朱琰
（浙江大学地球科学系，杭州玉泉，310012，中国）
中国位于世界上最大的陆地欧亚大陆的东部，陆地面积约960×104km2。东临世界上最大的海洋太平洋。从东往西，地势从滨海平原到丘陵高地，一直到世界屋脊青藏高原。由于不同的地区具有不同的气候、地形地貌和地质特征，因此，整个国家具有较为复杂的区域水文地质结构和水文地质特征。
1 气候条件
1.1 概述
中国的气候受较强的季风影响，冬季西北风、夏季东南风为主。受季风的周期变化和地形的影响，总体上中国大部分地区四季分明。冬季，来自高纬度地区的北风寒冷干燥；夏季，来自低纬度海域的南风温暖湿润。由于地域广泛，跨越35°的纬度，地形复杂，中国的地区气候差异显著。季风造成各地降雨和气温的明显变化，可分为热带、温带和寒带，并且形成热带雨林、沙漠、寒潮、飓风和春雨等。
夏季3个月的降雨占全年降雨的60%以上。降雨量由东南沿海（1000～2000mm，最大8408mm台湾）逐渐向西北的100～200mm递减。新疆东部，欧亚大陆的中心，同时也是中国干旱地区的中心，年降雨量小于50mm。最小值在吐鲁番盆地的托克逊，仅3.9mm。
1.2 气候分区
以长江为界，中国南方为亚热带气候，终年多雨，夏季湿热漫长，冬季短暂。总体上，中国可以分为东北、华中、华南、西南、西藏、西部内陆和内蒙古7个气候分区。其特征如表1。
表1 中国大陆气候分区与特征
中国的大部分地区处于四季分明的温带，东南和华中地区温暖湿润，北方和东北地区相对干旱。许多地区夏季炎热多雨、湿度大，冬季干燥。在北方80%以上的降雨集中在夏季，而南方夏季降雨量只占年降雨量的40%。东南沿海7月至9月的雨季台风频繁。
2 水文地质特征
2.1 水文地质分区及其水文地质特征
地理上，中国可分为6个水文地质分区Ⅰ—东部大平原：Ⅰ1—松辽平原，Ⅰ2—黄淮海平原；Ⅱ—北部高原区：Ⅱ1—内蒙古高原，Ⅱ2—黄土高原；Ⅲ—西部内陆盆地：Ⅲ1—河西走廊、Ⅲ2—准格尔盆地、Ⅲ3—塔里木盆地，Ⅲ4—柴达木盆地；Ⅳ—东南和中南丘陵；V—西南岩溶丘陵；Ⅵ—青藏高原：Ⅵ1—冻土高原，Ⅵ2—高原山地。中部顺纬度方向分布的秦岭山脉可作为划分南北的天然界线，各地区截然不同的地理和地质条件形成各自的水文地质特征。
（1）北方地区：在北方，由东往西，分别为：
东部大平原，主要包括松辽平原、黄淮海平原等，广泛分布的大平原，包括辽阔的山麓平原，巨厚的第四纪砂砾石形成很好、很厚的含水层。平原主要是中生代或新生代的沉降盆地，分布巨厚的松散沉积物，为丰富的地下水提供了有利的储存条件。地下水主要接受降雨的垂直入渗补给。年降雨量小于800mm，并且由东往西递减。
往西气候变化为典型的内陆干旱区，但山麓平原由于受山区河流的入渗补给，因此含有大量的地下水。在贺兰山以东的半干旱的地区，年降雨量为200～500mm，在贺兰山以西的极端干旱的戈壁地区，年降雨量减少为小于100mm。
内蒙古高原和黄土高原，是东部半湿润地区与西部干旱地区的过渡带。由于地质条件的限制，地下水缺乏，仅在一些断陷盆地，如关中平原、河套平原和银川平原分布丰富的地下水。
西部内陆盆地，主要由河西走廊、准格尔盆地、塔里木盆地和柴达木盆地组成，典型的干旱沙漠，地下水分布在广阔的山麓平原。
北方地下水的水化学特征较南方复杂得多。
（2）南方地区：在南方，基岩裸露，山地丘陵广泛分布，穿插小型的盆地，因此以地下水裂隙水为主。由东往西分别为：
东南和华中、华南丘陵，各类基岩广泛出露，以基岩裂隙水为主。
西南岩溶丘陵，碳酸盐岩广泛分布，岩溶水和地下暗河发育良好。碳酸盐岩主要为古生代和部分三叠纪的石灰岩，层厚，岩溶裂隙充分发育，降雨量的30%～70%渗入地下，集中在岩溶管道中，形成主要受构造条件控制的地下河系统。
青藏高原，平均海拔4000m。含水层主要为永冻层或具冰川成因，地下水完全受垂直分带控制。
