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第七章 地下水水质评价. 吉林大学环境与资源学院 地下水科学与工程系 卞建民 水工楼 207. 地下水水质 — 地下水的质量，是地下水水体中所含的物理成分、化学成分和生物成分的综合特征。 地下水水质指标 ①物理性水质指标 ②化学性水质指标 ③生物学水质指标. §7.1 地下水水质评价概述. 物理性水质指标：感官物理性状指标，如温度、色度、浑浊度、透明度、臭和味等；其它指标，如总固体、悬浮固体、溶解性总固体、电导率（电阻率）等。 化学性水质指标：
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第七章 地下水水质评价 吉林大学环境与资源学院 地下水科学与工程系 卞建民 水工楼 207
地下水水质—地下水的质量，是地下水水体中所含的物理成分、化学成分和生物成分的综合特征。地下水水质—地下水的质量，是地下水水体中所含的物理成分、化学成分和生物成分的综合特征。 • 地下水水质指标 • ①物理性水质指标 • ②化学性水质指标 • ③生物学水质指标 §7.1 地下水水质评价概述
物理性水质指标：感官物理性状指标，如温度、色度、浑浊度、透明度、臭和味等；其它指标，如总固体、悬浮固体、溶解性总固体、电导率（电阻率）等。 • 化学性水质指标： 一般的化学性水质指标:如PH值、碱度、硬度、各种阳离子、各种阴离子、总含盐量、一般有机物质等； 有毒的化学性指标:如各种重金属、氰化物、多环芳烃、卤代烃、各种农药等； 氧平衡指标:如溶解氧（DO）、化学需氧量（COD）、生物需氧量（BOD）、总需氧量（TOD）等。 • 生物学水质指标:包括细菌总数、总大肠杆菌数、各种病原菌、病毒等。
地下水水质评价（ quality evaluation of groundwater）—地下水资源评价的重要组成部分，地下水水质评价实际上就是对地下水水质进行定量评价。 • 普查和勘探地下水时，按不同目的和用途，对地下水的物理化学性质进行分析研究后，作出的评价和处理意见。 • 饮用水、灌溉用水和工业用水等都各有其水质标准，评价时要以国家标准作为评价的准则。对于用水项目有直接危害的组分，其允许含量必须严格满足相应的标准要求，对一些虽有影响但无直接危害的组分的允许含量可考虑用水地区的具体条件来确定。
农村供水安全性 • 根据国情，在保证饮水安全的条件下，适当放宽了农村小型集中式供水和分散式供水部分水质指标的限值。并单独列表说明。 • 依据“农村实施《生活饮用水卫生标准》准则”(1991），对感官性状和一般化学指标、微生物指标中的部分指标适当放宽。其放宽的依据为我国的水质调查和流行病学资料表明是安全的。其中砷、硝酸盐指标仍使用原标准的限值 0.05 mg/L与20 mg/L，氟化物指标使用《准则》中二级标准值 1.2 mg/L。细菌总数指标使用《准则》中三级标准值500 CFU/ml。
地下水水质评价存在着时效性问题。 地下水水质评价的时效性主要是由两方面因素决定的，一方面地下水水质的成分极为复杂，地下水中的某些成分以前不被人们认识，但随着科技水平的提高而被认识和检测出来。在进行水质评价时，应以最新标准为依据，不仅考虑水质的现状是否符合标准，还应考虑是否有改善的可能，即经过处理后能否达到用水标准。 另一方面，由于地下水始终处于不断的循环交替之中和自然、人类的影响之下，地下水的水质在不断的变化，勘察阶段所进行的地下水水质评价结果随着时间的推移往往还会有变化，因此，水源地建成后也要进行水质监测并定期进行评价，并预测地下水开采后水质可能发生的变化，提出卫生防护和管理措施。 • 地下水水质评价应反映出区域地下水水质的整体特性。 水质样本的空间分布能够在宏观上最大限度实现对地下水水质状况的控制，在采样点得到的地下水水质信息能够代表整个系统的水质状况。同时，提高成井工艺水平、采样技术及水质检测水平，保证地下水水质评价的精度。
