地下水水质监测与评价

地下水水质监测与评价 技术指导文件 环境署GEMS/联合国环境规划署水能力发展中心编写 ©2022联合国环境规划署 书号：978-92-807-3954-1 工作号：DEW/2451/NA 本出版物可全部或部分以任何形式复制，用于教育或非营利服务，无需版权所有者的特别许可，只要确认来源。联合国环境规划署希望收到使用本出版物作为来源的任何出版物的副本。 未经联合国环境规划署事先书面许可，不得将本出版物用于转售或任何其他商业目的。此类许可的申请，并说明复制的目的和程度，应提交联合国环境规划署传播司司长。O.Box30552，内罗毕00100，肯尼亚。 免责声明 本出版物中使用的名称和材料的介绍并不意味着联合国秘书处对任何国家、领土或城市或地区或其当局的法律地位或对其边界或边界的划定表示任何意见。有关在出版物中使用地图的一般指导，请访问http://www。联合国。org/Depts/Cartographic/eglish/htmai.htm. 商标名称和符号以编辑方式使用,无意违反商标法或版权法。 本出版物中表达的观点是作者的观点，不一定反映联合国环境规划署的观点。我们对可能无意中出现的任何错误或遗漏感到遗憾。封面照片@RaphaelPouget 建议引用：联合国环境规划署（2022）。地下水的水质监测和评估-技术指导文件。内罗毕 ACKNOWLEDGEMENTS 本技术指导文件由环境署全球环境管理系统/水能力发展中心汇编，来自以下方面的贡献：路易莎·安德拉德，黛博拉五世·查普曼，凯特琳·格兰特，卢西亚·赫密达·冈萨雷斯，布鲁斯·米斯塔尔，让·奥德怀尔和约翰·韦瑟尔。我们感谢约翰·奇尔顿审查了文件草案，并为其改进提供了有益的建议。 前文 本技术指导文件适用于与 现场和实验室中的淡水，但没有水文地质的专业知识。它将指导水资源管理人员规划和实施地下水监测计划，该计划将产生信息 ，以支持管理行动和政策制定，以实现地下水资源的可持续利用 。 该文件是一系列指南的一部分，这些指南涉及淡水监测和评估的各个方面。它描述了控制其数量，可用性和化学质量的地下水的主要特征。了解这些特征有助于制定监测方案，为管理和可持续使用提供信息。解释了监测的重要原则以及获取和解释水质的方法。 来自钻孔和井的数据。讨论了地下水污染的来源和途径， 以及评估其对资源质量影响的方法。建议参考该系列中的其他指南 有关其他相关主题的更多详细信息，例如监测方案设计和质量保证 。 将于2022年发布的系列中的其他指导文件包括： ⚫浅谈淡水水质监测与评价 ⚫河湖水库水质监测与评价 ⚫淡水水质监测的质量保证 ⚫利用生物群进行淡水质量监测 ⚫利用颗粒物监测淡水水质 CONTENTS 确认三 第1章：介绍1 1.1 1.2 1.3 1.3.14 1.3.2 1.4 1.5 第2章：含水层8 2.1 2.2 2.2.1 2.2.2 2.2.3 2.2.4 2.3 2.3.1 2.3.2 2.414 2.4.1 2.5 第3章地下水质量和污染19 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.5.1 3.5.2 3.5.3 3.5.4 3.5.5 3.6 3.7 第4章地下水监测与评估28 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.6.1 4.6.2 4.7 LISTOFFigures 图1.1设计和实施淡水质量监测计划的活动链（改编自Chapman等人。2005)1 图1.2大气、地表、地下水之间的水文地质循环 和海洋2 图1.3位于非饱和和 饱和区3 图1.4在毛细管边缘中，孔隙大部分被空气和毛细管水填充粘附在岩石颗粒上。在饱和（潜水）区域，孔隙完全 充满了水4 图1.5四种常见土壤中的相对毛细管上升类型。4 图1.