中国南方年降雨量为1000～3000mm，河流湖泊密布，但部分中生代红层盆地和滨海平原严重缺水。在长江三角洲平原、江汉平原和成都平原等地的第四纪含水层中发现厚度大、地下水丰富的区域。
中国南方中生代和新生代的红层盆地广泛分布、丘陵起伏。普遍含钙质砂岩和钙质结核，形成承压含水层，常被作为小型企业的供水水源。
2.2 地下水资源的开发
随着城市人口的增长和工业的迅速发展，地下水在中国的工业和市政供水中的重要性日益增加。根据国土资源部的统计，中国有1243个地下水开采水源地，以开采量大小和地下水类型统计，见表2。
表2 中国地下水水源地类型统计
许多地区依赖于地下水。约有400个城市以地下水为供水水源，其中约60个城市以地下水供水为主，如石家庄、呼和浩特、沈阳、济南、海口、西安、西宁、银川、乌鲁木齐和拉萨等。在许多城市，如北京、天津、大连、哈尔滨、南京、杭州、南昌、青岛、郑州、武汉、广州、成都、贵阳、兰州、长春、上海等，地下水与地表水一起作为供水水源。因此，地下水的水化学特征和水质变化对于社会生产和人民身体健康非常重要。
3 地下水的化学性质
3.1 地下水水质分类
受赋存条件及形成机理控制，以及近代人类活动影响，地下水具有不同的水化学特征。
传统上，地下水水质的总体好坏是根据总溶解固体（TDS，原采用矿化度）来判断，有淡水（＜1g/L），微咸水（1～3g/L），咸水（3～10g/L）和卤水（＞10g/L）之分。
一般来说，从山区到内陆盆地，地下水水质具有明显的水平分带性，上游山区至戈壁砾石带水质好，一般为淡水，矿化度小于1g/L，以潜水为主；下游细土平原带具多层结构，为潜水、潜水－承压水，水质一般也较好，矿化度一般小于1g/L，局部大于1g/L；而再向下游，水质越来越差，一般为微咸水、咸水甚至为卤水。滨海平原，由于浅部含水层卤水广泛分布，造成供水困难。淡水分布于深层承压含水层中，被大量开采用于工农业和人民生活。在一些滨海平原和沿海城市，存在分隔的多层含水层，上部卤水含水层，深部淡水含水层。
从来源上看，地下水成分来源于大气圈、土壤和水－岩作用（风化），以及人类活动的污染，比如采矿、地面清洗、农业、酸雨、生活和工业废水。
地下水缓慢的地下运移，使得化学组分的赋存时间远长于地表水。由于各地地表水水质的差异，很难用统一的单项指标来衡量地下水的水质及其变化。
一般地，可用一系列指标作为地下水水质评价参数（其中斜体字为基本参数，作为第一序列来考虑）：
（1）盐度：Cl,SEC（specific electrical conductance）,SO4,Br,TDS（total dissolved solids）,Mg/Ca,delta18O,delta2H,F。
（2）酸度和氧化还原状况：pH,HCO3,Eh,DO,Fe,As。
（3）放射性：3H,36Cl,222Rn。
（4）农业污染：NO3,SO4,DOC（dissolved organic carbon）,K/Na,P，杀虫剂、除草剂。
（5）矿业污染：SO4,pH,Fe,As，一些金属，F,Sr。
（6）城市污染：Cl,HCO3,DOC,B，石油，有机溶剂。
3.2 地下水水化学的区域性特征
受气候、地貌、水文等诸多因素的影响，我国浅层地下水的水质由东南向北及西北逐渐变化。
自昆仑山-秦岭-淮河一线以南的湿润地带，大多数地区的地下水矿化度小于1.0g/L（滨海平原除外），而其中大部分地区是0.2～0.5g/L。水化学类型为重碳酸盐型。
此线以北的干旱、半干旱地区的地下水矿化度较复杂。
东部平原的浅层地下水主要表现盐化特征，由山前平原的淡水（矿化度小于1.0g/L），向滨海平原渐变为微咸水乃至咸水。东部的松辽平原中部、下辽河平原和黄淮海平原普遍大于1.0g/L，黄河古三角洲及江苏省滨海平原地下水矿化度由1.0g/L渐增至10.0g/L以上。
