《建设项目环境影响评价》PPT课件(共13章)第6章地下水环境影响评价

第一节 基础知识
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什么部位?污染源处于 哪一级流动系统?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 由排泄区排出之前，污染影响也将持续存在。
（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。
第一节 基础知识
污染物质能否进入含水层取决于地质、水文地质条件。显 然，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。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。土壤 中的微生物则能将许多有机物污染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。
第一节 基础知识
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。
第一节 基础知识Байду номын сангаас
污染源分布于不同等级的流动系统，污染影响也不相同。 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、 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。区域流动系统影响范围大，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，污染物的迁移缓 慢，但如果时间足够长，污染影响则可以波及相当广的范围； 区域流动系统遭受污染后，即使将污染源去除后，污染影响仍 将持续相当长的时间，自然净化期可长达数百年乃至数千年。
难点：地下水环境影响评价等级和评价范围的确定。
第一节 基础知识
一、地下水
1.定义 地下水是指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。从潜水层到地面的这层岩土的空隙中，既 含水也充满空气，故称为包气带。饱水带则是指地下水面以下， 土层或岩层的空隙全部被水充满的地带。饱水带中的地下水是 连续分布的，其所含的地下水是地下水的主体。
第一节 基础知识
式中负号表明水力坡度增量方向与水流方向相反。由此可 见，水在渗流过程中其体积通量是与水势梯度成比例的，渗透 系数K值即是其比例系数。有的文献中也因此把达西定律称为 地下水运动的通量方程。
第一节 基础知识
水力坡度的计算方法为：
可以看出：水力坡度i与渗流速度ν的一次方成正比，故 又把达西定律称为线性渗透定律。
第六章 地下水环境影响评价
内容：基础知识；地下水环境影响评价概述；地下水环境现
状调查与评价；地下水环境影响预测与评价；地下水 环境保护措施与对策。
重点：地下水污染途径；地下水环境影响评价等级和评价范
围的确定；地下水环境现状调查内容和方法；地下水 环境影响预测内容和方法；地下水环境影响评价结论 确定的原则。
第一节 基础知识
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，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 水体连续渗漏造成地下水污染，即属此类。
第一节 基础知识
3.地下水运动的基本形式 饱水带中的地下水运动，无论是潜水还是承压水，均表现 为重力水在岩土层的孔隙中运动。从其流态的类型来说可分为 层流运动和紊流运动。由于流动是在岩土孔隙中进行，运动速 度比较慢，所以在多数情况下均表现为层流运动；只有在裂隙 或孔隙比较发育的局部地区，或者在抽水井及矿井附近、井水 位降落很大的情况下，地下水流速度快，才可能表现为紊流状 态。
降水入渗补给均质包气带，在地表形成一极薄水层（其厚 度可忽略），则当活塞式下渗水的前锋到达深度z处时，位置 水头为−z（取地面为基准，向上为正），前锋处弯液面造成的 毛细压力水头为−hc，则任一时刻t的入渗速率，即垂向渗透流 速为：
第一节 基础知识
初期z很小，水力梯度（ hc/z + 1）趋于无穷大，故入渗 速率v很大；随着t增大，z变大，hc/z趋于零，则 v=K，即入 渗速率趋于定值，数值上等于渗透系数K。
第一节 基础知识
4.达西定律 均质砂粒的渗流试验发现渗透流量（Q）与过水断面面积 （A）成正比，与水位差（h1~h2）成正比，其数学表达式为：
第一节 基础知识
上式表明，渗透流量Q与过水断面面积A成正比，与渗透路 径长ΔL成反比，所以对一定的含水介质而言，其渗透系数K可 认为是常数。
达西定律是描述重力水渗流现象的基本方程。最早是由法 国水利学家达西发现渗透流量Q、过水断面面积A与渗透流速v 三者之间存在以下关系：
第一节 基础知识
二、地下水污染
1.概念 地下水污染主要指由于人类活动引起地下水化学成分、物 理性质和生物学特性发生改变而使地下水质量下降的现象。
第一节 基础知识
2.地下水污染特点 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。 因此，要使已经污染的含水层自然净化，往往需要几十、几百 甚至几千年；如果采取打井抽汲污水的方法消除污染，则要付 出相当大的代价。
第一节 基础知识
饱水带中，任一特定的均质土层，渗透系数K是常数；但 在包气带中，渗透系数K随含水量降低而迅速变小，K也是含水 量的函数：
原因是含水量降低，实际过水断面随之减少，水流实际流 动途径的弯曲程度增加，水流在更窄小的孔隙及孔隙通道中流 动，阻力增加。
