地下水水质恶化的特征、危害、原因及防治措施

（一）地下水水质恶化及主要特征与危害
地下水的水质恶化，是世界上许多国家所共同面临的又一个严重问题，也是全球性环境污染的重要组成部分。这里所述的地下水水质恶化，主要是指地下水在开发过程中，因环境污染和水动力、水化学形成条件的改变所造成的水中的某些化学、微生物成分含量不断增加，以致超出规定使用标准的水质恶化现象。其主要特征有：
（1）许多天然地下水中不存在的有机化合物（如各种合成染料、去污剂、洗涤剂、溶剂、油类及有机农药等）出现在地下水中。
（2）天然地下水中含量极微的毒性金属元素（汞、铬、镉、砷、铅及某些放射性元素）大量进入地下水中。
（3）各种细菌、病毒在地下水体中大量繁殖，远远超出饮用水水质标准。
（4）地下水的硬度、矿化度、酸度和某些单项的常规离子含量不断上升，以至超过规定使用标准。
地下水水质环境的恶化，严重损害了地下水资源的使用价值和使用范围，给人类社会带来了种种不良后果，有损于人体健康，以至造成残疾和死亡；损害了工业产品的质量；使农作物减产和土地盐化；减少了地下水可采资源的数量，以至使整个水源地废弃；为处理水质，增加了水的单位成本等。我国地下水水质的污染问题，已不容忽视。我国主要城市，有一半是以地下水作为供水水源，全国有三分之一的人口饮用地下水。据全国50个城市的调查，地下水受到不同程度污染的有45个。此外，我国北方许多城市的地下水硬度逐年增高，某些沿海城市的海水入侵问题也相当严重。所有这些，都危及我们的生存环境。
（二）地下水水质恶化的原因
引起地下水水源地水质恶化的原因很多，可归纳为以下三个方面。
1.存在引起地下水水质恶化的污染物质来源（污染源）
引起地下水水质恶化的污染物，既可存在于地下，也可以存在于地上。从污染物质的成因类型来看，可分为两大类：①天然污染源：即自然界本来就存在着的各种劣质水体，如海水、地下高矿化水或其他劣质水体。此外，含水层或包气带中的某些含水介质含有某些矿物（特别是各种易溶盐类），也可成为地下水污染源。②人为污染源：是指人类活动所形成的各种污染源，如各种工业废水、生活污水、各种垃圾及化肥、农药等。人为污染源又可分为直接和间接源两类。各种污水、废水、化肥农药，其污染物质直接通过包气带进入含水层中，为直接污染源。污染物首先进入大气或地表水体，而后进入含水层中的称间接污染源，如在工业城市上空及附近形成的含硫酸和硝酸的“酸雨”（pH＜5.6的降水称为酸雨）就属间接污染源。酸雨的入渗，一方面直接使地下水酸化；另一方面，酸化的水又可增强溶解能力，使地下水中的金属元素含量大大增加，进而污染地下水。而且酸雨的污染是大面积的，往往比局部点状污染源造成的危害更大。
工业废水和生活污水不经处理就排入地表水体中，进而造成地下水污染的例子更是比比皆是。特别是那些以河水入渗补给为主的傍河水源地、山前冲洪积扇和岩溶暗河水源地，因河水污染而导致地下水源污染的问题更为严重。
此外，在某些情况下，井管或输水金属管道的腐蚀、混凝土水管的侵蚀，也可构成水质的污染源。
2.存在污染物质进入地下水的途径（通道）
水源地地下水水质发生恶化，除了必须具备有污染源外，还必须具有污染物进入含水层取水地段的通道。污染物通常以下三种方式进入含水层：
（1）在含水层的开采降落漏斗范围内，污染物通过含水层上部的透水层直接渗入含水层，由于进入途径很短，故常常使地下水迅速而严重污染。在相同污染源的情况下，地下水体遭受污染的程度，主要决定于地表到含水层之间岩层的渗透性能、岩土颗粒对污染物的吸附和净化能力及含水层的埋藏深度。因此，一般承压水较潜水有较好的防污染条件和防污性能。潜水含水层的包气带内如有粘性土层存在，也会有较好的防护能力。
（2）污染物从含水层的其他地段进入开采地段。例如，各种天然劣质水体（如海水、高矿化水）、已污染的地表水体或污水体，通过与含水层的直接接触带（特别是补给区）渗（流）入含水层，然后再运移到开采地段。当污染源位于水源地上游时，对水源地水质污染的威胁更大。
（3）污染物借助天然或人为的某些集中通道进入含水层：①天然集中通道：主要是指与污染源相沟通的各种导水断层通道、裂隙通道和岩溶通道（包括“天窗”）。这种通道一般多呈点状或线状分布，但是它可使埋深很大的承压水体遭到污染；②人为集中通道：主要是指在各种地下工程、水井施工时，因破坏了含水层隔水顶板（或底板）的防污作用，使工程本身构成了劣质水进入含水层的直接通道。例如，因水井设计、施工上的缺陷（未止水或止水不符合要求），造成上部污水沿井管与孔壁间隙流入开采含水层；有时则因废井未加处理或回填不实，成为地表污水的入侵通道；某些失修的水井，因井管腐蚀或地震灾害使井管破裂，也可造成上部污水入侵开采含水层。
3.水动力和水化学起因
污染源和污染通道的存在是地下水水质污染的必备条件，那么在开采条件下所出现的水动力、水化学作用，则是导致地下水水质恶化的直接起因。凡污水入侵开采含水层，均要求有一定的水动力条件。①开采含水层（或地段）与污水体或劣质水之间必须存在某种直接或间接的水体联系；②由于开采抽水，在开采含水层（或地段）中形成相对于污染水体或劣质水的负压区，从而促使污水或劣质水直接或间接地（通过弱透水层）流入并污染或侵入了开采含水层（或地段）。
（1）海水入侵。近海水源地，因水动力条件改变而引起的海水向大陆含水层入侵，便是这方面的典型例子。在天然条件下，大陆含水层中的淡水是排入海洋的，咸、淡水体之间的平衡界面是依靠含水层中淡水的水头压力高于海面来维持的。在开采条件下，如果水源地的开采量超过补给量，则必然引起含水层中淡水体水位持续下降。当水位降落漏斗扩展到海岸线时，就会导致海水入侵，使地下水咸化。在某些情况下，虽开采量未超过淡水的补给量，但当淡水体的水头压力已减少到难以维持咸、淡水体之间的原来平衡条件时，咸、淡水界面也会向大陆推移。如果该界面推进到抽水井的降落漏斗范围内，同样也会导致咸水入侵开采地段，使水质恶化。

