摘 要：地下水污染研究是目前国内外水文地质学界的重点研究课题，该文简要介绍了地下水污染的概念，详细介绍了我国地下水污染研究的现状，主要包括地下水水质评价方法及水质指标水质标准的修订研究、地下水污染源的调查研究、地 下 水的有机污染调查研究、地下水污染物的来源及污染途径研究、地下水污染监测研究以及在这些研究中的新技术、新 方 法 的 应用及取得的成果，并阐述了我国地下水污染研究中存在的问题及今后需重点加强研究的方面。
关键词：地下水污染;研究进展;存在问题
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。地下水作为人类自然资源的一部分，为全球的绝大部分人口提供着宝贵的水源，而且支持着农业种植和工业生产活动。我国约有70% 人 口 以 地 下 水 为 主 要 饮 用 水 源，全 国95%以上的农村人饮用地下水，全国40%的耕地使用地下 水 灌 溉[1]。目 前 地 下 水 正 普 遍 受 到 由 城 市化、工业化、农业和矿业活动导致的污染威胁，特别是一些大中城市地下水供水水源水质恶化，并逐步向深部含水层转移[2-4]。由于地下水含水介质的差异性和复杂性，地下水污染早期不易被觉察，具有隐蔽性和延时性，待人们发觉水质有明显变异特征时，地下水已被污染或严重污染[5，6]。又由于地下水是处于不断运移和循环中，经历着补给、径流、排泄各个途径，在地质环境复杂的体系中，各个水力系统又有着密切的水力联系，致使地下水一旦污染，污染范围难以圈定并难以还原[5，6]。
随着国外对地下水污染研究的不断深入，地下水污染已引起了我国政府的高度重视，各有关部门正在协同合作，开展对地下水污染的研究、防治及规划工作。卫生部修订了饮用水卫生标准;建设部发布了城市供水水质标准;国土资源部对地下水质量标准做了修订;中国地质调查局已将地下水污染调查评价作为今后长期的重要调查任务;环境保护部组织开展全国地下水污染防治规划等工作;水利部也推出了解决饮水工程计划等等。所有这些都表明全国地下水污染的调查与研究已拉开了帷幕。本文试图分析我国地下水污染的研究现状，总结研究成果，阐述我国地下水污染研究中存在的问题及今后的研究重点。
1 我国地下水污染的研究现状
目前，我国对地下水的研究主要集中在以下几个方面：
1.1 地下水水质研究
地下水水 质 研 究 是 地 下 水 污 染 研 究 的 重 要 部分，我国对地下水水质的研究集中在两方面，一方面是污染物控制指标及水质标准的修订，另一方面是水质评价方法的探讨和改进。
1.1.1 污染物控制指标及水质标准的修订
我国对污染物控制指标的研究始于1949年 以后，主要反映在水质标准的颁布和不断修订上，至今我国已经颁布执行的地下水水质标准有《地下水质量标准》(GB/T14848-1993)，《生 活 饮 用 水 卫 生 标准》(GB5749-85)等。其中，地下水质量标准是依据我国地下水水质现状、人体健康基准值及地下水质量保护目标，充分考虑不同用途对水体水质的要求而建立起来的国家标准。该标准的建立为地下水资源的勘查评价、开发、管理和保护工作提供了科学依据。其中20项 指 标 被 规 定 为 水 质 监 测 项 目，包 括pH 值、氨 氮、硝 酸 盐、亚 硝 酸 盐、挥 发 性 酚 类、氰 化物、砷、汞、铬(六价)、总硬度、铅、氟、镉、铁、锰、总溶解固 体、高 锰 酸 盐 指 数、硫 酸 盐、氯 化 物、大 肠 菌群[8]，以及反映地区主要水质问题的其他项目。2007年 颁 布 了 《地 下 水 质 量 标 准》(GB/T14848-2007)报 批 稿，水 质 指 标 由 GB/T14848-1993 的 39项增加至82项，增加了43项。