流入河道的陆路流、夹层流和地下水流的剖视图5 图1.6收益（顶部）和损失（底部）溪流6 图1.7显示水流的快速流动和基流分量的水线图 降雨之后事件7 图2.1显示不同地下水含量的横截面地层8 图2.A使用三个不同钻孔的三个假设地下水开采方案 （A，B和C）在不同的岩石地层9 图2.2不同树脂材料的水力传导率(改编自希思1983)13 图2.3与地表相比，地下水的不同停留时间水域14 图2.5从水力梯度确定地下水流方向：示例 水平（左）和垂直（右）液压渐变15 图2.4示意图，显示了由于差异引起的地下水流线和流向 在当地的液压头部15 图2.6基于地下水位等值线的地下水流向估算 来自钻孔A、B和C17 图2.7基岩颗粒之间水的平均线性流动路径与 实际水流路径17 图3.1地下水从无限制到有限制条件的化学变化22 图3.Saloum沿海含水层的Piper图。来自Dieng等人。（2017） 根据CCBY-NC-ND许可4.022 图3.2来自a)泄漏的可溶性污染物羽流的移动和分散， b)间歇性源，c)连续源来源26 图3.3地表泄漏后碳氢化合物的移动27 图4.1单层监测井的简单示意图（改编自Misstear等人。2017)35 图4.2多级监测井的简单示意图（改编自Misstear等人。2017)35 LISTOFTABLES 表2.1不同沉积物和岩石的孔隙度值类型11 表2.2不同沉积物和岩石类型的具体产量值16 表3.1中物质浓度单位地下水20 表3.2中不同溶质的典型浓度水平地下水21 表4.1规划地下水的不同方面时要考虑的因素 监测方案29 表4.2可纳入地下水监测方案的关键参数， 取决于目标29 表4.3潜在地下水采样特征点32 表4.4与地下水有关的多层井和不同筛层深度的使用 监测目标和含水层条件33 表4.5不同井设计的优缺点材料36 CHAPTER1 INTRODUCTION 在许多国家，地下水是生活用水的重要来源，因为它的质量通常很好，对事先处理的要求最低。 使用。在干旱地区，它通常是可用淡水的主要或唯一来源。即使在拥有丰富地表水和先进处理和分配系统的国家，地下水对于偏远和农村地区的家庭供应也很重要，而分配网络无法提供服务。现有的有限数据表明，全国用水需求的2％至95％来自地下水 ，在缺水国家（Margt和va。 derGun2013).Globalgrowateraccountsforapproximately26%oftotalwaterabstractions （WWQA2021）。地下水至关重要 resourcesaremanagedtoensuretheirquantityandqualitymeetinghumanneedsandsupportfreshecosystem.Indriveregionswhichgroundwatersarethemainsourceoffreshsupplies,concernedhasmainlyfocussedontheamountofwateravailableandontrying 那水。然而，越来越多的证据表明，地下水正在受到污染，不再符合所需的质量特征，可能对人类健康构成威胁（WWQA2021）。由于全球范围内对地下水质量的监测有限，特别是在全球南方（WWQA2021），污染的程度和性质尚不清楚。此外，由于缺乏监测 ，诸如砷和氟化物等天然污染物对人类健康造成的风险通常是未知的（WWQA2021）。更好的信息和对地下水的了解将有助于指导公共卫生干预措施，同时考虑到受污染的水如何以不同方式影响妇女、男子和儿童。 大多数地下水监测侧重于饮用水供应的适宜性，但监测方案还应考虑到地下水的其他用途，如灌溉、生态系统支持和工业用途。因此，监测方案应具有针对性并相应地设计。