我国地域辽阔，水质情况比较复杂，可能存在的污染物种类多。因此，经过修订后的水质《标准》，由35项增至106项。 其中毒理指标，包括无机化合物和有机化合物。有机化合物种类繁多，包括农药、环境激素、持久性化合物，是评价饮用水安全的重点。一般理化指标反映水质总体性状。感官指标是人能直接感觉到的水的色、味、浑浊度等，最容易引起用户的不满和投诉。 • 增加的指标主要包括： 有机物含量指标如化学耗氧量（CODMn） 有机污染物指标如消毒剂及其副产物、农药、内分泌干扰物、微囊藻毒素等 无机化合物指标 微生物指标 • 此外，增加了资料性附录 硝基苯污染事件，而我国对饮用水中硝基苯的限值尚未制定。由于国际上对硝基苯在水中的限值相差很大，国内尚未系统开展此项指标的毒理学研究，因此，一些国外饮用水指标（28项）被纳入参考指标及限值表中。
§7.2 供水水质评价 生活饮用水水质评价 工业用水水质评价 农田灌溉用水水质评价
一、生活饮用水水质评价 • 基本要求： （1）水的感官性能良好； （2）水中所含化学物质及放射性物质不得危害人体健康； （3）水中不得含有病原微生物。 包括地下水的感官指标、一般化学指标、毒理学指标、细菌学指标和放射性指标。
（一）地下水水质的物理性状评价（感观评价）（一）地下水水质的物理性状评价（感观评价） 优良：无色、无味、无臭、不含可见物，清凉可口（水温7－11℃）。 不良：产生厌恶 ；含有致病物质和毒性物质。 • （二）地下水的一般化学指标评价（普通溶解盐的评价） 常见的离子成分:Cl-、SO42-、HCO3-、Ca2+、Mg2+、Na+、K+、Fe、Mn、I、Sr、Be等。
值得注意的评价项目 • 水的硬度： • 硫酸盐（SO42-） • 碘（I-） • 锶（Sr）和铍（Be ） • 铜（Cu）和锌（Zn） • 氧化亚铁和锰
按2001年1月9日卫生部颁布的《生活饮用水水质卫生规范》,饮用水的总硬度（以碳酸钙计）不应超过450mg/L的限量。以德国度计时，一般不得高于25度。但硬度太小的水，对人体也不宜，规定不得小于8德国度，最好是10－15德国度。按2001年1月9日卫生部颁布的《生活饮用水水质卫生规范》,饮用水的总硬度（以碳酸钙计）不应超过450mg/L的限量。以德国度计时，一般不得高于25度。但硬度太小的水，对人体也不宜，规定不得小于8德国度，最好是10－15德国度。
碘：人体需要适量的碘，制造甲状腺激素，维持碘代谢。人通过饮水、食物和空气从所生存的环境中获得碘，环境中的碘分布是不均匀的，过少或过多都可能导致人罹患地方性碘病，人体如缺碘，会发生甲状腺肿大病和克汀病。高碘对甲状腺功能亢进(甲亢)的发生和儿童的智力有影响。碘：人体需要适量的碘，制造甲状腺激素，维持碘代谢。人通过饮水、食物和空气从所生存的环境中获得碘，环境中的碘分布是不均匀的，过少或过多都可能导致人罹患地方性碘病，人体如缺碘，会发生甲状腺肿大病和克汀病。高碘对甲状腺功能亢进(甲亢)的发生和儿童的智力有影响。 • 碘在淡水中的含量一般很低（0.002－0.01mg/L），易为植物，特别是柳树吸收。
