水资源污染的监测

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水是人类发展不可缺少的自然资源，是人类和一切生物赖以生存的物质基础。当今世界，水资源不足和污染构成的水源危机成为任何一个国家在政策、经济和技术上所面临的复杂问题和社会经济发展的主要制约因素。1992年1月联合国在冰岛举行了水和环境国际会议，呼吁寻找新的途径，对淡水资源作出评价、发展和管理。1993年，世界银行提出了有关水资源的新课题。粮农组织最近成立了一个关于水和持续农业发展的国际项目（LAP-WASAD），这些信息表明，水资源问题已引起全世界的关注。

人类对水资源的开发利用分两大类：一类是从水资源取走所需的水量，满足人民生活和工农业生产的需要后，数量有所消耗，质量有所变化，在另外地点回归水源。另一类是取用水能（水力发电）、发展水运、水产和水上游乐，维持生态平衡等，这种利用不需要从水源引走水量，但是需要河流、湖泊、河口保持一定的水位、流量和水质。本节所讨论的水资源利用情况主要是第一类用水形式。
3、水资源的重要作用

1) 调节气候。水是大气的重要成分。虽然大气中仅含全球水量的百万分之一，然而，大气和水之间的循环相互作用，确定了地球水循环运动，形成支持生物的气候。大气中的水帮助调节全球能量平衡，水循环运动起着不同地区的能量传输作用。



2) 水磨塑造地球表面的形态。流动的水开创和推动土地地貌的形成，重排地表景观以及三角洲形成等。水是形成土壤的关键因素，也在岩石的物理风化中起着重要作用。



3)水具有物质运输的功能。水可以输送多种多样材料和营养物质。水输送物质的形式有两种：溶解的矿物质和整体物质。大气中的各种颗粒物质可以沉降到水体，然后由水输送。从这一方面可以看到，水可以把环境污染物输送、扩散到更远、更广泛的区域。



4) 水是一切生物必不可少的物质。生命的形成离不开水，水是生物的主体，生物体内含水量占体重的60~80%，甚至90%以上。水是生命原生质的组成部分，并参与细胞的新陈代谢，还是生物体内外生物化学发生的介质。因此，一切生命都离不开水。水与生物以各种方式相互作用。在一个区域范围内，水是决定植被群落和生产力的关键因素之—，还可以决定动物群落的类型、动物行为等。



5) 水是人类赖以生存和生产的最基本的物质基础。水与人类的关系非常密切，不论是生活或是生产活动都离不开水这一宝贵的自然资源，水既是人体的重要组成，又是人体新陈代谢的介质，人体的水含量占体重的2/3，维持人类正常的生理代谢，每天每人至少需要2~3L水。工业生产、农田灌溉、城市生活都需要消耗大量的水。但是，随着人口和经济活动的加剧，全球的水循环已大大偏离了它的自然状态，水的流动已发生了显著的变化。人口迅速增长，加快了对水资源的消耗，工农业生产发展严重污染了水体，森林破坏改变了蒸发和径流方向等，这些人类活动造成了水资源的严重破坏，使世界面临着水危机。
1、世界水资源概况

世界各地自然条件不同，降水和径流相差也很大。年降水量以大洋洲(不包括澳大利亚)的诸岛最多；其次是南美洲，那里大部分地区位于赤道气候区内，水循环十分活跃，降水量和径流量均为全球平均值的两倍以上。欧洲、亚洲和北美洲与世界平均水平相接近，而非洲大陆是世界上最为干燥地区之一，虽然其降水量与世界平均值相接近，但由于沙漠面积大，蒸发强烈，径流量仅为151mm。相比之下大洋洲的澳大利亚最为干燥，与降水量761mm相对其径流量仅为39mm，这是由于澳大利亚的有2/3地区为荒漠、半荒漠所致
2、世界水资源的供给与利用

