（一）地下水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)

1.飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)

地下水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)涉及飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，為此，應(yīng)對(duì)此標(biāo)準(zhǔn)制訂的依據(jù)及過程有所了解。

飲水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)制定的依據(jù)主要是：（1）化學(xué)組成對(duì)機(jī)體無害；（2）流行病學(xué)上的安全；（3）感觀性狀良好。每項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)的制定往往只考慮其中一項(xiàng)依據(jù)。因此，可把標(biāo)準(zhǔn)中的組分列為三類：感觀性狀指標(biāo)、毒理學(xué)指標(biāo)和流行病學(xué)指標(biāo)（細(xì)菌學(xué)指標(biāo)）（詳見附錄3）。感觀性狀指標(biāo)是以氣、味、色為依據(jù)，超過標(biāo)準(zhǔn)者，僅產(chǎn)生令人不悅的氣、味、色，對(duì)人體并不一定有害或有毒。例如〔5〕，Cu對(duì)人是無毒的，它是人體必需的代謝元素，大于1mg/L時(shí)，衣服及管道著色，故其標(biāo)準(zhǔn)定為lmg/L，酚是個(gè)有毒組分，但其標(biāo)準(zhǔn)并不是根據(jù)毒性，其標(biāo)準(zhǔn)定為0.002mg/L是為了避免加氯消毒時(shí)產(chǎn)生氯酚臭，不加氯消毒的水，其濃度高達(dá)0.1mg/L時(shí)也無味；Fe和Mn的標(biāo)準(zhǔn)都是避免著色標(biāo)準(zhǔn)；Zn、Cl-、

及總?cè)芙夤腆w標(biāo)準(zhǔn)均為著味標(biāo)準(zhǔn)。毒理學(xué)指標(biāo)是毒性為標(biāo)準(zhǔn)，依據(jù)人的耐受量和可能從食物的攝入量來規(guī)定該組分的飲用標(biāo)準(zhǔn)。例如，每人每周對(duì)鉛的耐受量為3mg，估計(jì)每人每天從食物攝取Pb為0.3mg，因此，以每人每天飲水2升計(jì)，把Pb的標(biāo)準(zhǔn)定為0.05mg/L，這樣，每人每周攝入Pb為2.8mg，小于3mg。流行病學(xué)指標(biāo)即細(xì)菌學(xué)指標(biāo)，它是防止流行病發(fā)生的標(biāo)準(zhǔn)，以細(xì)菌總數(shù)及大腸桿菌為衡量依據(jù)。實(shí)際上，大腸桿菌不是病原菌。因?yàn)樗纫话悴≡婊钇陂L(zhǎng)，所以只要它符合標(biāo)準(zhǔn)，其它的一般病原菌也就符合標(biāo)準(zhǔn)。了解了上述水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的制定依據(jù)，對(duì)于進(jìn)行地下水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)中考慮權(quán)重時(shí)是有幫助的。

2.地下水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)

地下水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)主要包括三個(gè)方面：地下水污染現(xiàn)狀評(píng)價(jià)，地下水（環(huán)境）質(zhì)量評(píng)價(jià)及地下水（環(huán)境）質(zhì)量影響評(píng)價(jià)。嚴(yán)格來說，這三方面的評(píng)價(jià)，無論從其評(píng)價(jià)內(nèi)容、目的和方法上均有明顯的差別，不能混為一談。

（1）地下水污染現(xiàn)狀評(píng)價(jià)

評(píng)價(jià)目的旨在說明地下水的污染程度及范圍，并不說明地下水的適用性，受污染的地下水并不一定影響其使用。

評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)是背景值或?qū)φ罩怠３^標(biāo)準(zhǔn)者視為污染。從理論上講，背景值是不受人類活動(dòng)影響的地下水有關(guān)組分的天然含量。背景值的一個(gè)明顯特點(diǎn)是具有區(qū)域差異性，它隨地質(zhì)、水文地質(zhì)條件而變。因此，在確定背景值時(shí)，必須進(jìn)行環(huán)境水文地質(zhì)分區(qū)，分別確定各區(qū)的背景值。分區(qū)時(shí)應(yīng)注意區(qū)內(nèi)地層巖性、水文地質(zhì)條件及環(huán)境狀況大致類似。計(jì)算背景值的方法各式各樣，但最常用的是按下列公式計(jì)算\