其中毒理指标中有机化合物由2项增至45项，毒理指标中无机化合物增加了钼，减少了碘化物;修订了砷、镉、铅、硝酸盐等指标;感官性状和一般理化指标由19项 增 至20项，增加了硫化物和钠，减少了阴离子合成洗涤剂;修订了嗅 和 味、肉 眼 可 见 物、pH 指 标、铁、锰、总 硬度等指标。2006年 由 卫 生 部 卫 生 法 制 与 监 督 司 制定的《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)于2007年7月1日正式执行，检测指标由 GB5749-1985中的35项增加到106项，增加了大量无机、有机、消毒副产物和农药等指标[9]。
从标准的修订过程中可看出，我国对地下水水质指标的认识逐渐深化，尤其是对有机指标的重视程度逐步加大。1985年颁布的《生活饮用水卫生标准》中有机指标为5项;2006年颁布的《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)有 机 指 标 增 加 到 53 项。《地下水质量标准》(GB/T14848-2007)标准中2007年报批表对 比 GB/T14848-1993有 机 物 指 标 由2项增加到45项。
1.1.2 水质评价方法的探讨和改进
水质评价可以较好的反映地下水是否污染及污染程度，水质评价方法是地下水水质评价的工具和手段，由于水体污染的随机性和模糊性，对于地下水水质 评 价 至 今 仍 没 有 一 个 被 广 泛 接 受 的 评 价 模型[10，11]。
目前常用的地下水水质评价方法有单因子评价方法和综合评价方法。我国传统的水质综合评价方法是 GB/T14848-93推荐使用的内梅罗指数法。近年来世界各国的专家学者对地下水水质评价方法进行了深入的探索，提出了很多评价方法和模型。主要有基于模糊数学的模糊综合评判法，基于灰色系统理论的灰色聚类法、灰色关联度法，基于数学计算机模型的 BP(误差反向传播算法)人工神经网络模型、基于 GIS的评价模型、多元线性回归模型，逻辑斯谛曲线(LOG)模型以及基于理论分析的集对分析法、物元可拓法等[11]。目前国内的研究主要集中在对老方法的适用范围和局限性加以探讨，并尝试进行改进;对新方法的理论介绍及实际应用，并尝试对不同评价方法的优劣进行分析。为实际工作中合理选择水质评价方法提供科学依据。
从目前水质评价方法的研究成果来看：我国在水质评价理论、评价方法等方面均有了较大的进展。并且随着计算机技术的发展，各种数学方法的应用，使得环境质量评价更加规范化，评价的整体水平正在不断提高。
1.2 地下水污染调查的研究
地下水污染调查是地下水污染研究的基础，我国目前在调查内容和调查技术上都有了一定的进展。
1.2.1 地下水污染源的调查研究
污染与污染源有着必然的联系，地下水污染源按其形成原因可分为人为污染源和天然污染源两大类。按其分布形状又可分为点源、线 源 和 面 源。按来源划分为工业污染源、农业污染源、城市污染源、固体废物源及高尔夫球场、养殖场、排污河流、加油站、污水处理厂等其它源四类。
