法可以高效除去地下水中的重金 属离子。在运用时 需要注意的是堵塞问题，尤 其当地下水中重金属反应 生成沉淀，从而堵塞 含水层，影响处理过程的进行。 生物修复就是利用原生微生物在污染场地不同区 域的好氧、 兼氧、厌氧微生物反应降解污染物质的环境 修复方法。一般 单纯利用原生微生物降解污染物，降解效率低，所需时间长， 因此，强化原生微生物降解污染物的效率就十分关键。研究表 明，微生物的降解效果与温度、营养物质、污染物的生物可利 用率等因素有关。因此，研究的热点集中在通过传送营养物质、 电子受体、表面活性剂、共代谢基质等增加微生物的活性、 污染物的生物可利用性或添加生物催化剂加速生物降解速度和 效率等方面。 对于难降解的污染物，原生微生物的降解效率 并不高，有必要驯化培养一些具有特定性能高速分解难降解化 合物，并能与原生微生物共存的特异微生物，将这些高效微生 物添加到污染的地下水环境中来降解那些难降解的有机物。具 体有： 生物注射法亦称空气注射法(Air Sparging)。它是在 传统气提技术的基础上加以改进形成的新技术， 主要是将加压后的空气注射到污染地下水的下部， 气流加速地下水和土壤中有机物的挥发和降解。 这种方法主要是抽提 、通气并用 ，并通过增加及 延长停留时间促进生物降解，提高修复效率。以 前的生物修复利用封闭式地下水循环系统往往造 成氧气量的供应不足，而生物注射井提供了大量 的空气以补充溶解氧，从而促进生物降解 。 利用人工合成的有机粘土有效去除有毒化合物。 带正电荷的有机修饰物、阳离子表面活性剂通过 化学键键合到带负电荷的粘土表面上合成有机粘 土，粘土上的 表面活性剂可以将有毒化合物吸 附到粘土上从而去除或进行生物降解。 这个系统主要是将抽提地下水系统和回注系 统(注入空气或 H2O2 、营养物和已驯化的微 生物)结合起来 ，促进有机污染物的生物降 解。 生物反应器的处理方法是 将地下水抽提到地上部分用 生物反应器加以处理的过程。这种处理方法包括4个步 骤，自然形成一闭路循环。这 4个步骤是 ：将污染 地下水抽提至地面在地面生物反应器内对其进行好氧 降解，生物反应器在运转过程 中要补充营养物和氧气； 处理后的地下水通过渗灌系统回灌到土壤内；在回 灌过程中加入营养物和已驯化的微生物，并注入氧气， 使生物降解过程在土壤及地下水层内亦得到加速进行。 生物反应器法不但可以作为一种实际的处理技术，也可 用于研究生物降解速率及修复模型。近年来，生物反应 器的种类得到了较大的发展 ，连泵式生物反应器、连 续循环升流床反应器 、泥浆生物反应器等在修复污染 的地下水方面已初见成效。 大多数生物修复方法都是在好氧环境中进行的事 实上在厌氧环境中进行的生物修复也具有极大的 潜力。厌氧降解碳氢化合物时，微生物利用的电 子受体包括：硫酸盐、硝酸盐 、Fe3+、Mg2+、 CO2 等。如：在美国加州已有利用此法在污染现 场含水层缺乏溶解氧的情况下成功地处理苯、甲 苯、乙苯、二甲苯等的例子 。 利用植物对受污染的地下水进行修复，修复 的对象可以是有机物，也可以是无机物，主 要的修复过程在植物的根部周围进行。植物 修复的优点是投资少，其根部可以渗透到一 般技术难以达到的位置，污染物泄漏少并能 使土壤得到改良；缺点是处于根部深层的污 染物无法得到去除 ，而且污染物的毒性可能 影响到植物的生长，修复过程比较缓慢。 主流的修复技术 五、地下水五、地下水修复应用案例修复应用案例 分析分析 零价铁零价铁 生物碳生物碳 炭炭-铁铁 1. 1. 化学化学- -生物修复技术生物修复技术 2. 2. 