水文地球化學(xué)基礎(chǔ)

式中，Y為背景值；X為算術(shù)平均值；S為標(biāo)準(zhǔn)偏差。實(shí)際上，背景值不應(yīng)該是一個(gè)單值，應(yīng)該是一個(gè)區(qū)間值。在研究區(qū)內(nèi)，往往沒有可利用的背景值數(shù)據(jù)，因此人們常常用對(duì)照值作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)照值可以是歷史水質(zhì)數(shù)據(jù)，或者是區(qū)內(nèi)無明顯污染源的水質(zhì)數(shù)據(jù)，或鄰區(qū)水文地質(zhì)條件相似的水質(zhì)數(shù)據(jù)。

評(píng)價(jià)方法。多半是把有量綱的化為無量綱的指數(shù)法。一般分為單要素指數(shù)法和多要素的污染指數(shù)法。

單要素指數(shù)法按下式計(jì)算污染指數(shù)

水文地球化學(xué)基礎(chǔ)

式中，I為單要素污染指數(shù)，無量綱；Ci為i組分的實(shí)測(cè)濃度（mg/L）;C0為背景值或?qū)φ罩担╩g/L）。（5.31）式適用于C0為單值。

如背景值（或?qū)φ罩担橐粎^(qū)間值時(shí)，如Ci值在此區(qū)間值內(nèi)，令I(lǐng)=1；如Ci大于此區(qū)間值的最大值（C0m），或Ci值小于此區(qū)間值的最小值（C0n），用下式計(jì)算Ⅰ：

水文地球化學(xué)基礎(chǔ)

此方法的優(yōu)點(diǎn)是：f有明確的物理意義，當(dāng)Ⅰ≤1時(shí)，為未污染；其次是直觀、簡(jiǎn)便。其缺點(diǎn)是：當(dāng)?shù)叵滤芏喾N組分污染時(shí)，不能反應(yīng)地下水整體污染狀況。

多要素綜合污染指數(shù)的計(jì)算公式繁多。從理論上講，其計(jì)算公式應(yīng)滿足三個(gè)要求：簡(jiǎn)便，不失真，綜合污染指數(shù)有明確的物理意義。下面介紹幾種有代表性的方法：

水文地球化學(xué)基礎(chǔ)

公式中，PⅠ為綜合污染指數(shù)，無量綱；Ⅰi為i組分的單要素污染指數(shù)，無量綱；n為評(píng)價(jià)的組分?jǐn)?shù)；Ⅰ為所評(píng)價(jià)的組分I值的平均值，無量綱；Ⅰmax為所評(píng)價(jià)組分中最大的Ⅰ值。

（5.33）和（5.34）式一個(gè)嚴(yán)重的缺陷是失真情況常常出現(xiàn)，也就是說PⅠ值的大小往往不能真實(shí)地反應(yīng)其整體污染面貌。（5.35）式既考慮了均值，也考慮了極值，能較好地反應(yīng)真實(shí)情況，失真程度小。但其PⅠ值沒有明確的物理意義。

參數(shù)分級(jí)評(píng)分迭加型指數(shù)法所得出的PⅠ值，基本上能滿足前述的三個(gè)要求。其方法如下：

先按（5.31）或（5.32）式算得單要素污染指數(shù)Ⅰ，然后根據(jù)Ⅰ值評(píng)分，評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)如下：

Ⅰ≤1 F=0

1＜Ⅰ＜2 F=1

2≤Ⅰ＜3 F=10

3≤Ⅰ＜4 F=100

4≤Ⅰ＜5 F=1000

……

水文地球化學(xué)基礎(chǔ)