目前我国对地下水污染源的研究在认识程度和研究内容上都有了一定的深入。不断加强对地下水污染源的类型、强度和空间分布特征的认识及其对地下水影响程度的分析。例如：珠江三角洲地下水污染调查项目针对珠江三角洲地区的特点，详细调查了垃圾场的分布、规模、垃圾处理方式与效果、淋滤液产生量及主要污染组分、存放场地的地质结构情况等，生活污水产生量、处理与排放方式、主要污染物及其浓度和危害等，土地利用历史与现状、农田施用化肥和农药的品种、数量、方式、时间等，污灌区范围、灌溉污水主要污染物及浓度、污灌次数和污灌量，养殖场规模，乡镇企业污染源情况等。对地表污染水体的分布、规模、利用情况及水质状况等也做了详细的调查[12]。北 京 市 地 下 水 污 染 调 查 项 目 针 对北京地区的特点，重点选择了11类污染源，在污染源详细调查和分类的基础上，尝试对污染源荷载风险进行评价，更深层次上认识各种污染源对地下水产生污染的可能性和严重性，以及多种污染源对地下水污染叠加的影响程度[13]。
1.2.2 电法勘探应用
近年来，国外的大量研究和试验表明，电法勘探可成功地应用于地下水污染的调查研究。应用不同的物探方法可以解决不同的问题：一是利用电阻率法可以圈定地下水污染范围，可以进行海岸环境下的地下水勘察;二是利用电磁法可以探测导电的羽流的流向及状态，圈定地下水污染区;三是利用频谱激发极化法探测有机化学污染。还可以根据不同目的而采取相应的物探方法，如寻找隐伏污染源，探测工业废水对地下水的污染，了解垃圾填坑对地下水的污染，探测矿山对地下水的污染，探测石油工业对地下水污染等。目前，我国在这方面刚刚开始起步，开始尝试将电法勘探运用到地下水污染调查中。
1.2.3 地下水有机污染调查
随着国际上对毒害有机物的普遍重视，我国相关部门的科研单位及高校研究人员借鉴国外的研究经验，逐步展开这方面的研究工作。中国地质调查局于1999年以来先后组织相关单位的专家和学者开展了北京、苏锡常地区等部分城市地下水有机污染调查，2005 年 由 中 国 地 质 科 学 院 水 环 所 承 担 的《珠江三角洲地区地下水污染调查评价》和由南京地矿所承担的《长江三角洲地区地下水污染调查评价》及《淮河流域平原地区地下水污染调评价》项目正式启动，地下水有机污染调查是调查和研究的重点内容[12]。2009年北京市水文地质工程地质大队承 担了《有机污染源辨识与地下水系统风险评价》项目，选择了典型研究区对典型有机污染物开展调查和评价。
由此可见，我国政府加大了地下水有机污染调查与研究的投入，地下水有机污染的危害已逐步得到重视。地下水有机污染的调查与研究将成为今后地下水污染调查研究的重要内容。
1.3 地下水污染物的来源、污染途径研究
1.3.1 地下水污染的风险评价研究
地下水污染风险是指含水层中的地下水由于人类活 动 而 遭 受 污 染 到 不 可接受的水平的可能性[1，4，6]。最早的地下水污染风险可以追溯到1968年 法 国 学 者 Marjat 提 出 的 地 下 水 脆 弱 性 评价[14-16]。仅从含水层的自然属性条件(土壤、气象、水文地质等)出发，称为含水层固有脆弱性或者含水层的防污性能。20世纪80、90年代，针对面源污染造成的地下水污染问题，研究者认识到地下水本质脆弱性、污染负荷与污染风险之间的复杂关系，因此将污染物的特性和一些人类活动因素纳入到地下水污染风险的研究体系中，含水层的特殊脆弱性评价形成，也称为早期的地下水污染风险评价。早期的地下水污染风险评价是将地下水固有脆弱性与人类土地利用活动影响处理为简单的叠加关系。后来研究发现，将这种复杂的相互作用关系简化成单一的叠加关系，掩盖了许多问题。截至目前地下水污染风险评价目前还没有一套公认的评价模型和评价指标体系及方法，各国研究者都在不断地进行探索。
