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内容介绍

本书立足我国地下水生态环境保护需求和行业发展现状，结合当前地下水环境质量监管中亟待解决的问题，较系统地梳理和总结了国内外地下水环境调查评估与污染防治分区工作中的最新成果，从基础理论、原理方法、技术实践等方面对地下水污染识别与评价、地下水环境监测井成井技术、地下水污染防治重点区划定技术等进行了系统阐述，并辅以典型的应用案例进行说明。本书可作为普通高等学校环境科学与工程、地下水科学与工程及相关专业本专科生、研究生教材使用，也可供从事土壤地下水生态环境保护的行政管理者、科研工作者，以及工程技术人员参考。

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精彩书摘

　　第1章绪论
1.1地下水环境
1.1.1基本概念
地下水的定义通常有三种：一是指与地表水有明显区别的所有埋藏在地下的水，特指含水层中饱水带的那部分水；二是向下流动或渗透，使土壤和岩石饱和，并补给泉和井的水；三是在地下的岩石空洞和组成地壳物质的空隙中储存的水。
国内学者通常认为地下水是指赋存于地面以下岩石空隙中的水，狭义上是指地下水面以下饱和含水层中的水（王大纯等，1995）。《水文地质术语》（GB/T14157—93）中，地下水是指埋藏在地表以下各种形式的重力水。在地下水生态环境管理中指地面以下饱和含水层中的重力水，主要关注潜水含水层和可能受建设项目影响且具有饮用水开发利用价值的含水层、饮用水水源地以及涉及地下水的环境敏感区等。
1.1.2地下水的功能
1.资源属性
地下水与人类的关系十分密切，是水资源的重要组成部分，由于具有稳定的供水条件、良好的水质，而成为农业灌溉、工矿企业生产以及城市生活用水的重要水源。尤其是在地表缺水的干旱、半干旱地区，地下水常常成为当地的主要供水水源，是人类社会必不可少的重要水资源。根据2022年《联合国世界水发展报告》，地下水约占地球液态淡水总量的近99%，河流湖泊中的淡水只占约1%。全球地下水开采量约70%用于农业生产，约30%的灌溉用水是地下水，地下水支撑着饮用水供应、环卫系统、农业、工业和生态系统。
2.地质营力
地下水是一种重要的地质营力，它与岩土体之间的相互作用，一方面改变着岩土体的物理、化学及力学性质，另一方面也改变着地下水自身的物理、力学性质及化学组分。
通常，地下水与岩土体之间的相互作用有三种，即物理作用（包括润滑作用、软化、泥化作用和结合水的强化作用）、化学作用（包括离子交换、溶解作用、水化作用、水解作用、溶蚀作用和氧化还原作用）以及力学作用（包括静水压力作用和动水压力作用）。地下水与岩土体相互作用的结果影响着岩土体的变形和强度；而岩土体中应力的变化（自然力和人类工程力）导致地下水的补给、径流和排泄条件改变，最终诱发地质灾害，如岩溶塌陷、地面沉降、矿山及隧洞突水等。
3.环境功能
地下水与地表水体、岩土体、土壤以及生物群落之间，通过物质（水分、盐分、有机养分等）循环及能量交换相互作用、相互依存，构成动态平衡系统（图1.1-1）。地下水的环境功能主要体现在以下方面：①重力驱动的地下水流系统控制着由补给区至排泄区水分有规律的空间分布。②流动的地下水从补给区移出各种组分，经由传输，积聚于排泄区，控制地下水组分有规律的空间分布。③流动的地下水传输热量，对热量进行空间再分配，控制地下水温度有规律的空间分布。④地下水向土壤、湿地及地表水体输送水分、盐分、有机养分及热量，支撑生态系统健康运行。⑤在饱水岩土体中，水与岩土体共同构成力学平衡体系，如果作为中间应力的孔隙水压力改变，则有效应力也随之改变，导致岩土体变形、位移及破坏；在非饱和带岩土中，随着含水量变化，力学性质也有所改变。⑥地下水润滑岩土体的不连续面，降低摩擦阻力，触发岩土体发生位移。⑦流动的地下水带走松散土的细小颗粒或溶解胶结物，破坏土体结构，发生渗透变形。在特定的自然条件下，地下水引发地质灾害、形成不良环境与不利的生态条件，导致天然地下水环境问题。
4.致灾因子
