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《ActaGeologicaSinica雜志》2016年第4期

摘要：

地下水系統是包含地質環境、地下水動力、地下水化學等子集的綜合系統，早在2000年前的古羅馬時代，人們就已應用水文地球化學方法開展地下水的水化學特征、地下水補給、徑流與排泄等研究。近現代同位素技術的發展，為開展地下水補給和可更新性、追蹤地下水污染等方面的研究，提供了極大幫助。研究者通過分析地下水樣品的水文地球化學指標，如K＋、Ca2＋、Na＋、Mg2＋等離子，結合δ18O、δD、δ37Cl、δ81Br等穩定同位素指標，在地下水徑流特征分析、水巖相互作用過程、地下水咸化、地下水資源管理以及地下水水質問題等研究方面取得了大量成果。本文概述了國內外近年來應用水文地球化學與同位素結合的手段進行地下水系統研究取得的成果及進展，著重回顧了在地下水咸化、地下水硝酸鹽及微量有機污染以及地下水資源管理研究中的應用成果。文末討論了應用水文地球化學與同位素結合的手段研究地下水系統的基本方法，探討了開展地下水質質量評價與地下水資源管理的科學方法，展望了水文地球化學與同位素方法在地下水有機污染調查研究中的應用前景，認為該方法可以為地下水中新型及持久性有機污染物的來源及污染特征研究提供重要支撐。

關鍵詞：

水文地球化學；同位素；地下水；硝酸鹽；微量有機污染物

自從古羅馬哲學家老普利尼記錄第一條水文地球化學規則以來———流水呈現出與它所經過的巖石相似的性質———科學家和哲學家對水文地球化學的運用已經歷了2000余年。早期的水文地質研究傾向于水巖相互作用、徑流走向、水文地球化學循環特征等方面，現代水文地球化學更注重應用于水資源管理及水污特征染等的研究。上世紀60、70年代，隨著工業化進程加劇，水資源短缺與水質惡化問題凸顯，水文地球化學在地下水污染及相關問題研究中的作用更為重要。與此同時，元素的檢測儀器從原子吸收光譜（AAS）發展到電感耦合等離子體發射光譜儀再到電感耦合等離子體質譜，多元素同步檢測以及含量在μg／L水平以下微量元素的檢測技術取得突破，水文地球化學的應用得以擴展到酸雨、孔隙水等微小體積樣品分析領域。對水資源評價和水質分析做出重要貢獻的另一工具———穩定同位素技術在這段時期也得到快速發展。1961年，Craig在《科學》雜志上發表了經典文章“isotopicvariationsinmeteoricwaters”（全球降水的同位素組成差異），標志著同位素手段在自然水體中的系統應用開始。歷經50余年的發展，同位素手段已與水文地球化學分析手段緊密的融合在一起，在建立地下水循環過程概念模型、了解水質演化、判斷地下水補給水源以及地下水溶質的溯源等方面發揮著重要的作用。眾所周知，地下水資源是干旱、半干旱地區工業、農業和生活用水的重要來源。例如在西班牙，地下水提供了全國總用水量的1／5，并灌溉了全國1／3以上的農田。我國首都北京市同樣處于溫帶半干旱半濕潤地帶，水資源天然稟賦不足，全市2／3以上的供水量來自地下水資源?。自20世紀70年代以來，北京因地表水的減少和地下水開采量增加，地下水逐年虧損。超量開采地下水造成水位下降，形成水位降落漏斗，產生地面沉降、水質污染等問題?。為緩解緊張的用水形勢，保障城市供水，很多地區利用再生水進行農田灌溉。但目前多數城市工業廢水和城市生活污水排放量大幅增加，污水處理設施能力明顯不足，再生水灌溉嚴重威脅到地下水水質安全。在沿海地區，地下水超采還會引發海水入侵，導致地下水咸化、地下水水質退化等問題。面臨日益嚴峻的地下水資源短缺及地下水水質惡化等問題，人們迫切的需要在地下水水質狀況、污染狀況、污染物來源、遷移及歸趨、水資源管理等等方面展開深入細致的研究。水文地球化學特征與同位素特征分析相結合的研究方法，已成為廣大研究者用于研究地下水資源管理及污染物來源及遷移轉化的重要手段。本文將就水文地球化學與環境同位素分析手段在地下水資源與水質評價研究中的應用現狀與成果做一回顧，著重概述水文地球化學與環境同位素分析手段在地下水補給來源、地下水咸化過程、地下水污染及地下水資源管理研究中的應用。并在此基礎上討論應用水文地球化學與同位素方法研究地下水系統的基本方法，探討開展地下水質質量評價與地下水資源管理工作的科學方法，展望今后水文地球化學與環境同位素分析方法的應用空間及有關發展趨勢。