国内关于地下水污染的研究始于20世纪90年代中期，前期多集中在对国外研究方法的应用及改进的探讨，大多侧重于地下水的固有脆弱性评价，评价思 路 多 是 采 用 美 国 的 评 价 思 路(DRASTIC 模 型思路)，考虑人类活动与污染源的影响的研究还不多见。例如，刘淑芬、杨庆、朱雪芹应用 DRASTIC 指标体系法分别对河北平原、大连市、哈尔滨市的地下水防污性能进行了评价[17-19];雷静和张思聪通过数值 模 拟、主 因 子 分 析 和 GIS 技 术，应 用 改 进 的DRASTIC方法对唐山市平原区地下水脆弱性评价研究[20]。郑西来和吴新利既考虑了包气带、含水层等水文地质内部特征，又考虑了污染源特征，对西安市潜水的特殊脆弱性进行了评价[21]。
随着研究的深入，近年来对地下水污染评价的指标体系和评价方法的探讨越来越多，如钟佐燊对地下 水 防 污 性 能 评 价 方 法 进 行 了 探 讨，对 DRAS-TIC方法进行了详细的介绍，指出了其不足，在此基础上提出了一套适合中国国情的地下水防污性能评价方法[16];周磊等选择地下水易污性、地下水水质、水源保护区价值和地下水污染面源作为地下水污染风险评价指标[22];李志萍等对地下水污染评价指标体系的原则和方法进行了详细阐述，考虑了土地污染源荷载及人类开采地下水对自然流场的影响，初步探索建立了一套地下水污染风险评价指标体系，并提出了一套地下水污染评价方法[14]。
从目前的研究来看，随着认识的不断加深，国内学者已经意识到地下水污染与其所处地区的水文地质条件、土地利用状况、地下水开采状况、工农业的生产等一系列因素息息相关，在借鉴国外地下水污染风险评价方法的基础上，正在努力构建适合我国国情的地下水污染风险评价方法和指标体系。
1.3.2 地下水污染健康风险评价研究
地下水污染健康风险评价是以风险度作为评价指标，把地下水污染与人体健康联系起来，定量地描述地下水污染对人体健康产生的危害大小[23-26]。
地下水污染健康风险评价是在环境风险评价的基础上发展起来的。
随着水污染状况越来越严重，关于水环境对人体健康的风险评价也越来越受重视，相关的研究工作也越来越多，2007年1月，北京市环保局印发了《场地环境评价导则》，规范了在北京市范围内从事场地环境调查、评价的工作程序和技术方法[10]。该导则整个的框架程序是借鉴了美国的模式和方法。2009年9月，环保部充分借鉴国际上发达国家的风险评估方法，结 合 我 国 实 际 进 行 集 成 创 新，颁 布 了《污染场地风险评估技术导则》(征求意见稿)，但截至目前，我国还没有国家权威机构发布的有关环境污染健康风险评价技术导则等技术性文件，环境污染健康风险评价的相关理论也不完善，技术方法还不成熟，有关地下水污染的健康风险评价技术和方法尚处于摸索和完善阶段。
目前国内的地下水污染健康风险评价是在国外环境风险评价方法的基础上，基于保护人类健康的考虑，以地下水质量标准和风险评价的健康基准值为基础，客观、科学地量化地下水污染对人体健康的潜在影 响，采用的方法主要是风 险评价 “四 步 法” [23-26]。最初主要集中于对地 表 水 或 污 水 回 用 的 评价，评价的污染物主要是无机物和金属污染物，随着对地下水有机污染物认识的加深，地下水无机污染物的研究也在逐步加大，例如，康天放等对某非规范垃圾填埋场地下水中污染物的健康风险评价[27];项玮等开展了岩溶含水层四氯化进行了地下水有机污染场地健康风险评价工作[28];谌宏伟等开展了污染场地健康风 险 评 价 的 实 例 研 究[29]。李 政 红 等 以 美国环境保护局(USEPA)推荐使用 的 污 染 场 地 健 康风险评价方 法 为 基 础，结合污染场地实际情况，分析、评价了某储油库地下水有机污染对场址内暴露人群造成的健康风险[30]。