根据碘在环境中的地球化学分异特点，我国地甲病环境类型可分为：根据碘在环境中的地球化学分异特点，我国地甲病环境类型可分为： • 1)山地、丘陵碘淋溶型。为最主要类型，碘被淋溶殆尽，水碘浓度极低，通常在5微克/升以下，如喜马拉雅山、天山、秦岭、大巴山等山地。 • 2)泥炭沼泽碘固定型。碘虽丰富，但被有机质吸附固定，不易析出，造成相对低碘，如东北三江平原区。 • 3)沙土渗漏贫碘型，如新疆沙漠边缘及古河道区。 • 4)石灰岩区碘低效型。因饮水中含大量钙离子，不仅阻碍人体对碘的吸收，还要加速碘的排泄，如贵州石灰岩区。 • 5)碘过剩型。通常与油田有关，矿区井水含碘量可高达10000微克/升以上，它可影响到附近深层地下水的碘含量也在1000微克/升左右，高于普通饮用水100倍。山东省的滨县、利津属这类型。另外，因地势低洼碘的积累形成高碘病区，如山西省的孝义、清徐等县。再有人为因素造成的食物高碘地甲病，如日照县。 • 6)环境污染致甲状腺肿。已有这方面的报道，不论对甲状腺还是人体健康，都是一种潜在的威胁。
（三）对饮用水中有毒物质的限制 有机的和无机。 有毒物质：砷、硒、镉、铬、汞、铅、氟化物、氰化物、酚类、硝酸盐、氯仿、四氯化碳以及其它洗涤剂及农药等成分。 主要是地下水受到污染所致，少数也有天然形成的。 危害：毒性以及强致癌性 。 表现：氟骨症、骨质损害、骨疼病、破坏中枢神经、损伤记忆、造成新陈代谢紊乱、血红蛋白变性、皮肤色素沉淀、脱发、破坏人体器官的正常功能、致癌等，中毒严重者会导致快速死亡。
砷（As）：毒性较大，饮用水中砷的含量大于0.1mg/L时，能麻痹细胞的氧化还原过程，使人容易患血性贫血，并有致癌作用。饮用水中砷的允许含量一般为0.01－0.02mg/L；超过0.05mg/L时不能作为饮用水。砷（As）：毒性较大，饮用水中砷的含量大于0.1mg/L时，能麻痹细胞的氧化还原过程，使人容易患血性贫血，并有致癌作用。饮用水中砷的允许含量一般为0.01－0.02mg/L；超过0.05mg/L时不能作为饮用水。 • 镉（Cd）：具有很强的毒性，能在细胞中蓄积，是一种不易被人体排出的有毒元素。它可使肠、胃、肝、肾受损，还能使骨骼软化变脆，产生骨痛病。有人认为，贫血及高血压也与镉在机体内蓄积有关。饮用水对镉的限量标准为0.005mg/L。
氟化物：氟化物在饮用水中含量过低或过高，都对人体有害。当含氟过低（小于0.3mg/L）时，会失去防止龋齿的能力；含氟量过高（大于1.5mg/L）时，可使牙齿釉质腐蚀，出现氟斑齿，甚至造成牙齿损坏。长期饮用高氟水，还能引起骨骼变形等慢性疾病（氟骨症），甚至残废。饮用水中含氟量的最高限量为1.0mg/L。氟化物：氟化物在饮用水中含量过低或过高，都对人体有害。当含氟过低（小于0.3mg/L）时，会失去防止龋齿的能力；含氟量过高（大于1.5mg/L）时，可使牙齿釉质腐蚀，出现氟斑齿，甚至造成牙齿损坏。长期饮用高氟水，还能引起骨骼变形等慢性疾病（氟骨症），甚至残废。饮用水中含氟量的最高限量为1.0mg/L。 • 汞（Hg）：汞为蓄积性毒物。它进入人体后，可使人的中枢神经、消化道及肾脏受损害，使细胞的蛋白质沉淀，形成细胞原浆毒。妇女、儿童及肾病患者对汞敏感。汞还能从妇女乳腺排出，影响婴儿健康。饮用水标准对贡的限定含量0.001mg/L。
饮水氟含量与健康 • 氟是一种重要的生命必需元素，它符合生物最适营养浓度定律。 • 饮水中氟存在安全阈值，一般为0.6-1mg/L。大于1mg/L易患氟中毒，较低时易患龋齿。 • 氟的最佳阈值与气候条件、水的化学类型、食物品种、生活习惯等因素有关。 • 在改水防病时应引起注意。