从内蒙古至西北干旱区，地下水矿化度普遍高于1.0g/L，由内陆盆地边缘向中部出现规律递变，即由溶滤作用的低矿化重碳酸盐型淡水，过渡为溶滤盐化作用成因的成分复杂的硫酸盐型咸水带，呈现水平分带的特点。在年降水量仅10～50mm的荒漠化地区，地下水矿化度高达5～30g/L，局部有盐沼出现。水化学类型的演变从山区向平原为重碳酸盐型→硫酸盐型→氯化物型逐渐过渡。
青藏高原的多年冻土区冻结层上的水，由于大气降水和冰雪融水补给，水质良好，多为重碳酸盐型，矿化度一般小于1.0g/L。冻结层之下的水，一般除第三纪砂岩外，水质良好。第四纪湖相沉积物中水的矿化度较高，多为咸水湖。
3.3 环境水文地球化学异常及其成因
在中国的地下水化学组分的区域性变化规律中，局部地区受自然环境、地质构造、岩性关系影响，形成某些成分的特殊分布，不利于人体健康，成为所谓的原生水文地质问题。
3.3.1 元素过剩
许多地区地下水中铁和氟离子含量过高。
北方由于土地盐碱化（大于17%的北方平原）卤水广泛分布。20世纪50年代，部分地区由于用黄河水大量灌溉，造成32万亩土地的次生盐碱化。目前，在使用黄河水漫灌的河套平原和银川平原，严重的土壤次生盐碱化依然存在。
青藏高原是富硼地区，岩石、土壤、温泉、盐湖的硼含量都十分高。
内蒙古巴丹吉林沙漠、腾格里沙漠、乌兰布和沙漠、新疆的准噶尔盆地、塔里木盆地和藏北高原出现富砷（0.1～25mg/L）的潜水、湖水和矿泉水。
东北、华北、西北的油田地区，民用深井常富碘（0.300～1.920mg/L）。
元素过剩的成因可分为3类：
（1）蒸发浓缩型：东北西部平原、华北滨海平原、内蒙古高原、准噶尔盆地、塔里木盆地、柴达木盆地、藏北高原、关中盆地等地区，气候干燥，蒸发浓缩作用强烈，可溶性盐类在相对低洼的地区富集，造成土壤盐碱化，潜水矿化度增高，常出现咸水、苦水和肥水，水中一些与生命有关的元素，如Na、Mg、Ca、S（
（2）矿床和矿化地层型：由于地下水经过近地表的矿床和矿化地层风化壳后形成元素的富集或过剩。许多金属矿床，常常流行砷、汞、铜、氟、硫酸盐和放射性元素中毒地方病。或者某些矿泉毒性元素含量较高，污染了矿泉流经的地区。
（3）生物积累型：水土中有些元素（Hg、Se、T1）通过生物富集，可以引起中毒性地方病。
3.3.2 元素缺乏
元素缺乏的成因也可分为3类：
（1）湿润山地型：降水丰沛的山区，特别是基岩裸露的山区，十分有利于水迁移能力强的元素淋溶流失，因此，山区常缺碘，如大小兴安岭、长白山、燕山、太行山、祁连山、天山、阿尔泰山、昆仑山、喜马拉雅山、横断山、秦岭、云贵高原、大巴山、大别山、武夷山、南岭等山脉，皆是较严重缺碘的地区。在西北干旱地区和东南湿润地区之间过渡地带的山岳丘陵，形成一条东北-西南走向的低硒地带，在低硒带内，流行与硒缺乏有关的动物白肌病，人类克山病和大骨节病。
（2）沼泽泥炭型：沼泽泥炭发育地区，由于水土还原性，动植物残体的氧化分解作用弱，一些生命元素（I、Cu、Co、B、Se等）的迁移能力下降，有效态含量低，从而形成元素缺乏。
（3）沙土型：由于沙土有机含量低，水分和养分的保持能力差，所以一些生命元素（I、F、Zn、Mo、B、Cu、Se）容易流失。主要分布在沙漠边缘地区和山前冲洪积扇上部。
由于上述各种原因造成地下水中化学成分的过剩或缺乏，对饮用者的健康不利，因此需要我们调查和解决。
3.4 地下水开采造成的水质变化
在含水层开采使用过程中，由于水动力条件和天然化学平衡被破坏，地下水的成分会发生一定的变化，比如F,As的增加，对人体健康不利。潜水的水质变化也可以由滑坡、火灾和其他改变（增加或减少）地面渗透、岩石出露、土壤表层条件，影响地表水入渗的地表作用造成。在我国的具体表现有：
（1）地下水硬度持续升高。如北京地下水硬度由50年代的10～16（德国度），目前大于30（德国度），甚至局部40（德国度）。
（2）滨海地区海水入侵，Cl离子含量增加，水质恶化。
（3）上下含水层贯通，水质好的含水层受到污染。
3.5 地下水污染现状（2000年）及变化趋势（1996～2000年）