可以看出，目前我国缺乏环境污染健康风险评价技术导则和规范，地下水污染健康风险评价方面缺乏污染的基本数据，目前国内学者在国外尤其是美国的健康风险评价方法和污染物毒理学数据的基础上，正在广泛开展典型污染场地地下水污染的健康风险评价实例研究，积极探索污染场地健康风险评价方法和指标体系，科学评估场地地下水污染风险。
1.3.3 环境同位素在地下水污染研究中的应用
同位素技术在地下水勘测、地下水运动规律研究、地下水污染分析、坝堤渗漏测定、地表水来源及组成分析等方面都有重要作用，是目前世界上研究地下水的先进技术手段[32]。
同位素有稳定同位素和放射性同位素，放射性同位素存在放射性衰变，在地下水研究中的应用主要是定年作用和标记作用，通常具有较长半衰期的同位素(14C、36Cl、39Ar和81Kr)用来确定古地下水年龄，而 具 有 较 短 半 衰 期 的 同 位 素 (3H、32Si、37Ar和85Kr和222Rn)用 来 确 定 较 年 轻 地 下 水 的 年 龄;用 放射性同位素取代化合物中稳定同位素，通过放射性测量就可清楚地知道化合物运移的路径及过程。目前3H 和14C是 我 国 广 泛 使 用 的 放 射 性 同 位 素。稳定同位素的组成受形成温度等条件的制约，往往在不同物质或同一物质的不同相中产生分馏现象，成为天然的示踪剂可用于研究地下水中的污染源。
20世纪80年 代，同位素水文学在我国的研究进入一个新阶段，同位素水文地质的理论和方法的研究取得了一定的进展，20世纪90年代，在国家自然科学基金委员会的支持下，同位素在地下水中的应用向更高层次发展，北京大学开展了14C-AMS的研究，中国原子能科学研究院开展了36Cl-AMS的研究，广州地球化学研究所开展了10Be-AMS的研究，在国家自然科学基金的资助下，国内的学者进行了大 量 的 实 例 应 用 研 究，用32 Si、14 C、3H-3He、85Kr、4He、3He、SF6、CFCs测 试 地 下 水 年 龄 及 污 染敏感性，用15N、15N-18O、34S等辨识地下水污染物来源的研究相继开展，并取得了丰硕的成果[31-36]。
相关知识推荐：水污染治理新技术论文发表期刊指导
目前国内很多实验室开始进行有机单体同位素分析，但实验条件还没有统一的标准和规范，相应的研究应用 成 果 也 比 较 的 少[37，38]。北 京 市 水 文 地 质工程地质大队承担的“有机污染源辨识与地下水系统风险评价”项目采用 CSIA(稳定同位素 C)技术识别同位素分馏的影响因素，获取研究场地的稳定同位素比值，来确认地下水中有机污染物的种类、分析地下水中有机污染物的来源和污染途径。
综合分析，稳定同位素技术和放射性同位素技术在地下水污染研究中的应用得到了长足的发展，理论和方法研究比较系统、研究案例非常丰富，取得了一定 的 成 果，对 于 有 机 污 染 的 单 体 同 位 素 技 术(CSIA)的机理及应用的研究还处于探索阶段。
1.3.4 地下水污染数值模拟研究
地下水污染的数值模拟研究包括数学模型的研究应用及模拟实验研究两个方面。地下水污染的数学模拟研究各种溶质的浓度在多孔介质中的时空变化规律，较好地定性或定量地预测含水层中污染物现在或未来的分布状况。目前对地下水水质模型的研究已有相当的水平，相应的数学模型也日趋成熟，主要的地下水质模型有对流-弥散模型、随机模型和黑箱模型[39]。