图11-16 滨海地区淡咸水静水压力平衡示意图

海水入侵形成机理可用吉本—赫尔兹伯格（Gyben-Herzberg）所给出的静水压力平衡模型加以说明。当陆地含水层伸延到海岸并与海水相通时，由于陆地淡水密度大于海水（咸水）密度，淡水位于两者接触面的上方，海水伏于底部，假定淡水、海水处于平静平衡状态（图11-16），则在静力压力平衡条件下，在深度为Z的界面上，有以下关系：
ρf（Z+h）=ρsZ （11-11）
或写成

专门水文地质学

式中：h、Z分别为距海岸某一距离处，淡水高出海面的高度和淡、盐水交界面（入侵面）位于海面以下的深度（m）；ρf、ρs分别为淡水和海水的密度（t/m3）。
因为海水密度（ρs）平均值为1.025t/m3，淡水密度（ρf）为1.000t/m3，所以（11-12）式可变为：
Z=40h （11-13）
该式说明，在距海岸任一距离的断面上，咸淡水交界面在海面以下的深度为该处淡水高出海面的40倍。也即，淡水含水层潜水位降低1m，咸淡水界面将上升（或向内陆推进）40m。实际上，淡—盐水平衡并不是静水压力平衡，且还有溶质弥散问题，所以上述计算是粗略的近似计算公式，但在实际工作中应用较广。
（2）大量开采地下水，也会使含水层的水文地球化学条件发生变化。某些新的水文地球化学作用的出现，也是引起某些地区地下水水质恶化的重要原因之一。我国许多地下水源地在开采过程中所出现的矿化度、硬度及铁、锰离子含量增高和pH值降低的现象，都主要是因含水层疏干及氧化作用加强所造成的。因为在开采地下水过程中，随着地下水面的下降，氧气随空气进入被疏干的地带，促使岩层中硫、铁、锰及氮化合物的氧化作用加强，特别是硫氧化细菌的作用，更加剧了金属硫化物的氧化过程。如分布较广的黄铁矿（FeS2），在还原环境下很稳定，几乎不溶于水。但在氧化环境下，则易于溶解，形成酸性水。土层中经常存在的钙、镁、铁和锰的化合物，也易于溶解，使地下水中的铁、锰、钙、镁及硫酸根离子含量大大增加，地下水的矿化度和硬度也随之升高。地下水的硬度（或某些水源地的矿化度）在开采过程中不断增高的现象，是我国许多地下水源地，特别是北方地区的地下水源地普遍存在的问题。例如北京水源七厂，1964年建立时，地下水硬度为303～321mg/L（以 CaCO3计，下同），1978年则升高到591mg/L，平均每年以16.1mg/L的幅度递增。据有关部门初步估计，我国北方城市，为软化地下水质，每年需要耗费上亿元。
另外，地下水硬度在开采过程中升高的原因还与城市附近的污灌水质和我国北方表层土壤及其下层沉积物中富含钙、镁等易溶盐有关。

城市各物业水污染，一般是指人们在使用物业过程中大量排放的污染物和液体进入水体，使水质量下降，利用价值降低或丧失，并对生物和人体造成损害这一现象。这种损害还包括缺水、地表下沉和水土流失等现象。