通常人们将全球陆地入海径流总量作为理论上的水资源总量，即全球水资源总量为47000km3，而这一水资源数量在全球分布又是不均匀的，各国水资源丰缺程度相差很大。人类在早期对水资源的开发利用，主要是在农业、航运、水产养殖等方面，而用于工业和城市生活的水量很少，直到本世纪初，工业和城市生活用水仍只占总用水量的12%左右。随着世界人口的高速增长以及工农业生产的发展，水资源的消耗量越来越大。世界用水量逐年增长，1900~1975年间，每年以3~5%的速度递增，即每20年左右增长一倍。到2000年，世界总用水量将达到6000亿m3，占世界总径流量的15%。

随着人类文明的进步，对水资源的需要量越来越大，1985年用水量为1950年的3.5倍。其中农业用水占总水量的比例由1950年的78.2%下降到1985年的61. %5；而工业用水与城市用水占总用水量的比例由1950年的22.7%，增加到1985年的34.6%。但可供人类使用的水资源却不会增加；甚至会因人为的污染等因素而使其质量变差，可利用数量减少。加之，世界淡水资源的分布极不均匀，人们居住的地理位置与水的分布又不相称，使水资源的供应与需求之间的矛盾很大，尤其是在工业和人口集中的城市，这个矛盾更加突出。据统计，近40年来，全世界农业用水量仅增加了2倍、工业用水增加了7倍，而生活用水增加的更多。

3、水危机产生的原因

从总的水储量和循环量来看，地球上的水资源是丰富的，如能妥善保护与利用，可以供应200亿人的使用。但由于消耗量不断的增长和可利用水域的污染等原因，造成可利用水资源的短缺和危机，主要有以下几个方面的原因：



1) 自然条件影响：地球上淡水资源在时间和空间上的极不均匀分布，并受到气候变化的影响，致使许多国家或地区的可用水量甚缺。例如我国长江、珠江、浙、闽、台及西南诸河流域的水量占总水量的81.0%，而这些地区的耕地仅占全国的35.9%；而华北和西北地处于干早或半干旱气候区，其降雨和径流都很少，季节性缺水很严重。北非和南撒哈拉地区、阿拉伯半岛、伊朗南部、巴基斯坦和西印度是年降雨长期平均变化最大的区域，其变化幅度超过40%。美国西南部、墨西哥西北部、非洲西南部、巴西最东端以及智利部分地区也是如此。因此，世界许多地区会出现区域性的供水危机。
1、概况：我国江河众多，流域面积在100km2以上的河流有5万多条，1000km2以上的约有1500多条。但受气候和地形的影响，河流分布很不均匀，绝大部分河流分布在我国东部湿润、多雨的季风区，西北内陆气候干燥、少雨，河流很少。

我国有1 km2以上的湖泊2300多个，总面积7187 km2，约占国土面积的0.8%；湖水总储量约为7088亿m3，其中淡水量占32%。

我国还有丰富的冰川资源，共有冰川43000余条，集中分布在西部地区。总面积58700km2，占亚洲冰川总量的一半以上，总贮量约52000亿m3。

我国平均年降水量为61889亿m3，平均降水深648.4mm，年均河川径流量27115亿m3，合径流深284.1mm。河川径流主要靠降水补给，由冰川补给的只有500亿m3左右。我国年平均地下水资源为8287.6亿m3。

根据分析计算，我国地表水和地下水的量分别为27115和8288亿m3，扣除二者间的重复量7279亿m3后，则我国多年平均水资源总量28124亿m3。


2、我国水资源特点

我国水资源的时空分布特点，可通过降水、蒸发、径流等水平衡要素的分布反映如下：



1) 水资源总量较丰富，人均和地均拥有量少

我国多年平均年水资源总量为28124亿m3，其中河川径流约占94%，低于巴西、前苏联、加拿大、美国和印度尼西亚，约占全球径流总量的5.8%，居世界第6位。平均径流深为284mm，为世界平均值的90%，居世界第7位。可见，我国的水资源量还是比较丰富的。然而，我国人口众多，按12亿人口计算，平均每人每年占有的河川径流量2260m3，不足世界平均值的1/4，分别是美国人均占有量的1/6，前苏联的1/8，巴西的1/19和加拿大的1/58。我国地域辽阔，平均每公顷耕地的河川径流占有量约28320m3，为世界平均值的80%。所以，人我国水资源量与需要不适应的矛盾十分突出，以占世界7的耕地和6%的淡水资源养活着世界上22%的人口。



