地下水技术方法课件.docx

1、地下水技术方法课件第三章 环境现状调查与评价第四节 地下水环境现状调查与评价专题二、环境现状调查与评价四、地下水环境现状调查与评价（一）熟悉水文地质条件调查的主要内容和常用参数（导则、教材P103、P125）1. 水文地质条件调查的主要内容（此处参照导则原文）。水文地质条件调查的主要内容包括以下十个方面：（1）气象、水文、土壤和植被状况。（2）地层岩性、地质构造、地貌特征与矿产资源。（3）包气带岩性、结构、厚度。（4）含水层的岩性组成、厚度、渗透系数和富水程度；隔水层的岩性组成、厚度、渗透系数。（5）地下水类型、地下水补给、径流和排泄条件。（6）地下水水位、水质、水量、水温。（7）泉的成因类型

2、，出露位置、形成条件及泉水流量、水质、水温，开发利用情况。（8）集中供水水源地和水源井的分布情况（包括开采层的成井的密度、水井结构、深度以及开采历史）。（9）地下水现状监测井的深度、结构以及成井历史、使用功能。（10）地下水背景值（或地下水污染对照值）。2.常用的水文地质参数（P103）（1）孔隙度（P103）：定义：是指某一体积岩石（包括孔隙在内）中孔隙体积所占的比例。也即是多孔体中所有孔隙的体积与总体积之比。孔隙度是一个比值，可用小数或百分数表示。影响因素：孔隙度的大小主要取决于分选程度及颗粒排列情况，另外颗粒形状及胶结充填情况也影响孔隙度。对地下水的影响：孔隙的多少、大小、形状、连通情况

3、和分布规律，对地下水的分布和运动具有重要影响。（2）有效孔隙度（P103）：由于多孔介质中并非所有孔隙都相互连通，把连通的孔隙体积与总体积之比称为有效孔隙度。（3）渗透系数（又称水力传导系数）（P104）（P126）：定义及表示方式：在各向同性介质中，它定义为单位水力梯度下的单位流量，表示流体通过孔隙骨架的难易程度。在各向异性介质中，渗透系数以张量形式表示。一般采用m/d或cm/s为单位。影响因素：影响渗透系数大小的因素很多，主要取决于介质颗粒的形状、大小、不均匀系数和水的黏滞性等。在实际工作中，由于不同地区地下水的黏性差别并不大，在研究地下水流动规律时，常常可以忽略地下水的黏性，即认为渗透系

4、数只与含水层介质的性质有关。对地下水的影响：岩石的透水性是指岩石允许水透过的能力。渗透系数是表征岩石透水性的定量指标。渗透系数越大，岩石透水性越强。如何确定：渗透系数通常可通过试验方法（包括实验室测定法和现场测定法）或经验估算法来确定。（4）给水度（P103）（P125）：定义：若使潜水地下水面下降，则下降范围内饱水岩石及相应的支持毛细水带中的水，将因重力作用而下移并部分地从原先赋存的空隙中释出。把地下水位下降一个单位深度，从地下水位延伸到地表面的单位水平面积岩石柱体，在重力作用下释出的水的体积，称为给水度。影响因素：对于均质的松散岩石，给水度的大小与岩性、初始地下水位埋藏深度以及地下水位下降

5、速率等因素有关。对地下水的影响：给水度是表征潜水含水层给水能力和储蓄水量能力的一个指标。（5）贮水系数（P103）（P127）：定义：承压含水层的贮水系数(S)是指其测压水位下降（或上升）一个单位深度，单位水平面积含水层释出（或储存）的水的体积。贮水系数是没有量纲的参数。分类：潜水含水层的贮水系数：潜水含水层的贮水系数包括两部分，一部分是含水层由于压力变化所释放（贮存）的弹性水量，二是水头变化一个单位时所疏干（贮存）含水层的重力水量，这一部分水量正好等于含水层的给水度，由于潜水含水层的弹性变形很小，近似可用给水度代替贮水系数。承压含水层的贮水系数：等于其贮水率与含水层厚度之积，它所释放（或贮存