第一节 基础知识
包气带水的非饱和流动，亦可用达西定律描述。作一维垂 直下渗运动时，渗透流速可表示为：
第一节 基础知识
（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，或者是通过地层天窗，或 者是通过破损的井管，污染潜水和承压水。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。
第一节 基础知识
3.地下水污染途径 通过雨水淋滤，堆放在地面的垃圾与废渣中的有毒物质进 入含水层。各类污水排入河湖坑塘，再渗入补给含水层。长期 利用污水灌溉农田，可使大范围的地下水受污染，农药、化肥 也可能对地下水造成污染。农业耕作活动可促进土壤有机物的 氧化，如有机氮氧化为无机氮（主要是硝态氮），随渗流水进 入地下水。止水不良的井孔，会将浅部的污水导向深层。废气 溶解于大气降水，形成酸雨，也可通过补给作用污染地下水。 有些行业，如石油和天然气开采、钛白粉冶炼等，将生产废水 注入地下，如处理不当，也会对地下水造成影响。
第一节 基础知识
必须注意，渗透速度v不是孔隙中单个水质点的实际流速， 而是在流量相同而过水断面全部被水充满状况下的平均流速， 而实际的断面中充填着无数的砂粒，水流仅从砂粒的孔隙断面 中通过。设u为通过孔隙断面的水质点的实际平均流速，ne为 砂的有效孔隙度，则：
因此，地下水的实际流速u大于渗流速度v。
第一节 基础知识
由此往下，进入支持毛细水带，含水量随着接近潜水面而 增高。在潜水面之上有一个含水量饱和的带，称为毛细饱和带。 支持毛细水带是在毛细力的作用下，水分从潜水面上升形成的， 因此它与潜水面有密切水力联系，随潜水面变动而变动。为什 么此带中含水量逐渐增加以至达到饱和呢？这是因为土中的孔 隙实际上是由大小不一的孔隙通道构成的网络，细小的孔隙通 道毛细上升高度大，较宽大的孔隙通道毛细上升高度小。最宽 大的孔隙通道也被支持毛细水充满的范围，便是毛细饱和带。
第一节 基础知识
③承压水。埋藏并充满两个稳定隔水层之间的含水层中的 重力水。承压水不具有潜水那样的自由水面，它的运动方式不 是在重力作用下的自由流动，而是在静水压力的作用下，以水 交替的形式进行运动。
第一节 基础知识
（2）按照含水介质的空隙类型，地下水可分为孔隙水、 裂隙水和管道水。
（3）按照矿化度大小，地下水可分为淡水（总溶解性固 体TDS<1 g/L）、微咸水（1~3 g/L）、咸水（3~10 g/L）、盐 水（10~50 g/L）和卤水（>50 g/L）。
第一节 基础知识
综上所述，包气带水的运动，同样可以用达西定律描述， 但与饱水带的运动相比，有以下三点不同：
（1）饱水带只存在重力势，包气带同时存在重力势与毛 细势；
（2）饱水带任一点的压力水头是个定值，包气带的压力 水头则是含水量的函数；
（3）饱水带的渗透系数是个定值，包气带的渗透系数随 含水量的降低而变小。
第一节 基础知识
2.分类 （1）按照地下水埋藏条件不同，地下水可分为： ①包气带上层滞水。埋藏在离地表不深、包气带中局部隔 水层之上的重力水。一般分布不广，呈季节性变化，雨季出现， 旱季消失，其动态变化与气候、水文因素的变化密切相关。 ②潜水。埋藏在地表以下、第一个稳定隔水层以上、具有 自由水面的重力水。潜水在自然界中分布很广，一般埋藏在第 四纪松散沉积物的孔隙及坚硬基岩风化壳的裂隙和溶洞内。
第一节 基础知识
地下水污染方式可分为直接污染和间接污染两种。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。这是人类活动对地下水污染的主要方式。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， 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，污染原因被掩盖，要查清污 染源来源和途径较为困难。
第一节 基础知识
5.渗透系数 渗透系数是表征含水介质透水性能的重要参数，K值的大 小一方面取决于介质的性质，如粒度成分、颗粒排列等，粒径 越大，渗透系数K值也就越大；另一方面还与流体的物理性质 （如流体的黏滞性）有关。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，即认为渗透系数只与含水层介质的性质有关， 使得问题简单化。
第一节 基础知识
松散岩石渗透系数的常见值可参考表6.1。
第一节 基础知识
达西定律适用于层流状态的水流，而且要求流速比较小 （常用雷诺数Re<10）表示，当地下水流呈紊流状态，或即使 是层流，但雷诺数较大，已超出达西定律适用范围时，渗透流 速ν与水力坡度i就不再是一次方的关系，而变成非线性关系。 由于地下水运动大多数情况下符合达西定律条件，因此非线性 运动公式不再予以讨论。
第一节 基础知识
毛细饱和带与饱水带虽然都被水所饱和，但是前者是在表 面张力的支持下水才饱和的，所以也称作张力饱和带。井打到 毛细饱和带时，由于表面张力的作用，并没有水流入井内，必 须打到潜水面以下井中才会出水。
包气带中毛细负压随着含水量的变小而负值变大。这是因 为，随着含水量降低，毛细水退缩到孔隙更加细小处，弯液面 的曲率增大，造成毛细负压的负值更大。因此，毛细负压是含 水量的函数：
第一节 基础知识
6.包气带中水分运移 在理想条件下，即包气带由均质土构成，无蒸发与下渗， 包气带水分分布稳定时，由地表向下至某一深度内的含水量为 一定值，相当于残留含水量（wc）。残留含水量包括结合水量、 孔隙毛细水量与部分悬挂毛细水量，是克服重力保持于土中的 最大持水度。这部分水与其下的支持毛细水及潜水不发生水力 联系。