随着人口的增长，城市化、工业化以及灌溉对水的需求日益增加，21世纪将出现许多用水紧缺问题。在可供淡水有限的情况下，应积极采取措施保护宝贵的资源。一般采取以下几种措施。



1、提高水的利用效率，开辟第二水源

这是目前解决水资源紧张的重要途径，主要方法有：



1) 降低工业用水量，提高水的重复利用率

降低工业用水量的主要途径是改革生产用水工艺，争取少用水，提高循环用水率。如炼钢厂用氧气转炉代替老式平炉，不但提高了钢的质量，而且用水量降低了86~90%。

现在世界上许多工业发达的国家都把提高工业重复用水率作为解决城市用水困难的主要手段。有的国家还辅设了专门供工业循环用水的管道，效果很好。我国近几年来，对水的重复利用也逐步开展起来。在一些水源特别紧张的城市，水的重复利用率已达到较高水平，如大连市为79.5%，青岛为77.3%，太原为83.8%，但整体水平还比较低，平均工业用水重复利用率仅为20~30%。

如果把全国工业用水的平均重复利用率从目前的20%提高到40%。每天可节水1300万t，相应地节省供水工程投资26亿元，节水量和经济效益都是相当可观的。

提高工业用水重复利用率，不仅是合理利用水资源的重要措施，而且减少了工业废水量，减轻了废水处理量和对水体的污染。



2) 实行科学灌溉，减少农业用水浪费

全世界用水的70%为农业灌溉用水，但其利用率很低，浪费严重。据估计，全世界有37%的灌溉水用于作物生长，其余63%都被浪费掉了。因此，改革灌溉方法是提高用水效率的最大潜力所在。

渠道渗漏是世界各国在发展灌溉事业时遇到的共同问题。据国际灌溉排水委员会的统计，灌溉水渗漏损失量一般为15~30%，高的甚至达到50~60%。我国渗漏损失一般为40~50%，高的甚至达到70~80%。由于大部分灌区的渠道没有防渗措施，我国南方长江、珠江、东南沿海等地渠道水利用系数平均为0.6，其它各片为0.5。估计全国渠道渗漏损失的水量可达到1700多亿m3。因此，防渗渠道和暗管输水等工程技术的应用可以得到明显的节水效果。

灌溉方式的改进，是农业节水的重要途径。60年代在以色列发展起来的滴灌系统，可将水直接送到紧靠植物根部的地方，以使蒸发和渗漏水量减到最小。当前，国外灌溉节水技术的发展趋向是采用完整的灌溉排水管道系统，它具有能源消耗少，输水快，配水均匀、水量损失小，不影响机耕等优点。此外，一些国家还研究了新的灌溉技术，如涌流灌溉、水平畦田灌溉、采用自动升降竖管等。内布拉斯加农业和自然资源研究所设计了一种灌溉计算机程序，利用各小型气象站收集来的数据计算各地区生长的不同作物的蒸发蒸腾率，指导农民调整灌溉日期。自动灌溉技术，利用计算机控制流量、监测渗漏、调节不同风速和土壤湿度条件下的用水量，并使肥料用量最佳化。我国最新的研究表明，覆盖滴灌对水的利用效率更高，是适合干旱半干旱地区的新型灌溉技术。



3) 回收利用城市污水、开辟第二水源

回收和重新使用废水，使其变为可用的资源是另一种提高水使用效率的方法。在东京,城市水回收中心通过三级水处理厂慢沙过滤回收废水，氯化消毒后用于冲洗高层建筑的厕所。北京也曾修建过类似的“中水道”系统。



