第七章 地下水环境影响评价与防护

第七章 地下水环境影响评价与防护

第一节 地下水的运动

1、渗流——地下水在岩土空隙中的运动现象，称为渗流；

2、渗流的分类

⎪⎪⎩

⎪⎪⎨⎧⎭⎬⎫⎩⎨⎧⎭⎬⎫⎩⎨⎧的控制受毛管力和骨架吸引力结合水毛细水非饱和渗流主要在重力作用下运动承压水潜水饱和渗流同按地下水饱和程度的不 一、地下水运动的基本形式

⎪⎩

⎪⎨⎧→→−−→−为紊流运动下水流速度快，多表现降落很大的情况下，地，井水位或者抽水井及矿井附近裂隙和溶隙比较发育，

紊流运动下表现为层流运动度较慢，在多数情况在岩土空隙中，运动速

层流运动饱和渗流流态类型⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧−−−→−呈现三维流形式；

个方向上都发生变化，地下水流动在空间三维流流；有关，二维流又称平面空间坐标上的两个方向店的速度变化，与地下水在渗流场中任意二维流

个方向有关；变化只与空间坐标的一点的速度地下水在渗流场中任意一维流地下水运动空间3二、线性渗透定律

(一)描述重力水渗流现象的基本方程

L

h h KA Q ∆21-= （7-1） Q ——渗透流量，3m ； A ——试验管的横截面积，3m ； K ——比例常熟，即渗透系数，d m ； L ∆——土样长度，即渗透路径长，m ；

（二）水头

研究表明，促使地下水流通过岩土是水柱的高以及高于基准面的高度联合作用的结果，起这个作用的是地下水头，或简称水头。

水头定义为：

g p Z H ρ+=

H ——水头； Z ——几何水头（位头）； g p ρ——压力水头

（三）几个量的关系

A

Q v = （7-2） L

h K v ∆∆-= （7-3） 如取极限是0→L ∆,则 dL

dh K v -=（达西定律） （7-4） （四）线性渗透定律（达西定律、地下水运动通量方程） 因为水力坡度 dL dh i -

= 可以看出：水力坡度与渗流速度v 的一次方程成正比，故把达西定律称为线性渗透定律。

（五）实际流速与渗流速度

n

v u = （7-6） u ——通过空隙断面的水质点的实际平均流速； n ——岩土的孔隙度 因此，地下水的实际流速u 大于渗流速度v 。

三、渗流系数

由达西定律可知：当水力坡度1=i 时，则K v =，即渗透系数在数值上等于渗流速度。由于水力坡度是无量纲的，因此K 值具有和v 相同的单位，一般用d m 或s cm 等单位。

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10Re ＜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，渗透速度v 与水利坡度i 就不再是一次方的关系，而变成非线性关系。

第二节 污染物在地下水中的迁移与转化

一、迁移与转化的几种方式

⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧对流和弥散

吸附和解吸氧化和还原溶解和沉淀机械过滤

二、物质的吸附机理

①分配作用；②表面吸附作用

三、三种吸附模式的表达形式

（一）线性吸附模式或称Henry 吸附模式

w d s c K c ∙= （7-7）

s c ——固体颗粒表面所吸附的污染物浓度，g mg ；

w c ——液相中污染物浓度，L mg ；

d K ——分配系数，指固体颗粒对污染物吸附程度的量度，g L 。

吸附方式以表面吸附为主，吸附过程表现出一定的线性特征。在自然条件下，土壤中室石油污染物浓度不会太高，一般不适合用此拟合吸附等温线。

（二）指数性吸附模式或称Freundlich 吸附模式

n w s c K c ∙= （7-8）

s c ——污染物在吸附剂中的浓度，g g ；

w c ——污染物在液相中的浓度，L g ；

K ——分配系数，g L ；

n ——经验系数，可通过实验得到；

主要用于非线性吸附平衡模型研究。以石油污染物为例，由于土壤中吸附点位是非均质的且有有机矿物参与吸附，所以突然吸附石油类污染物多表现为非线性，能够较好地拟合石油污染物的吸附等温线。

（三）C 渐近性吸附模式或Langmuir 吸附模式 ()n

w

n w m s Kc c KS c +=1 （7-9） s c ——吸附达到平衡时的吸附量，g mg ；

w c ——液相浓度，g mg ； K ——吸附常数，其物理意义是吸附与解吸速率的比值，mg cm 3；

m S ——最大吸附量，g mg ；

n ——吸附指数，一般为1。

原是针对气相物质的吸附过程的，在适用时有两条假定：①各分子的吸附能相同且与其在吸着物质表面的覆盖程度无关；②物质的吸附仅发生在吸着物的固定位置且吸附质之间没有作用。

四、对流和弥散 污染质运移的对流弥散方程： ()()()t c c v z c v y c v x z c D z y c D y x c D x z y x z y x ∂∂=⎥⎦⎤⎢⎣⎡∂∂+∂∂+∂∂-⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂∂∂+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂∂∂+⎪⎭⎫ ⎝

⎛∂∂∂∂ c ——污染质浓度； t ——时间； x v 、y v 、z v ——地下水流速度； x 、y 、z ——空间位置坐标； x D 、y D 、z D ——水动力弥散系数张量； 式（7-10）中第一个中括号所包含的相为弥散相，第二个中括号所包含的相为对流相。当考虑源汇相时，设进入或抽取总量()d m w ，在上式中左端减去（源）或加上汇即可。

第三节 地下水污染途径

一、地下水污染特点

（一）地下水污染

在人为影响下，地下水的物理、化学或生物特性发生不利于人力生活或生产的变化，称为地下水污染。

（二）地下水环境背景值

是指未受污染的情况下，地下水所含化学成分的浓度值，它反映了天然状态下地下水环境自身原有的化学成分特征值。

二、地下水污染途径

（一）地下水污染类型

⎪⎪⎩

⎪⎪⎨⎧的。些成分进入地下水造成物质，使这些物质的某于污染物作用于其他含水层引起的，而是由由于污染物直接进入特点：地下水污染并非

间接污染不变。过程中，污染物的性质含水层，在污染特点：污染物直接进入

直接污染

（二）地下水污染途径