1地下水的補給與演化

水文地球化學與同位素分析手段是描述地下水補給來源與揭示地下水演化規律的有效研究方法，被廣泛應用于多個地區地下水系統的研究中。研究者將地下水樣品中的δD、δ18O值與當地大氣降水線比較，如果二者擬合程度好，則說明研究區地下水主要源自大氣降水的入滲補給。DongJiannanetal．（2014）研究了我國四川省廣元市的地下水來源與演化，將研究區地下水的δD、δ18O值投影到西南地區δD－δ18O值關系圖上，發現均落在降水線附近，如圖1所示，即認為該區地下水主要來源于大氣降水補給。ZhaiYuanzhengetal．（2011）比較了北京市平原區地下水與北京地區大氣降水中的δD－δ18O關系，發現地下水中的δD、δ18O平均值明顯低于大氣降水中的δD、δ18O值，地下水中的δD－δ18O線性斜率亦小于大氣降水線。據此，作者得出該區域地下水主要來源于大氣降水的入滲補給，并認為地下水在補給過程中經歷了不同程度的蒸發作用影響。Chenetal．（2014）在地下水系統的研究中，除分析D和18O同位素外，還增加了37Cl和81Br的指標，用于更為準確的判斷地下水的補給來源，以及揭示地下水形成初期所經歷的地球化學演化過程。δ37Cl和δ81Br同位素組成的變化可對一些物理過程如蒸發、稀釋、離子交換等起到指示作用，蒸發作用使樣品中δ37Cl和δ81Br值升高，而海水稀釋則使δ37Cl和δ81Br值降低，其中δ81Br的變化幅度更為顯著。通過分析中國北方某地區地下水中δ37Cl－δ81Br相互關系以及δ37Cl和δ81Br與TDS之間的關系，Chenetal．（2014）準確區分了經歷蒸發作用與海水稀釋的兩個地下水演化系統，如圖2所示。圖中可見，冀中地下水系統經歷的蒸發作用明顯，而黃驊地下水系統則主要經歷了海水的稀釋作用。

