作為水資源的重要組成部分,地下水分布廣泛,相比地表水水質穩定,不易污染,是理想的飲用水源,也是生活、工業和農業用水的重要供水水源。地下水在全國供水水源中占有非常重要的地位,是我國北方眾多地區的主要供水水源。地下水的使用功能主要由地下水水質特征決定。
地下水的本底水質主要受三大因素共同控制:地下水的來源、與地下水相互作用的含水介質類型以及水-巖作用時間的長短。根據這三大因素,通常把地下水分為溶濾-滲入水、沉積-埋藏水和內生水。溶濾-滲入水以大氣降水為起源,水-巖相互作用時間相對較短(幾十年到幾萬年);沉積-埋藏水以古海水或古湖泊地表水為起源,水-巖相互作用時間較長(幾萬年以上);內生水以地質作用過程中通過化學反應形成的水為主要來源。其中,溶濾-滲入水與我們的生產、生活關系最為密切,這里進行重點介紹。
大氣降水從地表滲入補給地下水的過程中,與土壤發生相互作用,土壤中的微生物在降解土壤有機物時產生二氧化碳,降低水的pH 值,并向水中提供碳酸氫根,所以碳酸氫根是地下水中最普遍也往往是濃度最高的陰離子。隨著地下水徑流路徑的增長,水-巖相互作用時間更久,水-巖之間的風化作用成為地下水質的主控因素。風化礦物的化學成分不同,進入地下水中的無機離子含量也有所不同。在地下水排泄區,特別是干旱-半干旱的地下水淺埋區,蒸發濃縮和沉淀作用是控制地下水水質的主要因素。
在上述地下水補給-徑流-排泄過程中,通常是從地勢高的山前到平原地區,地下水中的主要陰陽離子(分別是NO3-、SO42-、Cl-、HCO3-、K+、Na+、Ca2+、Mg2+)濃度普遍升高,總溶解固體含量增大,不同離子的比重也發生變化。一般來說,在補給區,HCO3-、Ca2+分別為優勢陰、陽離子;在徑流區,SO42-、Mg2+、Ca2+分別為優勢陰、陽離子;而在排泄區,Cl-、Na+分別為優勢陰、陽離子。需要指出的是,在地下水排泄區,往往存在總溶解固體含量大于1.0 g/L的地下水,這種地下水雖然是在天然條件下形成的,但發咸發苦,一般不適合飲用。
除上述主要離子組分外,天然地下水還含有微量成分(包括鐵、錳、砷、氟、碘等)。通常情況下,這些微量成分由于含量低,不會對人體健康造成負面影響。少數情況下,天然地下水也會含有濃度相對較高的微量元素,例如鐵、錳等。地下水質量分類中,由于這些微量元素含量高,也會使得地下水屬于IV或者V類水。當前,部分地區天然成因的高含量鐵、錳、氟及砷對地下水水質具有一定的影響。但目前已有較為成熟的技術處理,只要采取適當措施,不會對飲用水質安全造成威脅。
人為因素(污染)疊加到地下水本底水質上,從而影響地下水水質。這種影響視人為活動方式、強度、水文地質條件、水文-氣候特征等而異。一般來說,淺層地下水比深層地下水更易受影響;地下水補給強度大的地方比補給強度小的地方更易受污染。因此,只有在充分掌握地下水本底水質特征的基礎上,才能科學、合理、有效地判斷某個地區的地下水是否受到人為活動的污染。