2、调节水源流量，增加可靠供水

前述水资源紧张的第一个原因是自然条件的影响，如气候、地理位置，淡水分布不均匀等问题。人们试图通过调节水源流量、开发新水源的方式加以解决。



1) 建造水库: 建造水库调节流量，可以将丰水期多余水量储存在库内，补充枯水期的流量不足。不仅可以提高水源供水能力，还可以为防洪、发电、发展水产等多种用途服务。目前，各国在江河上建造的库容超过1亿m3的水库共有1350个，总蓄水量达到4100km3。

然而，在很多工业发达国家，随着建库地址的选择日益困难，增加新蓄水设施的成本迅速提高，水库发展的速度明显减慢了。发展中国家的水库建造仍处于全盛时期。在建库时，还必须研究对流域和水库周围生态系统的影响，否则会引起不良后果。



2) 跨流域调水: 跨流域调水是一项耗资昂贵的增加供水工程，是从丰水流域向缺水流域调节。由于其耗资大、对环境破坏严重，许多国家已不再进行大规模的流域间调水。巴基斯坦的西水东调工程和澳大利亚的雪山河调水工程以及我国近年来相继完成的引黄济青、引滦入津和引滦入唐等工程都是从丰水流域向缺水流域供水的大工程，我国的南水北调工程也已开始动工。



3) 地下蓄水: 目前，已有20多个国家在积极筹划人工补充地下水。在美国，加利福尼亚的地方水利机构每年将25亿m3左右的水贮存地下。到1980年，该州已有3450万m3的水贮存在两个水利工程项目的示范区内；其单位成本平均至少比新建地表水水库低35~40%。美国国会于1984年秋通过立法，批准西部17个州兴建蓄水层回灌示范工程。在荷兰，实现人工补给地下水后，解决了枯水季节的供水问题，每年增加含水层储量200~300万m3。



4) 海水淡化: 海水淡化可解决海滨城市的淡水紧缺问题。目前，世界海水淡化的总能力为2.7km3/a，不到全球用水量的1‰。沙特阿拉伯、伊朗等国家海水淡化设备能力占世界的60%，在沙特阿拉伯还建造了世界上最大的淡化海水管道引水工程。



5) 拖移冰山: 此工程在近期内还不可能实现，仍处于计划阶段。据估计，南极的一小块浮冰就可获得10亿m3的淡水，可供400万人一年的用量。



6) 恢复河、湖水质: 采用综合防治水污染的方法恢复河湖水质。即采用系统分析的方法，研究水体自净、污水处理规模、污水处理效率与水质目标及其费用之间的相互关系，应用水质模拟预测及评价技术，寻求优化治理方案，制订水污染控制规划。采用这种方法治理的河流，如美国的特拉华河、英国的泰晤士河、加拿大的圣约翰河等水质都得到恢复，增加了淡水供应。



7) 合理利用地下水: 地下水是极重要的水资源之一，其储量仅次于极地冰川，比河水、湖水和大气水分的总和还多。但由于其补给速度慢，过量开采将引起许多问题。在开发利用地下水资源时，应采取以下保护措施：



(1) 加强地下水源勘察工作，掌握水文地质资料，全面规划，合理布局，统一考虑地表水和地下水的综合利用，避免过量开采和滥用水源；



(2) 采取人工补给的方法，但必须注意防止地下水的污染；



(3) 立监测网，随时了解地下水的动态和水质变化情况，以便及时采取防治措施
16回答者： 上帝让我死吧 - 助理 三级 4-27 20:28
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工业生产中废水的任意排放，生活污水，农业生产中大量使用化肥、农药、除草剂而造成的农田污水。
废水从不同角度有不同的分类方法。据不同来源分为生活废水和工业废水两大类；据污染物的化学类别又可分无机废水与有机废水；也有按工业部门或产生废水的生产工艺分类的，如焦化废水、冶金废水、制药废水、食品废水等。
污染物主要有：未经处理而排放的工业废水；未经处理而排放的生活污水；大量使用化肥、农药、除草剂而造成的农田污水；堆放在河边的工业废弃物和生活垃圾；森林砍伐，水土流失；因过度开采，产生矿山污水。



