地下水概念范文

导语：如何才能写好一篇地下水概念，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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关键词：建筑工程；给排水设计；节能

中图分类号：TU198文献标识码： A 文章编号：

引言：随着我国经济的发展和人民生活质量的不断提高，建筑给排水的负荷不断增大，在建筑给排水上产生的资源浪费问题越发凸显。近年来，随着低碳概念在全球的推广，对建筑给排水节能问题的讨论变得尤为重要，本文着重介绍一些较新的建筑给排水节能技术，希望以此抛砖引玉，为给排水节能技术的发展和推广尽微薄之力。

一、我国建筑给排水的现状

（一） 建筑给水现状

1.增压设置，我国当前经常使用的增压设备主要包含给水气压装置、给水变频装置与水泵等。给水气压装置已经出现了两个方式，补气与隔膜，给水变频装置与水泵相关技术的应用也更加成熟。

2.水箱调节设备，目前的水箱款式与种类非常多，主要使用的水箱类型有镀锌材质钢板水箱、搪瓷材质钢板水箱、复合材质钢板水箱以及最新材质涂料钢板水箱等。这些材质的水箱与水接触之后其表面发生锈蚀的几率很低，对水质影响不大，同时还能够有效减轻水箱荷载、解决施工带来的不便、有利于清洗等。

3.划分区域实施给水，较高层建筑物通常都是利用分区实施给水。建筑物的不同给水方式也不一样。给水分区中使用的减压装置通常选择减压比例阀，其具有简单的结构，减压过程中拥有着比较稳定的比例，工作状态平稳，具有较高的可靠性。在限流减压的工作中，薄膜减压阀的应用也十分广泛，主要特点是能够调节减压数值。

4.节约水资源体系，由于水资源的短缺，污染的严重程度等原因致使我国在合格范围内的淡水资源非常缺乏，再加之水资源出现的严重污染，我国经济可持续发展的限制因素之一就是水资源。建筑物在排水环节中，水资源节约的重点是节水设备的使用，当前已经出现了相关定型产品。

（二） 建筑物排水现状

1.卫生器具，其直接体现了人们的生活质量与水平。伴随着不断提升的生活水平，卫生器具的发展趋势呈现出更加的舒适与节能。

2.排水特殊体系，排水使用的管道材质通常包含塑料与钢铁排水管，其中化学建筑材料的重要组成部分就是塑料排水管，在大部分施工现场钢铁材质的排水管依然是重要材料之一。

二、建筑给排水节水利用的新技术

（一） 节水新型设备的使用

广泛应用优良的阀门管材。因为镀锌材质钢管生锈的现象非常严重，对于水质造成了污染，经过一段时间放置重新使用时需放出陈水进而造成了水资源的浪费，假如锈蚀到接触位置会产生渗水。利用新型材质的管道能够有效减少这些浪费现象。建筑给排水中阀门也是经常使用的配件，其自身质量与类型的选择对水质也会产生影响。通常来说，截止阀关闭的效果比较好，在同样的情况下，应选择使用节水效果更好的阀门。

（二） 中水资源的开发利用

中水的主要来源是建筑生活中的排水，指人们生活所排出的污水与废水。生活中的废水包含冷却后排出的水、淋浴后排出的水、厨房排出的水等。中水也就是经过一系列处理之后的各种类型的排水，当符合水质规定的使用标准之后，能够在市政、生活环境等范围之内使用的非饮用杂用水。根据目前的观察，制定规范标准的想法很难被开发商接受。可是在未来水资源逐渐短缺的状况下，中水的构建是必需的。它能够令污水实现资源化，有效的节约了水资源，也成为日后开展节水工作的重要方向。

（三） 雨水的收集应用

雨水的应用是指将雨水全部收集在一处，借助于一定的设备与试剂对其实施处理，最终获得达到水质规定标准的再利用水。与中水比较相似，雨水经过处理之后变成了一种能够重复使用的水资源，可以在冲刷厕所、绿化城市等适合中水的场所利用。当前，世界上很多国家对雨水使用陆续开展了一系列的研究，以便能够对水资源尽量节约，减少水的使用量。

（四） 设置消防贮水池

当构建共同的消防水与生活贮水池时，其中的消防贮水超过生活贮水导致贮水池中的生活水停留较长时间，造成余氯量全部消耗完毕进而产生劣化的水质。因此想要确保贮水池中的水符合卫生要求，应定期对其存水进行更换。

（五） 节水操作中应用的真空技术

为了充分保证冲洗卫生洁具与下水管道的清洁效果，可以在建筑排水设计中应用真空技术。利用空气替代绝大部分水，根据真空负压高速出现的汽水混合物质，迅速冲洗洁具中存在的污物，最终获得污浊空气排水与节水目的。由于真空技术在各种建筑物的应用，使得节水平均达到了40%以上。

三、建筑给排水节能利用的新技术

（一） 给水管道采取的减压措施

当出水管道压力较大时容易产生出流超压现象导致水资源的大量浪费。对于节能工作来说很容易忽略这个内容。即便是各区实施分区之后，配水点在最底层的静水压力上仍然保持300到400千帕的压强。假如不使用任何减压手段，卫生设备在实际中的出流量将高出额定流量的4到5倍。不仅造成水资源的浪费、过高的水压，还容易出现噪音与振动。

（二） 单独设置生活与消防用水体系

对高层建筑物实施设计过程中应将生活与消防给水分开设置，因为这两种给水体系对水压产生的不同要求。假如根据消防给水需要的水压设计分区，将会令生活给水管内压力超标，进一步导致供水超量等问题，假如经常利用调节阀对水流实施减压处理，又会对电能造成不必要的浪费，假如按照生活给回需要的水压设计分区，则需添加一定的水泵数量。

（三） 选择合理的变频类型的水泵

在供水体系中没有设置调节水箱的情况下应选择使用具有高效节能效果的变速类型水泵。使用变速水泵可以有效防止供水传统系统出现的不利供水情况下，计算所造成的浪费电能与水量现象，这在目前资源供应十分紧张的情况下拥有广泛的前景。同时，在供应热水体系中，可以选择在配水龙头位置安装指示水流设备，或者是在配水点的位置安装高度感温设备，将信号准确传输至控制循环泵的系统中，按照热水具有的配水不同操作情况，指示水泵在停转变换过程中改变操作参数，进一步达到了电耗的节省目的。

（四） 充分使用Ho

高层建筑物种的管网水压很难达到供水需要。一些建筑工程甚至直接将管网进水注入贮水池内，浪费了大量的Ho，特别是在地下层的贮水池，将全部Ho完全转变为负压，对经济的合理性造成了严重影响。在高层建筑底层一般是需水量非常大的公共商业服务设施。这些建筑物占据了较大比例的总水量，假如全部使用贮水池提供水，明显过于浪费。

结束语

建筑的给排水系统属于一个十分重要的环节，它将会与社会发展同步，对国家经济实力的加强发挥了重要作用。建筑给排水中节能节水技术的应用可以有效减少目前与将来的需水量，保证了可持续使用的水资源。节省了目前给排水体系操作需要的资金费用，降低了建设水厂的资金投入。21世纪的建筑给排水工作任重道远，迎来了新的机遇和挑战，必须坚持以人为本的设计思想，保证水资源的均衡使用。

参考文献：

[1] 王红业. 浅谈建筑给排水设计中节能节水方法[J]. 科技致富向导，2011，（5）.

[2] 魏晋宏，张浩. 建筑给排水节水技术及施工中应注意的问题[J]. 产业与科技论坛2008，（7）.

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[关键词] 地下水流数值模型 Visual MODFLO 水均衡

银川市炼油厂位于银川市西夏区水源的上游，周边分布着两处大型的供水水源地。鉴于此，为了确保西夏区水源地地下水资源的可持续利用，本文首次针对银川地区该环境敏感区的特点，将其作为研究区，对其地下水流进行数值模拟。旨在研究和查明该环境敏感区的地下水流运动特征，为将来研究地下水流污染以及建立地下水溶质运移模型进行基础性研究。

1.自然地理概况及区域水文地质条件

地理位置及地形、地貌

研究区地处银川平原中部西缘。地理坐标为：东经106°03′~106°08′，北纬38°24′~38°26′，呈矩形状，面积约35km2。研究区大部分位于风积沙丘区域西北小部分坐落于扇前冲击洼地。地面高程1110-1130m，地势自西向东微微倾斜，坡降为3‰-1‰。

地下水类型

研究区地下水类型主要为松散岩类孔隙水。从含水层结构上来看，研究区位于多层结构区，可分为潜水含水层，第一承压含水层和第二承压含水层。根据钻孔资料，潜水埋深一般1-5m，含水层厚度一般24-36m，岩性以细砂为主，部分地段夹有亚粘土的透镜体。第一承压含水层厚度在104-112m之间，岩性主要为细砂，含水层之间夹有亚粘土透镜体。第二承压含水层厚度在72-85m之间，岩性主要为细砂。