全世界每年排放的污水据估计已超过7000亿立方米，造成的淡水污染达55000亿立方米，已相当于全球河水径流量的44％以上。中国目前每年排放的废水达349亿吨。据预测，即使加以控制，到2000年全国工业废水年排放量仍将达到500亿吨，而城市污水也将达到200亿吨。目前长江每年接纳污水高达130亿吨，平均每天吞下350万吨。其中已监测到的污染物质多达40余种，其中酚和氰化物达1800万吨，砷及汞、铬、镉、铅等有毒金属1630万吨，石油类近万吨。有人预计，2000年后，长江每年容纳的污水将达到300多亿吨。目前，粗略统计，长江流域的工矿企业有4万多个，城市污染源有1.6万多个，而大的污染源有400多个。全国排放污水200万吨以上的6个城市中有4个在长江沿线，即大工业城市上海、武汉、重庆和南京。黄河目前平均每天接纳污水500万吨。富饶的河套宁夏段氮氧的平均值和汞的平均值分别超标50％和36％，汞的最高值超标1.6倍，我国水质污染到了十分严重的地步。

城市物业的使用(生产、经营、办公、居住等)是水污染的大户，其水污染主要来源于工业废液污染和生活废水污染。当然还有其他类型的水污染，如垃圾填埋场污水渗漏产生的二次水污染、医疗污水污染、有毒危险品和放射性物质渗入水中造成的水污染，等等。


(一)工业废液污染

工业废液污染是自城市化以来已产生，并且是现在仍面临的严峻的问题。历史上发生了伦敦泰晤士河污染、日本水俣市怪病的例证。设在水俣湾的日本氮肥公司于1932年扩建成合成醋酸厂，并于1949年开始生产乙醛和氯乙烯，将生产中含大量甲基汞的废水排入水俣湾，使湾内水质、沉积物和生物受汞的严重污染，造成水俣病的发生。该病的患者达2227人，其中死亡225人。

我国一半左右的城市是以地下水为供水水源的。据44个城市调查，有41个城市地下水受到醛、氰、砷等的污染，其中重度污染的有9个城市，中度污染的有17个城市。全国27条主要河流(包括长江、黄河、松花江、珠江、湘江等)现在都受到不同程度的污染，其中污染严重的有15条。如汾河(太原段)的含酚量超过国家标准3800倍，成为名符其实的“酚河”；淮河(蚌埠段)的含酚量和含汞量分别超过标准的56倍和9倍；作为上海饮用水源的黄浦江，每天要接纳约500万吨的工业和城市污水，每到夏天江水发黑发臭，1978年黑臭时间达106天之久。城市工业污水未经处理而直接排放，使地表水、地下水直接受到危害。市政水源井和单位自备水源井多数不符合饮用水质标准，有些水井含酚、铬、胺基物等超过控制标准几十倍到几百倍。松花江自吉林化学工业公司下游23千米的江段水中含汞量每升高达2.3微克～20微克，比轰动世界的日本水俣病首发地水中含汞还高1.4倍～5倍。我国有些地区盲目地过量开采地下水，水资源枯竭，引起地面沉降，形成“漏斗”。河北平原因此而形成的“漏斗”有30多个，面积达1.3万平方千米，大量水井被迫报废，造成用水紧张。


(二)生活废水污染

从全世界的范围看，不管是发达国家还是发展中国家都有一个共同之处，就是水质污染的主要来源已逐渐发生变化。公害盛行的时代，工矿企业排污中的有毒、有害物质是使人畜、农业和渔业严重受害的主要来源；而进入大众高消费社会，水质污染的来源已变为主要是生活污水中含有的过量的营养化物质排入水域，造成赤潮、水质发黑等水质污染现象。

较早发现赤潮是在日本东京湾，持续时间越来越长，而且逐年提前发生。20世纪60年代东京湾就发现赤潮，一般是每年的5月底至9月。1962年4月，东京湾一带两个水湾突然泛起赤潮，提前了50天左右。这是由于生活污水排放使水域越来越富有营养所造成的。

赤潮的发生，直接原因是生活污水中氮、磷等富有营养盐类过量地流入水域特别是不易流动的封闭性内湾、内海和湖泊，这些水域流动性差，容易积蓄污浊物质和滋生藻类及其他水生物。大量的浮游微生物于是迅速繁殖和积聚，使水的颜色呈赤茶色，因而被称为赤潮。

人们注意到赤潮的消长与工业生产和生活消费有一定的关系。20世纪70年代中期以后，生活排水中富营养污水是赤潮发生的主要原因。1973年中东石油危机致使燃料紧张，东京地区生产削减20％左右，赤潮现象非但没有缓和，反而有所增加。因为虽然工业污水排出量减少，但生活排水的污浊成分如氮、磷等开始增大。1979年东京湾内排入的氮有55％是来自于生活排水，到1989年生活排水排出了58％的磷。这种生活公害的增长是大众高消费社会的一个显著特征。广州现在每天污水排放达到200多万吨，生活污水是其主要部分。推广水冲厕所使马桶绝迹，加上其他生活污水都来不及处理就直接排入江中，严重污染了珠江水域。

