环境地质学-地下水污染概论课件

一地下水污染的概念及特征判定水体是否污染必须具备两个条件：第一，水质朝着恶化的方向发展；第二，这种变化是人类活动引起的。地下水污染的特征

隐蔽性难以逆转性滞后性第1页/共52页中国地下水开发历史（1）中国地下水开发的历史较为悠久,西北内陆干旱区主要是泉水灌溉,新疆山前地区开挖坎儿井,引水灌溉农田和居民饮用;华北的冀、鲁、豫三省井灌较普遍,据1961年统计,各类水井达11万眼。50年代和60年代初,主要有北京、西安、包头、保定、上海等少数大中城市开采地下水,作为城市供水水源。60年代初期至70年代,北方气候连续干旱,为满足农业灌溉的需求,普遍开展了大规模抗旱打井活动。黄淮海平原等地区地下水开采量急剧增加。第2页/共52页中国地下水开发历史（2）70年代后期以来，随着城市和工业基地建设的迅速发展,北方干旱半干旱地区和一些大中城市大力开发地下水作为供水水源。近年来，由于地表水污染较严重,南方的部分城镇居民生活饮用水源，亦由利用地表水源转为开采地下水源。90年代末，全国地下水实际开采量约870*108m3a，约占全国地下水开采资源的30%，其中井采量约720×108m3a,引泉量近150×108m3a。北方15省(自治区、直辖市)的地下水实际开采量约710×108m3a。第3页/共52页我国地下水开采与利用特点全国各地地下水开采程度不一。全国平均开采利用率接近30%,北方15省(区、市)地下水平均开采利用率接近50%,其中以华北为最高,京、津、冀已超采。在全国总用水量中地下水约占三分之一。全国目前有三分之二的城市以地下水作为主要的供水水源，约有四分之一的农田灌溉靠地下水。第4页/共52页地下水超采情况（1）

地下水超采有两部分：一是浅层地下水超采，指在限定区域内，地下水多年平均开采量超过了相应的总补给量，并造成地下水水位持续下降的现象；二是深层承压水超采，由于补给十分困难，其大规模开采既可视为超采量。第5页/共52页地下水超采情况（2）超采区的分布有两大特点：一是在北方半湿润、半干旱过渡带，以及干旱、半干旱地区，由于水资源短缺，出现大范围、长时期、大数量地下水超采，地下水用于灌溉、生活、工业等各个用水部门；二是在南方都市化发达地区局部超采深层承压水严重，地下水用于生活、工业生产，如太湖周边都市区域。第6页/共52页地下水超采的后果：地下水位下降出现地面沉降在沿海地区海水内侵在岩溶区开采地下水过量会造成地表塌陷造成土地盐碱化或荒漠化，改变自然景观还可能加重地震灾害。第7页/共52页超采引起水位下降第8页/共52页超采引起地面沉降（1）我国有46个城市由于不合理开采地下水而发生了地面沉降。华北地区地面沉降已有多处发生，其中以天津市最为严重。天津市区多年累计沉降量大于1000毫米的范围已达135平方公里。最大沉降量达2000余毫米；上海市是我国地面沉降最为强烈的一个城市。由于开采地下水造成城区最大累积沉降量为2.37m,后进行了地下水回灌,地面沉降才得以控制。第9页/共52页超采引起地面沉降（2）

城市地面沉降形成的原因，主要是超量抽汲深层地下水造成含水层与粘土层压缩变形的结果。因超采地下水使地下水位降低，水压力减小，含水层抽水前的压力水头所承担的应力，部分转移到含水层骨架中，引起含水层骨架压缩；随着含水层的水头降低引起与含水层相邻的弱透水层，即粘土层释水压缩变形，二者共同作用叠加变形传递地表，则产生地面沉降。地面沉降量的大小与地层厚度、地下水的开采程度、粘性土性质、结构相关。沉降速度与地下水超采量的大小、超采持续时间呈正相关，也与地层岩性结构有关。第10页/共52页第11页/共52页第12页/共52页第13页/共52页第14页/共52页第15页/共52页河北省任丘市进行地裂缝灾害第16页/共52页第17页/共52页超采引起海水入侵第18页/共52页超采引起海水入侵第19页/共52页