在山区和湿润区水氟含量为0.02-0.2mg/L，当氟含量<0.5mg/L时，即可发生不同程度的龋齿。在山区和湿润区水氟含量为0.02-0.2mg/L，当氟含量<0.5mg/L时，即可发生不同程度的龋齿。 • 在干旱区水氟含量一般为0.6-1.52ppm，而病区的饮水中氟含量几乎都大于1mg/L，最高可达28mg/L。 • 吉林省氟病区水氟含量为1.0-1.5mg/L，氟斑牙和氟骨症的发病率分别为22.60%和1.8%。当氟含量为1.6-3.7mg/L时，分别为46.90%和10.60%。当氟含量为4-20mg/L时，其发病率分别为73.60%和32.40%
（四）对细菌学指标的限制 地下水中常含各种细菌、病原菌、病毒和寄生虫等成分，同时有机物质含量较高，这类水对人体十分有害。因此，饮用水中不允许有病原菌和病毒的存在。 限制对象：细菌、病原菌、病毒和寄生虫 。 1.细菌总数，指水样在相当于人体温度（37℃）下经24h培养后，每毫升水中所含细菌总数，规定小于100CFU/ml，CFU为菌落形成单位。 2.总大肠菌群和粪大肠菌群，大肠杆菌本身并非致病菌，一般对人体无害。总大肠菌群和粪大肠菌群每100ml水样中不得检出。
二、工业用水水质评价 • 锅炉用水的水质评价 • 地下水的侵蚀性评价 • 其它工业用水对水质的要求
（一）锅炉用水的水质评价 • 1.成垢作用 概念：水煮沸时，水中所含的一些离子、化合物可以相互作用而生成沉淀，并依附于锅炉壁上，形成锅垢，这种作用称为成垢作用。 危害原理：当锅垢厚了，不仅会影响传热、浪费燃料、降低锅炉使用的效率，有时可使炉壁受热不均，炉壁过热融化，引起锅炉爆炸。
锅垢总重量 H0=S+C+72[Fe2+]+51[Al3+]+70[Mg2+]+118[Ca2+] 式中：H0—锅垢的总重量（mg/L）； S—悬浮物的重量（mg/L）； C—胶体物（SiO2+Al2O3+Fe2O3+……）重量（mg/L）； [Fe2+]，[Al3+]……—离子的浓度(mmol/L)。
按锅垢总量对成垢作用评价 （1）H0＜125时，为锅垢很少的水； （2）H0=125－250时，为锅垢较少的水 （3）H0=250－500时，为锅垢较多的水 （4）H0＞500时，为锅垢很多的水。 • 锅垢 —包括硬质的垢石（硬垢）及软质的垢泥（软垢）两部分。 锅垢的成分通常有CaO、CaCO3、CaSO4、CaSiO3、Mg(OH)2、MgSiO3、Al2O3、Fe2O3及悬浊物质的沉渣等。由于溶解于水中的钙、镁盐类及胶体SiO2、Al2O3、Fe2O3和悬浊物沉淀而产生的。 • 硬垢—由碱土金属的碳酸盐、硫酸盐以及硫酸盐构成，附壁牢固，不易清除。 铍（Be）、镁（Mg）、钙（Ca）、锶（Sr）、钡（Ba）、镭（Ra）六种金属元素。
硬垢总量计算公式： Hh=SiO2+40[Mg2+]+68([Cl-]+2[SO42-]-[Na+]-[K+]) 式中： Hh—硬垢总量（mg/L）； SiO2—二氧化硅含量(mg/L)。
硬垢系数（Kn） —Kn=Hh/H0。 当Kn＜0.25时，为软垢水； 当Kn=0.25～0.5时，为软硬垢水； 当Kn＞0.5时，为硬垢水。
