关于地下水的论文

水文地质学和许多自然科学相比较，是一门比较年轻的科学。尽管在人类社会早期就开始利用地下水，但是水文地质学却是在19世纪末，人类社会开始进入工业化社会后才逐渐发展起来的，直到20世纪的20～30年代才真正地成为一门独立的科学。在人类社会进入工业社会之前，人们对地下水的认识仅局限于对地下水起源的推测和找水、凿井方法的经验总结。远在公元前1000年以前，我们的祖先就已经知道水井的使用和保护方法。如《周易》中有“井洌，寒泉食。?之以石，则洁而不泥，汲之以器，则养而不穷，井之功大矣”，即以砖（或石）垒砌井壁则可使井水洁净，有节制地取水，则使井水不致干枯。早在春秋时代，管子《地员》篇中就叙述了如何根据泥土颜色及植物种类来判断地下水的深浅和水质，以及根据岩石性质来判断有无地下水，如“庚泥（泥沙混合沉积物），不可得泉”、“炎壤（即红土），不可得泉”等等。随着地下水开发经验的积累，明朝徐光启的《农政全书》中（1639年）对地下水开发的技术做了较为深入的科学归纳，如“凿井之处，山麓为上，蒙泉所出。凿井者，察泉水之有无，斟酌避就之”。判断地下水埋藏深浅的方法则是“井与江河地脉贯通，其水浅深，尺度必等，今问井应深几何?宜度天时旱潦，河水所关；酌量加深几何，而为之度，去江河远者不论”。由此可知，当时已经知道泉是地下水的天然露头，故凿井时一方面要考虑地貌形态，另一方面要根据泉的出露情况来选择水井位置。同时指出，在江河附近，地下水与河水有紧密联系，故可用河水水位推测地下水埋深。而在有着古老文明历史的欧洲，产业革命前的自然科学家和一些哲学家对地下水的认识，则主要集中在自然界的水循环和地下水的起源方面。公元前15世纪，罗马人Marcus Vitruvius（马尔古斯维查奥斯）第一个提出了水循环的概念，他认为：水通过融雪渗入到山区地下，并在低处出露成泉。到公元前4世纪，对地下水的认识有了很大的进步，如古希腊哲学家亚里士多德（Aristotle）认为地下水产生于一个复杂的像海绵似的地下空隙系统中，且从空隙中排泄到泉水中，亚里士多德正确认识到某些洞穴水来源于雨水。从纪元初到西欧文艺复兴时代之前的这一时期，国外学者对于水文地质学形成提出了以下一些比较有意义的观点。伊朗著名的哲学家和科学家Sheikh Abu Raihan（973～1048年）第一个对自流井的形成机理给予了正确解释。但真正论述自流井的文献，则是出现在1715年Autonio Vallisnieri（意大利Radua大学校长）有关意大利北部自流井的论文中，论文中附有最早的关于自流井的地质剖面。其次需指出的是中世纪杰出的乌兹别克斯坦学者阿布尔-拉依，阿拉-毕鲁尼（数学家、天文学家、物理学家，公元937～1048年）正确地指出静水压力对地下水运动所起的作用，并解决了一些实际的用水问题。还需要提出的是17世纪末叶一些关于地下水的科学试验。法国科学家Pievre Perrault（1608～1680年）所做的蒸发和毛细上升高度试验，证实了毛细上升的水在水位之上，不是一个自由体，它在砂层内的高度小于1 m。Edme Mariotte（1620～1684年）在巴黎观测站测量了雨水的入渗量，因此两人都认为泉水是由降雨渗入地下而补给的。Mariotte这一论点发表在他死后的1690年巴黎出版的书中。水文地质学的真正形成，可以认为主要是在18世纪末期到20世纪初（20世纪20年代）这一段人类步入工业化社会的过程中。随着工、农业的迅速发展和城市扩大与人口的增加，需水量急增，使更多的开采矿床，与矿坑地下水进行斗争的问题也提到了日程上。因此工业化的过程促使科学家必须关注地下水的研究，水文地质学随之而诞生。