二、地下水污染的基本概念
（一）地下水污染的定义
国内外目前对地下水污染一词尚无明确的定义，但在地下水污染研究中首先搞清楚地下水污染的正确涵义还是有必要的。
英文文献中对污染一词采用了两种词汇，一种是pollution，用此词描述污染物质浓度超标后的污染情况；另一种是contamination，用以说明污染物质浓度虽然增高，但水质尚未明显恶化时的污染情况。在前苏联H.A.马林诺夫对国外水文地质学研究进展情况所作的综合性论著中谈到，国外文献对地下水污染划分出两个概念——污染与沾染，其中污染一词是通用的术语，包括作为一种污染类型的沾染在内，认为水质在化学物质、热能或细菌影响下恶化到即使不经常对人类健康构成威胁，也对其在日常生活、市政公用、农业与工业利用方面有不利影响的程度者就是污染。而沾染则是指水质由于化学物质或细菌污染而破坏，造成中毒或疾病在居民中间传播的危险情况。法国的J.J.费里德提出，地下水污染是指地下水的物理、化学与生物性质发生改变而限制了它在正常起作用方面的各种用途或妨碍其应用。E.JI.明金则认为，所谓水源地内地下水的污染是指除水源本身的影响之外，由于生产和生活条件的各种因素影响而直接或间接地使地下水质恶化，导致其全部或部分不能用作供水水源的情况。他还指出，如果是由于矿化水在自然条件下扩展到开采水源地，或因矿化水与淡水含水层及地表水有水力联系而使其渗入水源时便不能称为污染，只说明是由于取水量超过了水源地地下水的开采储量而引起地下水被疏干的现象，这种观点缩小了地下水污染的范畴，是值得商榷的。还有外国研究者把污染看作是人类把异物带入水循环系统中，这种带入是期望或不期望的，有意识或无意识的，直接或间接的。这种所谓把异物期望带入的提法与污染的基本概念似有矛盾，也值得商榷。
在我国制定的《水污染防治法》中，对水污染一词所确定的含义为:“水污染是指水体因某种物质或能量的介入，而导致其化学、物理、生物与放射性等方面特性的改变，从而影响对水的有效利用，危害人体健康或者破坏生态平衡等的水质恶化现象。”
我们认为，地下水污染指凡是在人类活动影响下，污染物进入含水层中，引起地下水水质恶化，使水使用价值降低的现象。无论这种现象是否使水质恶化达到影响使用的程度，只要这种现象一发生，就认为地下水已受到污染。而在天然环境中，在某种水文地球化学条件影响下，地下水某些组分相对富集及贫化而造成地下水水质差的现象，称为水文地球化学异常。地下水污染具备两个条件，一为水质朝着恶化方向发展；二为这种恶化现象是人类活动引起的。地下水从开始污染到污染严重，是经历了一个从量变到质变的过程。
（二）地下水污染的特点
地下水污染与地表水污染有着明显的不同，其有以下两个特点。
（1）隐蔽性:就是说即使地下水某些组分已经受到严重污染，但它往往还是无味、无色的，不易从气味、颜色、动植物死亡率等因素鉴别出来。即使人类饮用了受污染的地下水，对人体影响也只是缓慢的长期效应，不易察觉。
（2）难以逆转性:地下水一旦遭到污染，治理是要付出相当大代价的。主要是因为地下水水流速度特别缓慢，仅靠含水层本身自净作用，地下水污染难以逆转，另一个重要原因是某些污染物在被有机质或介质吸附之后，能够在地下水环境特征变化中发生一系列解吸—再吸附的反复交替过程。所以地下水污染时间长达几十年甚至上百年。
（三）水污染类型
划分水污染类型的方法很多。
（1）按污染物属性分类有物理污染、化学污染、生物污染（致病菌、寄生虫与卵）以及同时排放多种污染物复合污染。
（2）按污染源在空间分布方式分类有点状污染、带状污染和面状污染。
（3）按污染物分类有汞污染、酚污染、热污染、放射性污染等。
（4）按污染物入渗排放时间分类有连续性污染、间断性污染和瞬时性污染。连续性污染又可分为连续均匀性污染和连续非均匀性污染。