海水入侵，经由地下水脉“逆渗透”到地表，析离出白色的盐巴第20页/共52页

在沿海地区，由于大量开采地下水导致地下水位大幅度下降，海水侵入沿岸含水层并逐渐向内陆渗透，这种现象被称为海水入侵。

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地下水位降落漏斗是指在井、孔抽水时形成的漏斗状水位下降区。降落漏斗以抽水井为中心，距水井愈近，水位下降愈大，水面坡度愈陡；距水井愈远，水位下降愈小，水面坡度愈缓。对于被井、孔开采的承压含水层，在井孔附近会形成虚拟的承压水头降落漏斗。第22页/共52页超采引起盐碱化或荒漠化1992年摄于额济纳旗第23页/共52页第24页/共52页我国地下水污染现状对118个城市2-7年的连续监测资料，约有64%的城市地下水遭受了严重污染，33%的城市地下水受到轻度污染，基本清洁的城市地下水只有3%。东部地下水迅速恶化的城市有：齐齐哈尔、佳木斯、哈尔滨、牡丹江、沈阳、鞍山、烟台、潍坊、济南、济宁、郑州、合肥、上海、嘉兴、杭州、宁波、金华、温州、福州等。西部地下水水质迅速恶化的有：太原、西安、宝鸡、兰州、陇西、天水等城市。第25页/共52页我国地下水污染有如下特点：1、从污染程度上看，北方城市污染普遍较南方城市重，污染元素多且超标率高，特别是华北地区，污染最为突出。2、从污染元素看，“三氮”污染在全国均较突出，普遍遭受污染；矿化度和总硬度污染主要分布在东北、华北、西北和西南地区；铁和锰污染主要分布在南方地区。3、从变化趋势看，我国大多数城市地下水水质趋于稳定或略有减轻，部分城市和地区地下水水质污染加重。第26页/共52页二地下水污染源地下水按形成原因分为：人为污染源和天然污染源。天然污染源：是天然存在的，地下水开采活动可能导致天然污染源进入开采含水层。自然的水文地球化学环境在沿海地区的含水层，如果过量开采地下水，则可能导致海水（地下咸水）与地下淡水界面向内陆方向的推移，从而引起地下淡水的水质恶化。地下卤水也可能产生类似的后果。我国沿海的一些城市和地区都已先后出现了上述的地下咸水入侵问题。第27页/共52页地方性氟中毒病第28页/共52页人为污染源

第29页/共52页（1）城市液体废物：城市液体废物主要包括生活污水、工业污水及地表雨水径流。①生活污水：其中SS（悬浮固体）、BOD、氮（主要为氨氮）、磷、氯、细菌和病毒含量高；其次是钙、镁等；重金属含量一般都微量。②工业污水：工业污，水种类繁多，不同污水污染参数具有很大的差异。表2-2。③地表雨水径流：城市地区的地表雨水径流中往往含有较多的SS，病毒和细菌的含量也较高。在北方地区，由于冬天在路面抛撒融雪剂（如NaCl和尿素），使的地表雨水径流中Na+、C1-和NH4+的含量较高。第30页/共52页地下水被制漆厂污染水龙头里流出“蓝墨水”

第31页/共52页（2）城市固体废物①生活垃圾：新鲜的生活垃圾含有较多的硫酸盐、氯化物、氨、BOD、总有机碳（TOC）、细菌混杂物和腐败的有机质。这些废物经生物降解和雨水淋滤后，可产生Cl-、S042-、NH4+、BOD、TOC和SS含量高的淋滤液，还可产生CO2和CH4等气体。②工业垃圾：冶金工业产生含氰化物的垃圾，造纸工业产生含亚硫酸盐的垃圾，电子工业产生含汞的垃圾；石油化学工业产生含多氯联苯、农药、酚焦油、矿物油、碳氢化合物溶剂及酚的垃圾；燃煤热电厂产生粉尘、粉煤灰，粉煤灰淋滤液含砷、铬、硒、氯等。③污泥：污泥除富集有各种金属外，还有大量的植物养分，如氮、磷、钾等。第32页/共52页

通州董村垃圾转运站(无防护措施)第33页/共52页（3）农业生产及采矿活动农业生产中使用了大量的杀虫剂、杀菌剂、除莠剂、化肥以及农家肥等。这些物质被施用后，除被生物吸收、挥发、分解之外，大部分残留在土壤和水中，然后随农田排水和地表径流进入水体，造成污染；挥发进入大气中的部分仍有可能随降水过程进入水体，也造成污染。在矿床开采过程中，可能成为地下水污染源的是尾矿淋滤液及矿石加工厂的污水。此外，在矿坑疏干过程中，氧气进入原来的地下环境里，使某些矿物氧化可成为地下水的污染源。第34页/共52页地下水污染物来源之分类分类种类实例第1类有计划直接地下渗漏（如化粪池），排放井，土壤处理第2类储存、处理、废弃物、非计划排放填埋场，露天堆砌，地下储存，放射性填埋场第3类密闭传送/传输管路、原料运送第4类其他有计划动作的后果灌溉,杀虫,施肥,畜养,撒盐除冰,大气污染物,采矿排水第5类自然现象但因人为而加重地表水及地下水交界面，自然溶解，海水入侵，第35页/共52页三地下水污染物及其危害