对流弥散水质模型主要由水动力弥散方程和水流方程组成，它们之间通过运动方程来耦合，加上相应的边界和初始条件便可进行求解。对流弥散模型比较全面地反映了地下水中溶质的运动过程，适用于均质或非均质、各向同性或各向异性的多孔介质，边界条件和初始条件可以是任意的。随机模型认为质点从多孔介质某一点进入后，大体上沿流线的轨迹运动，但由于各种随机原因可能会偏离轨迹，随机理论认为沿轨迹运动和不沿轨迹运动的质点各占50%，且可用一个二项分布来表示，当质点运动的次数足够大时该二项分布就接近于正态分布，其方差 σ可以表示质点运动的弥散程度。黑箱模型应用于地下水污染的原理就是将有污染物质输入和输出的含水层作为一个黑箱，通过研究输入和输出的关系(无需知道污染物在其中的各种迁移转化规律)来了解黑箱的综合效应，通过这种综合效应，根据输入来预测输出或根据输出来反求输入。
目前，黑箱模型和随机模型在地下水污染中的应用还处在理论探索阶段，对流-弥散模型是应用最广、使用率和研究程度较高的数学模型，相应的模拟软件也比较成熟，目前比较常用的软件有美国地质调查局 McDonal博士等设计的三维有限差模拟程序 MODFLOW 以及加拿大 WHI公 司 的 VisualModflow 等。
我国对地下水质模型的研究是在1980年 初 开始的，由山东省地质局等单位组织了为预测污染发展趋势的地下水质模拟试验研究工作，并建立了我国第一个地 下 水 水 质 模 型。1982年武汉水利电力学院应用伽辽金有限元法求解了在渗流区有抽水井条件下的二维溶质迁移及在自由表面上有入渗补给时二维渗流中的溶质迁移问题。此后许多学者开始进行该方面的理论和工程应用研究。主要的研究成果有吴吉春、薛禹群等建立了越流含水层系统的地下水污染的数学模型，导出了包括越流项和井流项的溶质运移方程，并将模型应用于太原盆地地下水的污染，模拟 Cl- 的运移，结果与野外观测结果拟合良好[40]。朱学愚和刘建立采用等价多孔介质模 型对裂隙岩溶地区的地下水中污染溶质的迁移进行水头和溶质迁移的模拟，求解水头方程和对流弥散方程，采用 MODFLOW 软件进行水流模拟，采用混合欧拉-拉格朗日法(即特征有限差分法)求解对流弥散方程[41]。王晓 红 和 杨 天 行 分 别 给 出 了 多 孔 介 质和双重介质中垃圾渗滤液运移模型的定解问题，运用该模型预测垃圾填埋场的污染扩散范围，为防治地下水被渗滤液的污染提供了定量的依据[42]。
模拟实验有野外原位实验和室内模拟实验，实验目的是模拟污染物的入渗过程，及污染物在包气带中的吸附、解吸、转化机制，并且确定包气带的截污、自净能力等，探讨不同岩性地层对污染质的净化能力和机制，研究污染物对地下水的影响程度。利用室内或野外试验测定相关参数，结合数学模型，为地下水资源管理和已污染含水层的修复提供定量依据。我国学者在这方面也做了一定的工作。
例如：袁雯和方海兰通过土柱实验模拟矿化垃圾以及矿化垃圾与污泥混合物在淋溶条件下重金属的淋失情况，并利用污染综合指数法分析矿化垃圾中重金属迁移对地下水的影响[43];狄军贞等通过垃圾渗滤液的动态淋溶试验，研究了垃圾渗滤液主要污染物在土壤水环境中的运移机理，周磊开展了垃圾渗滤液在土层中迁移转化规律实验研究[44]。邢国章等在北京地下水污染调查项目中，通过野外原位淋溶(灌溉)实验研究了取灌溉后土壤水的水盐分分布特征，研究水分、盐分运移特征;利用室内淋溶试验分析计算包气带中各种岩性对不同污染物的去除率;并分析地层对再生水的净化能力和污染物的迁移转化，及再生水对地下水的影响。
目前，我国地下水污染数值模拟模型方面的研究在模型探讨及应用上取得了一定的成果，污染物质的迁移、模型中模拟参数以及溶质迁移的机理的研究越来越得到重视，开展了大量的工作。——论文作者：张新钰，辛宝东，王晓红，郭高轩，陆海燕，纪轶群，沈媛媛
转载请注明来自：http://www.lunwencheng.com/lunwen/nye/22185.html