为了查明含水层结构、获得研究区水文地质参数来求解地下水流数值模型，本次研究分别在炼油厂区和废渣场进行了稳定和非稳定流抽水试验，此外，前人在该研究区进行水文地质勘查时，曾在承压含水层进行了非稳定流抽水试验。计算参数潜水渗透系数K=6.59 m/d、给水度0.23、储水系数S=0.0028，承压水K=6.42 m/d、储水系数S=0.000767。

2.地下水流数值模型的建立及求解

2.1 水文地质概念模型

含水层结构概化：从含水层结构上来看，研究区分为潜水和承压含水层。将含水层概化为非均质、各向同性含水层，而局部可以视为均质。地下水的水动力条件可以概化为非稳定的三维流。

研究区边界条件概化：研究区四周边界定为第一类边界条件，边界水位均由地下水位长期观测资料插值获得。计算区上界面可概化为潜水面边界，下界面可概化为隔水边界。

研究区源汇项概化：含水层主要接受大气降水补给、灌溉入渗补给和渠系渗漏补给、侧向渗流补给。地下水消耗项主要是蒸发排泄和人工开采、侧向径流排泄。

初始条件概化：结合研究区长期水位观测孔、民井（孔）的实测水位资料，绘制研究区在初始时刻的等水头线，确定初始流场。

2.2 地下水流数学模型

根据前述的水文地质概念模型，研究区地下水三维非稳定流数学模型如下：

2.3 模型离散化及基础资料的给定

2.3.1 空间和时间的离散化

研究范围是一个规则的矩形区域，分别在两个厂区进行了加密剖分。根据该地区地下水统测资料和长期观测资料，考虑区内地下水的年内和年际变化，选取2008年1月1日到2008年12月31日为模拟时间。每个月为一个应力期，应力期内每三天作为一个时间步长，严格控制每次迭代的误差。在每个应力期保持含水层补给和排泄强度不变。

2.3.3 边界条件的输入

研究区四周边界都概化为第一类边界条件，由于三维地下水流动的非稳定性，边界上的水位值随时间而变化。根据地下水位长期动态观测资料，选定每个月中旬的水位值作为水位观测值输入到Visual MODFLOW中。

2.3.4 初始条件的输入

潜水的补给来源包括侧向径流补给、降雨入渗补给、灌溉入渗补给和渠系渗漏补给。研究区地下水排泄方式包括侧向径流排泄、潜水蒸发排泄和人工开采。承压水在天然状态下的补给来源主要是接受潜水的越流补给、区外的侧向径流补给，人工开采是其主要的排泄方式。

2.4 数学模型的识别、验证

模型识别与验证是建立一个数值模型的关键步骤之一，数值模拟工作的工作量主要集中在这一步骤。本次数值模拟工作中，考虑到抽水试验求参时假设含水层为均匀分布，但实际含水层却是非均匀分布的。运用水文地质参数时，将参数进行适当分区，同时结合长期实测水位资料对模型进行合理的调参。

此次研究把2008年1月至2008年6月的开采量及各种水文地质资料代入模型，以各长期观测孔的观测水位与模型相应位置相同时刻的计算水位间的水位均方差最小为目标。通过调整分区参数值使二者之间的差值尽量小，并据此来判断所用水文地质参数及分区是否合理。经反复调整参数，获得了较为满意的水文地质参数。

通过识别后的模型基本能反映实际的地下水流运动状态，在此基础上，将2008年1月到2008年12月所有的开采量和水文地质资料带入模型，用全年的数据来检验所选水文地质参数是否合适。经检验，各观测孔实测水位与计算水位差值的绝对值绝大多数小于1m。同时对比2008年12月潜水和承压水的实测水位与模型计算水位，可以看出模拟流场与实际流场的变化趋势基本一致，在大部分地区拟合效果均较好。

2.5 水均衡分析

研究区水均衡的计算是在有效地结合了抽水井资料及各源汇项资料的基础上进行的。水均衡的计算是从模型的识别阶段到验证阶段即2008年1月1日开始到2008年12月31日结束。计算得到：地下水的总补给量为0.37×108m3，地下水总排泄量为0.3725×108m3。

参考文献：

[1]李俊亭.地下水流数值模拟[M].北京：地质出版社，1989.

[2]薛禹群，谢春红.地下水数值模拟[M].北京：科学出版社，2007.

[4]Tyson H N and Weber E M .Groundwater management for the nations future―computer simulation of groundwater basins．[J].Hy draul，Div.Amer.Soc.Civil.Eng，1964.90(4)：59 -77.

[5]王文科，李俊亭.地下水流数值模拟的发展和展望[J].西北地质，1995，16（4）：52-56.

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地下水与地表水水质现状

1地表水水质现状

本次在溪沟中采取了控制性水点的3组能较好控制模拟区范围的地表水进行分析测试，地表水水质评价按《地表水环境质量标准》(GB3838－2002)进行。采取的地表水样基本能达到地表水环境质量标准的Ⅰ～Ⅱ类地表水标准。SO42－和NH4+含量的均值分别为10mg/L与0.15mg/L。

2地下水水质现状

模拟区地下水水质现状评价采用现行国家标准《地下水质量标准》(GB/T14848－1993)中规定的单项评价的方法，地下水各单项指标中大部分均达到Ⅰ～Ⅱ类地下水标准，仅铁与氨氮含量达到Ⅲ～Ⅳ类地下水标准。SO42－和NH4+含量的均值分别为22mg/L与0.21mg/L。

模型建立与校验

本次数值计算采用的软件是有限单元法的FEFLOW软件。选取地下水环境较敏感的具代表性的、典型的水文地质单元作为模拟区(如图1)。

1模型建立

1）概念模型

概念模型中的错误会导致预测的失败［1］，因此要建立正确的概念模型。(1)模拟对象概化模拟区地下水类型主要分为松散岩类孔隙水和基岩风化网状裂隙水。天然条件下，地下水自山区向沟谷区径流，山区水力梯度较大，沟谷区相对较小。本次数值模拟主要针对区内的各含水层，即矿区稀土开采对地下水环境的影响进行预测与评价，选定第四系松散岩类孔隙水和直至微风化的基岩裂隙水作为主要的模拟对象。(2)污染源概化模拟区稀土矿面积约为20500m2，原地浸析开采工艺所用浸出液为硫酸铵(NH4+和SO42－)，每隔(4～5)m×(4～5)m的间隔布置注液孔，共设置330口注液孔。因此将污染源概化为连续恒定排放的多点源污染，将SO42－和NH4+确定为有关的特征污染因子。(3)边界条件本模型渗流场的上边界由降水入渗补给边界以及潜水蒸发排泄边界混合而成，模型的底面与其下伏的完整基岩无水量交换，设置为隔水边界，西部及东部部分边界为定水头边界，水头为河流水位，北部及东部为分水岭，设为隔水边界。污染物浓度场西部和东部部分地区为第一类边界，此处取本区地表水中SO42－背景值约为10mg/L，NH4+背景值为0.15mg/L，东部及北部为零通量边界，注液孔为定通量的第二类边界。

2）数学模型

通过对区内水文地质条件和开采工艺的系统分析，依据渗流连续性方程和达西定律，建立与区内地下水系统水文地质概念模型相对应的三维非稳定流和溶质运移数学模型［5］。

3）计算模型

(1)空间离散

根据评价区的实际水文地质条件及含水层边界的几何形状，对模拟区采用三角剖分法进行自动网格剖分，在注液孔、边界等位置适当加密;模拟区剖分地层共计5层，自上而下为第四系松散层、全风化层(矿层)、强风化层、中风化层和微风化层，三维网格共计剖分结点443610个，有限单元格个数为727990个，如图2所示。

(2)时间离散

根据矿山服务年限与建设阶段，模拟时长选取不同的时间，稳产时长为8年，减产及扫尾时长为2年，开采结束后，时长延长10年，时间步长与每月天数一致。

(3)初始及边界条件

模拟区由钻孔水位和模拟所得水头作为初始流场，由现状水化学分析所得的离子浓度值作为初始浓度，此处为水样中SO42－平均浓度值，约为22mg/L，NH4+约为0.21mg/L。边界条件如前所述的设定。

(4)参数取值

根据水文地质试验及含水层渗透性特征，对渗透系数、孔隙度、给水度等参数赋值，入渗系数和弥散系数由于缺乏实测资料，根据各自的岩性特征和相关研究取经验值，水文地质参数初始赋值见表1。

2模型识别与校验

上述步骤建立的地下水渗流数值模拟模型是否能全面、客观地表征模拟区实际的水文地质条件和特征，需要进行识别验证，根据给出参数初始值及其变化范围、边界条件与初始条件，用反演与正演计算求解水头函数，计算完成后，将计算结果和实测曲线进行拟合比较，不断调整参数初值。通过反复多次计算，使计算水头(浓度)与实测水头(浓度)符合拟合要求。从校验后的模拟水头值与观测水头值对比(图3)，模拟区内的三个钻孔的水位均在标准比较线附近，模型较好地反映了区内地下水实际流场，可为下一步地下水环境影响预测提供可靠依据。从模拟区地下水流场模拟结果(图4)看，流场的形态与地形地貌密切相关，模拟所得流场基本上反映了矿区的地下水补、径、排条件。