关于地下水起源和地下水赋存的地质条件的研究，是水文地质学的基础理论。它是在许多学者对各种专门问题取得研究成果的基础上逐渐积累而成的。关于地下水起源的争论，实际上自18世纪许多欧洲科学家通过各种实验和水均衡计算后，地下水的降水入渗补给学说已为多数学者认同，除此之外人们也注意到了凝结、埋藏、初生论等地下水起源的学说。关于地下水和地质条件的关系，是许多关注地下水的学者最早研究的问题。许多地质学家对专门性问题都有贡献，例如许多荷兰地质学家对沿海砂丘地区地下水的认识有过贡献；俄罗斯的地质学家对永冻层地区地下水的起源有深入的研究；日本地质学家和地球物理学家对热泉进行过研究；法国的ADaubree很早就发表了关于地下水地质方面论文；地质学家HTStearns在其有关夏威夷岛的地质专著中，深入论述了火山岩和地下水起源的关系；WMDavis和JHBretz发表了很多关于石灰岩溶洞和地下水关系的论著；南非地质学家Dutoit发表了南非基岩区地下水的专著；美国地调所的OCMeinzer于1923年对美国地下水做了总结性描述，同时他明确地将水文地质学列为地球科学的一个新分支。在水文地质学的形成过程中，在19世纪末叶以来俄罗斯学者的贡献也功不可没。19世纪末叶，俄国成立了地质委员会，AN卡尔宾斯基、HA索科洛夫等学者做了一系列的水文地质调查，奠定了区域水文地质学基础；1880～1890年索科洛夫等写出《俄南部自流井》的第一篇综合著作，尼基廷发表了《俄罗斯平原的潜水和自流井》专著；1914年莫斯科水利工程学院工程系成立了俄国第一个水文地质教研室；十月革命后的1920年在莫斯科矿业学院开设了俄国第一个水文地质专业；1925年AH谢米哈托夫发表了《苏联地下水》专著，该书标志着苏联水文地质学的正式形成。地下水的运动理论则主要是由许多水力学家及供水工程专家开创的。在这方面贡献最大的首先是法国水力学家达西（Henry Darcy）。他根据所进行的实验，于1856年发现了水在砂土中渗透的层流运动定律，奠定了地下水在孔隙岩层中运动理论的基础。7年之后的1863年，法国另一个水力学家裘布依（Jubs Dupuit）在达西定律的基础上，提出了地下水流向水井的运动公式，从而奠定了地下水稳定流理论的基础。1876年德国Adolph Thiem 改进了裘布依公式，改进后的公式可以精确计算出当含水层中一口水井抽水时，在临近水井中产生的水位效应。1886年奥地利人Philip Forchheimer 在研究含水层中地下水运动时引进了等势线和流线的概念，他第一个应用拉普拉斯方程和映象方法于井流理论的计算中。1934年俄罗斯学者卡明斯基出版了第一部《地下水动力学》专著。1935年泰斯（CVTheis）在热传导理论的基础上建立了的非稳定井流公式，至此，标志着地下水动力学理论已基本形成。地下水水质或者说水化学理论的建立相对较晚。尽管对矿水、矿泉水的研究早在人类利用地下水的初期即已开始，但主要局限于水的物理性质与医疗疗效的认识，真正的水化学和水文地球化学，是在19世纪后期才开始发展起来的。早期的水化学研究是由德国的BMLersch于1864年以及加拿大的TSMunt于1865年进行的，Munt做了一些早期的地球化学解释。在北美，现代水文地球化学研究始于FWClarke，他在1910～1925年之间出版了较系统的水化学研究专著，专著中包括了大量的水分析和地球化学解释。同一时期内俄罗斯学者格拉西莫夫于1920年出版了《俄国的矿水》的专著，1948年苏宁对油田水水化学进行过深入研究，并提出了地下水化学类型分类，而阿列金1953年出版的《水文化学原理》则是俄罗斯水文地球化学科学正式形成的标志。我国的现代水文地质科学相对来说发展较晚，直到20世纪30年代，才有梁津、谢家荣、王钰、马振图等人于南京、河南安阳等地开展了零星的地下水调查，而水文地质学的真正发展则是在新中国成立之后。