式中，F(xiàn)i為i組分的評(píng)分，無量綱。其它符號(hào)同前述。

表5.5是用（5.33）、（5.34）、（5.35）和（5.36）式計(jì)算的綜合污染指數(shù)比較表。

表5.5 綜合污染指數(shù)比較表

結(jié)果表明，用（5.33）和（5.34）式計(jì)算出的PⅠ值有失真現(xiàn)象，即1號(hào)水樣比2號(hào)水樣污染嚴(yán)重，實(shí)際上，1號(hào)水樣五項(xiàng)指標(biāo)均小于背景值，無污染，而2號(hào)的NO3-N超過背景值。（5.35）和（5.36）式算得的PⅠ值排序一致，沒有失真現(xiàn)象。但（5.35）式的PⅠ值無明確的物理意義，即從PⅠ值看不出水樣是否受污染，有幾個(gè)組分超過背景值。而（5.36）式所得的PⅠ值有明確的物理意義，即1號(hào)PⅠ為0，說明無污染，而其它水樣均受污染，4號(hào)水樣的PⅠ值為1001，個(gè)位數(shù)為1，千位數(shù)為1，說明有兩個(gè)組分污染地下水，一個(gè)為背景值的1倍多至2倍，另一個(gè)為背景值3倍多至4倍，它污染最嚴(yán)重。上述比較說明，（5.36）式基本符合簡(jiǎn)便、不失真及有明確物理意義的三個(gè)要求。

（2）地下水（環(huán)境）質(zhì)量評(píng)價(jià)

評(píng)價(jià)目的旨在說明質(zhì)量的好壞及其適用性。

評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)是各種水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。諸如評(píng)價(jià)作為飲用水的適用性，用飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)；評(píng)價(jià)作為灌溉水的適用性，用灌溉水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)等。

評(píng)價(jià)方法與污染評(píng)價(jià)方法基本一致，所用的公式也是一致的，只不過是符號(hào)的含義不同。在上述污染評(píng)價(jià)的公式中，I改為單要素水質(zhì)指數(shù)，C0改為水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，PⅠ改為多要素綜合水質(zhì)指數(shù)。與污染評(píng)價(jià)唯一不同的是，在評(píng)價(jià)中往往增加一項(xiàng)加權(quán)值。例如，在評(píng)價(jià)對(duì)飲用的適應(yīng)性時(shí)，根據(jù)各組分對(duì)人類的危害程度給予權(quán)值。權(quán)值的大小往往因人而異，沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。很難確定給予權(quán)值的合理方法。

在評(píng)價(jià)污染時(shí)，一般都根據(jù)（綜合）污染指數(shù)進(jìn)行污染程度的分級(jí)，諸如分為未污染、輕污染、中等污染及重污染等；在評(píng)價(jià)其（環(huán)境）質(zhì)量時(shí)，一般也根據(jù)（綜合）水質(zhì)指數(shù)進(jìn)行質(zhì)量好壞的分級(jí)，諸如很好、好、中等、壞及很壞等。這些都是依研究區(qū)的具體情況而定，沒有統(tǒng)一的劃分標(biāo)準(zhǔn)。

除上述的評(píng)價(jià)方法外，在確定綜合污染（水質(zhì)）指數(shù)時(shí)，還有模糊數(shù)學(xué)法等，本書不作詳細(xì)介紹。

（二）含水層的防護(hù)

含水層的水質(zhì)防護(hù)分為區(qū)域防護(hù)及局部防護(hù)兩類。其目的都是為了保護(hù)地下水水質(zhì)，避免水質(zhì)惡化而影響其使用。

1.區(qū)域防護(hù)