物业水污染除了工业废液、生活污水外，还有如医疗污水与污物污染、城市路面排水不畅、坑坑洼洼、积水养蚊蝇等污染。


二、物业水污染的危害

物业在使用过程中，人们的一切活动所造成的排入水体的污染物超过该物质在水体中的极限容量或水对该物质的自净能力，就会破坏水体的原有用途，形成对水体本身的污染、底泥污染和水生物的污染。这类水体的系列污染必然给人类和自然界带来灾难性的后果。水污染造成的危害，一般来说可分为损害人体健康、破坏自然资源和降低经济活动效益三个方面。

(一)水污染有损人体健康

水不仅是重要的环境因素，也是人体的重要组成部分。成人体内含水量约占体重的65％，每人每天生理需水量约为2升～3升。人体内的一切生理活动，如体温调节、营养输送、废物排泄等都需要水来完成。因此，水体污染会直接或间接损害人类的身体健康。

我国城市水污染已经相当普遍，近年发展到十分严重的地步，污水危害健康的事件和事故逐年上升。如1992年，河北定州市因饮用了被甲醇污染后的水，导致数十人视力障碍，其中一部分失明；1992年江苏徐州市和1999年1月福州市均发生了化粪池与蓄水池相通，使粪水等污物进入蓄水池和水箱，被人饮用后而使多数人急性腹泻的恶性事故。城市江河水域的饮用水源严重污染，使不少城市发生水质性缺水。如淮河于流水域污染过重，沿江城市居民一度用矿泉水煮饭；苏州河水墨黑发亮更是家喻户晓；上海等城市已经不能从近处取水供城市居民用水需要；广州市处于水域宽广的珠江流域中心，珠江穿城而过，四周水网密布，但现在由于污染过甚，已跨入水质性缺水城市的行列。

另外，在被污染的水中，有机污染物中的苯酚类、醛类、石油类和有机氯等也对人体健康有直接的、深远的危害。以有机氯为代表的合成高分子物质，大多数极难在自然环境中被分解，危害时间较长。这些物质和重金属一样，能够被水生生物等富集成百万倍，然后通过食物链进入人体，危害健康。据研究，这种危害可延续到第二代、甚至第三代。随着有机农药的广泛使用，有机氯污染已经成为世界性的问题。


(二)水污染破坏自然资源

水污染的危害还突出地表现在对自然资源的破坏方面，尤其是水产资源受到污染之后，遭到破坏甚至毁灭性的情况极为严重。

人们在生产、生活过程中，排放出的含有大量需氧污染物(碳水化合物、脂肪、蛋白质等)的污水与污物进入水体之后，在水中溶解氧的作用下，逐渐分解为二氧化碳和水等，这一过程需要消耗大量的氧。但在正常状态下，20℃时，水中含有溶解氧仅为9.17毫升/升，由于需氧污染物分解的消耗，使水中溶解氧的含量急剧下降，甚至产生无氧层。这会使依靠溶解氧生存的鱼类窒息或大量死亡。同时，缺氧状态还会使水中的细菌特别是厌氧菌大量繁殖，并促进有机物分解放出甲烷、硫化氢等有毒气体，使水质进一步恶化，就会更不利于鱼类的生存。如果污染物持续不断地注入，水中则长期处于缺氧状态，鱼类资源被破坏，水体也会变黑变臭，成为有毒、有害的死水。

污水中的氮、磷等植物营养素所造成的“富营养化”，也可以成为缺氧危害的重要因素。水中含有过分丰富的植物营养素时，水中的藻类等低等植物便大量繁殖，占据大量空间，并隔绝空气与水面的接触，使水中的溶解氧降低。进一步发展的结果，是带有胶性膜的兰藻类取代硅藻、绿藻，占据整个水域。兰藻不适合作为鱼类食料，而且有些种类有毒。兰藻的大量繁殖，使鱼类的生存空间缩小，死亡藻体又大量消耗溶解氧，会导致鱼类缺氧死亡。1972年8月日本濑户内海一次“赤潮”就造成1428万尾鱼死亡，损失71亿日元。“赤潮”实际上是因红藻大量繁殖引起海水变色的现象。湖泊富营养化的进一步发展，还会使湖泊淤积为沼泽，最终演化为干地而断绝水资源。

污水中的酸、碱和无机盐污染对农业土壤的影响也很大。例如，给农田长期灌溉pH值小于5.5的酸性水，土壤中硝化细菌的生长就会受到抑制，氮肥不能充分释放，磷酸盐肥效也会降低，土壤中钙、镁成分容易流失，会使作物产量大幅度下降，甚至成为不毛之地。另外，用碱和无机盐浓度较高的水灌溉农田，也会造成土壤盐碱化和农作物减产。


(三)水污染会降低经济效益

水体污染对工业、农业等生产活动的影响主要表现为资源、能源的利用效率低和浪费严重，生产的产品质量下降或不稳定等，直接导致产出率及产出水平低下、产品价格提高、丧失市场竞争力，最终使企业经济效益降低，甚至出现亏损。例如，大连棉织厂原有7种产品被评为全国各省的优质产品，现在因水质遭到污染，水洗工艺达不到要求，结果42万米彩色织布只有2万米达到优质标准。淮河流域蚌埠段和淮南段，因水质污染影响供水质量，在1978年11月到1979年5月半年之内，使沿岸工厂生产的产品全部降级为次品。据对15个工厂统计，因此而停产造成的损失达1000万元。吉林化肥厂用被污染的江水做冷却水，结果使冷却设备和管道加速结垢、堵塞，导致冷却效率降低了30％，合成氨年产量减产1万余吨。此外，城市近郊工业区的污水污染农田，造成经常性的赔款。如1981年，上海市赔偿93.2万元，重庆市赔偿63.6万元。类似情况在全国经常发生，造成的经济损失十分严重。