现在全世界都在关注水资源的危机。1994年在芬兰召开的“地下水资源未来危机”国际学术讨论会主要围绕水质污染及超量开采两大问题。会议认为只要对水资源正确评价，合理规划，严密监测，科学管理，超量开采的问题是可以避免的。而日益严重的水质污染和恶化却成为威胁水资源持久开发的主要危机。国际水文计划（IHP-5）已把“脆弱环境下的水文学与水资源开发”列为1996～2001年的主要研究课题，其中最重要的一个专题，即“地下水资源的未来危机”的内容则包括：地下水污染的研究范畴，探测地下水质的监测策略，包气带地下水供水水质化学作用规律，滨海地区地下水水质恶化，以及城市发展与水质污染等。由此可见，地下水的质量问题是当前水文地质研究的重要内容。长期以来，人们对地下水资源重开发利用，轻保护。而地下水资源在受到人类活动，如农业生产、垃圾填埋、废水排污等影响时极易被污染。地下水一旦受到污染，其补救和恢复是非常困难的，而且治理费用代价昂贵。因此如何保护地下水不受污染受到各国的重视。美国于1991年开展了全国水质评价计划。英国、澳大利亚近年来也对地下水水质进行评价研究，对人类活动包括农业活动、工业活动、废物处置、填埋等造成对地下水水质的影响，地质过程与生物相互作用等问题设立了专题研究。1）地下水的污染和治理对于已造成地下水污染的地区，国内外许多学者致力于研究污染的物质来源、污染的途径和范围、污染机理等问题，并取得大量研究成果。这些成果为查明地下水污染情况和治理提供了科学依据和方向。80年代以来，地下水污染研究的重点已从无机物（重金属）的污染转向微量有机物的种类、物化特征及其在环境中的迁移转化，以及污染控制治理技术等。这与整个环境污染的发展进程是一致的。西方国家在治理环境污染的进程中，大致经历了重金属污染、易降解有机物与富营养化污染以及毒害性有机污染3个阶段。目前能基本控制第一、二阶段的污染，开始重视毒害性有机污染的治理。中国无论在有机物污染的理论还是治理技术方面的研究却刚刚开始。有机化合物种类多、数量大，绝大多数难溶于水，在水中含量很低，仅为10-6～10-9级或更低，降解慢，中间产物复杂。它们进入包气带和含水层后，不仅其残留物可维持数十乃至上百年，而且其降解后的中间产物亦对环境有污染。有机污染物通常分为2类：第一类是量大易降解（包括生物降解和化学降解）的有机物；另一类是有毒有害难降解有机化合物。农业活动造成的地下水污染后果也很严重。由于硝酸盐中氮在作物-土壤-水系统中的运动，进入含水层的氮就可能增加。捷克在过去的30年内，地下水中氮含量增加了一倍。现地下水中已发现各种烃类、卤化物、醇、酚、醚、醛、酮等各类有机化合物。据报导，至1987年美国地下水中已发现175种不同的有机物，其中很大部分对人体有毒性效应。荷兰在232个地下水抽水点中检出113种有机物。中国京津唐地区地下水初步调查检出有机物种类达133种，可见地下水有机污染已到了非常严重的地步。地下水中危害最大而又最为常见的有机污染物为非极性难溶挥发性有机物（VOC’s），主要由氯代脂肪烃（CHC）和单环芳香烃（BTEX）构成。现已查明，多数水溶相VOC’s在地质环境中不易被吸附，具有很强的迁移性，在适当条件下可生物降解。非水溶相VOC’s对微生物有毒性，不易生物降解。非水溶相CHC常在地下水中积聚，其迁移不受地下水运动的控制，因此常汇集在含水层底板；非水溶相BTEX则相反，飘浮于地下水的表面。