地下水盐运动

地下水在孔隙或裂隙中的运动称为渗流。它在一定条件下符合线性渗流定律(即达西定律)。

v=kJ (1)

式中，v为地下水渗流速度；k为渗透系数；J为水力坡降(即单位距离的水位差)。

在多孔介质中的地下水流，当雷诺数大于10时，其水流状态为非线性层流。水流随着雷诺数的增大而逐渐过渡到紊流状态区，运动不再符合达西定律。在紊流运动条件下，地下水的渗流服从谢才公式。

式中，C为谢才系数；R为水力半径。

在自然条件(降雨、蒸发等)和人为因素(如灌溉、排水和修建水工建筑物等)影响下，地下水形成水力坡降而产生运动。

地下水含水层中盐分运动即溶质运移，主要通过扩散(水动力弥散)和对流2种途径。由于溶质的分子扩散和弥散作用，可用菲克定律表示，即通过单位断面面积的溶质通量与溶质浓度的梯度成正比。在均质各向同性条件下，可写成如下关系式：

式中，J1为由于水动力弥散作用而产生的溶质通量；dc/ds为溶质浓度梯度；D为弥散系数。

由于对流而产生的溶质通量，即随同地下水运动而产生的溶质通量为

J2=μ0vc (4)

式中，J2为由于对流作用而产生的溶质通量；为含水层的有效孔隙率；D为地下水的孔隙平均流速；C为溶质在地下水中的浓度。

地下水中的盐分是随水流而运移的，水动力弥散和对流2种作用往往同时存在，但在某些情况下可能以某一作用为主，而另一种作用则处于次要地位。在已知地下水流各项要素和水盐运动基本参数的情况下，可通过式(3)、式(4)求得盐分的运移通量。

地下水中硝酸盐是一种日益增加且分布广泛的污染物质。地下水中大量的硝酸盐氮主要来源于居民生活污水与垃圾粪便、化肥、工业废水、大气氮氧化合物干湿沉降以及污水灌溉等。

硝酸盐污染化肥的施用引起的污染

一般认为，过量施用氮肥是造成地下水硝酸盐污染的主要原因。自上个世纪初实现氮素化肥的人工合成以来，全球农作物单位面积产量的大幅度提高在很大程度上依赖于氮素化肥施用量的不断增加。农田施用氮肥虽然使粮食产量至少增加40%，但因为农作物种类和施肥技术不同，施用的氮肥仅有25%～85%被植物吸收利用，大部分氮肥经各种途径进入环境中，尤其是农田氮肥的径流损失和淋溶损失，使得许多地表水和地下水硝酸盐含量过高。

硝酸盐污染生活污水及粪便引起的污染

生活污水和居民生活区的粪便是造成地下水污染的一个重要来源。大量的生活污水、粪便通过渗井与化粪池渗入地下，其有机氮化合物在土壤微生物的作用下，分解产生的氨基酸，经氨化作用合成氨，再经亚硝酸盐细菌作用转化为亚硝酸盐，最后经硝化细菌的作用而氧化为硝酸盐，从而造成地下水中硝酸盐污染。

硝酸盐污染工业污水引起的污染

由于现代工业的发展，特别是食品、皮革、造纸等轻工业均排出含大量有机物的废水，这些有机废水可通过渗透作用进入地下水中，并转化为硝酸盐，为硝酸盐的形成提供了物质条件。而且，一些机械化学等工业每年还使用大量与硝酸盐有关的原材料，这些原材料流失到河、湖、土壤、大气与地下水等环境中的数量可占一半以上，造成严重的水体污染。

硝酸盐污染大气氮氧化合物干湿沉降引起污染

因为煤、石油、天然气、植物等的燃烧也产生了大量的氮氧化合物。通过化学作用后，形成硝酸盐类沉降下来，或随雨水降落到地表、土壤和河、湖中，最终也能进入到地下水。

硝酸盐污染污水灌溉引起的污染

近年来，随着水资源的日益紧张。污水灌溉增多。污水灌溉面积大幅度增加，污水水质也发生了明显的变化，污染物浓度增高。灌溉面积己从1963年仅有63万亩发展到1998年的5427万亩，占全国总灌溉面积的7.3%，特别是1978到1980年污灌面积从500万亩猛增到2000万亩。利用污水灌溉虽然在一定的程度上可以缓解农业用水和水资源短缺的矛盾。在利用污水中大量有机物作为肥料的同时，污水也得到了一定的净化，但是污水中含有大量的有机氮化合物，如果灌溉不合理，它们不仅污染了农田环境，对土壤和农作物形成直接危害，而且在土壤微生物参与下，污染地下水，导致地下水中硝酸盐的增加。

硝酸盐污染地下水超采引起的污染

20世纪50年代以来，随着城市规模的不断扩大和工农业生产的迅速发展，城市用水量也随之增加。本世纪以来，地下水超采严重，引起水位持续下降，形成了地下水降落漏斗，改变了水动力条件，加速了污染的范围。同时由于水位下降，原先的饱水带变为包气带，氧化还原作用增强。促进了有机物分解及二氧化碳分压增大，从而进一步溶解了土体中原先难溶解的砂砾石等物质，使地下水体中溶解性总固体含量上升，总硬度升高。

内 容 提 要

本书重点介绍浅层地下水的消耗、补给、更新、排泄等循环过程；天然状况或人类活

动条件下地下水的运动规律和计算方法；地下水与环境的关系以及地下水调控等方面的

内容。全书分五章，内容包括：地下水的形成及其特征；地下水运动的基本方程、水井开

采及河渠影响条件下地下水的计算以及水文地质参数的测定方法；地下水文要素和地下

水资源评价的多年均衡法；地下水水质与环境；地下水水、盐动态、监测以及地下水调控

原理。

本书是作者在参阅国内外大量有关文献资料和总结多年从事地下水开发利用、地下

水资源评价、地下水非稳定流计算及溶质运移理论等方面教学和研究成果的基础上，按照

地下水循环、地下水控制以及地下水与环境这一体系编写的。本书可作为农田水利工程专

业的选修课教材，也可作供水文地质、水文与水资源、环境工程等专业的学生以及有关专

业科研和工程技术人员参考。