6、）的水量完全是弹性水量，承压含水层的贮水系数也称为弹性贮水系数。（6）水动力弥散系数（P127）：定义：是表征在一定流速下，多孔介质对某种污染物质弥散能力的参数，它在宏观上反映了多孔介质中地下水流动过程和空隙结构特征对溶质运移过程的影响。分类：一般地说，水动力弥散系数包括机械弥散系数与分子扩散系数。例题：1.渗透系数通常可通过（ ABD ）方法来确定。A.实验室测定法 B.经验估算法C.资料复用法 D.现场测定法解析：渗透系数通常可通过试验方法（包括实验室测定法和现场测定法）或经验估算法来确定（二）熟悉地下水环境现状调查的方法（P105及导则原文）1.调查内容（详见导则）水文地质条件调查环境水

7、文地质问题调查地下水污染源调查地下水环境现状监测环境水文地质勘察与试验2.调查方法（P105）地下水由于其埋藏于地下，其调查方法要更复杂。除需要采用一些地表水环境调查方法外，因地下水与地质环境关系密切，还要采用一些地质调查的技术方法。最基本的调查方法有：地下水环境地面调查（又称水文地质测绘）、钻探、物探、野外试验、室内分析、检测、模拟试验及地下水动态均衡研究等。随着现代科学技术的发展，不断产生新的地下水环境现状调查技术方法，包括航卫片解译技术、地理信息系统( GIS)技术、同位素技术、直接寻找地下水的物探方法及测定水文地质参数的技术方法等。（三）了解环境水文地质试验的用途（P119及导则原文）

8、环境水文地质实验是地下水环境现状调查中不可缺少的重要手段，许多水文地质资料皆需通过环境水文地质实验才能获得。环境水文地质试验项目通常有抽水试验、注水试验、渗水试验、浸溶试验、土柱淋滤试验、弥散试验、流速试验（连通试验）、地下水含水层储能试验等。1抽水试验（1）定义：抽水试验是通过从钻孔或水井中抽水，定量评价含水层富水性，测定含水层水文地质参数和判断某些水文地质条件的一种野外试验工作方法。（2）目的、任务：直接测定含水层的富水程度和评价井（孔）的出水能力；确定含水层的导水系数、渗透系数、给水度、影响半径等水文地质参数；可为取水工程设计提供所需的水文地质数据，并可根据水位降深和涌水量选择水泵型号；

9、通过抽水试验，可直接评价水源地的可（允许）开采量；可以通过抽水试验查明某些其他手段难以查明的水文地质条件，如地表水与地下水之间及含水层之间的水力联系，以及边界性质和强径流带位置等。（3）分类：根据要解决的问题，可以进行不同规模和方式的抽水试验。按抽水试验所依据的井流公式原理和主要的目的与任务，可将抽水试验划分为如下表所示的各种类型。表中所示的各种单一抽水试验类型，又可组合成多种综合性的抽水试验类型。一般应根据地下水环境现状调查工作的目的和任务确定抽水试验类型。比如：在区域性地下水环境现状调查及专门性地下水环境现状调查的初始阶段，抽水试验的目的主要是获取含水层具代表性的水文地质参数和富水性指标，

10、故一般选用单孔抽水试验即可。当只需要取得含水层渗透系数和涌水量时，一般多选用稳定流抽水试验；当需要获得渗透系数、导水系数、释水系数及越流系数等更多的水文地质参数时，则须选用非稳定流的抽水试验方法。进行抽水试验时，一般不必开凿专门的水位观测孔，但为提高所求参数的精度和了解抽水流场特征，应尽量用更多已有的水井作为试验的水位观测孔。当已有观测孔不能满足要求时，则需开凿专门水位观测孔。在专门性地下水环境现状调查的详勘阶段，为获得开采孔群（组）设计所需水文地质参数（如影响半径、井间干扰系数等）和水源地允许开采量（或矿区排水量）时，则须选用多孔干扰抽水试验。当设计开采量（或排水量）远小于地下水补给时时，可