扩展资料
水源污染的特点
1、污染程度随径流量而变化。在排污量相同的情况下，河流径流量愈大，污染程度愈低；径流量的季节性变化，带来污染程度的时间上的差异。
2、污染物扩散快。河流的流动性，使污染的影响范围不限于污染发生区，上游遭受污染会很快影响到下游，甚至一段河流的污染，可以波及整个河道的生态环境（考虑到鱼的洄游等）。
3、污染危害大。河水是主要的饮用水源，污染物通过饮水可直接毒害人体，也可通过食物链和灌溉农田间接危及人身健康。
参考资料来源：百度百科-河流污染
参考资料来源：百度百科-水污染

(1)无机污染的监测

被无机盐污染的水，由于离子浓度增高，使其电阻率降低。一般来说，地下电阻率与介质孔隙的连通性、孔隙中是否有液体以及液体的电阻率有关。如果孔隙的大小和连通性基本不变，而液体的电阻率只和污染有关，用电法就可以确定污染的范围和程度，通过电测深和时间域电磁法可以确定污染的垂向分布，而通过电剖面法和频率域电磁法可以确定污染的横向范围，用电(磁)测量比只用钻探成本低、效率高。此外，电(磁)测井也是一种辅助手段。

应用地面电法监测污染的基本条件是:污染水与非污染水电阻率有明显差别，埋藏不太深，污染水体有一定的厚度，地表物质电性比较均匀。工作时可先用电测深或时域电磁法确定污染水体顶底板深度，然后按一定系统进行固定极距的电剖面或固定装置和频率的频域电磁测量。电法一般都要与少量监测井互相配合，解释时利用地质、钻探和其他地球物理资料。对工矿废水污染的监测是受到广泛关注的问题，利用地球物理方法对工矿废水进行污染监测有许多成功的实例。

图9.1用电法监测工厂废水对岩溶的加速作用

工厂的废水排入地下，不仅污染水源，而且在某些地区还加速地下岩溶的发育过程。例如在苏联的奥卡河沿岸有一个大的化工厂生产硫酸，酸性废水渗入地下，溶蚀了石膏质的岩石，在这些岩石中形成了岩溶洞穴，老洞穴不断加大、新洞穴不断出现，连续成地下通道，沿着这些通道，溶解的物质流入奥卡河，造成河水污染。通过地面电法测量和河水电阻率测量可以圈定岩溶水的通道位置，并且评价岩溶作用随时间的变化。从图9.1中时间t₁和t₂两次观测的视电阻率曲线可以看出，低电阻率的范围加宽，是溶洞变宽的结果。河水电阻率测量表明，被溶解物质的流入量明显增加(低电阻率面积扩大)。通过上述测量确定了废水污染的范围和程度，以便采取必要的措施。

矿山和油田废水也是水资源的重要污染源，例如在美国有成千上万口已经废弃的、封闭不好的油气井，由于二次回采而使产油层产生过压，这些井会使注入油田的卤水沿钻孔向上运移而进入浅部的饮用水含水层。在俄克拉荷马州林肯县产油的普鲁砂层附近曾利用可控源音频大地电磁法来圈定卤水的污染。从 20 世纪 30 年代就开始从普鲁砂层采油，从 50 年代开始注入卤水来提高回采率。瓦穆萨组是该区饮水的主要水源层，淡水层的底部深度变化于 40 ～ 135m 之间，固溶物总量低于 500mg/L。1979 年所打的试验井表明在油田上含水层的卤水含量异常高。在该区选出的一些部位按一定网格开展了可控源音频大地电磁法，图 9. 2 是一口废井附近典型的视电阻率拟剖面，它表明深部的良导物质向地表运移，其他一些测线上也检测到另外一些污染体。根据地球物理结果所打的两口试验井的 Br/Cl 比值表明，瓦穆萨组的污染源确实是普鲁砂层的卤水。