2地下水咸化

海濱地區地下水超采引發海水入侵災害造成地下水咸化，在干旱半干旱地區尤為嚴重。在葡萄牙的大西洋海岸，從北部的Aveiro到南部的Algarve，都發生了因超采引起的地下水咸化災害，并逐步向內陸延伸。我國環渤海地區由于淡水資源匱乏，地下淡水資源是居民飲用水及工農業用水的重要組成部分，地下水連年超采，引發嚴重的海水入侵，已經破壞了部分濱海水源地。除海水入侵以外，地下水的咸化還歸因于其他過程，如蒸發濃縮過程、污水回灌、古咸水補給、表層水鹽分溶解與滲濾以及水巖相互作用使礦物溶解等。很多地區地下水咸化往往是上述幾個因素共同作用的結果，要區分地下水咸化的來源及主要作用過程，將是一個非常復雜的難題。環境同位素的組成特征是識別海水入侵及其他地下水咸化過程的重要工具。當地下水咸化主要是由海水入侵引起時，地下水的同位素組成（δ18O和δD）呈現出與海水一致的變化。而地下水發生鹽分礦物溶解、或表層鹽水滲濾導致地下水鹽度增高時，地下水的δ18O和δD同位素組成則并不會發生變化（圖3）。結合Ca2＋、Mg2＋、總溶解性固體等水化學特征，就可以區分地下水咸化的不同來源。圖3不同咸化過程地下水同位素組成與鹽度變化關系Fig．3δ18Ovssalinity：changeinisotopiccompositionofwater，ascribedtodifferentsalinizationprocessesCaryetal．（2015）通過分析地下水中溶解氧、電導率、總溶解性固體（TDS）以及Ca2＋、Mg2＋等多種離子含量，結合δ2H，δ18O，δ87Sr和δ11B等多元素同位素組成，探討了巴西東北部重要沿海城市Recife地區地下水咸化的來源與主要過程。淺層地下水中δD和δ18O同位素分析表明咸化是由古海水匯入以及淺層地下水蒸發濃縮造成的，深層地下水中Na、B、Ca、Sr等水文地球化學特征顯示有明顯的咸水引入，并發生相應的離子交換。YangJilongetal．（2012）、Xueetal．（2000）通過水文地球化學與環境同位素結合分析，對我國濱海地區地下水海水入侵程度、鹽分來源以及入侵機理進行了研究。研究者以大連大魏家水源地為研究對象，對地下水δD和δ18O同位素的組成進行了分析，結合Cl－濃度分布，作者認為研究區除海水入侵淡水含水層增加了地下水中的鹽分外，淺層地下水的蒸發也對地下水中鹽分的累積起到了重要作用。根據不同水體中δ34S－δO4、δ13C－HCO3等同位素特征，結合水化學成分（如SO42－、Cl－）分析認為，研究區微咸水和咸水并不是地下水淡水和海水機械混合而成，而是在混合作用基礎上還發生了如石膏、碳酸鹽巖的溶解和沉淀等地球化學作用。通過對環境穩定同位素（δ2H、δ18O和δ13C）和放射性同位素（3H和14C）進行分析，結合地球化學數據，Carreiraetal．（2014）識別出葡萄牙內陸地區地下水咸化的主要來源包括：海水入侵、深層鹽水稀釋、以及淺層灌溉水的蒸發。研究區大部分地下水的δD、δ18O值均位于全球降水線上或在附近，說明當地地下水主要來自降水補給。在近海地區，地下水Cl－濃度升高，電導率升高，體現出與海水混合、鹽分溶解的影響。利用放射性C同位素、環境穩定同位素和水文地球化學資料，便可從多種途徑解釋地下水鹽分升高的來源，甚至區分古海洋水和現代海水的入侵比例。而近代人為活動如對地下水超采、采用污水灌溉等，已成為僅次于海水入侵引發地下水鹽化、地下水水質退化的過程。采用Cl離子與δ18O的關系作為指示地下水蒸發濃縮程度的一個經典常用指標，可以指示污水回灌引起的鹽分變化。

3地下水污染

自古代以來地下水水質就與人類活動息息相關，隨著近現代工業化不斷發展，人類對地下水資源需求量增大，地下水位不斷下降，取水井深不斷增加，地下水污染逐步顯現（圖4）。其中，農業面源污染、城市生活污水及工業固體廢物處置是造成地下水有機與無機污染的主要人為活動（Edmunds，2009），也是目前研究者重點關注的研究領域。近50年來，為了應對人口增長對糧食的需求，以地下水灌溉為前提的農業生產活動，如印度等國家為提高糧食產量提出的“綠色革命”，造成了地下水位的持續嚴重下降（Perrinetal．，2011）。在我國，單位耕地面積化肥及農藥用量分別為世界平均水平的2．8倍和3倍，大量化肥和農藥通過土壤滲透等方式污染地下水；部分地區長期利用污水灌溉，對農田及地下水環境構成危害，農業區地下水氨氮、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮超標和有機污染日益嚴重?。人口急劇增長和城市規模擴大使生活污水的排放量不斷增加，而廢污水處理設施建設相對滯后，大量廢污水未經處理或者未處理完全即排放到環境中，成為地下水污染的重災區?。我國大部分農村地區的生活垃圾仍處在隨意丟棄的階段，城市地區多處非正規垃圾填埋場幾乎沒有防滲措施，垃圾滲濾液嚴重威脅地下水環境安全。工業固體廢物的不當處置會造成滲漏污染地下水，石油化工行業勘探、開采及生產等活動顯著影響地下水水質，工業企業通過滲井、滲坑和裂隙排放、傾倒工業廢水，造成地下水污染。當前，我國相當部分地下水面臨嚴重污染，部分地區地下水污染程度仍在不斷加重?。當前及未來形勢下，人類需要識別地下水污染的來源，追蹤地下水污染物的遷移轉化行為，了解地下水污染物的消減機制，為地下水資源的再生及可持續利用提供支持。