水动力条件发生急剧变化的原因主要有降雨、水库蓄水、井下充水、灌溉渗漏、严重干旱、矿井排水、快速抽水等。当岩土体中含有易溶组分时，例如碳酸盐岩物质等，经过地下水运动发生溶蚀，形成大小不一的裂隙或溶洞，使得上覆岩体发生塌陷、崩塌和滑坡等地质灾害。过量抽取地下水是当前产生地面沉降主要的原因之一，地下水位下降引起土中孔隙水压力降低，从而使土层的有效应力增加，进而产生固结变形。地下水运动是岩溶区地面塌陷的主要动力，水动力条件的改变是产生塌陷的主要因素。海水入侵也源于“人为超量开采地下水造成水动力平衡的破坏”，自然因素只是对海水入侵起一定的影响和控制作用。
1.1.3地下水的类型
地下水的赋存特征对其水量、水质时空分布有决定意义，其中最重要的是埋藏条件和含水介质类型，所以可以根据埋藏条件和含水介质类型对地下水进行划分。依据埋藏条件可将地下水分为包气带水（包括土壤水、上层滞水、毛细水及过路重力水）、潜水和承压水，其中潜水和承压水是本书的主要研究对象，其分类及特征见表1.1-1和表1.1-2；依据含水介质（空隙）类型又可以将地下水分为孔隙水、裂隙水和岩溶水。
1.孔隙水
1）孔隙水的定义及特征
孔隙水是指赋存于松散沉积物中的地下水（图1.1-2）。按含水层埋藏条件，孔隙水可分为孔隙潜水和孔隙承压水，有如下特征：①呈层状分布，空间上连续均匀，含水系统内部水力联系良好；②一般呈层流运动，在空隙中均匀分布，互相连通，很少像裂隙水和岩溶水那样出现透水性突变和相应的紊流运动；③埋藏分布和运动规律主要受地貌及第四纪沉积规律的控制，在不同的地貌单元和不同成因类型的第四系沉积物中，地下水具有不同的分布规律（张人权等，2018）。孔隙含水层的水文地质类型与特征见表1.1-3。
2）冲洪积扇中的地下水
冲洪积扇是指半干旱山区河流出口处由冲积洪积物组成的延伸很广、坡度较缓的扇形地（图1.1-3）。扇形地多在山前成群分布，构成扇群，扇间为洼地。
由于水动力条件控制着沉积作用，冲洪积扇由山口向平原具有明显的地貌岩性分带性：由山口向平原（盆地），地貌上由扇顶至扇中至扇前缘，地形由高变低，地面坡度由陡变缓，岩性由粗变细。同时，由于水动力条件逐渐减弱，由集中的洪流到辫状散流，水流速度和搬运能力由大变小，沉积作用由弱变强，水流挟带的物质随地势和流速的变化而依次堆积，先堆积粗粒物质，后堆积细粒物质。所以扇顶多为砾石、卵石、漂石等，沉积物不显层理，或仅在所夹细粒中显示层理；向外过渡为以砾及砂为主，出现黏性土夹层，层理明显。
此外，扇顶物质颗粒粗大，多直接出露于地表，地势高，潜水埋藏深，岩石透水性好，补给充沛，地下径流强烈，蒸发微弱，易形成低矿化水，属潜水深埋带或盐分溶滤带，多为HCO3-Ca、Ca-Na、Ca-Mg型水，水位变化大；向下游，地形变缓，颗粒变细，透水性变差，地下水流受阻，潜水位接近地表，形成泉和沼泽，蒸发增强，水的矿化度增高，为地下水溢出带或盐分过路带，地下水位动态变化小；向下游进入平原区，地势变平，颗粒变细，潜水埋深浅，蒸发强烈，土壤常发生盐渍化，为潜水下沉带或盐分堆积带。

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目录
第1章绪论 1
1.1 地下水环境 1
1.1.1 基本概念 1
1.1.2 地下水的功能 1
1.1.3 地下水的类型 3
1.2 地下水资源 13
1.2.1 地下水资源的特点 13
1.2.2 地下水资源分布 15
1.2.3 地下水资源开发利用 15
1.3 地下水系统 16
1.3.1 地下水系统的概念 16
1.3.2 水文地质单元 17
1.3.3 地下水补给、径流、排泄 19
1.3.4 地下河 23
1.4 我国地下水环境管理 24
1.4.1 地下水管理的历史沿革 24
1.4.2 地下水管理制度的探索 26
1.4.3 当前我国地下水环境管理职能 27
1.4.4 《地下水管理条例》解读 28
1.4.5 地下水污染防治中面临的问题和挑战 30
第2章地下水污染识别与评价 34
2.1 地下水污染 34
2.2 地下水的天然化学组分 36
2.2.1 大量组分 36
2.2.2 气体组分 39
2.2.3 其他组分 41
2.3 地下水环境背景值的确定及成因 41
2.3.1 地下水环境背景值的概念 42
2.3.2 地下水环境背景值影响因素 43
2.3.3 地下水环境背景值确定方法 45
2.4 地下水污染物 48
2.4.1 无机污染物 49
2.4.2 有机污染物 53
2.4.3 放射性污染物 54
2.4.4 生物污染物 55
2.4.5 原生劣质地下水 55
2.5 地下水污染源 56