11、选用稳定流的抽水试验方法；反之，则选用非稳定流的抽水试验方法。2渗水试验目的：目的是测定包气带渗透性能及防污性能。定义：渗水试验是一种在野外现场测定包气带土层垂向渗透系数的简易方法，在研究大气降水、灌溉水、渠水等对地下水的补给时，常需要进行此种试验。3注水试验目的：目的与抽水试验相同。当钻孔中地下水位埋藏很深或试验层透水不含水时，可用注水试验代替抽水试验，近似地测定该岩层的渗透系数。在研究地下水人工补给或废水地下处置时，常需进行钻孔注水试验。注水试验时可向井内定流量注水，抬高井中水位，待水位稳定并延续到一定时间后，可停止注水，观测恢复水位。由于注水试验常常是在不具备抽水试验条件下进行的，故注水

12、井在钻进结束后，一般都难以进行洗井（孔内无水或未准备洗井设备）。因此，用注水试验方法求得的岩层渗透系数往往比抽水试验求得的值小得多。4浸溶试验目的是为了查明固体废弃物受雨水淋滤或在水中浸泡时，其中的有害成分转移到水中，对水体环境直接形成的污染或通过地层渗漏对地下水造成的间接影响。5土柱淋滤试验目的：目的是模拟污水的渗入过程，研究污染物在包气带中的吸附、转化、自净机制，确定包气带的防护能力，为评价污水渗漏对地下水水质的影响提供依据。试验土柱应在评价场地有代表性的包气带地层中采取。通过滤出水水质的测试，分析淋滤试验过程中污染物的迁移、累积等引起地下水水质变化的环境化学效应的机理。试剂的选取或配制，

13、宜采取评价工程排放的污水做试剂。对于取不到污水的拟建项目，可取生产工艺相同的同类工程污水替代，也可按设计提供的污水成分和浓度配制试剂。如果试验目的是为了制定污水排放控制标准时，需要配制几种浓度的试剂分别进行试验。6弥散试验目的是研究污染物在地下水中运移时其浓度的时空变化规律，并通过试验获得进行地下水环境质量定量评价的弥散参数。7流速试验（连通试验）目的是查明地下水的运动途径、流速、地下河系的连通、延展与分布情况，地表水与地下水的转化关系，以及矿坑涌水的水源与通道等问题。8地下水含水层储能试验目的是获取地下水含水层温度场参数（如温度增温率、常温层深度、含水层及隔水层比热、热容量、导热系数等）和地

14、下水质场参数（如水温、地下水物理特性、化学成分、电导率等）。例题：1. 当只需要取得含水层渗透系数和涌水量时，一般多选用（ B ）试验。A. 单孔抽水试验 B. 稳定流抽水试验C. 非稳定流的抽水试验方法 D. 多孔干扰抽水试验（四）熟悉环境水文地质问题调查的主要内容（导则原文）环境水文地质问题调查的主要内容包括：（1）原生环境水文地质问题：包括天然劣质水分布状况，以及由此引发的地方性疾病等环境问题。（2）地下水开采过程中水质、水量、水位的变化情况，以及引起的环境水文地质问题。（3）与地下水有关的其它人类活动情况调查，如保护区划分情况等。例题：1.据环境影响评价技术导则地下水环境，环境水文地质

15、问题调查的主要内容包括( ABD )。A.原生环境水文地质问题B.地下水开采过程中水质、水量、水位的变化情况，以及引起的环境水文地质问题C.次生环境地质问题D.与地下水有关的其它人类活动情况调查（五）了解包气带防污性能、含水层易污染特征的分析方法（P134）1.包气带防污性能（1）包气带：指地面以下、潜水面以上与大气相通的地带。包气带是大气水和地表水同地下水发生联系并进行水分交换的地带，它是岩颗粒、水、空气三者同时存在的一个复杂系统。包气带具有吸收水分、保持水分和传递水分的能力。包气带还是地表污染物渗入地下水的主要途径。污染物在包气带中发生复杂的物理、化学和生物过程，包括机械过滤、溶解和沉淀、

16、吸附和解吸、氧化和还原等物理化学过程；有机污染物在一定的温度、PH值和包气带中的微生物作用下，还可能发生生物降解作用。包气带对污染物具有阻隔和消减作用，是地下水环境保护的一个重要屏障。（2）包气带防护性能的概念包气带防护性能是指包气带的土壤、岩石、水、气系统抵御污染物污染地下水的能力。分为固有和特殊防污染性能两种。固有防污染性能是指在一定的地质条件和水文地质条件下，防止人类活动产生的各种污染物污染地下水的能力，它与包气带地质条件和包气带水文地质条件有关，与污染物性质无关。特殊防污染性能是指防止某种或某类污染物污染地下水的能力，它与污染物性质及其在地下水环境中的迁移能力有关。（3）包气带防护性能