3．1硝酸鹽污染

硝酸鹽是地下水中最為普遍的一類污染，主要與農業上施用氮肥等活動、垃圾集中處理、工業廢水排放、動物養殖等活動相關。不同來源的硝酸鹽顯示出不同的N、O同位素比值特征。因此，通過分析地下水中硝酸鹽的δ15N與δ18O值，可以判斷地下水中硝酸鹽污染的主要來源。結合水文地球化學數據，還可對硝酸鹽污染物的生物地球化學轉化過程進行評價。研究資料顯示，工業化肥的δ15N－NO3一般在－9．2‰～＋14．5‰之間，而動物糞肥的δ15N－NO3一般在10‰～20‰之間，且δ18O－NO3普遍低于15‰。Matitatos（2016）分析了希臘中部Asopos盆地24孔井水中硝酸鹽的同位素，結果表明，δ15N－NO3位于－9．2‰～＋14．5‰之間，平均5．4±1．2‰（n＝24）；δ18O－NO3位于－2．6‰～＋13．8‰之間，平均2．5±1．5‰（n＝24）。結合十項水文地球化學指標的分析（電導率，Mg2＋，Cl－，SO2－4，NO－3，TotalOrganicCarbon，K＋，As，SiO2andZn），Matitatos（2016）推斷Asopos盆地研究區地下水硝酸鹽污染主要來自城市和工業廢污水。地下水硝酸鹽的生物地球化學轉化過程，包括硝化作用與反硝化作用，從N、O的同位素比值變化上有所反映。好氧條件下的硝化過程中，14N發生富集而15N貧化，δ18O－NO3值介于＜－5‰到＋15‰之間。厭氧條件下，NH4＋迅速完成硝化反應，生成富集15N的硝酸鹽產物。地下水硝酸鹽的硝化速率受含水層巖石組成的影響，水稻田的灌溉補給和反硝化作用可顯著降低地下水硝酸鹽濃度（Chaeetal．，2009）。

3．2硫酸鹽污染

地下水中NO3－富集，會促進沉積巖含水層中的硫鐵礦發生氧化，進而使地下水硫酸鹽濃度升高。硫酸鹽是地下水中普遍存在的一類化合物，來源于多種人為源和自然源，包括土壤施用的農業化學品淋濾、酸雨、石灰巖含水層中硫化鐵礦物的氧化與溶解等。飲用水中硫酸鹽含量過高，還會影響到水的硬度和口感。不同來源的硫酸鹽δ34S和δ18O值表現不同，硫鐵礦氧化生成的硫酸鹽化合物具有δ34S和δ18O極度貧化的特征，而未遭受人為污染的深層水顯示出與前工業化時代降水一致的δ34S富集的特征。在區域尺度上多個含水層交界的地下水系統中，研究者利用硫酸鹽的δ34S和δ18O同位素指標作為硫酸鹽的物理過程和生物地球化學過程的指示物。為探究地下水中硫酸鹽的人為源與自然源（硫鐵礦氧化）組成關系，Moncaster等（2000）通過一個簡單的二維模型模擬了理想狀態下石灰巖含水層中硫酸鹽的不同來源關系（式1）。假設在這個理想系統中，硫酸鹽無轉化無沉淀，則：Cg·δ34S（SO4）g＝Ca·δ34S（SO4）a＋Cp·δ34S（SO4）p，（1）其中，C：濃度；δ34S（SO4）：硫酸鹽S同位素組成；g：地下水總硫酸鹽；a：人為源硫酸鹽；p：硫鐵礦氧化硫酸鹽；由于：Cg＝Ca＋Cp，則：δ34S（SO4）g＝（n）（δ34S（SO4）a）＋（1－n）（δ34S（SO4）p），其中，n＝人為源硫酸鹽的比例。利用上述模型，Moncaster等（2000）計算得到在LincolnshireLimestone含水層地下水約有66％～88％的硫酸鹽來自人為源（圖5），印證了當地淺層地下水主要是遭受污染的現代水的說法。