地下水的主要污染物组分可分为两类：毒性物质和无毒性的污染物质。1.毒性物质（1）多氯联苯、多环芳烃多环芳烃是通过石油化工和炼焦化学工业过程进入水中的。在地表水中常见的多环芳烃有十多种，其中被认为有致癌作用的有3,4-苯并芘、苯并蒽。第36页/共52页（2）酚酚的来源很广，如焦化、冶金、炼油、合成纤维、农药等工业都要排出含酚的废水。我国北方常用含酚量作为河流被污染的标志：微污染河流：含酚量0.001～0.005mg/L；轻污染河流：含酚量0.005～0.0lmg/L；中污染河流：含酚量0.01～0.5mg/L；重污染河流：含酚量大于0.5mg/L。第37页/共52页（3）亚硝胺亚硝胺是一类化合物，其重要代表是二甲基亚硝胺。自然界中硝酸盐分布很广，硝酸盐在还原条件下可转变为亚硝酸盐，而亚硝酸盐再与仲胺接触就可能产生亚硝胺。食品工业中制火腿、香肠等时常用亚硝酸盐充当防腐剂，因而常使这些食品中含有亚硝胺。第38页/共52页（4）重金属；

汞：在天然水中汞的本底浓度很低，一般不超过0.1μg/L。水银法制碱工业、塑料工业、农药工业、造纸工业等的废水都将大量的汞带入水体中。汞及其化合物属剧毒物质，极易在中枢神经系统、肝及肾中蓄积。尤其是有机汞，一旦在体内积累就不易降解。

镉：在天然水中镉含量很低，通常小于0.001mg/L。金属镉本身无毒，但镉的化合物毒性很大。镉污染来源于采矿、冶炼、电镀、颜料等工业部门。镉对人体和生物的危害是积累性的。第39页/共52页铬：六价铬化合物毒性很大，三价铬次之，单质铬对人身无害，人体缺铬反而会引起动脉粥样硬化。天然来源的铬多以单质铬和三价铬形式存在。而金属加工、皮革处理、电镀等工业都大量排放含六价和三价铬的废水。砷：元素砷无很大的毒性，但砷的化合物有剧毒。硒：微量的硒是一种营养素，但食物中含硒量超过5mg/L即对人体有害，硒的化合物毒性较强。锌：锌是人类及哺乳动物体内必需的微量元素之一，但熔炼时产生的氧化锌具有毒性，锌对鱼类的毒性最大。镍：金属镍毒性较低，但其化合物的毒性大，可致癌。镍化合物的浓度超过2.5mg/L就能使鱼类死亡。第40页/共52页

（5）氰化物氰化物的来源主要是工业废水及杀虫剂。氰对许多生物有害，0.1mg/L氰就能杀死虫类；0.3mg/L能杀死水体赖以自净的微生物，人只要口服0.3mg～0.5mg就会致死。（6）氟化物氟化物污染来源于化工生产及磷肥生产等。氟化物对鱼类可产生毒性，低浓度的氟化物对人体有益，但浓度超过1mg/L就会发生齿斑，更高时能使骨骼变形。

第41页/共52页（7）有机农药有机氯农药种类繁多，如DDT、狄氏剂、六六六、六氯苯等。最大的特点是化学性质比较稳定，易溶于脂肪和有机溶剂而不溶于水。有机氯农药分解一半的时间（即半衰期）大约为50年，而且由于它的高脂溶性，极易在动物组织内累积。

有机磷农药包括对硫磷、马拉硫磷等，它们虽然有毒性，但容易分解，一般不会残留在环境中造成危害。第42页/共52页2.其他污染物质（1）可生物分解的有机质可生物分解的有机物主要是指来自酿酒、制糖工业废水的碳水化合物和来自屠宰场、牛奶场废水的蛋白质（包括氨基酸、胺、脂肪酸、羟基脂肪酸等）。这类有机物经生物氧化和化学氧化时，会大量消耗水中的溶解氧，使水质恶化，甚至使水体发臭，不仅不能直接饮用，还会造成鱼类死亡。第43页/共52页（2）营养物质营养物质是指促使水中植物生长、从而加速水体富营养化的各种物质，这类物质可分为：化肥、生活污水（含氮、磷）、洗涤剂（含磷）等。其中化肥又分为磷肥和氮肥，后者包括硝态氮肥（硝酸盐）和铵态氮肥。大量氮和磷进入水体，会使水中藻类等浮游植物大量生长，引起水体富营养化。硝态氮肥还会形成亚硝酸根致癌因子。第44页/共52页（3）耗氧无机物质耗氧物质是指大量消耗水体中溶解氧的物质，这类物质主要是：含碳有机物（醛、醋、酸类）、含氮化合物（有机氮、氨、亚硝酸盐）、化学还原性物质（亚硫酸盐、硫化物、亚铁盐）。第45页/共52页（4）生物污染物质生物污染物质主要来源于生活污水及肉类、制革等工业废水，这类污染物可分为：水生病毒（如肝炎病毒等）、细菌（如大肠