2.5.1 地下水污染源分类方法 56
2.5.2 基于源识别的地下水污染源分类 60
2.5.3 污染源特征污染因子 63
2.5.4 地下水优控污染物的筛选 66
2.5.5 地下水污染源溯源方法 68
2.6 地下水污染评价方法 70
2.6.1 天然组分污染评价 71
2.6.2 人工组分污染评价 72
2.7 地下水污染源强评价 72
2.7.1 半定量评价模型 72
2.7.2 定量评价模型 80
2.7.3 分级评价方法 82
2.8 地下水污染评价方法的筛选 83
2.8.1 地下水污染评价与背景值获取 84
2.8.2 地下水污染评价方法 85
第3章地下水环境监测井成井技术 87
3.1 监测井成井技术 87
3.1.1 监测井设计 87
3.1.2 钻探 91
3.1.3 下管 95
3.1.4 填砾止水 96
3.1.5 井口保护 97
3.1.6 标识、标牌 97
3.1.7 成井洗井 100
3.1.8 抽水试验 103
3.1.9 岩心编录 104
3.1.10 利旧井筛选 105
3.2 监测井布设原则、要求及方法 106
3.2.1 监测井布设原则 107
3.2.2 监测点布设要求 108
3.2.3 监测网布设方法 109
3.3 地下水监测井网优化设计 112
3.3.1 监测井网类型 112
3.3.2 井网优化原则 113
3.3.3 井网优化设计思路 114
3.3.4 井网优化设计步骤 115
3.3.5 井网优化布设方法 115
3.3.6 井网优化布设密度 118
3.4 监测井成井质量控制 120
3.4.1 施工质量要求 120
3.4.2 监测井验收与资料归档 121
3.4.3 监测井维护与管理 127
3.5 施工安全管理 128
3.5.1 基本安全规定 128
3.5.2 施工安全措施 128
3.5.3 环境保护措施 128
3.5.4 孔内事故预防 129
3.5.5 钻探施工应急预案 129
第4章地下水采样分析与质量控制 131
4.1 监测指标及频率 131
4.1.1 监测指标 131
4.1.2 监测频率 139
4.2 样品检测种类及采样量 140
4.2.1 样品检测种类 140
4.2.2 采样量 141
4.3 采样工作流程 143
4.3.1 采样设备与容器 143
4.3.2 测定地下水水位与井水深度 145
4.3.3 洗井 146
4.3.4 现场监测项目 146
4.3.5 地下水样品采集 147
4.3.6 样品保存、运输、交接与贮存 153
4.4 监测项目分析 156
4.4.1 地下水监测项目选择 156
4.4.2 监测项目分析方法 157
4.4.3 监测数据处理 161
4.5 分析测试质保与质控 163
4.5.1 质量保证 163
4.5.2 采样质量控制 163
4.5.3 实验室分析质量控制 164
4.5.4 原始记录和监测报告的审核 165
4.5.5 实验室间质量控制 165
4.6 采样安全防护与应急处置 165
第5章地下水环境质量评估 166
5.1 我国地下水环境质量标准体系 166
5.1.1 地下水环境质量标准框架 166
5.1.2 地下水质量分类及指标 166
5.2 地下水环境质量调查方法 170
5.3 地下水调查评估技术路线 171
5.4 地下水“双源” 173
5.4.1 集中式地下水型饮用水源 173
5.4.2 污染源 173
5.5 “双源”重点调查对象筛选 174
5.5.1 集中式地下水型饮用水源 174
5.5.2 重点污染源 175
5.6 初步调查 177
5.6.1 资料收集与分析 177
5.6.2 现场踏勘 179
5.6.3 人员访谈 180
5.6.4 初步调查工作计划 180
5.7 详细调查 181
5.7.1 制订工作计划 181
5.7.2 采样布点 181
5.8 补充调查 182
5.9 地下水环境质量评价方法 183
5.9.1 单因子评价法 183
5.9.2 综合指数法 183
5.9.3 模糊综合评价法 184
5.9.4 灰色聚类法 187
5.9.5 水质指标分类法 188
5.9.6 熵权属性识别评价法 190
5.10 成果报告编制 192
5.11 案例分析 195
第6章地下水功能区与水源保护区划分 199
6.1 地下水功能区划分 199