3．3微量有機污染

在我國，地下水有機污染研究起步較晚，但已在一些地區發生了嚴重的地下水有機污染事件，持續發展的高靈敏度和高選擇性分析測試技術使得地下水中的新型微量污染物得以不斷被檢出。當前，各類化學品通過工業廢水、礦山等點源污染和土地施用化肥、農藥等面源污染進入到地下水中，地下水的有機污染已引起越來越多的關注。地下水污染研究已從無機污染轉向有機污染，微量有機污染上升為地下水環境保護領域的首要問題。研究普遍認為，地下水中的有機污染與畜牧養殖、農業化肥與農藥使用等人類活動相關。進入到地下水中的污染物在下滲過程中會通過土壤吸附、生物降解、稀釋等自然作用消減，但一些污染物也有可能在地下水中富集，或生成更頑固的中間產物。此外，污水處理廠排放的廢水及地下水污水回灌也給地下水系統帶來大量有機污染。相較城市建設的進程，很多污水處理設施的建設明顯落后，部分未達標處理的廢污水排入地下水，造成地下水有機污染加重。圖6總結了地下水中有機污染的主要來源與遷移途徑。可以看到，地下水系統面臨來自人類活動的多重污染。地下水中的微量有機污染物的含量及遷移轉化等行為，與化合物的水溶解度S、辛醇－水分配系數logKow、有機碳－水分配系數logKoc等物理化學特征密切相關。水溶解度高、logKow高的化合物傾向在地下水中富集，如2環、3環和4環多環芳烴（logKow＜5）相較5環和6環（logKow＞6）多環芳烴在地下水中的檢出率明顯較高。此外，含水層的地質條件、水文地球化學特征也是影響地下水中微量有機污染物富集的關鍵因素。非承壓含水層及地下水滯留時間短的含水層，如卡斯特含水層和淺層沖擊含水層，通常微量有機污染物的含量較高。硝酸鹽、硫酸鹽是地下水人為污染的重要指標，人為活動的影響較多的地方大部分顯示出地下水中NO3－、SO42－離子濃度較高的特征，NO3－、SO42－離子濃度結合δ15N－NO3、δ18O－NO3和δ34S－SO4、δ18O－SO4同位素特征分析，可進一步識別出地下水中不同有機污染物的來源及貢獻。應用水文地球化學分析與穩定同位素特征相結合的手段，探尋地下水有機污染物的來源及轉化，在有工廠污水排放、畜禽養殖、污水回灌等多種人類活動混合的復雜區域，顯得更為有效。GuoHuamingetal．（2001）選擇我國南陽油田作為研究區，根據近似地下水流線方向地下水中總油質量濃度和水化學分析結果，發現有機物污染嚴重的地方地下水總油質量濃度就高。由于硫酸鹽與總油質量濃度之間的變化關系明顯，作者認為硫酸鹽可作為地下水有機污染的地球化學標志物。Estevezetal．（2016）對位于西班牙某高爾夫球場地下水中的微量有機污染物進行了分析，包括一些優先控制的微量有機污染物（多環芳烴、有機氯農藥等）以及典型新型持久性有機污染物（藥物）的含量情況，同時分析了地下水中δ15N－NO3、δ18O－NO3和δ34S－SO4、δ18O－SO4同位素。作者發現污染物的含量與地下水的水文地質條件、穩定同位素特征之間均存在明顯的相關關系。位于補給區域的井水中污染物含量以及δ15N－NO3同位素指標均處于較低水平；而用于灌溉的再生水中的硝酸鹽、六氯苯、毒死蜱等有機污染物濃度δ15N－NO3、δ34S－SO4同位素明顯較高。因此，在研究地下水中的有機污染物時，可以根據研究區的水文地質特征及穩定同位素特征選擇適合的監測井。Sassineetal．（2015）首次使用三嗪類農藥（阿特拉津、西瑪津及其降解產物）作為農業活動污染的指示物，結合Na＋、K＋、Cl－、NO32－等水文地球化學指標，及δ18O、δD、87Sr／86Sr等同位素特征分析，對法國某地淺層沖擊含水層的補給水源進行了識別。經主成分分析證實，這種多參數研究手段可以應用于較大尺度上地下水補給的來源以及地下水質量的管理研究。