17、评价在地下水的环境影响评价过程中，按照包气带的岩性、厚度和渗透系数，结合建设项目的污染物排放的连续性，建设项目场地的包气带防污性能分为强、中、弱三级，分级原则见下表：表 包气带的防污性能分类标准注：表中“岩（土）层”系指建设项目场地地下基础之下第一岩（土）层；包气带岩（土）的渗透系数系指包气带岩土饱水时的垂向渗透系数。2.建设项目场地的含水层易污染特征（导则原文）建设项目场地的含水层易污染特征分为易、中、不易三级，分级原则见下表：建设项目场地的含水层易污染特征分级分级项目场地所处位置与含水层易污染特征易潜水含水层且包气带岩性（如粗砂、砾石等）渗透性强的地区；地下水与地表水联系密切地区；不利于地

18、下水中污染物稀释、自净的地区。中多含水层系统且层间水力联系较密切的地区不易以上情形之外的其他地区例题：1.包气带防污染性能与下列哪些因素有关。( ABC )A.包气带的地质条件 B.包气带的水文地质条件C.污染物特性 D.包气带与承压水的关系解析：包气带防护性能分为固有和特殊防污染性能两种。固有防污染性能与包气带地质条件和包气带水文地质条件有关，与污染物性质无关。特殊防污染性能与污染物性质及其在地下水环境中的迁移能力有关。（六）熟悉地下水水质现状评价的方法（P131）地下水质量评价以地下水水质调查分析资料或水质监测资料为基础，可采用标准指数法、污染指数法和综合评价方法。最常用的为标准指数法。地

19、下水水质现状评价应采用标准指数法进行评价。标准指数1，表明该水质因子已超过了规定的水质标准，指数值越大，超标越严重。标准指数计算公式分为以下两种情况：对于评价标准为定值的水质因子，其标准指数计算公式：式中：Pi 第i个水质因子的标准指数，无量纲；C i 第i个水质因子的监测浓度值，mg/L；C si 第i个水质因子的标准浓度值，mg/L。对于评价标准为区间值的水质因子（如pH值），其标准指数计算公式：式中：PpH pH的标准指数，无量纲；pH pH监测值；pH su标准中pH的上限值；pH sd 标准中pH的下限值。例题：1.据环境影响评价技术导则地下水环境，关于地下水地下水水质现状评价的说法

20、正确的是( AB )。A.地下水水质现状评价应采用标准指数法进行评价B.标准指数1，表明该水质因子已超过了规定的水质标准C.标准指数1，表明该水质因子已超过了规定的水质标准D.地下水水质现状评价可采用南京综合指数法进行评价（七）熟悉污染物进入包气带、含水层的主要途径（此处参照相关教参）地下水污染途径是多种多样的，大致可归为四类：1间歇入渗型：大气降水或其他灌溉水使污染物随水通过非饱水带（包气带），周期性地渗入含水层，主要污染对象是潜水。固体废物在淋滤作用下，淋滤液下渗引起的地下水污染，也属此类。2连续入渗型：污染物随水不断地渗入含水层，主要也是污染潜水。废水渠、废水池、废水渗井等和受污染的地表

21、水体连续渗漏造成地下水污染，即属此类。3越流型：污染物是通过越流的方式从已受污染的含水层（或天然咸水层）转移到未受污染的含水层（或天然淡水层）。污染物或者是通过整个层间，或者是通过地层尖灭的天窗，或者是通过破损的井管，污染潜水或承压水。地下水的开采改变了越流方向，使已受污染的潜水进入未受污染的承压水，即属此类。4径流型：污染物通过地下径流进入含水层，污染潜水或承压水。污染物通过地下岩溶孔道进入含水层，即属此类。复习关键点：1.掌握四种污染途径；2.明确每种污染途径的特点及污染水层；3.记住相应的实例。三、地下水环境影响评价与防护（第七章、地下水环境影响评价与防护）1.术语和定义（参照导则）（1