地下水渗透反应墙地下水渗透反应墙 （PRBPRB技术）技术） 在地下水注射多类生物、化学及其复合材料降在地下水注射多类生物、化学及其复合材料降 解，包括解，包括： ZVI/nZVI (零价铁：颗粒与纳米级) Molasses （糖浆）（糖浆） Vegetable Oils （植物油）（植物油） Bio-Magnetite (生物磁铁矿） Fe3O4 （磁性氧化铁） Biochar （生物炭） Graphene (石墨烯） 地下水污染羽地下水污染羽 处理过的地下水处理过的地下水 地下水位地下水位 隔水层隔水层 在地下水流场中设置化学在地下水流场中设置化学- -生物障碍墙，使污染生物障碍墙，使污染 羽流经障碍墙，污染物还原无害化羽流经障碍墙，污染物还原无害化 处理多类关注污染物：氯代烃，石油污染物，处理多类关注污染物：氯代烃，石油污染物， 重金属重金属 地下水修复技术（原位） 基于零价铁的地下水重金属修复技术基于零价铁的地下水重金属修复技术 零价铁可以发生以下反应 修复重金属 铁与As反应 还原Cr6+和Hg2+ 原位地下水修复技术 优点优点 无深度、污染介质、空间限制无深度、污染介质、空间限制 已验证过的氧化还原过程已验证过的氧化还原过程 快速清理，无毒性的中间产物快速清理，无毒性的中间产物 容易注射，随地下水流动容易注射，随地下水流动 纳米零价铁技术应用前景纳米零价铁技术应用前景 国际纳米零价铁修复技术应用推广国际纳米零价铁修复技术应用推广 美国自美国自2000年开始研发，已在年开始研发，已在44多个场多个场 地进行了中试地进行了中试 近期欧盟近期欧盟NANOREM项目将在瑞士、捷项目将在瑞士、捷 克、以色列、葡萄牙及德国等克、以色列、葡萄牙及德国等6个场地进个场地进 行中试行中试 在我国还未得到应用，有待研究和推广在我国还未得到应用，有待研究和推广 应用场地分布情况应用场地分布情况 处理多种关注污染物：氯代烃、农药、多氯联苯、重金属、硝酸盐处理多种关注污染物：氯代烃、农药、多氯联苯、重金属、硝酸盐 原位地下水修复技术 纳米零价铁还原含氯有机物过程机理纳米零价铁还原含氯有机物过程机理 AH RD RD 1,1-DCA Ethanol Ethane CO2 ADM or NDM RD 1,1-DCE VC Ethene CA 1,1,1-TCA DHC DHC DHC-消去反应；消去反应；RD-还原脱氯；还原脱氯；AH-水解反应；水解反应； ADM-有氧代谢；有氧代谢；ANDM-厌氧代谢厌氧代谢 原位地下水修复技术 CARBO-IRON （EHC）注射 EHC药剂药剂 注射装置注射装置 对相关重金属对相关重金属 去除情况去除情况 原位地下水修复技术原位地下水修复技术 EHC 中试示范 某化工场地下水氯代烃修复 场地特征 住宅用地再开发 地下水关注污染物：1,2-DCA, VC and Chloroform，浓度超过 1000 mg/L EHC 注射 注射深度： 9-18m 面积：10m x 10m 使用GeoProbe 在9个注射井 注 射了7200 Kg EHC泥浆 原位地下水修复技术原位地下水修复技术 生物技术-注射糖浆（MOLASSES） Molasses 0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 80000 4 10 17 21 33 time (weeks) Chromium (total) (g/L) groundwater molasses 0.1% molasses 0.5% molasses 1% molasses 5 % Microcosm tests ISBP influence of concentration molasses 原位地下水修复技术原位地下水修复技术 BIO-MAGNETITE应用潜力 生物磁铁矿材料对生物磁铁矿材料对Hg 和和Cr的吸附作用及机理的吸附作用及机理 Cr6+去除去除80% (300h) Qmax=416mg/g 快快 原位地下水修复技术原位地下水修复技术 农业废弃物农业废弃物 生物碳生物碳 稳定性、持久性、廉价性稳定性、持久性、廉价性 复合效应复合效应 裂裂 解解 高效性高效性 Fe0 Fe2+ + 2e- C2HCl3 + 3H+ + 6e- C2H4 + 3Cl- 研发并推广研发并推广高效、稳定、经济可行高效、稳定、经济可行 的土壤和地下水氯代烃修复试剂和的土壤和地下水氯代烃修复试剂和 修复技术！修复技术！ 纳米零价铁纳米零价铁 纳米零价铁纳米零价铁/生物炭生物炭 原位地下水修复技术 纳米零价铁纳米