4地下水資源管理

位于多個地區交界的含水層地下水資源管理需要精確而又詳細的含水層邊界與補給水源資料，對于地熱資源這種十分寶貴的綜合性礦產資源尤其如此。Pannonian盆地是歐洲最大的內陸盆地，橫跨匈牙利、羅馬尼亞、塞爾維亞等八個國家和地區，隨著各國對地下水資源的需求不斷加大，建立一個共同的地下水與地熱資源的管理方案十分必要。借助于Cl－、NO3－、NO2－、SO42－等離子及元素分析，以及δ18O、δ2H和3H、14C同位素分析，Szocsetal．（2013）嘗試對斯洛文尼亞東北－匈牙利西南部的跨界含水層進行描述。作者發現在斯洛文尼亞與匈牙利之間的地熱資源確實存在跨界傳輸，兩側的地下水均為Na－HCO3型、中度礦化，補給水源均來自大氣降水，地下水從斯洛文尼亞流向匈牙利方向。在Lendava－Szolnok附近的含水層地下水類型雖然接近，卻相對破碎且沒有傳輸關系（圖7）。通過14C測年監測，斯洛文尼亞一側的地下水存在年代更古老的水源補給。作者認為地下水的地球化學組分變化可以提示補給路徑與水源的變化，δ18O、δ2H、δ13C等同位素的監測可以幫助獲知地熱資源的傳輸機制，這些信息對于地下水資源的適度開采和科學管理十分重要。在澳大利亞的LatrobeValley，煤礦開采、頁巖氣開采、農業活動、居民生活用水等對地下水資源需求巨大，近30年來地下水位下降嚴重。為探討含水層之間的水力聯系以及了解地下水滯留時間，評價LatrobeValley地區地下水資源的可持續性，Hofmannetal．（2013）分析了地下水中的水文地球化學指標，包括Ca2＋、K＋、Mg2＋、Cl－等，以及穩定同位素信息，δ18O、δ2H等，采用3H、14C同位素測定地下水的年齡，建立了地下水在不同含水層之間運移與交換的概念模型。研究區煤礦和頁巖氣開采使地下水流向發生了改變，不同含水層之間的主要離子、穩定同位素特征、87Sr／86Sr等特征均比較接近，但14C的分布不一致，說明各含水層在水平和垂向上都發生了混合，不可再生的古地下水向第三紀到第四紀含水層作出了補給。為保障當地地下水資源的再生能力和可持續利用，必須對煤礦和頁巖氣開采采取規范和限制措施。同樣，Warneretal．（2013）研究了美國Fayetteville地區非常規天然氣開采對地下水資源的影響，利用多個地球化學指標、CH4及其C同位素δ13C－CH4，以及其他多種同位素特征的分析結果，并未得到淺層地下水質量退化與天然氣開采存在相關關系的結論。上述研究結果有助于解決競爭性用水的問題，為區域性地下水資源管理提供支持，而這樣的結論單純通過地下水位分析是不能得到的。

