地下水的来源、储存方式、污染成因和污染过程解密

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地下水的定义和用途

地下水

地下水是淡水（来自雨水或融化的冰雪），浸泡在土壤中，渗入土壤并储存在岩石之间的微小空间（孔隙）中。

它可以在地下停留数十万年，也可以渗出地面，帮助填充河流、溪流、湖泊、池塘和湿地。地下水可以作为泉水进入地表，也可以从井中抽取。这两种途径都是获得饮用地下水的常见方式。

地下水占淡水资源的近95%。城市、家庭和农业供水的大约50%来自地下水。

02地下如何储存水

地下水储存在岩石和沙粒、土壤和砾石之间的狭小空隙中。

松散排列的岩石（如沙粒和砾石）的存水程度取决于岩石颗粒的大小。排列均匀大小的颗粒层（如沙粒）往往容纳更多的水。

孔隙度（岩石材质容纳水的程度）也受到岩石颗粒形状的影响。圆形颗粒比具有锐边的颗粒更紧密接触。具有角形边缘的材质具有更多的开放空间，可以容纳更多的水。

地下空间结构

地下水存在于两个区域：非饱和带和饱和带。

非饱和带是在地表之下的空间（空隙），含有水和空气。

饱和带是所有孔隙和岩石裂缝都充满水的区域，位于非饱和带的下面。

饱和带的顶部称为水位，水位可能就在地表下面或几百英尺深。

什么是含水层

如果地下水能够迅速迁移，例如通过砾石和沙地沉积物，就可以形成含水层。在含水层中，有足够的地下水可以泵送至地表，用于饮用水、灌溉、工业或其他用途。

水要通过地下岩石，岩石中的孔隙或裂缝必须是水力连接的。如果岩石在孔隙或裂缝之间有着良好的连接，水可以自由地穿过它们，即岩石是可渗透的。渗透性是指材质对水的传递。如果孔隙或裂缝没有水力连接，岩石材质不能产生水，因此不被视为含水层。含水层可以容纳的量取决于地下岩石材质的体积以及可以充满水的孔隙和裂缝的大小和数量。

含水层可能只有几英尺到几千英尺厚，面积不到一平方英里或几十万平方英里。例如，有含水层的面积约为28万平方英里。

水如何填充含水层？

含水层从通过非饱和带的降水（雨和雪）中获取水。含水层还可以从湖泊和河流等地表水接收水。当含水层已满且水位与地表交汇时，含水层中储存的水可以作为泉水或涌水在地表出现。补给区是含水层补充水的地方；排放区是地下水流入地表的地方。水通过饱和带从高海拔补给区迁移到低海拔排放区。

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地下水如何循环

地表水和地下水是水循环的一部分，即水在地表之上方、上和之下的不断运动。循环没有开始，也没有结束，但可以通过降水来跟踪它，来最好地理解它。

降水以多种形式发生，包括雨、雪和冰冻。例如，雨水使地面湿润。随着更多的雨水落下，水开始过滤到地下。水浸泡或渗入土壤的速度取决于土壤类型、土地利用以及降水的强度和长度。水进入土壤的速度要快，土壤多为沙子，而不是粘土或粉土。几乎没有水过滤进入人工硬化地面，不能吸收到土壤的雨水聚集在地表，形成径流。

当土壤完全饱和时，额外的水会缓慢地通过非饱和带向下移动到饱和带，补充或补给地下水，然后，水通过饱和带进入地下水排放区。

当来自海洋、河流和冰川表面的水转化为蒸汽时，就会发生蒸发。蒸发，连同植物的蒸腾，上升到地球表面之上，凝结，形成云。径流和地下水排放的水都向溪流和河流迁移，最终可能到达海洋。海洋是贡献蒸发的最大地表水体。

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地下水是如何被污染的

含水层补给的地表水被污染，地下水会受到污染。然后，受污染的地下水又影响排放区地表水的质量。

当液体有害物质从土壤中渗入地下水时，地下水也可能受到污染。

溶于地下水的污染物会随水而迁移，并可能流入饮用水井。

污染羽流

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如果有连续的污染源进入移动的地下水，可能形成一个受污染的地下水区，称为污染羽流。因此，移动的地下水和连续的污染源会污染大量地下水及区域。一些污染羽流有几英里长。基本上90%的污染场地有地下水污染。

液体如何污染地下水？

一些有害物质在水中溶解得很慢。当这些物质以超过溶解速度渗入地下水时，一些污染物将保持液态。

LNAPLs——如果液体的密度低于水，它会漂浮在地下水面上，就像水上的油一样，这种形式的污染物称为轻质非水相液体（LNAPLs）。

DNAPLs——如果液体比水密度大，污染物被称为重质非水相液体（DNAPLs），DNAPLS 沉入含水层底部形成滩状。

残余污染——这些污染物质会继续污染含水层，因为它们会慢慢溶解，并持续被移动地下水带走。当 DNAPLs 向下通过含水层时，微小的液体球就被困在土壤颗粒之间的空间中，这种形式的地下水污染称为残余污染。

哪些会影响地下水污染？

许多过程会影响污染物的传播方式以及地下水污染物的转化，从而可能使污染物更多或更少地有害或有毒。影响地下水中有害物质的一些最重要过程是随流迁移、吸附和生物降解。

① 当污染物与地下水一起移动时，发生随流迁移。这是地下水中污染物迁移的主要形式

② 当污染物附着在土壤颗粒上时，会发生吸附。吸附减缓了地下水中污染物的迁移，但也使清除污染更加困难

③ 当微生物（如细菌和真菌）使用有害物质作为食物和能源时，就会发生生物降解。在这个过程中，污染物分解，有害物质的危害往往降低

为什么修复地下水如此困难？

修复污染地下水往往比预期时间的要长，因为地下水系统很复杂，而且肉眼看不见污染物。这使得查找污染物和设计一个修复系统变得更加困难，该系统要么破坏地下的污染物，要么将它们带到表面进行处理。

地下水污染是大部分污染场地开展长期修复的原因。

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