三、物业水污染的防治

生活污水和工业废液等的随意排放是造成物业水污染的主要原因。因此，防止水体污染首先要从断源开始，即控制污水的排放，将“防”、“治”、“管”三者结合起来。具体来说，应从以下几个方面着手：

(一)减少污(废)水的排放量

改变传统的工业发展模式，使工业用水重复利用并设法回收废液，尽量减少工业用水总量，这是减少污水排放量的基本方法。通过实施超标准用水高价收费的差别价格，促使工矿企业尽量缩减用水量，也不失为一项有效措施。例如采用无水印染工艺代替水染工艺，高炉加装煤气洗涤用水循环使用设备，在互无影响的前提下实现一水多用等，都可以大量节约用水量。现在许多国家正在研究把处理净化的城市污水开发为新水源，将其再利用于工农业、渔业和城市居民生活的方法，也是减少和节约用水的一种有效途径。


(二)降低所排污水的有害程度

通过综合利用或技术改进尽量降低污染物的浓度，也能有效减少污染。例如，采用无氰电镀工艺代替氰电镀法，用软性洗涤剂代替不能自然分解的硬性洗涤剂。再例如，造纸黑液是很主要的污染源之一，含有大量的碱和其他有机物，通过综合利用，从中回收碱和二甲基亚砜等有用物质，就可变成一种生产资源。对于生活排水，要控制其污染物质的量。例如，日本东京近旁的崎玉县水域有机污染物质73％是生活排水引起的，该县1992年首先开展减少生活排水污染物质的运动，其方法订得很具体，如厨房洗碗槽要装能滤水的垃圾袋，淘米水留着洗碗，减少其排出，严重影响水质的酱汤汁、酒和食用油不得进入下水道，洗碗应先擦后洗，减少洗涤剂的使用量，水要尽量节约和重复使用等等，这是有效减少水污染的方法。


(三)加强废水处理环节，杜绝任意排放

为确保水体不受污染，必须在废水排入水体之前进行妥善处理，以免影响水体卫生状态和经济价值。对含有特殊有害物质的工业废液，应在工厂内设置专门的处理或回收设施进行处理，达到规定的污水排放标准才能排入公共污水水道。生活污水的排放也要经过处理后才准排入自然水体。

污水处理还涉及到下水道污水处理后留下的大量污泥。随着污水处理水平的提高，污泥不像以前那样直接排入江河，所以污泥量呈增加趋势。污泥应及时填埋，否则会给新一轮的污水处理增加负担和成本。现已开发利用污泥制作一些建筑材料的技术：将下水道的污泥焚烧，用烧后的灰制作建筑材料。日本名古屋1992年污泥灰的利用率已达到23％，这是一个值得借鉴的环保方法。


(四)加强对水体及其污染源的监测管理

经常对物业用水和排水进行监测，了解物业水污染等情况及其是否符合国家有关规定和标准，确保物业使用者的用水安全和身体健康，同时，确保不造成对外界的影响和危害。这样可使物业水污染的防治工作有目标有方向的进行，是防止水污染严重化不可缺少的有效手段。

(一)地下水水质恶化的主要特征

地下水的水质恶化是全球性环境污染的重要研究课题。本节所述地下水水质恶化，主要是指地下水在开发过程中，因环境污染和水动力、水化学形成条件的改变，以及不良的勘探所造成的水中某些化学、微生物成分含量不断增加，以致超出规定使用标准的水质恶化现象。其主要特征有如下几方面:

1)许多天然地下水中不存在的有机化合物(如各种合成染料、去污剂、洗涤剂、溶剂、油类及有机农药等)出现在地下水中;

2)天然地下水中含量极微的毒性金属元素(汞、铬、镉、砷、铅)及某些放射性元素大量进入地下水中;

3)各种细菌、病毒在地下水体中大量繁殖，远远超出饮用水水质标准;

4)地下水的硬度、矿化度、酸度和某些单项的常规离子含量不断上升，以致超过规定使用标准。

(二)地下水水质恶化的危害

地下水水质环境的恶化，严重损害了地下水资源的使用价值，给人类社会带来了种种不良后果，有损于人体健康，以致造成残疾和死亡;损害了工业产品的质量;使农作物减产和土地盐渍化;减少了地下水可采资源的数量，以致使整个水源地废弃;为处理水质，增加了水的单位成本。

我国地下水水质的污染问题，已不容忽视。我国主要城市，有1/2是以地下水作为供水水源，全国有1/3的人口饮用地下水。据对全国100个城市的调查，地下水受到不同程度污染的达80%以上，其中污染较严重的有北京、沈阳、太原、西安、包头、南昌等城市。沈阳市有78%的井水某些指标不符合饮用水标准。我国北方许多城市的地下水硬度逐年增高，某些沿海城市的海水入侵问题也相当严重。