22、）地下水：以各种形式埋藏在地壳空隙中的水，包括包气带和饱水带中的水。（2）包气带/非饱和带：地表与潜水面之间的地带。（3）饱水带：地下水面以下，土层或岩层的空隙全部被水充满的地带。含水层都位于饱水带中。（4）潜水：地表以下，第一个稳定隔水层以上具有自由水面的地下水。（5）承压水：充满于上下两个隔水层之间的地下水，其承受压力大于大气压力。（6）地下水补给区：含水层（含水系统）从外界获得水量的区域。对于潜水含水层，补给区与含水层的分布区一致；对于承压含水层，裂隙水、岩溶水的基岩裸露区，山前冲洪积扇的单层砂卵砾石层的分布区都属于补给区。（7）地下水排泄区：含水层（含水系统）中地下水在自然条件或人为因

23、素影响下失去水量的区域，如天然湿地分布区、地下水集中开采区、接受地下水补给的河流分布区等。（8）地下水径流区：地下水从补给区到排泄区的中间区域。对于潜水含水层，径流区与补给区是一致的。（9）集中式饮用水水源地：指进入输水管网送到用户的和具有一定供水规模（供水人口一般大于1000人）的饮用水水源地。（10）地下水背景值：又称地下水本底值。自然条件下地下水中各个化学组分在未受污染情况下的含量。（11）地下水污染：人为或自然原因导致地下水化学、物理、生物性质改变使地下水水质恶化的现象。（12） 地下水污染对照值：评价区域内历史记录最早的地下水水质指标统计值，或评价区域内受人类活动影响程度较小的地下水

24、水质指标统计值。（13） 环境水文地质问题：指因自然或人类活动而产生的与地下水有关的环境问题，如地面沉降、次生盐渍化、土地沙化等。2.建设项目分类（参照导则）根据建设项目对地下水环境影响的特征，将建设项目分为以下三类。类：指在项目建设、生产运行和服务期满后的各个过程中，可能造成地下水水质污染的建设项目；类：指在项目建设、生产运行和服务期满后的各个过程中，可能引起地下水流场或地下水水位变化，并导致环境水文地质问题的建设项目；类：指同时具备I类和类建设项目环境影响特征的建设项目。（一）熟悉地下水环境影响预测应考虑的重点区域（参照导则原文9.2.2）地下水环境影响预测应考虑的重点区域应包括：a）已有

25、、拟建和规划的地下水供水水源区。b）主要污水排放口和固体废物堆放处的地下水下游区域。c）地下水环境影响的敏感区域（如重要湿地、与地下水相关的自然保护区和地质遗迹等）。d）可能出现环境水文地质问题的主要区域。e）其他需要重点保护的区域。例题：1.地下水环境影响预测应考虑的重点区域包括( ACDE )。A.地下水环境影响的敏感区域B.主要污水排放口和固体废物堆放处的地下水上游区域C.已有、拟建和规划的地下水供水水源区D.可能出现环境水文地质问题的主要区域E.其他需要重点保护的区域解析：地下水环境影响预测应考虑的重点区域应包括：已有、拟建和规划的地下水供水水源区。主要污水排放口和固体废物堆放处的地下

26、水下游区域。地下水环境影响的敏感区域（如重要湿地、与地下水相关的自然保护区和地质遗迹等）。可能出现环境水文地质问题的主要区域。其他需要重点保护的区域。B应该是下游区域。（二）熟悉污染物在地下水含水层中的运移特征（P238、 P240）1.地下水污染与地表水污染的区别P240地下水污染与地表水污染不同。污染物质进入地下含水层及在其中运移的速度都很缓慢，若不进行专门监测，往往在发现时，地下水污染已达到相当严重的程度。地表水循环流动迅速，只要排除污染源，水质能在短期内改善净化。地下水由于循环交替缓慢，即使排除污染源，已经进入地下水的污染物质，将在含水层中长期滞留；随着地下水流动，污染范围还将不断扩大