图 9. 2 废注水井附近的视电阻率等值线图

(2)有机污染的监测

地下水有机污染的种类较多，其物性特征不尽相同，探测难度较大。来自炼油厂、化肥厂、制药厂等排放的废液多为有机污染，它们在自然环境下不易降解，化学需氧量(COD)、总有机碳(TOD)等指标较高。多数情况下有机污染物与水是非混溶的。轻非水相液体污染物(LNPAL)集中在地下水的表层，而重非水相液体(DNPAL)污染物集中在地下水的底部，这使地下水不同程度地混杂了有机杂质，引起地下水在物理性质和化学性质上的变化。这样可以根据不同的物理性质(化学性质)选取不同的地球物理方法。

20世纪90年代加拿大和美国的学者在加拿大安大略省开展了一项针对乙烯(C₂Cl₄)的试验研究。乙烯用于服装干洗和金属清洗，仅1986年美国就生产乙烯12×10⁸L。乙烯的特点是密度大，在水中下沉，不太受地下水横向流动的影响。虽然乙烯的溶解度(200mg/L)低，但仍然比世界卫生组织规定的饮水标准(0.01mg/L)高几个数量级，每排放1L乙烯最终可污染1000×10⁴L的地下水。试验场地面积9m×9m，周围用钢板打入地下，穿过3.3m厚的地表含水层进入下伏半隔水层，有效地隔断场地内外的水力联系。通过钻孔向场地内注入770L乙烯，在围绕注入孔的9个监测孔内进行中子、密度和感应测井，还定期测地面和井地电阻率。探地雷达工作频率200MHz，300MHz，500MHz，900MHz，沿测线进行测量。地球物理监测开始于注液前几天，注液延续了3d，注液后观测38d，第一个星期每8h观测一次，以后时间逐渐加长。随后采用表面活化剂清除乙烯，再监测清除的过程。在中子测井曲线上，由于氯俘获中子，出现明显的负峰，如图9.3(a)所示，从电阻率异常的变化上则可以看出乙烯随时间的运移，如图9.3(b)所示。探地雷达测量表明，注入的乙烯先在注入点下1m深左右的界面上汇聚，然后沿该界面向两侧扩散。

图9.3注乙烯后参数变化

地面加油站储油罐和地下储油设施普遍存在腐蚀和泄漏现象，难以发现。北京、沈阳、西安、成都均发生过此类事故。发生在北京地区某加油站的一次漏油事故中，由于污染区面积较大，致使自来水厂停水和地下施工停工。国外此类事故更多，据报道美国对21万个加油站调查发现，在20世纪70年代以前建设的加油站几乎都有渗漏，其中1.8万个已对地下水造成污染。油气渗漏的检测技术较多，其中烃类检测技术(油离烃)、探地雷达技术，能现场实时给出检测结果，且快速、方便;吸收烃乙烷、荧光光谱法探测精度高、结果可靠。图9.4和图9.5分别是北京市某加油站渗漏污染范围的游离烃CH₄和吸附烃C₂H₄检测效果图。

图9.4北京某加油站渗漏污染范围的游离烃CH₄检测效果图

图9.5北京某加油站渗漏污染范围的吸附烃C₂H₄检测效果图

石油污染颇为常见，已有许多利用地球物理方法探测石油污染的实例。例如利用探地雷达探测石油污染、用常规的直流电法和电磁法有可能探测石油污染。石油进入地下介质的孔隙系统后可使其电阻率明显增高。研究人员利用地面低频电磁或电阻率成像方法追索到几十至几百米深处的石油污染。例如在美国俄克拉荷马城的Carlswell空军基地，利用钻孔EM测量数据作出地下电阻率三维分布图像，推断出石油污染的位置，据此所打的钻孔证实了高阻区域与油污染吻合。