在過去的區(qū)域水文地質(zhì)研究中，多半看重含水層的分布、富水性、水動(dòng)力場(chǎng)等方面的研究，并有相應(yīng)的一系列的水文地質(zhì)圖件。但隨著環(huán)境問題，特別是地下水污染問題的日益突出，給區(qū)域水文地質(zhì)研究提出了一個(gè)新課題，即區(qū)域地下水資源的防污性能研究，有時(shí)也稱為污染敏感度分析。這樣就要求我們編制以前我們沒有的而且是必須的新圖件，即區(qū)域性防污性能圖，或稱污染敏感度分析圖。這一類圖件在國(guó)外已經(jīng)出現(xiàn)，其目的是為區(qū)域規(guī)劃，特別是城市規(guī)劃服務(wù)。

所謂“防污性能”，是指含水層防止污染的能力。眾所周知，不同地質(zhì)結(jié)構(gòu)的含水層，其防污性能不同。德國(guó)學(xué)者維爾赫夫（H.Verhuff,1981）〔42〕曾對(duì)此論述過。他認(rèn)為，在考慮含水層的防污性能時(shí)，應(yīng)著重考慮防止來自地表環(huán)境污染對(duì)地下水水質(zhì)影響的能力。因此，主要應(yīng)考慮復(fù)蓋層的防污能力及含水層本身對(duì)污染物的凈化能力兩個(gè)方面。具體的考慮因素為：水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)，非飽水帶的地質(zhì)條件及土壤條件，地下水埋深，隔水層厚度。根據(jù)上述考慮，他把含水層的防污性能分為五級(jí)，詳見圖5.3。

圖5.3 防止來自地表污染的地下水防污性能分類〔42〕

顯然，維爾赫夫的分類還有缺陷，他沒有考慮包氣帶表層土的粘性土、含水層厚度（或含水層貯水量）及隔水層的連續(xù)性。因?yàn)檫@些因素對(duì)含水層的防污性能也有影響。表層粘性土越厚，污染物遷移到含水層就越困難；含水層越厚（或貯水量越大），其對(duì)污染物的稀釋能力越大，地下水越不易污染；隔水層連續(xù)性好，沒有天窗，承壓含水層越不易受污染。顯然，防污性能的分區(qū)，對(duì)城市規(guī)劃、土地利用規(guī)劃及地下水資源保護(hù)，都有明顯的實(shí)際意義，它比目前那種目的性不明確的、原則不嚴(yán)格的所謂環(huán)境水文地質(zhì)分區(qū)，更具實(shí)用性和針對(duì)性。但是，這種分區(qū)最大的困難是，可能沒有足夠的地質(zhì)及水文地質(zhì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

2.局部防護(hù)

所謂“局部防護(hù)”是指地下水供水水源地的防護(hù)。其目的是保持良好的供水水質(zhì)。從理論上講，水源地的防護(hù)最好的辦法是防止整個(gè)補(bǔ)給區(qū)不出現(xiàn)任何污染的危險(xiǎn)。但由于實(shí)際上及社會(huì)上的復(fù)雜因素，要實(shí)行這一方針幾乎是不可能的。因此，在水源地周圍設(shè)立一定范圍的防護(hù)帶是比較可行的方法。

在設(shè)立防護(hù)帶時(shí)，經(jīng)常使用的一個(gè)概念是“遲后時(shí)間”，其含義是污染物從集水區(qū)某一點(diǎn)運(yùn)移到抽水點(diǎn)所需的時(shí)間。對(duì)于均勻流場(chǎng)來說，利用穩(wěn)定流方程，可建立遲后時(shí)間t的計(jì)算公式〔41〕

水文地球化學(xué)基礎(chǔ)

式中，b為含水層厚度（m）;ne為有效孔隙度，無量綱；r1為井孔半徑（m）;r2為某點(diǎn)與井孔的距離（m）;Q為抽水量（m3/d）;t為遲后時(shí)間（d）。

（5.37）式只適用于單個(gè)井孔，而水源地一般都是由井群組成。荷蘭學(xué)者范威格寧（Van Wigeningh）和范杜文布登（Ven Duijvenbooden）〔41〕提出遲后時(shí)間t的計(jì)算公式：