地下水污染影响模拟预测

稀土开采对地下水环境的影响分两种工况条件预测，分别为母液集取率85%(设计回收率)与原地浸矿采场母液渗漏随地下水运移至溪沟时，溪沟边水质达标时的最低源强。模拟预测1年、3年、10年、15年等4个时间段SO42－和NH4+在各含水层中分布运移情况。

1母液集取率85%时地下水污染变化预测

母液集取率85%为稀土开采过程中正常的集取率，预测此工况条件下稀土开采对地下水环境的影响具有现实意义。各含水层不同时段两种特征离子布预测结果如图5和图6所示:从图5、图6可知，模拟区溪沟边第四系松散含水层SO42－浓度在第7年达最大，最大浓度为130.25mg/L，达到地下水的Ⅲ类水标准。全风化层和中风化层溪沟边地下水SO42－最大浓度均小于第四系松散含水层最大浓度。模拟区溪沟边SO42－未出现超标。模拟区溪沟边第四系松散含水层NH4+浓度第1年为0.18mg/L、第3年为0.19mg/L，达到地下水Ⅲ类水标准;在第7年最大为0.85mg/L，超过Ⅲ类地下水水标准(0.2mg/L)，超标倍数25倍;在第15年氨氮浓度降为0.18mg/L，达到地下水Ⅲ类水标准。全风化层和中风化层溪沟边地下水NH4+最大浓度均小于第四系松散含水层最大浓度。

2溪沟边水质达标时最低源强预测

溪沟边地下水水质达Ⅲ类标准时地下水中SO42－浓度需≤250mg/L，NH4+需≤0.20mg/L，经模型反复试算，单井中每天的母液泄漏量应小于0.025m3/d，评价区每天的母液泄漏总量约为8.25m3/d，此强度的源强不会对溪沟边地下水造成污染。各含水层不同时段两种特征离子分布预测结果如图7和图8所示。

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关键词：地下水 安全监测 地下水污染 监测网点

一、地下水的定义

地下水顾名思义，就是地面以下的水，然而随着应用领域的不同，对地下水的定义也有所差异，一般情况下地下水指的是地表以下，土壤或岩石孔隙中的含水层，不过也有人认为地层水达到饱和的水分，始称地下水。从环境保护角度讲，采用前者更有意义，地下水是大自然赋予人类社会的宝贵资源，是地球水循环中不可或缺的重要部分，据估计，地球上的总水量约为一亿四千万方，其中海水约占97.3%，淡水仅占2.7%，而地下水则更少，仅为淡水资源的1/5，我国是一个缺水国家，巨大的人口压力加剧了水资源短缺的严峻形势。在干旱——半干旱地区和西南岩溶石山地区，地下水是主要的甚至是唯一的供水水源，在地表水资源相对丰富的东部、南部和沿海地区，随着经济的发展，地下水也越来越成为重要的供水水源，地下水的保护也显得非常重要。地下水是城市生活用水、工业用水和农田灌溉的重要供水水源。据不完全统计，在我国 181个大中城市中，有61个城市以地下水作为供水水源，有40个城市以地表水和地下水联合作为供水水源，全国有1/3的人口饮用地下水。就水质而言，地下水是自然界提供给人类的最好的饮用水水源。但令人担忧的是，地下水亦难以幸免于污染，并且一旦被污染，极难治理。

二、地下水安全监测的必要性和紧迫性

随着社会经济的发展，环境保护工作就越来越显得重要，许多地区以牺牲当地的环境资源为代价来发展经济，因而与环境密不可分的地下水环境也难逃被污染的命运，同时就滋生了许多与地下水相关的地方病，由于地下水资源不可自净的特性，许多地区仍然在饮用污染的地下水，对于纯净地下水的概念全球尚无确切的概念和标准，地下水质恶化的现象大部分是由于人为因素造成的。地下水污染的原因主要有：工业废水向地下直接排放，受污染的地表水侵入到地下含水层中，人畜粪便或因过量使用农药而受污染的水渗入地下等。由于城市和工业的过度需要，淡水被不断抽出作为生活和工业用水，然后作为地表水被排放，因而还会引起潜水层的进一步下降，污染的结果是使地下水中的有害成分如酚、铬、汞、砷、放射性物质、细菌、有机物等的含量增高。污染的地下水对人体健康和工农业生产都有危害。必须采取措施，加强环境保护，做好“三废”的处理工作，保护地下水资源。

由于自然因素造成的地下水污染无法进行防治，而人为污染则可以预防。在人类活动的影响下，地下水某些组分浓度的变化总是由小到大的量变过程，在其浓度尚未超标之前，实际污染已经产生。因此，把浓度变化超标以后才视为污染，实际上是不科学的，而且失去了预防的意义。在判定地下水是否污染时，应该参考水质标准，但其目的并不是把它作为地下水污染的标准，这只是一个模糊的概念，无法确切认定。仅能根据它判别地下水水质是否朝着恶化的方向发展。如朝着恶化方向发展，则视为“地下水污染”。

饮用水安全是关系民生的重要问题。有关资料显示，在去年发生的74起水污染事件中有46起涉及群众饮用水源地安全问题，这其中有相当一部分与一些企业长期超标排污、人为倾倒危险化学品等违法行为屡禁不止而造成地表水下渗等有关。根据以上的情况环境保护部近日印发《关于进一步加强饮用水水源安全保障工作的通知》，要求各级环保部门把饮用水水源环境保护工作摆上重要议事日程，进一步加强组织领导，切实落实有关措施，确保群众饮水安全。《通知》指出：加强饮用水水质监测工作，及时了解水质变化状况，加强环境应急监测能力建设，要进一步完善饮用水水源保护基础工作，全面开展饮用水水源保护区划分与调整工作，编制突发饮用水水源污染事故应急预案，加强应急演练，为处理重大突发污染事件提供管理及技术储备。

如果环保部门对辖区内的所有地下饮用水进行监测，进行人工采样[1]，分析测试，那样不但费时费力，而且也比较滞后，显然是不可能的，早在上世纪90年代，我国就明确提出水污染防治的着眼点已不是先污染了以后再研究去如何治理的问题，而是应该放在了对人类的社会经济发展活动进行调节与控制，使之与水环境相协调，不是自然去适应人类，而是人类应该适应自然，保护生态环境。应当看到，当前水环境恶化已成为制约我国社会经济发展的重要因素，而我们又不能走先污染后治理的老路，尤其针对地下水资源更不适用，地下水的污染治理费用又难以估算。那样的话，人类能够饮用的地下水会越来越少，不但制约了社会经济的发展，而且也会影响人类本身的进步。因而必须对地下水进行实时的监督监测。

有资料证明我国水文地质工作者引进先进技术、设备，在北京等地进行的地下水实时监测，正在一步步打消人们的忧虑。因而要保护好地下水资源，有效地防止、控制水体污染，就必须全面了解且避免地下饮用水源地周边所排污水及污染物的数量、性质，以及受纳水体的水质、水量、特征和净化规律。而地下水自动监测系统通过合理布局的监测网点，从区域或水体整体出发进行的水污染实时监测，能够从根本上控制水污染，推动水污染综合防治技术的发展[2]。

三、地下水污染的类型及危害

我国地下水污染划分为以下四个类型；一是地下淡水的过量开采导致沿海地区的海（咸）水入侵；二是地表污（废）水排放和农耕污染造成的硝酸盐污染；三是石油和石油化工产品的污染；四是垃圾填埋场渗漏污染。其中农耕污染具有量大面广的特征，未经利用的氮肥在经过地层时通过生物或化学转化成硝酸盐和亚硝酸盐，长期饮用这种污染的地下水将可能导致氰紫症、食道癌等疾病的发生。

为此，必须进行必要的监测，一旦发现地下水遭受污染，就应及时采取措施，防微杜渐。最好是尽量减少污染物进入地下含水层的机会和数量，诸如污水聚积地段的防渗，选择具有最优的地质、水文地质条件的地点排放废物等[3]。

水质污染的危害：（1）对环境的危害，导致生物的减少或灭绝，造成各类环境资源的价值降低，破坏生态平衡。（2）对生产的危害，被污染的水由于达不到工业生产或农业灌溉的要求，而导致减产。（3）对人的危害，人如果饮用了污染水，会引起急性和慢性中毒、癌变、传染病及其他一些奇异病症，污染的水引起的感官恶化，会给人的生活造成不便，情绪受到不良影响。（4）抑制周边地区的经济发展。

四、地下水监测网点的建设必要性

令人担忧的是，由于开采量过大、防污染意识不足等一系列问题，地下水保护情况不容乐观。近几十年来，人类活动造成了大面积的地下水污染，已经在我国地下水中检测出多种污染物，使得我国“水质型”缺水形势日益严峻。开展地下水污染监测研究，已成当务之急[4]。

地下水监测系统是直接获得地下水水质、水量动态的唯一方法，而被广泛采用。过去几十年人类活动加剧了地下水污染、含水层枯竭以及地下水生态环境的恶化，因而地下水监督监测工作显得尤为重要。地下水监测网的建立，可以在动态上对地下水资源进行保护监测，建立一个地下水监测网是获取地下水水质与水量信息的最有效的途径。利用水文地质监测的成熟网络，同时发展地下饮用水的监测网点，及时监督监测地下饮用水的环境状况，作出有效的污染控制，保护老百姓的生命之源。