图9.6屏蔽体法的室内试验和数学模拟结果

浮在潜水面上的高阻油层对电法测量来说会产生屏蔽作用，因此研究人员提出了“屏蔽体”法(SB)。屏蔽体法是一种井地电法，一个供电电极置于污染层之下，用于确定污染层的范围。室内模拟和数学模拟的结果如图9.6所示。图(a)为室内测得石油污染带上的电位值V(mV);图(b)为数学模拟计算的电位值V(mV);图(c)为数学模拟计算的电位梯度ΔV(mV/m)。室内模拟在电解质槽内进行，数学模拟采用有限元法。在野外试验中采用了电测深和屏蔽法两种方法，其目的是确定石油污染的范围，污染层厚度0.2m，深5.7m，赋存于7m厚的第四系砾－砂沉积中，下伏不渗透的白垩系沉积。电测深AB/2最大为50m，在AB/2=15m时沿一些测线出现了电阻率的升高，为污染带的响应，但最高异常值仅达背景值的15%，难于断定污染带的横向范围，而屏蔽法显示了污染带的范围比电测深要清晰得多，地球物理野外测量结果已被监测孔证实。

澳大利亚CoffeyPartners公司曾提出，用探地雷达和低频电磁法探测石油污染有一定的困难，只有频率在30kHz～5MHz间的电磁波法效果最好。当频率为1.2MHz时，通过土壤和风化岩石的最大探测深度约30m。在南澳的一个大型柴油机车加油站发现在终端泵站和加油点之间有明显漏油。开始用EM31电磁仪作剖面测量和探地雷达探测均未奏效，后改用GRC－2仪器作无线电波剖面法，其垂直发射线圈和水平接收线圈沿剖面移动，两者保持零耦合状态，测量垂直磁场强度，线圈距在工作期间保持不变。结果在柴油污染范围内测出明显垂直磁场强度低值异常，并经钻探和槽探证实。

总之，地下水有机污染浓度较低，物理化学性质上的变化较小，监测难度大，必须采用高分辨率、高密度的方法以及应用地球物理的综合解释方法技术。

(3)地下水污染路径的动态监测

以河北沧州为例。河北沧州地处滨海平原，该区以冲积－湖积的粉细砂松散岩层为主，并夹有多层海积层。自上而下共有五组含水层，且咸、淡水交替出现，地下水含氟量较高(2～7mg/L)，地下水补、经、排条件差，地下水循环交替作用缓慢，垂向补给逐渐被侧向补给所代替。由于集中开采地下水，使得沧州地下水失衡而形成巨大的地下水漏斗(图9.7)。

图9.7沧州漏斗Q₂含水组水位下降剖面图

沧州漏斗的形成给地下水资源的开发、利用带来了严重的问题，尤其是地下水严重污染。由于漏斗的形成，加速了地面污水向地下水的倒灌，使地下水造成污染，同时稠密的机井给地表(浅层)污水、咸水和淡水层形成的污染通道，使所利用的含水层遭受不同程度的污染。利用地球物理方法，如用直流电法和探地雷达，在地面监(遥)测地下水漏斗的动态变化、监测地面上工业和生活污水向漏斗迁移的路径，从污染源和污染路径上卡住污染物对地下水的污染。

(4)井中多个含水层之间交叉污染的监测

已经废弃的工业用井和供水用井，以及一些设计得不适当的监测井穿过多个含水带，使得地下水流系统“短路”。如果其中有的含水层已被污染，便会产生水层之间的交叉污染。美国地质调查所和美国环境保护署合作在宾夕法尼亚州东南部三叠纪斯托克顿组地层中利用地球物理方法研究了废弃井中多个含水层之间的交叉污染，测量了井内的垂向水流，取样并分析了井中的液体。所使用的地球物理方法包括井径测井、液体电阻率测井、液体温度测井、自然伽马测井和单点电阻测井。在16个钻孔的45～143之间进行，用以划分岩性、地层，圈定了含水裂隙和井液垂向运移带，测量了垂向液流，确定了井液的运移方向和速度。