水文地球化學(xué)基礎(chǔ)

式中，f為影響半徑區(qū)內(nèi)的垂直補(bǔ)給量（m/a）;Q為集水區(qū)開采的地下水量（m3/a）；r為保護(hù)區(qū)半徑（m）；其它符號(hào)同前。變換（4.38）式，則

水文地球化學(xué)基礎(chǔ)

地下水水源地防護(hù)一般分兩個(gè)帶：

一級(jí)防護(hù)帶，或稱內(nèi)防護(hù)帶。該帶防護(hù)的目的是防止病原菌對(duì)水源地的污染。許多研’究證明，沙門氏桿菌在水中的存活期是一般病原菌中較長(zhǎng)的，其存活期為44―50天，考慮到一定的安全系數(shù)，一級(jí)防護(hù)帶的遲后時(shí)間定為60天。這是國(guó)外一級(jí)防護(hù)帶常沿用的遲后時(shí)間。將此遲后時(shí)間及有關(guān)參數(shù)代入（5.39）式，即可算得其防護(hù)帶的半徑r。據(jù)文獻(xiàn)〔42〕報(bào)導(dǎo)，荷蘭沖積層潛水區(qū)的一級(jí)防護(hù)帶半徑為10―150m。當(dāng)然，防護(hù)帶不應(yīng)是以井群為中心的圓形地帶，其幾何形狀取決于地下水流向及井群所處的水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)的部位。其幾何形狀如何確定，詳細(xì)計(jì)算方法請(qǐng)參考文獻(xiàn)〔43〕。

二級(jí)防護(hù)帶，或稱外防護(hù)帶。該帶設(shè)立的目的是，一旦發(fā)現(xiàn)此帶內(nèi)或此帶外地下水出現(xiàn)污染時(shí)，有足夠的時(shí)間采取補(bǔ)救措施，以保證良好水質(zhì)的持續(xù)供水。此帶范圍的確定并不是以污染物的衰減機(jī)理為依據(jù)，所以此防護(hù)帶的設(shè)立并不能保證水源地不受化學(xué)污染物的威脅。因?yàn)榛瘜W(xué)污染物種類繁多，其衰減機(jī)理所知尚少。此帶的遲后時(shí)間一般為10―25年。荷蘭沖積含水層水源地二級(jí)防護(hù)帶的半徑分別為800―1200m。對(duì)于裂隙及巖溶含水層來說，由于其流速大，按10―25年的遲后時(shí)間算，其相應(yīng)的防護(hù)帶范圍必定很大。因此，此帶的范圍一般定為2km。德國(guó)沿用此范圍近30年，成功地保護(hù)了地下水的優(yōu)質(zhì)供水。

應(yīng)該提出的是，上述一級(jí)防護(hù)帶以60天遲后時(shí)間為依據(jù)，主要是考慮細(xì)菌隨水水平遷移60天后基本喪失其病原性，因此，它只適宜于污水河渠或污水管道通過地下徑流污染地下水的情況。而對(duì)于來自地表污染源（如糞坑、固體垃圾）的病原菌來說，它們首先通過包氣帶，然后進(jìn)入含水層作水平遷移。因此，遲后時(shí)間60天應(yīng)是病原菌垂直和水平遷移時(shí)間的總和。如不考慮病原菌在包氣帶垂直遷移的時(shí)間，只按水平遷移時(shí)間計(jì)算其一級(jí)防護(hù)帶范圍，其結(jié)果必然偏大。這一點(diǎn)，國(guó)內(nèi)外研究業(yè)已證實(shí)。例如哈托欽森（H.Hutthinson,1974）〔44〕綜合許多研究后建議，當(dāng)細(xì)菌污染源與潛水面垂直距離大于3m時(shí)，開采井與污染源的距離一般為15―30m即可。