地下水系统是一种动态转化系统，地下水系统的特征是指含水层结构和水文地质参数的特征。

地下水环境包括生态系统、地表水系统和人类社会活动。地下水系统与环境相互作用，因此环境变化会影响地下水系统。例如：修建水库、增加灌溉用水和抽取地下水会造成地下水位的改变；农业中化肥、农药、动物肥料的使用，废物处置，酸雨，已污染的地表水会造成地下水的污染；咸水入侵也会使地下水水质下降。所有这些由于环境改变导致的地下水水质和水量变化都会反作用于环境。例如，地下水水位下降会导致地面沉降或沙漠化，地下水污染会影响公众健康和生态环境等等。

地下水资源开发利用的经验表明，为防止地下水水质恶化而造成环境负面效应，必须对地下水进行合理的管理，而合理的管理决策主要取决于能否有效地获取信息。监测网的目标是以最低费用来提供满足管理目标的最有效的信息。监测地下水水位和化学组份在时间上和空间上的变化，为地下水资源规划和管理提供信息；监测由于人类活动导致的地下水水质和水量变化，为地下水资源开发利用提供依据. 地下水监测网点指的是为一个收集地下水（水质和水量）数据的有组织的系统。在监测网点的确定和设计中，应该考虑到不同的观测点的水位和化学组份之间存在相关性。换句话说，在同一个监测网中观测井应当处于同一个地下水流系统。因而地下水水质监测网点的建设应该与地质水文部门同时勘测、建设。实现资源共享的最大化。

通过建立定期的地下水资源监测网来评价地下水系统与环境之间的相互作用过程。地下水的监测网可以在时间和空间上监测到由于环境的改变所导致的地下水水量和水质的变化。从监测网所获得的信息，对于评价地下水反作用于环境的变化结果，也是十分重要的，地下水的动态变化可以通过监测网的监督监测完全呈现在人们面前，实现了环境的人性化管理[5]。

五、作好监测的同时应防止地下水污染

1.禁止利用渗井、渗坑、裂隙和溶洞排放、倾倒含有毒污染物的废水、含病原体的污水和其他废弃物。

2.在无良好隔渗地层，禁止使用无防止渗漏措施的沟渠、坑塘等输送或者存贮含有毒污染物的废水、含病原体的污水和其他废弃物。

3.在开采多层地下水的时候，如果各含水层的水质差异大，应当分层开采，对已受污染的潜水和承压水，不得混合开采。

4.兴建地下工程设施或者地下勘探、采矿等活动，应当采取保护性措施，防止地下水污染。

5.人工回灌补给地下水，不得恶化地下水质。

地下水环境监督监测应该及早在环境保护工作中作为一项重要的工作提上议事日程，让人们有一个满意的生存生活环境。而地下水监测网点的建设又是这项工作的基础。

参考文献

[1]奚立旦、孙裕生、刘秀英 《环境监测》 1996 北京高等教育出版社 31.

[2]齐学斌、樊向阳 《中国地下水开发利用及存在的问题研究》 2007 水利水电出版社

[3]赵章元 地下水污染不容忽视 《环境经济》 2006年04期 39-40.

篇5

[关键词]地下水；水污染；防治技术

中图分类号：X523 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）21-0214-01

地下水作为一项生活中最基本的用水选择，其作用可想而知，同时即便地下水不作为日常饮用水来帮助百姓的日常生活，但是它的污染仍旧会影响整个地球的环境，因此，重视地下水污染防治已经是一个十分紧迫的现实问题。

一、地下水污染的概念、特点与现状

（一）基本概念

地下水污染是指在人类活动影响下，地下水水质朝着恶化方向发展的现象。也就是人类的生产生活活动，导致溶解物或悬浮物进入地下水环境，引起水质恶化，无论其浓度是否使水质恶化达到影响其使用的程度。地下水污染源可分为人为污染源和天然污染源两大类。

（二）地下水污染的特点

地下水污染的特点总的来讲，地下水由于贮存于地下含水介质中，不易被污染。一是是因为包气所具有过滤屏障作用能将害物质优先过滤掉；二是因为岩石、土壤及水体中的微生物对污染物的降解，使之成为无害物质。人们往往忽视地下水污染是因为地下水不易被污染且很难直接观察。但因环境容量的有限性，污染物进入地下水系统并超出它的自净能力时，就会对地下水造成一定污染。一旦地下水被污染，及时很难被发现，后果危害极大。地下水污染具有如下特点：（1）难确定性。即地下水含水介质的差异性和复杂性导致污染范围很难确定。（2）污染过程的隐蔽性。地下水在地表以下，被污染后不像地表水污染直观明显而易于监测。（3）延迟性。地下水污染早期不易被觉察。（4）广泛性。与地表水污染仅局限于水体所流经或贮存的有限空间内不同，地下水是处于不断运移和循环中，各个水力系统又有着密切的水力联系，从而决定了地下水污染范围广泛。（5）危害长久性。地下水运移于含水介质中，运移速率极其缓慢，循环周期时间长（从几年到几百年不等），天然地下径流将污染物带走需要相当长的时间，且作为含水介质的砂土对较多污染物都具有吸附作用，从而使污染地下水体在地下滞留时间长，污染物的清除极为困难。

（三）地下水污染现状

地下水污染实质是因为人类的活动使地下水的物理、化学、生物性质发生改变，进而限制了水的使用范围和领域。中国水资源总量有1/3是地下水，其具有水质澄清、水温稳定、分布面广、供水稳定的特点，并且取水条件及取水构筑物构造简单，因此合理开发利用地下水对于人们的生产和生活具有重要的意义。不合理处置生活垃圾和工业三废，农业生产中过量使用化肥农药，不科学的采矿及冶炼重金属等导致地下水遭受严重污染。根据《全国地下水污染防治规划》，全国90%的城市地下水已受到不同程度污染，其中约有64%的城市地下水遭受严重污染，33%的地下水受到轻度污染，基本清洁的城市地下水仅有3%。

二、地下水的质量状况和变化趋势

质量状况：地下水对于人们的生活有着至关重要的作用，联系着百姓生活的日常起居，而近年来，国土资源部的各项调查显示出来的信息都是地下水被污染，例如最明显的北方地区和南方地区的对比，地下水质的状况需要多方因素共同的作用下才能保持清洁；像北方地区的平原和丘陵地带水质相对较好，而在中原地区水质则明显变差，而质量状况最差的当属沿海地区。

变化趋势：对于发展中的我国来说，地下水资源是受到极大的重视的，针对其中应该觉察的变化趋势，经过分析也得出了相应的结论：在我国能够划分的明显区域便是南方和北方，而较两者之间的明显变化方向来说更是有目共睹的，北方地区因为地域和城市的关系，所以地下水的质量通常检测出来的都是呈现的下降趋势；而南方的地下水质量相对来说比较稳定，因此它的地下水污染通常分布在城市和相关的周边地区。

三、我国地下水污染防治技术探究

如上所述，我国的地下水污染现象已经非常严重，有些甚至已经严重影响到了当地居民的生产生活情况，为此，可以从以下几个方面加强对我国地下水污染情况进行有效防治。

（一）加大资金投入，切实提高污染防治能力

众所周知，地下水污染不同于地表水污染，污染物质一旦进入到地下水层，污染物的移动速度会非常缓慢，但一旦该区域地下水遭遇污染将会非常难以消除。因此，各级政府部门和相关企事业单位一定要加强地下水污染的预防工作，投入大量人力物力和财力及时做好城市排污系统、生活垃圾填埋及废物消纳场的建设工作。

（二）严厉查处环境污染尤其是水污染等违法行为

地下水污染归根结底仍属于环境污染的范畴，因此，对于已经造成大量地下水污染或者对地下水存在潜在污染威胁的企业和个人，各级政府和相关部门需要切实做好本职工作，加大环境执法力度，建立健全地下水污染责任人追究制度，严格规范各类工业污水排放企业的排放形式和排放量。而对于居民生活污水的排放，各级政府和相关部门应该加大居民生活垃圾厂的投建和改进工作，不仅严格规范居民生活污水的排放量和排放去向，而且对已经进入居民生活垃圾厂的生活污水采取切实有效的措施，尽可能地将该生活污水尽快处理或进行二次改进使用。

（三）地下水污染源和污染物渗入地下含水层的途径

针对由于煤炭开采导致的严重地下水污染问题，建议改进工艺，尽最大可能减少污染物的排放量，严格控制污染物的排放标准，妥善处置工业废渣和生活垃圾，除此之外，还需要正确选择采矿过程中U石及尾矿排放点。

四、地下水污染的保护

（一）适时地开展关于地下水资源用度的调查

关于水资源的利用，只有找到了用途才能更好的分析污染的来源，保证对症下药，综合考虑地下水的发展源头，以及地质构造包括使用区域和环境等各方面的因素，只有适时开展对于水资源利用状况的调查才能更好的预防或者是治理水污染，保证有证可循的举措。