(5)地表水污染治理中的地球物理工作

在杭州西湖换水过程中曾经成功地应用了地球物理方法。西湖由于常年污染，湖水的水质和透明度日益变差，市政府决定开凿隧道引钱塘江水更换西湖湖水。为了解江水进入西湖的运移和分布情况、换水的进度和效果，利用电阻率法在换水过程中及其前后进行了动态和静态观测(图9.8)。

在换水之前对江水和湖水的电阻率进行了测量，江水的电阻率变化范围为81～93Ω·m，平均为88Ω·m。西湖由五个相互连通的湖泊组成，其中电阻率最低的变化范围为55～60Ω·m，平均为57Ω·m，最高的变化范围为69.5～75Ω·m，平均为72Ω·m。这是利用电阻率法监测换水过程的基础。水电阻率观测比例尺为1∶5000，线距200～400m，整个湖面均匀发布20条测线。观测仪器为测井全自动记录仪，安装在电瓶驱动船上，用七心电缆连接电源、探测器和自动记录仪。探测器为井液流体电极系，固定在水深约70cm处，换水期间每天沿各测线连续探测水的电阻率一次。根据观测结果，可以得出江水进入西湖后逐日的扩散范围、水流的主要方向，指导了换水工作的进行。同时发现了一些原来未发现的污染源。

(6)地下水污染防护中的地球物理工作

地球物理方法也可用来监测有机化合物污染的治理过程。美国能源部执行了一项“非干旱区土壤和地下水易挥发有机化合物综合示范计划(VOC-NAS)”，向地下注入甲烷与空气的混合物，作为新陈代谢的碳源，以繁殖一种微生物，使三氯乙烯降解。混合物注入地下后，在运移的途径上，由于置换了地层水，使电阻率升高，因而可以通过地下(井间)电阻率层析使运移的途径成像。电阻率层析是在5个钻孔之间进行的，每一孔内有21个电极，从地面到61m深度等距发布，两孔之间的地面有4个电极。结果发现，注入气体流动途径为复杂的三维通道网，有些通道延伸到距注入井30m以外，这些通道在几个月过程中并不稳定，不断有新通道出现，气体注入通道的电阻率随时间而增大。影响微生物繁殖的其他因素还包括大气降水和来自地表的水溶养分。所以，在另一组试验中，水从地面渗入地下并作出渗入前和渗入过程中某一瞬间电阻率差值的图像，这些图像表明，水的入渗也是限于具有三维结构的狭窄通道，水流受地层渗透率变化(砂和泥的分布)的控制，不过水流通道随时间的变化小。这些通道在图像上表现为低阻带。

图9.8西湖初次换水混合流推进图

美国桑迪亚国家实验室提出一种不尽相同的治理方案，并在南卡罗莱纳州的一个场地进行了试验。该场地也被挥发性的三氯乙烯和四氯乙烯污染。为了治理污染，打了两口水平井，由潜水面以下的井注入空气，而由上面的另一口井抽取污染物，当空气通过地下孔隙时溶解挥发性污染物，再被上面的井抽出。空气在地下的分布会直接影响治理的范围并且影响如何对注入气流进行调节。因此，桑迪亚实验室利用监测井井间地震数据，根据注入气体饱和度变化引起的地震波速变化了解空气的分布。为能提高分辨率，选用井间地震层析成像方法，既减少近地表噪声的影响及与近地表物质有关的衰减，又使震源和检波器更接近目标，减少高频波的能量损耗，高频波波长短而具有更高的空间分辨率。为此，在空气注入前后都作了S波和P波层析。S波震源为频率扫描气动可控震源，用井中三分量检波器。震源和检波孔相距27.4m，孔内测点垂向距离1m。

捷克的一家发电厂也进行过类似的监测，他们为了检查粉煤灰堆放池的施工质量，在未敷设防渗层之前先在池底埋设若干条平行长导线作为检测用的供电电极，然后在其上敷设防渗层。施工结束后向池内放水，将设置在防渗层下的长导线作为供电线路的一个极，另外一个极置于无穷远，在小船上用单电位电极进行测量，在池边用经纬仪测量定位。如果测到高电位异常，即为防渗层破漏处，发现率为94%。