5討論

5．1地下水水質評價

地下水資源作為干旱半干旱地區人們生活、生產活動的主要水源，在水質和水量上都受到來自人口增長和氣候變化的威脅。隨著人口增長及糧食產量提高，地下水資源的需求量不斷增加，多個地區地下水超采嚴重，地下水位持續下降。各類工業廢水、礦山開采產生的固體廢物以及油氣開采等活動中的大量深井，不但使各類有機和無機污染物源源不斷的進入地下水，還從水文地質環境上改變了地下水的流向及匯流路徑，地下水水質退化趨勢明顯。應用水文地球化學方法與環境同位素方法結合研究地下水系統，不僅可以識別地下水的水化學特征、水化學成分及水質的演化過程，還可以追溯污染物的來源，區分自然源和人為源的特征，描繪跨界含水層間的源匯關系，為地下水資源的合理開發和利用提供科學依據。當前，地下水水質評價仍以硝酸鹽、鐵、錳等無機指標為主，我國至今仍沿用的《地下水質量標準GB／T14848－93》，由原國家環保總局于1994年，地下水質量評價體系共包含39項指標，其中的微量有機污染物指標僅有六六六和滴滴涕2項。然而地下水的有機污染一直存在，且隨著工業化發展有不斷加重的趨勢。日益先進的檢測技術使得更多微量有機污染物被檢出，地下水微量有機污染的研究進入蓬勃發展的階段。2005年，國土資源部啟動全國地下水污染調查評價工作，地下水微量有機污染物調查指標大幅增加至39項，包括鹵代烴15項，氯代苯5項，單環芳烴8項，有機氯農藥11項，其中檢出36項。隨著城市化進程的加快，工業污染和農業污染大幅增加，大量未被列入地下水質量監控的新型微量有機污染物進入到地下水環境中，對生態環境和人體健康造成潛在威脅。今后，水文地球化學與同位素相結合的分析手段將在地下水中微量有機污染物的來源、遷移和轉化研究中發揮重要作用，為完善地下水質量評價體系提供支撐。此外，污染物在進入到地下水環境的過程中會經歷物理、化學、生物等過程，發生吸附、稀釋、降解及轉化，一部分生成更為頑固的中間產物。目前，對地下水微量有機污染的中間產物的研究還未展開，在今后應考慮加大研究力度。

5．2地下水資源管理

地下水資源管理是在充分了解地下水資源和開發利用狀況及動態的前提下，運用行政、法律、經濟、技術等手段，對地下水開發、利用和保護實施組織、協調、監督，實現地下水資源可持續利用和生態環境的有效保護（WenDongguang，2002）。水文地球化學方法在了解地下水的水化學特征、查明地下水的補給、徑流與排泄以及闡明地下水成因及資源的性質上卓有成效，環境同位素技術在研究地下水補給和可更新性、追蹤地下水的污染方面，是當前國內外較為新穎的方法之一。將水文地球化學方法與同位素方法結合，研究者能夠把大氣水－地表水－地下水視為統一的“系統”，進而定量研究其轉化關系，為地下水資源管理提供科學支撐。目前許多國家已將水文地球化學方法與同位素方法列為地下水資源調查中的常規方法。水文地球化學指標除了測定地下水中常規的八大離子，即K＋、Ca2＋、Na＋、Mg2＋、HCO3－、Cl－、NO3－、SO42－及總溶解固體TDS等外，還包括Fe2＋、Mn2＋、F－、CO32－等離子，根據含水層情況而定。同位素指標方面，應用氫氧穩定同位素確定地下水的起源與形成條件，應用氘、14C測定地下水年齡，追蹤地下水運動，確定含水層參數，應用34S研究地下水中硫酸鹽的來源，分析地下水的遷移過程，應用11B／10B研究鹵水成因等方面都有重要進展。地下水資源的保護目標，不僅包括水質，使其不受人類社會經濟活動的污染，還要保護水量的可持續利用。新時期的地下水資源保護應把提高地下水資源保障能力、改善人民群眾的飲水質量和生存環境質量、保護生態、減輕或避免地下水不合理利用產生的地質災害等放在重要位置，實現從重開發、輕保護到保護與開發利用并重的戰略轉變，加強水源保護，減少人為水災，促進人水和諧。

6結論

地下水資源是人類十分寶貴的戰略資源，地下水資源的更新和可持續利用是關系到國計民生的重大問題。為科學解決這一問題，必須要加強對地下水系統特征的認識。從國內外現有研究成果來看，水文地球化學方法結合同位素方法是認識地下水資源屬性、劃分地下水系統的有效方法。大量研究工作表明，人類活動已成為控制某些地區地下水環境演化的主導力量，地下水的水質及水資源量都與人類的活動強度直接相關。地下水污染研究已從無機污染轉向有機污染，微量有機污染上升為地下水環境保護領域的首要問題。應用水文地球化學方法與同位素方法結合，能夠準確地描述描述地下水系統中各類污染物的來源、徑流及排泄，能夠科學地認識地球系統的自然行為與人類擾動的影響，在更廣闊的視野和可持續發展的戰略思想上去發展水文地質學科。

參考文獻：

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作者:焦杏春 單位:中國地質科學院生態地球化學重點實驗室 國家地質實驗測試中心