（二）严格控制污染源头

对于地下水最严重的一个污染源无非就是居民用水对其过度的排放和无休止的接取，导致水污染问题成为当下一个比较重要的问题，而控制城镇居民用水的污水排放，不失为一种重要的举措。

（三）加强重工业污水排放检测和管理

在重工业加工领域加强水环境的监控和检测是治理地下水污染的关键所在，尤其是在排查的过程中能够防止污染源和存在的安全隐患，给地下水污染起到一个把关的作用，防止黑色金属影响水质。

（四）应分类控制农业用水对于地下水的污染

面对农业的发展离不开对于养料的需求，而在水和药中合的作用下会产生一些杂质，而其就是影响水资源的关键点，它们一旦排不出去就会对水资源造成污染，甚至是更坏的影响，所以在农业发展的同时要注重查看其残留药物对地下水的影响，保证合理用药，科学施肥，做到无公害的绿色庄园，是地下水更好的为农业服务。

水是人类生存的根本，也是社会经济发展的必要基础。但是由于不合理的开发和严峻的水污染形势，使水资源与社会发展矛盾突出。一方面由于社会经济发展需求量逐年增大，另一方面则是由于社会发展引起的水污染问题加重了水资源的短缺。在当今时代，环境污染问题已经是人们关注的焦点话题，特别是与人类生活直接相关的水环境污染问题，世界各国都在积极研究和治理地下水污染，但中国在这方面起步较晚，而其社会经济又以惊人的速度在增长，因此在学习借鉴国外先进经验的同时，应不断探索研究，寻找适合本国国情的研究方法和治理措施。

参考文献

[1] 杨柳涛，刘莹.地下水污染防治技术方法进展[J].广东化工，2015，11.

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关键词：污染 变化趋势 预测

中图分类号：X5 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）01（b）-0156-01

1 自然概况

盘锦市位于地处东经121°34′～122°29′，北纬40°41′～41°27′。全境东西横距77 km，南北纵距85 km，总土地面积4071 km2，属下辽河冲积平原。地势北高南低，地面高程一般在海拔2～4 m之间。全境的地理特征是：地势低洼平坦，土质盐碱，地貌单一，素有“九河下梢”之称。

盘锦市属暖温带大陆性半湿润季风气候。受季风影响，春季少雨多风，夏季高温多雨，秋季天高气爽，冬季寒冷干燥，形成雨热同步，干冷同期，温度适宜的特点。多年平均气温摄氏8.3 ℃，年平均降雨量675.3 mm。

2 地下水资源及其开发利用现状

随着区域内工农业生产的不断发展，对于水资源的需求量也不断的增加。盘锦市第四系地下水开采区主要集中在石山、东郭、羊圈子、甜水、胡家、高升、大荒、喜彬及棠树林子等地，其中石山水源、高升水源为市政水源，东郭、欢采、甜水为场、乡自来水，其余开采地下水均为农业用水，第四系地下水开发现状见表1。

3 地下水污染变化趋势预测

地下水的污染来源繁多，从其形成原因不外乎两大类：人为污染源和天然污染源。人为污染源主要包括：生活污水、工业废水、地表雨水径流、城市固体废物、农业生产及采矿活动。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层，天然污染源主要是含盐量高和水质差的地下水。由于地下水存储于地表以下一定深度处，上部有一定厚度的包气带土层作为天然屏障，地面污染物在进入地下水含水层之前，首先要经过包气带土层，并且地下水直接储存于多孔介质之中，并进行缓慢的运移。因此，这里只对地下水水质的年际变化情况进行预测，并采用Danile的趋势检验。

（1）方法原理。

将秩相关系数的绝对值r同Spearman秩相关系数中的临界值Wp进行比较。如果r>Wp，则表明变化趋势有显著意义。

（2）地下水水质变化趋势预测结果。

在评价的九项水质参数只有硫酸盐呈下降趋势，其余8项水质参数均呈上升趋势，其中呈显著上升趋势的是钠离子、钙离子、氯化物、重碳酸根、总硬度。硫酸盐呈显著下降趋势。预测结果见表2。

篇7

关键词：地下水；南水北调

中图分类号：TV21文献标识码：A

文章编号：1009-0118（2012）04-0228-01

一、浅层地下水资源量

将矿化度小于2.0g/L地下水称为浅层淡水。地下水资源评价采用均衡法，以计算区域地下水总补给量评价地下水资源。总补给量包括降水入渗补给量、侧向径流补给量、地表水体渗漏补给量、渠灌田间入渗补给量、人工回灌补给量、井灌回归补给量等，总补给量中扣除井灌回归补给量即为地下水资源量。邯郸市供水区浅层淡水资源量为72495万m3，其中滏西平原为29726万m3，漳卫平原为27093万m3，黑龙港平原为15676万m3。

二、浅层淡水可开采量

地下水可开采量，是指在经济合理的开采条件下，不发生因开采而造成地下水位持续下降、水质恶化、地面沉降等环境地质问题，不对生态造成不利影响的、有保证的、可供开采的地下水量，可由地下水总补给量中扣除不可夺取的天然排泄部分而得出。邯郸市南水北调供水区浅层地下水可开采量为70732万m3，可开采模数为3.2-28.5万m3/a·km2,平均11.8万m3/a·km2。

三、地下水资源地区分布

邯郸市南水北调供水区浅层地下水资源量为72495万m3/a，地下水资源模数3.8-27.4万m3a·km2，平均12.1万m3a·km2。由于各地降水量及水文地质条件的差异，地下水资源模数的分布很不均匀。

邯郸市南水北调供水区内矿化度大于2g/l的微咸水资源总量13800万m3/a，可开采量9424万m3/a。

四、地下水超采引起的环境地质问题

自上世纪90年代以来，由于天气持续干旱，地表水资源紧缺，就大量开采地下水，开采量逐年增加。由于多年超采地下水日积月累，使地下水埋深逐年加大。上世纪80年代初，浅层淡水埋深6~9m（中浅井静水位），深层淡水埋深16~20m；到上世纪90年代，浅层淡水平均埋深已达14.8m，深层淡水平均埋深已达到28.05m，个别地方已达到43.49m。浅层淡水年均下降1m左右，深层淡水年均下降2~3m，形成开采型下降漏斗，导致地面下降。

邯郸市供水区浅层地下水位降落漏斗主要有市区漏斗、永年东杨庄漏斗、肥乡天台山漏斗。

由于开采井逐年增加，开采量增大，补给不足，使地下水位持续下降，埋深增大，造成机井单井出水量减少，甚至无水可抽，由此导致机井报废及提水机具的更新换代，给人民的生产和生活造成了一定的经济损失。

由于地面沉降，加快了地裂缝的发展，在邯郸市市区形成了南北向五条较大裂缝。另外，由于地下水位的持续下降，破坏了地下水的物理与化学环境，使地下水水质不断恶化，矿化度、总硬度多年处于上升趋势，硫酸盐、氯化物含量有增无减，泉流量亦呈大幅度减少趋势，并多次出现了断流现象。

五、地下水超采区超采状况分析

地下水超采系指在特定区域内在一定的水文地质条件、地下水补排条件和某一开采水平下，多年平均地下水开采量超过多年平均地下水可开采量，从而造成一系列环境地质问题，属于上述情况的地域为地下水超采区。

依据地下水超采区的概念，参照水利部的技术要求，结合我市实际情况，原则上凡出现多年平均地下水开采量大于多年平均地下水可开采量，地下水位呈持续下降，而引发地面沉降、水质恶化等现象的地区，均划为超采区。根据超采程度分为轻微超采区、超采区、严重超采区。

邯郸市南水北调供水区内的深层地下水，除极小部分未超采外，绝大部分处于中度超采和严重超采状态之下；而深层地下水补给困难，侧向径流、越流的补给量甚微。因此，南水北调工程实施后，深层地下水作为备用水源，一般年份除部分农村为解决群众生活饮水外严禁开采，特枯年份严重缺水时方可启用，以解燃眉之急。

六、地下水限采规划原则和目标

地下水限采规划原则：通过对地下水资源开采现况及由此引发的一系列环境地质问题分析，综合考虑水文地质、地表水资源等因素，优先利用地表水，合理开采地下水，严禁开采深层地下水，浅层地下水按未超采区、轻微超采区、超采区及严重超采区分别进行规划开采。

地下水限采规划目标：通过进行地下水限采规划，制定相应保障措施，并加以实施。在南水北调工程实施后，城市地下水严禁开采，农村深层地下水限制开采，农村浅层地下水按轻微超采区、超采区、严重超采区分区进行限采规划，解决地下水过量开采的问题，使地下水开采、补给趋于平衡，水位逐渐恢复，地下水环境得以改善。

七、地下水限采规划

（一）未超采区

我市南水北调中线供水区未超采区分布在滏西平原的邯郸市区中部，面积26km2，占全区面积0.35%，调控开采量为739万m3/a。南水北调地方配套供水工程实施后，市区地下水严禁开采。

（二）轻微超采区

我市南水北调中线供水区轻微超采区广泛分布于各县、市区，总面积3247km2，其中矿化度＜2g/L为2546km2，分别占供水区总面积的43.97%、34.48%。南水北调地方配套供水工程实施前，对机井的报废和更新采取严格管理措施，控制新增机井数量；调整种养业结构，积极推行节水技术，减轻地下水的超采程度。