本手册提供了关于 地下水的发生和行为以及如何在开发中使用这些信息 ofagrowatermonitoringprogramme.Asforallfreemonitoringprogramsthereareachainofstepsthatneedtobefollowed(Fig.1.1)toensuretheprogramgeneratemeanitary 图1.1设计和实施淡水质量监测计划的活动链（改编自Chapman等人，2005年） 这些数据将支持对地下水资源状况的评估，进而为管理和政策提供信息。该链始于确定监测计划目标的关键要素，即预期产生什么信息以及用于什么目的。 该方案的设计，i.Procedres.，采样位置的选择，要测量的参数（数量和质量）以及测量的频率，将需要确保满足目标。查看现有信息和数据，作为初步调查的一部分，可以通过确定现有钻孔是否可以用于采样或是否需要钻新井来节省大量时间和精力。此外，由 和河流(分别为0.26%和0.0057%)以及湿地和土壤和大气湿度 (0.13%)。将水添加到地下水存储中被称为补给。这是由降水，地表径流以及湖泊和水库等地表水体自然产生的（图1.2).此外，人类活动也可以为补给做出重要贡献，例如，灌溉过剩、管道和运河渗漏以及含水层增加计划。 于妇女和女孩在发展中国家经常承担收集水的任务，她们对当地条 件的深入了解是非常宝贵的；因此，与他们作为水规划、管理和监测工作的主要利益攸关方接触至关重要。 通过实地和实验室工作获得的结果需要存储在一个数据库中，该数据库有助于轻松访问和共享数据，以便以对管理目的有用的方式促进数据分析和呈现。所有水质监测方案的一个重要内容是应用质量保证计划，该计划包括数据处理的所有步骤，从现场取样到实验室分析和数据存储。 全面的质量保证计划为数据提供了信心，并且在机构之间共享数据的情况下至关重要，例如在跨界地下水的情况下。这 指南侧重于设计地下水监测方案和实施实地方面所需的信息；实验室程序没有详细涵盖。监测的数据管理和质量保证是配套指南的主题。 1.1水文循环 地球上只有2.5％的水可以淡水形式供人类使用；其余的在海洋中。大部分淡水（69.5％）储存在冰盖和冰川中，另外30.1 ％储存在地下。其余的储存在湖泊中 图1.2大气、地表、地下水和海洋之间的水文地质循环 一旦水通过渗透过程进入土壤（见方框1.1），它可以根据土壤类型和其他当地条件向各种方向流动。在土壤和岩石的上层，孔隙和空隙被空气而不是水填充。这 被称为不饱和区或渗流区。在该区域中，地下水在重力作用下倾向于垂直向下流动。在其下方的饱和或潜水带中，所有孔隙和空隙都充满了水，在这种情况下，地下水会响应压力而运动 。例如,可以通过高度的简单变化引起压力,引起从较高点到较低点的流动。 所产生的地下水流可能与地表相交，并以弹簧形式出现或流回地表水体，然后从中蒸发。 地下水也可以拦截低于海平面的海洋，导致海底泉水的出现。同样重要的是要注意，人为使用的抽象构成了 方框1.1与地下水移动有关的定义 浸润描述了地表水进入土壤的过程。 渗流是用于描述从非饱和区进入饱和区（即进入地下水）的垂直水流的术语。 互流是水在表面附近的非饱和（渗流）区域的横向运动 。它发生在土壤薄层被低孔隙度的岩石覆盖的地方。地下水流量用于描述饱和（潜水）带中的水流。地下水补给是通过渗滤添加到含水层中的水。 图1.3不同的地下水 位于非饱和区和饱和区的存储区 因此，潜水区将是本指南的主要主题。 地下水排放（即从地下水储存中提取水），这可能会显著影响当地的水文地质循环。河流和湖泊，特别是海洋的蒸发提供了大气的主要来源 水分，土壤水分的蒸发或植物的蒸腾作用。大气中的水最终通过降水返回地球表面，完成循环。当降水到达地表时，一些被拦截 ，一些渗入土壤。渗透为地下水补给提供了主要的水源。 1.2地下水储存 在纵断面视图中，不饱和（渗碳）区域是表面正下方的层。它可以 分为三个独立的区域：(I)土壤， （ii）中间区和（iii）毛细管边缘（图1.3），其中每个都表现出不同的 储水特征。饱和（潜水）区是紧靠地下水位的层，是从那里提取地下水的区域。 土壤水包含在地球表面的上部表土层中，即Procedres.，植物扎根的层，为它们提供水分和营养。在这里，渗入土壤的降雨填充了