根据全国130个城市和地区2000年的地下水水质统计分析，全国地下水总体质量较好，但多数城市地下水仍受到一定程度的污染。
（1）东北地区主要为地下水总硬度、矿化度、硝酸盐、亚硝酸盐、铁和锰超标；其次为硫酸盐和氯化物。自1996年至2000年，东北地区地下水水质总体上保持稳定或略有好转；在局部地段上有污染加重的趋势。其原因为城区内工业和人口较集中，工业及生活污染物排放量大，且排放形式不合理，在市区周围地区化肥农药的使用量过大，也直接或间接地造成地下水水质污染。黑龙江省受原生地质环境影响，地下水中铁和锰含量普遍偏高。
（2）华北地区地下水水质总体较差，长期超量开采地下水改变了华北地区地下水水动力条件，打破了原有的水盐平衡；人类活动的加剧使地下水中的有害物质增多，造成了地下水总矿化度升高、浅层地下水污染、沿海地区海水入侵、氟碘离子升高等问题。因此，华北地区主要为总硬度、矿化度超标严重，特别是河北省的沧州市和廊坊市；其次为硫酸盐、硝酸盐、氯化物和氟化物；少数城市（如许昌市）细菌总数和大肠菌群亦超标明显。1996年至2000年，内蒙古、北京和河北地下水水质基本稳定，超标组分和含量变化不大，山西省地下水水质波动变化明显，天津市地下水水质污染有加重的趋势。
（3）西北地区因人口密度及工农业发展水平的不同，主要城市和地区的地下水水质状况差异也较大。地下水受污染的城市主要有兰州、太原、西安、晋城、运城、铜川、呼和浩特、包头、银川，以浅层地下水污染严重。主要为总硬度、矿化度、硝酸盐和硫酸盐超标，其次为氯化物、氟化物、亚硝酸盐和氨氮，个别城市（西安市和汉中市）六价铬污染。新疆和宁夏主要城市的地下水水质较为稳定；而陕西省主要城市的地下水受工业和生活污染，水质恶化速率最快。兰州市三滩地区地下水酚检出率为74.5%，超标率为34.7%，氰检出率为76.13%。太原市农业污水灌溉面积2.89×104km2，其余工业、生活污水也大都排入汾河，使地下水污染严重。太原盆地浅层水轻污染区682km2，主要指标酚含量0.00167mg/L，重污染区150km2，砷、氰含量分别为0.0265mg/L和0.0169mg/L。
（4）华东地区主要为亚硝酸盐、氨氮、铁和锰超标，部分城市地下水呈酸性，pH值超标严重。由于原生地质环境的影响，地下水中铁、锰含量普遍较高，沿污染河段及城郊地区地下水“三氮”含量普遍较高。1996年至2000年，华东地区除山东省外地下水水质较为稳定。
（5）中南地区主要为亚硝酸盐、硝酸盐、氨氮、铁和锰；其次为总硬度、氟化物和pH值。铁和锰主要为原生环境引起的超标。近几年，河南省的三门峡、鹤壁等市因工业“三废”和生活垃圾不合理排放，致使地下水水质持续恶化。
（6）西南地区主要为总硬度、矿化度、亚硝酸盐、氨氮、铁和锰超标，其次为氟化物、硫酸盐、有机酚、耗氧量和pH值，污染元素主要呈点状分布，超标率较低。
（7）华南地区主要城市地下水污染元素主要有亚硝酸盐、氨氮、铁和锰，总硬度和硝酸盐。另外，部分城市地下水呈酸性，pH值超标严重。
综上所述，我国地下水污染有如下特点：
（1）从污染程度上看，北方城市污染普遍较南方城市重，污染元素多且超标率高。
（2）从超标成分看，“三氮”污染在全国均较突出，矿化度和总硬度超标主要分布在东北、华北、西北和西南地区，铁和锰超标主要分布在南方地区。
（3）从变化趋势看，我国大多数城市地下水水质趋于稳定或略有减轻，部分城市和地区污染加重，应引起重视。
参考文献
[1]国土资源部地质环境监测中心年报，1996～2000.
[2]戎秋涛，翁焕新.环境地球化学.地质出版社，1998.
[3]Chen Mengxiong,Cai Zhuhuang.Groundwater resources and the related environ-hydrogeologic problems in China.Seismological Press,Beijing,2000.