（三）超采区和严重超采区

主要分布于滏西平原的东部、漳卫河平原的中部和黑龙港平原的中西部，严重超采区则主要分布在永年东杨庄浅层地下水水位降落漏斗和肥乡天台山浅层地下水水位降落漏斗的中心区，分布面积4111km2。南水北调地方配套供水工程实施前，为保证该区地下水环境和地质环境不再继续恶化，严格控制新增机井数量、严格取水许可制度。

篇8

摘要：与第四系含水层相比，西南岩溶区常缺少天然的防渗或过滤层，岩溶含水层的地下水防污能力较差，地表水和污染物很容易通过落水洞等岩溶形态直接进入含水层或地下河。现以典型岩溶区――桂林市区为例，在将该地区依据地貌分为7个亚区的基础上，结合岩溶水二元补给特性，尝试运用“二元法”对桂林市岩溶区地下水的防污能力进行分区评价，评价结果显示，桂林市区除洪积扇亚区一带地下水的防污能力强以外，其他地区的岩溶地下水都面临着防污能力差的问题，尤其是在落水洞发育的峰丛洼地、峰丛谷地两个亚区，如果不加以保护，地下水极易被污染。通过与前人成果的对比，该方法将径流特征作为一个主要的评价因子，所得结果更为合理，而且本方法具有所需数据量少，可以进行定性评价等优点，可在我国西南岩溶区中加以推广。

关键词：西南岩溶地区;地下水防污性能;二元法;径流特征;地貌分区;桂林市区

中图分类号：X82;P641.134 文献标识码：A 文章编号：

1672-1683（2012）02-0088-05

Assessment Methods of Groundwater Antipollution Capability in Typical Karst Regions of Southwestern China

LIU Jing-lan1,LI Li-wei1,ZHANG Jia-en2

(1.Institute of Geology,Tianjin North China Geological Exploration Bureau,Tianjin 300170,China;2.Tianjin Institute of Geological Investigation & Surveying,Tianjin 300191,China)

Abstract:Compared with the Quaternary aquifer,the karst aquifer has a lower antipollution capability in the karst regions of southwestern China due to the absence of the natural impermeable filter layer in these regions,and therefore the surface water and contaminants can easily enter into the karst aquifer or underground river through the sinkhole or other karst features.In this paper,a typical karst region,Guilin karst area,is selected and this region is divided into seven sub-regions according to different geomorphology.The "dual method" is used to assess the groundwater antipollution capability in the sub-regions of Guilin karst area based on the fact that the karst water has a characteristic of dual supply.The results show that although the proluvial fan sub-region has a strong groundwater antipollution capability in Guilin karst area,other sub-regions have weak groundwater antipollution capability in the karst aquifer,especially in the peak cluster depression and peak cluster valley sub-regions with numerous developed sinkholes,where groundwater can easily be contaminated without any pared to the previous studies,the method in this study takes into account the runoff as an important evaluation index,which provides more reasonable results.Also,the method requires less data and evaluates the groundwater antipollution capability qualitatively,and thus it can be promoted in the karst regions of southwestern China.

Key words:karst regions of southwestern China;groundwater antipollution capability;dual method;runoff characteristics;geomorphologic zoning;Guilin

我国西南岩溶区岩溶总面积约78万km2［1］，由于该地区岩溶作用强烈，溶孔、溶隙、溶洞及暗河水系十分发育，地表水经常漏失为地下水，故地下水是该地区水资源的主要组成部分［2］。同时，西南岩溶区的极大多数地区缺少应有的地下水保护带，天然防渗过滤层很薄，地下水极易受到污染，因此找到一种简单易行的地下水防污性能评价方法成为岩溶区地下水脆弱性保护的关键。

地下水系统防污性能（Vulnerability of Groundwater Systems to Contamination）是指土壤-岩石-地下水系统抵御污染物污染地下水的能力，分为固有和特殊防污性能两种［3］。固有防污性能是指在一定的地质水文地质条件下，人类活动产生的所有污染物进入地下水的难易程度，它与含水层所处的地质水文地质条件有关，与污染物性质无关。特殊防污性能是指地下水防止某种或某类污染物污染的能力，它考虑污染物性质及其在地下环境中的迁移能力。本文主要评价的是岩溶区地下水固有防污性能。

1 二元法简介

近20年来，各国学者提出了众多的脆弱性评价（填图方法），直到欧盟COST620计划提出“岩溶含水层保护的脆弱性与风险填图”泛欧洲方法［4］，才建立了相对完整的岩溶地下水脆弱性概念框架与评价基本原则。欧洲模型是一种概念性的模型，各国研究者在具体应用时，采纳的因素不尽相同，方法各异，例如PI法、COP法、LEA法、Time-input法、LULK法等［5］。这些方法是基于欧洲国家的水文地质条件和社会经济背景提出的，评价过程不仅相对复杂而且需要大量的数据支撑，对其他国家，尤其是基础数据相对缺乏的发展中国家来说，难以推广应用。为了找到适合我国国情而且简单可行的岩溶区脆弱性评价方法，曾有学者运用“二元法”对重庆金佛山典型西南岩溶区以及重庆青木关岩溶槽谷等地区进行了脆弱性评价［6-7］，得到了与实际情况相符的结果，该评价方法具有输入数据量小，对岩溶含水层普遍适用等优点，而且较泛欧洲方法［8-9］简单，因此本文也选择该方法对桂林市岩溶区地下水的防污性能进行分区评价。

二元法［6-7,10］针对资源型固有脆弱性，参照地下水脆弱性评价的起源-路径-目标模型而建立，即定义地表为起源（用来描述潜在污染物质释放的位置），包气带为路径（指从起源到目标的污染物运移通道），地下水位为目标（目的在于保护含水层），因而评价中只需要考虑两个因子：覆盖层(O)与径流特征(C)。这两个因子对应着岩溶含水层补给的二元特性（内源水和外源水）。覆盖层(O)反映覆盖层保护能力，覆盖层厚度与渗透性的强弱决定了内源水补给产生的脆弱性，即降雨和潜在的污染物直接入渗并通过包气带进入含水层的可能性。覆盖层(O)厚度越大，渗透性越小，则其保护能力越强，内源补给产生的脆弱性则越低，根据O因子的取值可参照表1。

径流特征(C)因子为岩溶区独有，它代表外源水补给过程产生的脆弱性，亦即虽然覆盖层对地下水提供一定的保护作用，但外源水可能绕过覆盖层，如通过落水洞直接汇入含水层。桂林地区90%以上的地下河和大、中泉水分布于与非岩溶区接触带的峰丛、峰林谷地边缘，接受外源水的补给，来自于非岩溶区的地表径流补给可通过落水洞或坡面流使污染物快速进入岩溶含水层，因此外源水补给产生的脆弱性相对较高。

径流特征(C)所产生的脆弱性分两步来确定：第一步先根据土层的渗透性确定主要径流过程;第二步将地表划分为4大区(带)，见表2。

主要径流过程分为3种类型：类型A表征有高中渗透性岩层的地区，主要为直接入渗过滤，即以内源水补给为主;类型B为过渡类型，如表层土渗透性强，底层土渗透性低的地区容易产生地下的缓慢入渗水流;类型C表征很低渗透性地区，容易产生地表水流，意味着有外源水补给，即有侧向地表径流存在，最终通过点状或入渗带集中补给岩溶含水层。由于点状入渗点（落水洞、渗透率相对较低的碎屑岩等）和集中入渗带（地表河流等）的存在与否，将直接影响C因子所产生的脆弱性，因此，需要将地表划分为4大区(带)。

由表2可知，不管哪种径流过程，因带1存在集中入渗补给，与含水层联系密切，因而由C因子产生的脆弱性最高;带2由类型A到类型C，补给由分散到集中，脆弱性依次增高;带3与带2同类型径流区的脆弱性比较，又有所降低;带4因位于水文地质系统以外，不会构成对含水层的直接威胁，因而其脆弱性最低。带4与类型A很难有组合，但来自非岩溶区的水有可能通过裂隙系统补给下部含水层，因而，仍把它归为低脆弱性一类。

C因子主要由研究区次级流域图与主要径流过程组成，根据上述分析和相对原则，类型与带之间组合及脆弱性等级划分如表2。C因子与O因子组合情况如表3。

2 桂林市区地下水防污能力评价

2.1 桂林市区岩溶水文地质条件

按岩性划分，本区大致可划分为非岩溶区和岩溶区两大区。前者由碎屑岩组成，主要分布在东北部和西北部，在南部仅零星分布;后者由碳酸盐岩组成，广泛分布于区内，分布面积约700 km2，占总面积的75.43%。