第30届国际地质大会就有不少论文涉及地下水污染监测、参数测试；对Pb、Cu、Zn等污染物的实验室研究；污染物运移趋势预测；地质统计方法与随机理论在地下水污染研究中的应用；某些污染物（如氮污染）的研究实例以及一些模拟理论，例如以保护含水层为目的的河流-含水层相互关系模拟；非均质含水层与裂隙岩溶水污染研究；土地利用过程中的水土污染；污水灌溉的环境生态效应等等。其中美国Yun-Sheng Yu运用地质统计法进行地下水中盐污染的研究，大大提高了计算精度，是一个成功的实例。最近美国报道了关于在地下水生态领域里应用无脊椎动物群结构的变化作为浅层地下水/地表水环境污染的指示剂；以及用CFCs确定年轻地下水年龄（50年以内或更小）和用氚/氦-3研究地下水运移时间、水流类型和补给速度，为测试和校核模型提供了有力的工具。此外，在发展生物治理技术方面，通过微生物降解作用、吸收、转化有毒化合物，消除污染，取得显著成效。地下水的污染治理美国在80年代就先于其它国家开始着手进行。当时以“抽汲处理法”较为普遍，即抽出已被污染的地下水，在地表进行深度处理，但含水层不能彻底净化，且处理费用高。对于大规模的污染治理还没有成功的经验。80年代后期地下生物处理工程技术迅速发展，地下水污染控制理论与技术开始形成一套体系。如“对于包气带污染，可进行原位处理或开挖处理。原位处理包括物理法（通气法、蒸汽法、热趋法……）、化学法（表面活性剂溶液冲洗、特殊化学冲洗）和生物法（驯化生物处理、强化生物处理）；对含水层污染可进行原位处理或抽汲处理，前者又包括物理控制（泥墙、防渗帷幕控制法、水动力控制法、暗渠、井孔收集法），化学处理（表面活性剂溶液冲洗法、试剂法、渗床法）和生物处理。采用何种处理工艺，主要取决于处理的对象、目标、水文地质条件和经济承受能力。”在各种方法中，现场处理技术包括多种形式的好氧处理和厌氧处理，发展较快。为了进一步发展地下水污染控制理论和技术方法，急需加强引进多种学科如地质微生物学、有机地球化学、表生地球化学的理论和方法，加强对有机污染物的来源、迁移、转化或降解机制，以及它们与腐殖酸、金属元素的相互作用的了解，加强土壤和地下水污染治理的新技术开发利用研究，突破解决目前缺乏能快速准确鉴别有机物种类和定量分析的仪器设备的局面，发展治理工程技术方法。2）地下水资源的保护为了防患于未然，首先要防止地下水供水水源地受到污染。一方面是保护水源补给区不受污染，另一方面是设立圈定地下水供水水源地的保护区（带），以加强对潜在污染的限制。这里涉及的主要是点源、井源区保护。而非点源整个水流域的水质监测、保护和污染治理技术要困难得多。圈定地下水源保护区（带）的研究，由最初为确保饮用水卫生条件防止细菌污染的概念已扩大到防止非降解性有机物以及有毒化学成分的污染为目的，在欧美一些国家取得进展。德国对地下水源保护区的圈定是先将流域分为4个保护带，重点探讨第Ⅱ带随时间变化边界的概念，它采用地下水在50天内运行的距离范围。英国根据50天（一区）和400天（二区）运移时间以及整个汇水盆地（三区）确定出地下水保护区。其它如美、捷、爱尔兰、荷等国研究的主要特点是逐步向应用数学模型的方向发展，以提高成果的精度。德国提出可利用环境同位素3H、14C建立动态模型，用地下水环境同位素的滞留时间作为新的水文地质参数以反映地下水特征，并作出定量污染程度分析。中国也有人用时间滞留法来定量研究确定地下水源地保护区。不少国家已认识到，地下水资源的保护必须提到战略、政策及管理的高度来认识和实施。捷克专家提出，地下水保护战略是政府部门进行管理、协调、投资和贯彻执行的长期任务，要得到有关法律法规的支持，正规的监督检查，甚至包括对技术负责人员的培训以及对公众教育和提供信息。地下水保护政策的制定取决于地下水资源的价值需求、土地利用规划及经济发展和人体健康等因素。