2.起泡作用 • 概念：指水在锅炉中煮沸时产生大量气泡的作用。当泡沫太多时，会使锅炉内水的汽化作用极不均匀和水位急剧地升降，致使锅炉不能正常运转。 • 原因：由于水中易溶解的钠盐、钾盐以及油脂和悬浊物受炉水的碱度作用，发生皂化的结果。钠盐中，促使水起泡的物质为苛性钠和磷酸钠。苛性钠，除了可使脂肪和油质皂化外，还能促使水中的悬浊物变为胶体悬浊物。磷酸根与水中的钙、镁离子作用，能在炉水中形成高度分散的悬浊物。水中的胶体状悬浊物，增强了气泡薄膜的稳固性，因而加剧了起泡作用。
起泡作用可用起泡系数（F）评价。 • F=62[Na+]+78[K+] 当F＜60时，为不起泡的水（机车锅炉一周换一次水）； 当F＝60～200时，为半起泡的水（机车锅炉2～3天换一次水）； 当F＞200时，为起泡的水（机车锅炉1～2天换一次水）。
3.腐蚀作用 • 概念：水通过化学的和物理化学的或其它作用对炉壁的侵蚀破坏称为腐蚀作用。 对金属的腐蚀与水中的溶解氧、硫化氢、游离二氧化碳、氨、氯等气体含量，Cl-、SO42-等离子浓度及pH值的大小等因素有关。锰盐、硫化铁、有机质及脂肪油类，皆可作为接触剂而加强腐蚀作用。温度增高及由此而产生的局部电流，可促进腐蚀作用。锅炉中，随着蒸汽压力的加大，水对铜的危害也随之加重，往往对汽机叶片产生腐蚀。腐蚀作用对锅炉的危害极大，不仅能减少锅炉的寿命，还可能发生爆炸事故。
水的腐蚀性可以按腐蚀系数(Kk)进行评价。 • 对酸性水： Kk=1.008([H+]+3[Al3+]+2[Fe2+]+2[Mg2+]-2[CO32-]-[HCO3-]) • 对碱性水：Kk=1.008(2[Mg2+]-[HCO3-]) • 当Kk＞0时，为腐蚀性水；当Kk＜0，但Kk+0.0503Ca2+＞0时，为半腐蚀性水；当Kk+0.503Ca2+＜0时，为非腐蚀性水（其中，Ca2+的单位以mg/L表示）。
（二）地下水的侵蚀性评价 • 天然地下水对工程建筑物的危害主要表现在对金属构件的腐蚀和对混凝土的侵蚀破坏。当地下水中含有某些成分时，水对建筑材料中的混凝土，金属等有侵蚀性和腐蚀性。当建筑物经常处于地下水的作用下时，应进行地下水的侵蚀性评价。
1.分解性侵蚀 • 概念：酸性水溶滤氢氧化钙及侵蚀性碳酸溶滤碳酸钙，使水泥分解破坏的作用。可分为一般性侵蚀和碳酸侵蚀两种。 • 一般酸性侵蚀 ：Ca(OH)2+2H+=Ca2++2H2O • 碳酸性侵蚀 ：CaCO3+H2O+CO2↔Ca2++2HCO3-
2.结晶性侵蚀 • 概念：混凝土与水中硫酸盐发生反应，在混凝土的空隙中形成石膏和硫酸铝盐（又名结瓦尔盐）晶体。 • 3.分解结晶复合性侵蚀 • 概念：地下水中弱盐基硫酸盐离子的侵蚀，即当水中Mg2+、Fe2+、Fe3+、Cu2+、Zn2+、NH4+……等含量很多时，它们与水泥发生化学反应，使混凝土力学强度降低，甚至破坏。 • 评价指标 —弱基硫酸盐离子总量Me 。 当Me＞1000mg/L，且满足下式时，即有侵蚀性： • Me＞K3-SO42- • 式中：Me―水中Mg2+、 Mg2+、Fe2+、Fe3+、Cu2+、Zn2+、NH4等的总量（mg/L）； • SO42-―水中硫酸根离子的含量（mg/L）； • K3―随水泥种类不同而异的一个常数，介于6000－9000之间，可由有关手册查得。当Me＜1000mg/L，不论SO42含量多少，均无侵蚀性。
（三）其它工业用水对水质的要求 • 不同工业部门对水质的要求不同，纺织、造纸及食品等工业对水质的要求较严格。 • 由于工业企业的种类繁多，生产形式各异，各项生产用水还没有统一的水质标准。 • 目前，只能依照本部门的要求与经验，提出一些试行规定。