2.1.1 地下水类型

根据赋存条件，将桂林市区地下水分为松散岩类孔隙水、碳酸盐岩岩溶水及基岩裂隙水3大类，分布面积及赋存条件见图1和表4。

2.1.2 桂林市区岩溶地下水系统特征

桂林市区岩溶地下水系统含水介质以溶洞、溶蚀裂隙为主，局部有岩溶管道。在垂直方向上，溶洞主要发育在距地表100 m范围内，地下溶洞发育强度在垂直方向上表现为随埋深增加而减弱，罗元华根据大量钻孔抽水资料分析证实［11］其地下水含水介质具有相对均质各向异性特征。研究区岩溶地下水的运动方式可分为管流和散流两种方式，且以散流为主，地下水流态大都为层流，在局部地段存在紊流。从总体上来说，岩溶地下水大体自东西两侧峰丛山区向漓江汇集，漓江是岩溶地下水排泄区。

2.1.3 岩溶地下水补径排特征

桂林市区内地貌成因类型复杂，形态类型多样，主要岩溶地貌有峰林平原、孤峰平原、峰丛洼地、峰丛谷地、峰林谷地、一、二级阶地岗垄和洪积扇等7个亚区，在研究岩溶地下水运动特征时，本文将该地区主要合成3大类进行分述，分别为洪积扇亚区，峰丛洼地（谷地）、峰林谷地亚区，峰林平原、孤峰平原亚区（包括漓江一、二级阶地岗垄亚区），前两者为补给区，后者为径流排泄区。研究区岩溶地下水的补给、径流和排泄特征如框图2所示。

2.2 岩溶地下水防护性能评价

曾有前人提出由于含水岩层程度、岩溶发育的

强度，覆盖土层的岩性、厚度、透水性、地下水埋藏深度的不同，从而导致了各亚区岩溶地下水的防护条件、防污能力的差异［12-13］，并据此得到了桂林市区岩溶地下水防护性能示意图见图3。本次工作考虑到岩溶地下水的特殊性，尝试采用覆盖层和径流特征两个主要因子对桂林市区岩溶地下水的防污性能进行评价，并根据上述影响岩溶地下水防护条件因素，按地貌分区进行综合分析评价，评价结果如下。

① 峰丛洼地、峰丛谷地两个亚区。分别分布在尧山南侧养鸡场至轮胎厂和西部长海机械厂至塘家湾一带。碳酸盐岩几乎全部，故O因子（保护能力）取值为低;该地区洼地、落水洞、溶洞、漏斗、溶隙十分发育，大气降雨直接转化为岩溶地下水的速度极快，径流过程属于类型A，流域归为带1，故C因子取极高值。查表3可知，该地区地下水脆弱性极高，污水及污染物极易直接污染地下水，防污性能极差。

② 峰林谷地亚区。分布在西山至老人山一带，东部的岩前村至二药厂一带。该亚区碳酸盐岩大部分，虽然盖层-黏土渗透系数低（0.2 m/d左右），但厚度不大（＜5 m）且分布及其不均，综合考虑盖层的保护能力，将O因子取值为低;塌陷、落水洞，尤其是在山体边缘处，落水洞屡见不鲜，地下水埋深也不大（2～6 m），大气降水转化为岩溶地下水的速度也较快，径流过程属于类型B，流域归为带2，故C因子取中等值。查表3可知，该地区地下水脆弱性高，地表污水、污染物容易下渗污染岩溶地下水，防污性能差。

③ 峰林平原和孤峰平原两亚区。介于漓江阶地和峰林阶地之间，分布面积较大，含水层大都埋藏于黏土层以下，黏土渗透系数0.09～0.189 m/d，厚度一般在5～10 m，因而对地下水保护能力较强，这些区域O因子（保护能力）取值为高。塌陷、落水洞仅个别地段较发育，岩溶地下水位较浅，由于含水层普遍有黏土层覆盖，大气降水，地表水都要通过黏土层下渗补给岩溶地下水，转化为岩溶地下水速度较慢，主要径流过程属于类型B，且该地区主要位于带3，查表2可知C因子取值为中等，查表3可知，该地区地下水脆弱性中等，防污性能较差。

④ 漓江一、二级阶地，岗垄亚区。分布于漓江两岸，含水层全部覆盖于土层之下，处在地下水排泄区。该亚区土层厚度较大，一般在10～30 m，具二元结构。地下水上部孔隙潜水和下部岩溶承压水，其间水力联系不甚好，综合考虑，将O因子（保护能力）取值为高。孔隙潜水上部有厚3～5 m亚砂土覆盖，由于亚砂土渗透系数较大（1.65～6.00 m/d），降水和地表污水容易下渗污染孔隙潜水，而下部承压岩溶水之上尚有层厚10 m多的砾石黏土，渗透系数很小，C因子属于类型B，地表划分为带2，综合以后取中等值，查表3可知，该地区地下水脆弱性中等，防污性能较差。

⑤ 洪积扇亚区。分布在尧山西侧，岩溶含水层全部埋藏于10～30 m厚的砂质黏土或黏土砾石层下，地下水埋藏较深，一般在10～15 m，包气带厚。土层渗透系数在0.5～2 m/d，故O因子（保护能力）取值为高;大气降水和地表污水要经过较厚土层才能进入地下水，C因子属于类型B，地表划分为带2，C因子取值为中等，查表3可知，该地区地下水脆弱性中等，岩溶地下水防护条件好，防污能力强。

综合以上评价得出的地下水防污能力评价结果，与广西地质环境监测总站绘制的桂林市区岩溶地下水防护性能示意图结果相近，见图3、图4。说明该评价方法对于西南岩溶区地下水防污性能的评价具有较好的适应性。但在地表径流较强的地区，如在漓江一二级阶地亚区，本方法得出的地下水防污能力较之有所降低，表明径流条件会优先决定岩溶区地下水防污性能，因此建议在进行岩溶区地下水防污性能评价时应将该地区的径流条件作为一个最主要的评价因子来考虑。

3 结语

本文以西南典型岩溶区――桂林市区为例，运用“二元法”对其7个地貌亚区的岩溶地下水防污性能进行了定性的评价，并以径流条件作为一个主要的评价因子，得出了与实际情况较为相符的评价结果，弥补了前人单从岩层程度、岩溶发育的强度，覆盖土层的岩性、厚度、透水性、地下水埋藏深度等因子进行防污性能评价的缺陷，为桂林市今后可持续利用岩溶地下水资源提供了科学依据。

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【关键词】水文地质；数值模型；水资源量

1、含水层结构概化

评价区地处羌河谷中，与周边中低山区对照比较，地形地貌及堆积物有明显的区别，可综合归属为一个独立的水文地质单元。区内含水层在河床中自上到下为第四系全新统-上更新统冲积卵砾石层；在河谷两侧分布冲洪积扇，由上到下依次为第四系全新统冲洪积碎石土层、第四系全新统冲积卵砾石层及第四系上更新统冲积卵砾石层。含水层的岩性较不均一，为非均质含水层，其非均质性用含水层参数（导水系数T、给水度μ）分区概化处理。根据勘探试验获取的参数系列值做成含水层参数分区图，给出各区的参数均值作为数值计算的初值，经模型调试和识别，最终将试验参数系列转化为模型参数系统。由于浅层与深部含水层之间存在较好的水力联系，所以将计算区含水层概化为与地表水有密切水力联系的单层各向同性平面二维渗流的潜水含水层。根据模型范围内地质、水文地质条件分析，现有条件下，模拟区主要接受侧向补给（包括基岩裂隙水和河谷潜流补给量）和田间灌溉水入渗补给，以及少量降水入渗补给，对概念模型可概化。

2、地下水模型中数据选用

在1∶1000的比例尺的地形图上获取地面高程数据及羌河水位，用surfer软件进行对插值，得到地面等高线及地下水等水位线图，再利用MODFLOW自带的插值模块Field Interpolator，确定了模拟区各个单元的高程和河流单元水位。根据地形图上地形和河水水位，以及现场调查的资料，绘出地下水初步流场图，作为稳定流模型的地下水初步水头。各单元的河水水位确定主要依据尾部水文站断面实测流量―水位关系曲线及规划报告水文章节中相关断面的水位―流量关系曲线来模拟确定。对地形图中规划河段，在地形图上切割出一级电站、二级电站、尾部水文站等12个横断面。其他各断面依据上述两已知断面模拟参数结果，采用水力学公式（曼宁公式）计算各个断面水位―流量关系。利用已有的工程地质资料，结合不同岩性的经验值，确定不同岩性的水平、垂向渗透系数和给水度。根据岩性的空间分布规律，利用渗流等效原理和克里格插值方法确定各单元渗透系数和给水度。地下水入渗补给量则是分不同的灌区，根据各灌区的灌溉入渗系数等计算单位面积地下水入渗补给量。河流采用River程序包进行模拟。

3、地下水数学模型的校验

模型校验过程分为三方面，（1）地表河流水位拟合。利用尾部水文站断面的实测水位流量资料对曼宁公式计算的各断面水位流量关系过程进行校核。（2）初始流场拟合。（3）识别各参数区水文地质参数。

4、地表河流水位拟合

由于资料缺乏，只有尾部水文站断面的实测水位流量关系数据，以及羌河枢纽以下至尾部拦河枢纽河段水力发电规划报告中根据曼宁公式计算的二级水电站断面水位流量关系图，需要得到河流各个断面的水位过程，就要先做出各个断面的水位流量关系曲线。首先用曼宁公式计算尾部水文站断面的水位流量关系表，并利用尾部水文站断面的实测水位流量关系数据进行校核。