地下水保护的管理目标应是确保饮用水水源的质量、安全和可持续性。地下水保护管理可分为一般性保护和公共供水方面的综合性保护。前者需要编制地下水脆弱性图件并进行评价。评价地下水脆弱性的主要特征为非饱和带的补给、土壤性质、厚度、渗透性和稀释能力以及饱和含水层的稀释能力。受到综合性保护的地下水保护区的范围主要取决于含水层的渗透性、复杂性和脆弱性、非饱和带的特性及厚度、地下水水流方向、污染源离水井或井田的距离及污染质的特性。英国开展了对地下水资源的脆弱性的全面评价，认为其脆弱性受多种因素制约，如上覆土壤和冲积层的存在和性质，水文地质单元的特性以及非饱和带的厚度，因此需要详细的水文地质现场调查。英国现已编制了1:100万地下水脆弱性图件作为战略性土地利用规划的指导，目前正编制大比例尺图件。美国、意大利、荷兰、德国、瑞典、捷克也都编制了大比例尺的地下水脆弱性图为决策、管理层制定地下水保护的战略和方针服务。90年代美国开始倡导使用水流域的综合保护方法，共同解决水污染和生态环境恶化问题，可收到事半功倍的效果，更好地实现环境综合管理目标。

关于水资源污染的论文大自然孕育了人类，人类从自然界中获得生存所需的各种资源。人类与环境相互依存，人类不能盲目地向环境进行掠夺性的索取，人类应该与环境建立亲密和谐的关系。一、水源有限须重视世界上水的总储量约有1472立方平米，地球表面的2/3被水覆盖着。但这些水中95%是咸水，在余下的5%的淡水中，又有87%是难以利用的两极冰盖、冰川、深层地下水。人类可利用的淡水只占全球水总量的26%，而这些淡水大部分是地下水。实际上，人类可以从江河湖泊中用的淡水只占总水量的04%。中国是一个水资源紧缺的国家，尽管水资源总储量达281万亿立方米，居世界第六位，但中国养着世界1/4的人口，人均水资源占有量不足世界人均水量的1/4，相当于美国的1/5，前苏联的1/7，加拿大的1/48，被列为全球13个人均水资源贫乏国家之一。专家预测，中国人口将在2030年达到16亿的高峰，再加上日益严峻的水资源，到那时，中国将成为严重缺水的国家。所以，对此我们必须引起高度重视。二、水资源污染令人忧水利部对全国700余条河流，约10万公里河长的水资源质量进行了评价，结果是：目前以有5%的河水受到污染，水质是四类或五类：6%的河水严重污染，水质为超五类，水体已丧失使用价值；90%以上的域市污染严重。水污染正从东部向西部发展；从支流向干流延伸；从城市向农村蔓延，从地表向地下渗透；从区域向流域扩散。三、共同携手解危机水资源危机使人民意识到制定科学的用水战略，合理分配和利用水资源，是全社会持续发展的条件。对此，做为人类的一份子，我们应该——重视废水回收利用。有效节约水资源的关键在于利用“中水”，实现水资源的重复使用。如果中水利用能在全社会范围内通行，不仅能带来可观的经济效益和环境效益，又能令社会形成一种珍惜水资源的良好风气。完善用水制度。应当转变观念，认识到水资源的自然属性和商品属性，遵守自然规律和价值规律，确实把水作为一种商品，合理应用市场机制配置水资源，减少资源浪费。使用节水器具。家庭节水除了注意养成良好的用水习惯以外，采用节水器具很重要，也最有效。节水器具种类繁多，有节水型冰箱，节水龙头，节水马桶等。查漏塞流。在家中“滴水成河”并非开玩笑。要经常检查自来水管。防微杜渐，不要忽视水龙头和水管的漏水，要及时请人或自己进行维修。水资源是人类共同的财富，因此合理利用水资源和保护水资源是不容忽视的。为了我们以及我们的后代能够在水的滋润下健康成长，为了人类能够在这个蔚蓝的星球繁衍生息下去，伸出你的手，伸出我的手，大家共同保护水资源。让我们尽情享受那份失落已久的清澈、甘甜，柔润的良好水质吧！