三、农田灌溉用水水质评价 • 灌溉用水水质状况 • 内容： ①水温、水的总矿化度及溶解盐类的成分 ； ②由于人类污染造成的灌溉水的pH值和有毒元素对农作物和土壤的影响。 灌溉用水来源：天然地表水、地下水以及工矿废水和生活污水。 （一）农业用水的水质要求 1.温度应适宜； 2.矿化度不能太高 ； 3.水中所含盐类成分不同，对作物有不同的影响。
1、水质标准法 对照国家颁布的农田灌溉用水水质标准进行评价，对有些不适宜灌溉的地下水成分须经进行处理，达到标准后方能进行灌溉。 • 注意：由于医疗、生物制品、化学试剂、农药、石油炼制、焦化和有机化工处理后的废水，因其成分复杂而特殊，不宜用现行的灌溉水质标准评价。 • 在评价中除了依照标准所列的指标外，还应考虑水温的下限、盐份的类型、有机物类型等。在水资源十分缺乏的干旱灌溉区灌溉水的含盐量可适当放宽。
（二）农田灌溉水质评价方法 • 1.水质标准法
2.钠吸附比值法 • 概念：是美国农田灌溉水质评价采用的一种方法，它是根据地下水中的钠离子与钙镁离子的相对含量来判断水质的优劣。 • 反映了钠盐含量的相对值，应用时还应与全盐量、水化学学条件相结合。 • 计算公式为： 式中：[Na+]、[Ca2+]、[Mg2+]表示各离子的摩尔浓度。 当A＞20时，为有害水； 当A=15—20时，为有害边缘水； 当A＜8时，为相当安全的水。
3.灌溉系数法 • 根据Na+、SO42-的相对含量采用不同的经验公式计算的，它反映了水中的钠盐值，但忽略了全盐的作用。 • 计算公式—表8－4。 表8－4 灌溉系数计算表
灌溉系数 Ka＞18时，为完全适用的水； Ka=18～6时，为适用的水； Ka=5.9～1.2时，为不太适用的水； Ka＜1.2时，为不能用的水。
4.盐碱度法 • 河南省地矿局水地质队提出的盐度、碱度的评价方法，目前已被广泛采用。评价指标见表8－5和表8－6。 • （1）盐害：主要指氯化钠和硫酸钠这两种盐分对农作物和土壤的危害。 农作物的根、茎内水分中含盐量很低。当利用高矿化水灌溉以后，由于渗透压的存在，灌溉水中高浓度的盐会向作物内的低浓度方向迁移，而作物内的水则向高浓度（灌溉水）方向运移。农作物因此枯萎死亡。或在阳光作用下使盐分积累在作物的茎叶表面上，使农作物不能正常生长。 • 盐度 —液态下氯化钠和硫酸钠的最大危害含量（单位为mmol/L）。 • 计算方法 ： 当[Na+]=[Cl-]+2[SO42-]时，盐度=[Cl-]+2[SO42-]； 当[Na+]＜[Cl-]+2[SO42-]时，盐度=[Na+]。
（2）碱害 概念—也称苏打害，主要是指碳酸钠和重碳酸钠对农作物和土壤的危害。 腐蚀农作物的根部，使作物外皮形成不溶性腐殖酸钠，造成作物烂根，以至死亡，此外，水中钠离子易与土粒表面吸附的钙、镁等交换，形成富含吸附钠离子的碱土。碱土不具团粒结构，透水性和透气性都很差，干时坚硬、龟裂，湿时很粘，不适于农作物生长。 水质的碱害程度用碱度 —液态下重碳酸钠的危害含量（mmol/L）。 计算公式为： 碱度=（[HCO3-]+2[SO42-]）-2([Ca2+]+[Mg2+])
（3）盐碱害：当盐度大于10时，并有碱度存在时，即称为盐碱害。 • 危害 ：①能使土壤迅速盐碱化 ；②对农作物的根部有很强的腐蚀作用，使农作物死亡。 • （4）综合危害：除盐害碱害外，水中的氧化钙，氧化镁等其它有害成分与盐害一起对农作物和土壤产生的危害，称为综合危害。 • 评价的指标如表8—5所示。如果只有盐害和碱害的水，可按表8—6所规定的指标评价。