(三)地下水水质恶化的原因

引起地下水水质恶化的原因很多，可归纳为以下3个方面。

1.存在引起地下水水质恶化的污染物质来源

这些污染物，既可存在于地下，也可以存在于地上。从污染物质的成因类型来看，可分为两大类。第一类为天然污染源，即自然界本来就存在着的各种劣质水体，如海水、地下高矿化水或其他劣质水体。此外，含水层或包气带中的某些含水介质含有某些矿物(特别是各种易溶盐类)，也可成为地下水的污染源。第二类为人为污染源，是指因人类活动所形成的污染源，如各种废水、污水、垃圾及化肥、农药等。据相关资料可知，我国平均每年污废水排放量达500×10⁸t，其中，工业废水占75%，生活污水占25%。有80%以上的污水直接排入水域，造成水体污染。人为污染源又可分为直接源和间接源两类。各种污水、废水、化肥农药，其污染物质直接通过包气带进入含水层中，为直接污染源。污染物首先进入大气或地表水体，而后进入含水层中的称间接污染源。如在工业城市附近形成的含硫酸和硝酸的“酸雨”即是间接污染源。酸雨的入渗，一方面直接使地下水酸化;另一方面，酸化的水又可增强溶解能力，使地下水中的金属元素含量大大增加，污染地下水。而且酸雨的污染是大面积的，往往比局部点状污染源造成的危害更大。

工业废水和生活污水不经处理而排入地表水体中，进而造成地下水污染的例子更是比比皆是。特别是在那些以河水入渗补给为主的傍河水源地、山前冲洪积扇和岩溶暗河水源地，因河水污染而导致地下水源污染的问题更为严重。如鞍山市某地下水源地，枯水期主要依靠太子河水渗漏补给，由于上游化工厂排入河水的含硝基化合物废水，通过河水进入含水层中，使水源地中的40余眼水井受到不同程度的污染，污染面积达200km²。

此外，在某些情况下，井管或输水金属管道的腐蚀、混凝土水管的侵蚀，也可造成水质的污染。

2.存在污染物质进入的途径(通道)

地下水水质发生恶化，除了必须具备有污染源外，还必须具有污染物进入含水层的途径。污染物通常以3种方式进入含水层:

1)在含水层的开采降落漏斗范围内，污染物通过含水层上部的透水岩层直接渗入含水层。由于进入途径很短，故常常使地下水迅速产生重度污染。在相同污染源的情况下，地下水体遭受污染的程度，主要决定于地表到含水层之间岩层的渗透性能、岩土颗粒对污染物的吸附和净化能力及含水层的埋藏深度。因此，一般承压水较潜水有较好的防污染条件。潜水含水层的包气带内如有粘性土层存在，也会有较好的防护能力。

2)污染物从含水层的其他地段进入开采地段。各种天然劣质水体(如海水、大陆高矿化水)、已污染的地表水体等，通过与含水层的直接接触带(特别是补给区)渗(流)入含水层，然后再运移到开采地段。当污染源位于水源地上游时，对水源地水质污染的威胁更大。

3)污染物借助天然或人为的某些集中通道进入含水层。天然集中通道主要是指与污染源相沟通的各种导水断层通道、裂隙通道和岩溶通道(包括“天窗”)。这种通道一般多呈点状或线状分布，它可使埋藏很深的承压水体遭受污染。人为集中通道，主要是指在各种地下工程、水井施工时，因破坏了含水层隔水顶板(或底板)的防污作用，使工程本身构成了劣质水进入含水层的直接通道。常可见到因水井设计、施工上的缺陷(未止水或止水不合要求)，造成上部污水沿井管与孔壁间隙流入开采含水层;有时则因废井未加处理或回填不实，成为地表污水的入侵通道;某些失修的水井，因井管腐蚀或地震灾害使井管破裂，也可造成上部污水入侵开采含水层。

3.有引起地下水水质恶化的水动力和水化学因素

如果说污染源和污染通道的存在是地下水水质可能恶化的必备条件，那么在开采条件下所出现的水动力、水化学作用，则是导致地下水水质恶化的直接起因。

凡污水入侵开采含水层，均要求有一定的水动力条件。其一，开采含水层(或地段)与污水体之间必须存在某种直接或间接的水力联系;其二，由于开采抽水，在开采含水层(或地段)中形成相对于污染水体的负压区，从而促使污水直接或间接(通过弱透水层)流入并污染开采含水层(或地段)。

近海水源地，因水动力条件改变而引起的海水向大陆含水层入侵，便是典型例子。在天然条件下，大陆含水层中的淡水排入海洋，咸、淡水体之间的平衡界面是依靠含水层中淡水的水头压力高于海面来维持的。在开采条件下，如果水源地的开采量超过补给量，则必然引起含水层中淡水体水位持续下降。当水位降落漏斗扩展到海岸线时，就会导致海水入侵，使地下水咸化。在某些情况下，虽开采量未超过淡水的补给量，但当淡水体的水头压力已减少到难以维持咸、淡水体之间原来的平衡条件时，咸、淡水界面也会向大陆推移。如果该界面推进到抽水井的降落漏斗范围内，同样也会导致咸水入侵开采地段，使水质恶化。