27、。2.地下水污染方式分类P241地下水污染方式可分为直接污染和间接污染两种。（1）直接污染的特点是：污染物直接进入含水层，在污染过程中，污染物的性质不变。这是对地下水污染的主要方式。（2）间接污染的特点是：地下水污染并非由于污染物直接进入含水层引起的，而是由于污染物作用于其他物质，使这些物质中的某些成分进入地下水造成的。例如，污染引起的地下水硬度的增加、溶解氧的减少等。间接污染过程复杂，污染原因易被掩盖，要查清污染来源和途径较为困难。3.地下水污染途径P241地下水污染途径是多种多样的，大致可归为四类：间歇入渗型。连续入渗型。越流型。径流型。4.污染物质能否进入含水层取决于地质、水文地质条件（

28、1）承压含水层：承压含水层由于上部有隔水顶板，只要污染源不分布在补给区，就不会污染地下水。如果承压含水层的顶板为厚度不大的弱透水层，污染物则有可能通过顶板进入含水层。（2）潜水含水层：潜水含水层到处都可以接受补给，污染的危险性取决于包气带的岩性与厚度。包气带中的细小颗粒可以滤去或吸附某些污染物质。土壤中的微生物则能将许多有机物分解为无害的产物（如H2O、CO2等）。因此，颗粒细小且厚度较大的包气带构成良好的天然净水器。粗颗粒的砾石过滤净化作用弱。裂隙岩层也缺乏过滤净化能力。岩溶含水层通道宽大，很容易遭受污染。5.在分析污染物质的影响时，要仔细分析污染源与地下水流动系统的关系污染源处于流动系统的

29、什么部位？污染源处于哪一级流动系统？（1）当污染源分布于流动系统的补给区时，随着时间延续，污染物质将沿流线从补给区向排泄区逐渐扩展，最终可波及整个流动系统，即使将污染源移走，在污染物质最终由排泄区泄出之前，污染影响也将持续存在。（2）污染源分布于排泄区，污染影响的范围比较局限，污染源一旦排除，地下水很快便可净化。当然，当人为地抽取或补充地下水形成新的势源或势汇时，流动系统将发生变化，原来的排泄区可能转化为补给区。因此，在分析时不仅要考虑天然条件，还要预测人类活动的影响。6.污染源分布于不同等级的流动系统，污染影响也不相同。（1）局部流动系统污染源分布在局部流动系统中时，由于局部流动系统深度不大

30、，规模小，水的交替循环快，短期内污染影响可以波及整个流动系统；但在去除污染源后，自然净化也快，数月到数年即可消除污染影响。（2）区域流动系统区域流动系统影响范围深大，流程长而流速小，水的交替循环缓慢；在其范围内存在污染源时，污染物质的扩展缓慢，但如有足够的时间，污染影响可以波及相当广大的范围；区域流动系统遭受污染后，即使将污染源排除以后，污染影响仍将持续相当长的时间，自然净化期可以长达数百年乃至数千年，污染后再治理相当困难，有时甚至是不可能的。7.污染物在地下水中的迁移与转化P238（1）机械过滤机械过滤作用指污染物经过包气带和含水层介质过程中，一些颗粒较大的物质团因不能通过介质空隙，而被阻挡

31、在介质中的现象。机械过滤作用只能使污染物部分停留在介质中，而不能从根本上消除污染物。（2）溶解和沉淀溶解和沉淀是水岩相互作用的一种。化合物的溶解和沉淀主要取决于其组成的离子半径、电价、极化性能、化学键的类型及其他物理化学性质；另一方面，它与环境条件如温度、压力、水中其他离子浓度、水的pH值和Eh条件密切相关。（3）氧化和还原氧化与还原反应是指污染物中的元素或化合物电子发生转移，导致化合价态改变的过程。氧化与还原作用受pH值影响，并与地下水所处的氧化还原环境有关。例如，元素Cr，在还原条件下，以Cr3+的化合物形式存在，不易迁移；而在氧化环境下，以Cr6+的化合物形式存在，则很容易迁移。（4）吸附和解吸吸附和解吸是污染物在土壤或包气带与水相、气相介质之间发生的重要的物理化学过程，吸附为污染物由液相或气相进入固相的过程，解吸过程则相反。吸附和解吸影响着污染物与地下水、空气之间的迁移或富集，