6.1.1 划分目的 199
6.1.2 划分原则 199
6.1.3 水利部门的地下水功能区划 200
6.1.4 自然资源部门的地下水功能区划 202
6.2 地下水型饮用水水源保护区划分 208
6.2.1 划分原则 208
6.2.2 资料收集 209
6.2.3 划分方法 209
6.2.4 保护区划分与定界 213
6.3 地下水型饮用水水源补给区划定 216
6.3.1 前期准备 216
6.3.2 划定原则 217
6.3.3 划分方法 217
6.3.4 水源补给区划定 220
6.3.5 技术成果编制大纲 220
第7章地下水环境脆弱性评估 222
7.1 地下水脆弱性概念及影响因素 222
7.1.1 地下水脆弱性概念 222
7.1.2 地下水脆弱性分类 222
7.1.3 地下水脆弱性影响因素 223
7.2 地下水脆弱性评估指标体系 223
7.2.1 指标体系构建原则 223
7.2.2 指标权重确定方法 225
7.3 地下水脆弱性评估方法 228
7.3.1 叠置指数法 228
7.3.2 统计法 229
7.3.3 过程模拟法 229
7.3.4 模糊数学法 230
7.3.5 其他方法 230
7.3.6 地下水脆弱性评价方法对比 232
7.4 地下水脆弱性评估模型 232
7.4.1 GOD模型 232
7.4.2 Legrand模型 233
7.4.3 SINTACS模型 233
7.4.4 Vierhuff模型 234
7.4.5 岩溶水系统脆弱性评估方法 234
7.5 地下水脆弱性评估技术方法 239
7.5.1 资料收集 239
7.5.2 DRASTIC模型 240
7.5.3 PLEIK模型 244
第8章地下水污染源荷载评估 251
8.1 地下水污染源荷载评估研究现状 251
8.2 常见地下水污染源荷载评估方法 252
8.2.1 评分指数法 252
8.2.2 定量指数法 259
8.2.3 多源污染分析法 262
8.2.4 模糊层次分析法 265
8.3 评估方法差异性与适用性 266
8.3.1 尺度效应 266
8.3.2 解析精度 267
8.3.3 繁简程度 267
8.4 地下水污染源荷载评估编图方法 267
第9章地下水污染健康风险评价 268
9.1 国内外健康风险评价研究现状 268
9.1.1 国外研究现状 268
9.1.2 国内研究现状 269
9.1.3 存在问题 270
9.2 健康风险评价方法 271
9.2.1 数据收集和数据评估 271
9.2.2 危害识别 278
9.2.3 毒性评估 279
9.2.4 暴露评估 287
9.2.5 健康风险表征 294
9.2.6 风险控制值的计算 298
第10章地下水污染数值模拟 301
10.1 水文地质概念模型构建 301
10.1.1 明确目标 301
10.1.2 资料收集 302
10.1.3 评估区范围确定 304
10.1.4 水文地质条件概化 304
10.1.5 污染特征概化 309
10.2 地下水污染数值模型建立 312
10.2.1 建立（或选择）合适的数学模型 312
10.2.2 建立数值模型 313
10.3 地下水污染模拟预测 318
10.3.1 模拟场景设计与评估结果分析 318
10.3.2 不确定性分析 319
10.3.3 模型完善 319
10.4 案例分析 319
10.4.1 水文地质概念模型 319
10.4.2 地下水与溶质运移数值模型 323
10.4.3 情景设定 325
10.4.4 预测结果 326
10.4.5 风险分析 327
第11章地下水污染防治重点区划定 328
11.1 划定意义 328
11.2 划定目的 328
11.3 划定原则 329
11.4 划定指标体系构建与评估方法 330
11.5 划定技术方法及模型构建 331
11.5.1 保护类区域划定 331
11.5.2 管控类区域划定 332
11.5.3 重点区边界确定及管理要求 335
11.5.4 编制报告和图件 338
11.6 不确定性分析 341
第12章地下水污染管控与修复效果评估 343
12.1 地下水污染风险管控及修复技

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