大量开采地下水，也会使含水层的水文地球化学条件发生变化。某些新的水文地球化学作用的出现，也是引起某些地区地下水水质恶化的重要原因之一。我国许多地下水水源地在开采过程中所出现的矿化度、硬度及铁、锰离子含量增高和pH值降低的现象，主要是因含水层疏干及氧化作用加强所造成的。因为在开采地下水过程中，随着地下水位的下降，氧气随空气进入被疏干的地带，促使岩层中硫、铁、锰及氮化合物的氧化作用加强，特别是硫氧化细菌的作用，更加剧了金属硫化物的氧化过程。如分布较广的黄铁矿(FeS₂)，在还原环境下很稳定，几乎不溶于水，但在氧化环境下，则易于溶解，形成酸性水。土层中经常存在的钙、镁、铁和锰的化合物，也易于溶解，使地下水中的铁、锰、钙、镁及硫酸根离子含量大大增加，地下水的矿化度和硬度也随之升高。

近些年来，我国北方半干旱地区水库(或渠道)浸没区所出现的潜水氟离子含量增高的现象，也是由于水文地球化学环境改变造成的。因水库(渠)建立后，浸没区潜水水位抬高，地下水蒸发浓缩作用加剧，使在半干旱碱性条件下潜水中本底值较高的氟离子含量进一步加大;由于建库，周围环境变得相对湿润，促使植被进一步发育，植物根部分泌出的CO₂将加速土层中碳酸盐的分解和地下水中重碳酸盐的积聚，从而使环境碱化。而这种弱碱化的水文地球化学条件，又进一步为氟离子的富集创造了条件。

由于开采地下水使水文地球化学环境改变而引起地下水水质恶化的环境水文地质问题可能还有许多。还应看到，这种改变并非全都是不利的。例如，在一定条件下，由于强烈抽水促使地下水交替循环作用加剧，溶滤作用加强，从而加速了含水层中可溶盐的溶解和排除过程。由于含水层中水位下降，使地下水由原来的封闭还原环境变为开放的氧化环境，导致水中某些化合物沉淀，从而也可降低水中某些有害离子的含量，或使水质淡化。因此，在进行供水水文地质勘察时，应当根据当地的地层岩性结构条件、包气带和含水层中可溶盐的类型和含量、补给水源的类型和化学性质、水源地预计开采强度和降深等条件，进行深入、综合分析，这样才能对开采后地下水水质可能出现的变化，作出正确的预测。

(四)防治地下水水质恶化的措施

地下水是水圈乃至整个地球环境不可分割的重要组成部分。因此，防治地下水水质恶化，必须与防治环境恶化相结合进行综合治理，既要有技术措施，又要有管理措施。地下水水质恶化，常具有缓慢、隐蔽、不易及时察觉、一旦恶化又难以治理复原的特点。因此，须采取防、治结合，以防为主的方针，确保供水的质量。

1.预防性的技术措施

最重要的预防性技术措施是要对城市的发展与水源地的建设作出全面、合理的规划和布局。在制订城市发展规划特别是制订工业布局时，必须考虑尽量减少城市环境污染和地下水不受污染。那些容易造成地下水污染的工厂，应布置在水源地下游较远的地方，或者采用管道排污。新建水源地时，也必须考虑地下水污染的环境条件，应把水源地选择在城市上游或地下水的补给区，或在地层岩性结构方面选择防止污染条件较好的地方。总之，为保护地下水资源，在城市建设的总体规划中必须考虑环境保护的要求;必须有防治污染、维持生态的观点;要把环保工作与经济发展同步规划、同步实施，作到经济、社会和环境的协调发展。

此外，当取水层位上、下或附近有劣质水层或水体分布时(特别是滨海水源地)，应严格控制水源地的开采量和开采降深，以防止劣质水入侵含水层。在水井设计中，最好采用分层取水。当深部有咸水时，应控制井深，使井底与淡、咸水界面保持一定距离。要保证水井施工中的止水、回填质量。对年久失修的水井，要及时更换井管;对报废水井，要回填封死。还应注意，在地下建筑开挖工作中，不要破坏开采含水层上、下或周边的隔水保护层。

设立水源地的卫生防护带，虽不可能完全杜绝污染，但是它可在一定时间、一定水文地质条件下控制污染。对于埋藏较浅的潜水及地表覆盖层较薄的水源地，建卫生防护带有明显的效果。因此，我国环保局、卫生部、建设部、国土资源部等部门联合颁发了《饮用水水源保护区污染防治管理规定》。其中，规定对地下水水源地须设置一级保护区、二级保护区;必要时，外围还应设置准保护区，对各区规定了相应的保护措施。各区范围的大小，应视具体水文地质条件及开采强度而定。如卫生防护I带为严禁活动带，其范围不能太大，据前苏联国家文件规定，对承压水水源地，I带半径不应小于30m，潜水不小于50m。