5、初始流场拟合

经反复调试计算，模拟潜水初始流场与实测流场，大部分拟合差小于0.5m。特别指出的是：在调试过程中，不单纯追求拟合曲线的完全符合，而是综合计算区的水文地质条件，从地下水流场、水位年变幅分带及区域水量均衡方面综合考虑，这样使模型拟合更加符合实际。

6、现状年地下水均衡模拟结果及评价

模型模拟区地下水总补给量为0.4729×108m3/a。河床潜流量为0.0402×108m3/a，占总补给量的8.49%。灌溉入渗量（渠系入渗和灌溉入渗合并计算）为0.1033×108m3/a，占总补给量的21.85%。基岩裂隙水量为0.2054×108m3/a，占总补给量的43.43%。河道渗漏补给量为0.1240×108m3/a（5月―9月），占总补给量的26.23%。模型模拟区地下水总排泄量为0.5139×108m3/a。腾发量为0.2252×108m3/a，包括河道地表水面蒸发和潜水蒸发腾发量，占总排泄量43.83%。地下水向河道排泄量为0.1344×108m3/a，占总排泄量26.15%。地下水侧向流出量为0.1543×108m3/a，占总排泄量30.02%。

水均衡法与地下水模型模拟结果差异不大，本次模拟的地下水补排量基本代表了本区的现状实际情况，至于各项量仍存在着一定的差异，这是两种不同方法各自考虑的角度不同、参数取值不同等所带来的误差。

7、规划年地下水均衡模拟结果

模型模拟区地下水总补给量为0.5253×108m3/a。河床潜流量为0.1095×108m3/a，占总补给量的20.85%。灌溉入渗量（渠系入渗和灌溉入渗合并计算）为0.0983×108m3/a，占总补给量的18.72%。基岩裂隙水量为0.2030×108m3/a，占总补给量的38.64%。河道渗漏补给量为0.1145×108m3/a，占总补给量的21.80%。模型模拟区地下水总排泄量为0.5505×108m3/a。腾发量为0.2416×108m3/a，该量中包括河道的水面蒸发量以及二级电站水库建成以后的水库水面蒸发量，占总排泄量43.89%。地下水向河道排泄量为0.1548×108m3/a，占总排泄量28.12 %。地下水侧向流出量为0.1541×108m3/a，占总排泄量27.99%。

8、地下水数值模型成果结论

通过数值模拟，在规划项目实施以后，一级电站――二级电站闸址段规划河谷段，地下水埋深小于3m区，地下水位年下降值平均为0.25～0.75m；在地下水埋深3～6m区，地下水水位下降小于0.20m；在埋深大于6m区，地下水位基本保持不变。地下水位下降值距河道愈近则愈大，距河道愈远则愈小。二级电站闸址由于蓄水导致水位雍高，其相应的回水区两侧地下水位还会有所升高。

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（安徽新华学院 土木与环境工程学院，安徽 合肥 230088）

摘 要：达西定律由于形式简单、物理概念清晰，被认为是地下水动力学最重要和最基本的定律，是渗流问题定量化表述的基础，也是目前绝大多数地下水流动问题的数值解、解析解和模拟软件应用的前提条件.本文在达西定律的基础上，结合其适用范围对达西定律进行扩展，分析均质（非均质）各向同性、异性多孔介质三维渗流定律.

关键词 ：达西定律；渗透系数；扩展

中图分类号：TU46 文献标识码：A 文章编号：1673-260X（2015）04-0032-03

对于大多数松散土体和完整的岩体来说（除裂隙化黏土、裂隙发育的黄土外），一般可以概化成多孔连续介质的渗流问题，渗流问题的定量化表述的基础理论是达西定律.1856年，法国学者亨利.达西（Henry Darcy）结合法国第戎（Dijon）市的喷泉，研究了均匀砂柱中的渗流问题.

对于大多数松散土体和完整的岩体来说（除裂隙发育的黏土和黄土外），一般可以概化为多孔连续介质，渗流问题的定量化表述的基础理论是达西定律.1856年，法国工程师亨利.达西（Henry Darcy）通过实验研究了均匀砂土中的渗流问题，总结出渗流运动的一个重要规律.

达西定律的问世在地下水科学领域具有很重要的意义，它标志着地下水研究由定性描述从此步入定量研究的新阶段.达西定律由于形式简单、概念清晰、求解方便，被认为是地下水动力学最重要和最基本的定律[1]，目前大多数地下水流动问题的数值解、解析解和模拟软件几乎都是基于“地下水渗流服从线性渗流定律”假定得到的，例如，地下水运动的基本微分方程、裘布依稳定井流模型、以及FEFLOW、MODFLOW等地下水数值模拟软件[2].虽然后来研究发现随着渗流流速的增大，地下水运动规律逐渐偏离线性规律，并且近年来国内外学者也越来越关注地下水非达西流动问题[3-4]，但是目前仍然公认的是：砂性土中的地下水渗流，在低雷诺数下，一般认为Re＜（1～10），达西定律仍然是成立的.本文在一维线性的基础上，将达西定律扩展到二维、三维体系中，分析均质（非均质）各向同性、异性多孔介质三维渗流定律，使其适用于实际各向同性多孔介质中的流动.

1 达西定律及其公式

达西在《第戎市的公共喷泉》一书中这样描述他的实验结论“同一特性的砂子，可以认为体积流量与压差成正比，而与所穿越的砂层厚度度成反比.”达西渗流实验（图1）结果表明：单位时间内流过砂柱的水量Q与过水断面面积A和水头差（H1-H2）值成正比，与渗流路径L成反比，这就是著名的达西公式（或称定律），其表达式为

式中，Q表示通过砂柱的水的流量；A表示过水断面面积；K为比例系数，常称为渗透系数；H是测压管水头；（H1-H2）为水头差；表示水力坡度.

将式（1）进行变换，达西定律的另一种表达形式为

v=KJ （2）

式中，是断面平均流速，通常称为渗流速度[5].

2 达西定律的适用范围

（1）从达西实验装置可以看出，达西实验是水在等温条件下经过均质砂，因此，该实验适用于均质等温不可压缩流体在均质各向同性多孔介质中的一维稳定渗流.

（2）从达西实验定律可以看出，通过均质砂的渗流速度与其水力梯度呈线性关系，所以，达西定律也称作线性达西定律.

在流体力学中运用雷诺数Re定义水流流态，在多孔介质渗流中，雷诺数可表达为

式中，d为多孔介质中颗粒的有效粒径，一般可用d10来代表；v是渗流速度；V是流体的运动黏性系数.

达西实验定律适用于低雷诺数Re＜（1~10）流体通过多孔介质的层流运动.

（3）在细粒土尤其是黏性土中，由于土颗粒的比表面积大，由于分子力的作用，在土颗粒表面形成强、弱合水，且孔隙小，导致水流在较低水力梯度下难以通过黏性土多孔介质.因此，存在一个起始水力坡度J0，只有当J>J0才能发生流体流动，此时，达西定律可表达为

3 达西定律的扩展

达西定律是在一维条件下得到的，而实际介质多是二维各向异性的情况，将达西定律进行扩展，将其扩展到二维、三维条件下各向同性的介质中，使其适用于实际介质的中的流动.

3.1 均质各向同性多孔介质三维渗流定律

当多孔介质为均质各向同性时，K为标量，则三维渗流方程为

以承压含水层为例，当承压含水层为层状多孔介质，且均质水流（?籽,?滋为常数）平行层状多孔介质层面流动，如图2所示.

假定Ki,Mi,qi分别表示第i层的渗透系数、厚度和单宽流量.若用达西定理写出每层的单宽流量，则总单宽流量等于每层单宽流量之和，即

如果用一种渗透系数沿垂直方向z连续变化（K=k(z)）的含水层替代上述的层状含水层时，则通过厚度M，且与层面平行流动的含水层中渗流的总单宽流量为（H/L为常量）

3.2 非均质各向同性多孔介质垂直渗流规律

当承压含水层为层状多孔介质，且均质水流（?籽,?滋为常数）垂直层状多孔介质层面流动，如图（3）所示.此时，通过多孔介质的流量为常数，流动路径与含水层厚度一致是变量，每一层的水头差是变量，总水头差H应等于每层Hi之和，即

如果式（18）有一个Ki=0，即存在一个不透水层，那么总的Kv=0，也就是整个层状多孔介质为不透水层.这一思想用在防水、隔音、隔热、绝缘、不透气多层状复合材料制备时，只要将其中某一层做成隔水、隔声、不透气层，就可以达到整体防水、隔声、隔热、绝缘、不透气效果.

如果我们用一种渗透系数沿Z方向连续变化K=k(z)）的含水层替代上述的层状含水层时，则通过宽度A，流量为q，则水头差的微小变量为

4 结论

达西定律是研究地下水渗流规律的基本理论，在一般运用中具有足够的精度，但要注意达西公式适用的范围，将一维线性达西定律扩展到二维、三维体系中，有助于更好的理解达西定律的内涵，同时分析均质（非均质）各向同性多孔介质三维渗流定律，使其适用于实际各向同性多孔介质中的流动.

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