2.治理措施

对已污染水源地的治理措施，应针对引起地下水质污染的主要原因、污染途径和当前国家的经济条件来制定。主要措施有以下几方面。

(1)治理污染源

污染源包括点源和面源两种类型。点源是指工业“三废”和城市生活污水及垃圾等所构成的污染源。它们是目前集中水源地水质污染的主要来源。其中，尤以工业废水的危害最大。因此，控制和治理地下水污染的重点应该是抓好工业废水的综合治理。除采取控制污水排放量和排放标准等法制措施外，主要应大力改革落后的生产工艺，搞好工业用水的闭路循环。这样才能最大限度地减少工业废水排放量，把工业废水消除在生产过程之中;同时也节约了水资源，提高了企业的经济效益。

对于不得不排放的废水(包括工业和生活污水)，必须防止它们在排放的路途中和在污水处置场地内向含水层渗漏。为了减少渗漏，最好将它们排放在有稳定隔水地层分布的地方，或者采取防渗衬砌措施，并且尽可能地将污水处置场布置在距水源地下游较远的地方。当利用地下岩溶洞穴或深部采空岩层排污时，必须在查明当地水文地质条件，并经试验证明对环境无害后方可实行。

在点状污染源的治理中，对于城市垃圾，特别是某些工业废渣对地下水可能产生的污染作用同样不可忽视。例如，兰州市的垃圾填土，曾导致黄河水和地下水受到污染。为使地下水免遭垃圾和工业废渣淋滤液的污染，对垃圾和废渣应采取废物回收利用、焚烧、发电、生化处理及堆肥等综合治理措施。一般来说，垃圾或废渣的堆放场或填埋场，最好选在地表弱透水土层分布广、厚度较大，且地形低洼封闭性好、包气带较厚的地方;同时，要求它们远离水源地或开采含水层的补给区。

面源主要指农业污灌、施肥、农药、酸雨，以及城市暴雨径流等所产生的污染。据美国统计，非点源对环境造成的污染负荷占总污染负荷的50%以上，是对地下水污染不容忽视的因素。对面状污染源的治理，可采取以下措施:

1)慎重开展污灌。最重要的是严格掌握污灌的水质标准、控制灌水定额及根据环境水文地质条件合理规划污灌区的位置。如在表土层薄或渗透性大的潜水地段、补给区和水源地附近，就不适宜进行污灌。

2)使用易被植物吸收或被土壤分解的化肥和对人体毒性小的农药，并严格掌握化肥与农药的使用量，尽可能减小它们在土壤层中的残余浓度和流入含水层的数量。

3)对灌溉用污水进行预处理。

(2)兴建配套的环境工程，大力开展污水的处理和利用

兴建配套的环境工程，大力开展污水的处理和利用是治理地下水水质恶化的治本措施。大量污水未经处理便排放，是造成当前环境特别是水源污染的主要污染源。处理后的污水，可据其质量用于不同目的的供水，以提高废水的重复利用率，增加水资源的总量。

(3)采取防止劣质水(或污水)入侵开采含水层的水力措施

当海水或其他劣质水从侧向侵入开采含水层时，可采用所谓“水力”措施来阻止劣质水体的入侵。现以国外防止海水入侵为例来介绍。

1)“补给水丘”或“淡水屏障”法。即在海岸与内陆开采地段之间布置淡水注水井，通过注水，使之形成高于天然地下水位的“补给水丘”(图12-1)，以控制咸水面向内陆移动。据报道，美国加利福尼亚州的某沿海地带及以色列沿海，都采用了这种方法，成功地阻止了海水入侵。

图12-1 补给水丘(淡水屏障)示意图

2)“抽水槽”法。在海岸和内陆开采地段之间布置一条抽水线，通过抽水使之形成阻止咸水向内陆运移的“抽水槽谷”。抽出的咸、淡混合水，如不能使用，则排入海中。这种方法较之前一种方法的优越之处，是不需补给水源。这种防止海水入侵的方法，在荷兰沿海的淡水砂丘带得到了广泛使用(图12-2)。

图12-2 抽水槽示意图(图例同图12-1)

3)“注水和抽水相结合”的方法。一般是将抽水槽布置在靠近海岸的地方，将注水井布置在靠近开采水源地的一侧。

4)修建“地下挡水墙”。这种方法主要用于咸水沿着狭窄透水通道入侵的地段。例如日本长崎县西北部，曾在沟道的入海口附近含粘土的砂砾石层中建造了阻止海水入侵的灌浆帷幕。在近海侧形成了人工地下水库，但是，这种措施的效果是有限的。海岸地带的水源地，即使将动水位保持在海平面之上，也很难防止深层咸水形成的“上升锥”向水井移动。

除上述情况外，另一种情况就是因不合理灌溉，使大面积土地发生次生盐渍化恶化了生态环境。如喀什地区，土地盐渍化面积竟达到耕地面积的64.7%，十分惊人。主要的防治措施，应是合理地进行灌溉。