（5）按污染源位置分类有固定污染和流动污染。
（6）按导致污染的人类社会活动分类有工业污染、农业污染、交通运输污染和生活污染。
几个较典型和常见的污染类型。
1.化学污染
化学污染是水中元素及其化合物数量异常的一种水污染现象。天然地下水是溶有多种元素和化合物的一种混合溶液，其中有天然的和人工合成的物质、有无机物和有机物。在正常情况下，水中元素和化合物含量很低，不致影响水的使用。但人类不断地向水中排放废弃物和污水，使污染水的化学物质愈来愈多。水中化学污染物可分为无机物和有机物两大类。按典型污染物可进一步细分，非金属有毒物如氰化物、氟化物、硫化物、砷化物。重金属如汞、镉、铬、铅、铜、锌。放射性物质如铀－235、锶－90、铯－137、钚－239。酸碱盐类如硫酸、硝酸、盐酸、磷酸、氢氧化钠（钙）、无机盐。致色物质如铁盐、锰盐、色素、染料、腐殖质。致臭物质如氨、硫化物、酚、胺类、硫醇。杆物营养物质如硝态氮、亚硝态氮、氨氮。需氧有机物质如碳水化合物、蛋白质、油酯、动植物尸体。易分解有机毒物如苯、醇、有机磷农药。难分解有机毒物如有机磷农药、洗涤剂、油类、石油及其制品。
化学污染是由于接纳工业废水、农田灌溉和生活污水入渗含水层所致。冶金、机电、电镀、造纸、制革、石油、农药、化肥、食品、印染、选矿等工业废水所含的污染物种类多、毒性强，是化学污染的主要来源。农田排水中的大量农药、化肥和农作物残枝败叶，生活污水中的很多需氧有机物，也是造成化学水污染的原因。
化学水污染造成的危害:
（1）需氧有机物使水中溶解氧大幅度下降。
（2）剧毒物质（如氰化物、砷化物、农药等）使水生物慢性中毒或急性中毒。
（3）汞、铜、铅等重金属，不仅能使生物发生急性中毒，而且能在水体中沉积成为次生污染源，并易在生物体内累积，造成慢性中毒（如甲基汞引起水俣病）。
（4）砷、铬、镍、苯胺、多环芳香烃、卤代烃等有致突变、致畸、致癌作用。
（5）致色物、致臭物和油类使水体失去旅游、观光和疗养价值。
（6）有机氯农药、多氯联苯等有机氯化合物能毒死幼鱼和虾类，或在成鱼体内累积，使繁殖力衰减，影响胚胎发育和鱼苗成活率。这些化合物经过食物链逐级被富集，威胁居于营养级顶端生物的生存。
2.酸碱水污染
酸碱水污染是水中酸碱浓度异常的一种水污染现象。天然水pH值常为6.5～8.5，当pH值小于6.5或大于8.5时，表示水体受到酸类或碱类污染。
水中酸性物质主要来自制酸厂、化工厂、粘胶纤维厂、酸洗车间等含酸废水，以及矿山排水和酸雨等。水中碱性物质主要来自制浆厂、造纸厂、制碱厂、印染厂、制革厂和炼油厂等含碱废水。
酸碱水污染增大了水体腐蚀性，从而使输水管道、水工建筑物和船舶等受到损坏。破坏了水体的缓冲系统，使水中pH值发生异常变化，造成生物回避或死亡（对微生物影响最大）。使水体自净能力降低，破坏了水生态系统。使生物种群发生变化，严重时会使鱼虾等水生物绝迹。
3.无机物水污染
无机物水污染是水中金属和非金属矿物质浓度异常引起的一种污染现象。
1）水污染无机物主要来源
（1）矿山排水和运输途中落下的矿石（水中无机物最大来源之一）。
（2）冶金、化工、化肥、机械制造、电子仪表、涂料等工业废水。
（3）地表径流（特别是来自含有某种矿物成分特殊地层的径流）。
（4）农田排水。
（5）大气中降落于水体的无机粉尘。
（6）岩石风化、火山爆发等自然过程中进入水体的无机物。往往先污染地表水，然后入渗含水层中污染地下水。
2）无机物水污染的危害
（1）水中无机物微量元素过低，会引起生物摄入量不足，使生物体内某些功能失调和导致疾病。
（2）污染水体中某些元素及其盐类的浓度增大，则水的渗透压力增加，对生物产生不利影响。
（3）无机毒物可通过饮水或食物链引起生物或人类急性和慢性中毒，例如甲基汞中毒（水俣病）。砷中毒、氰化物中毒、铬中毒、氟化物中毒等。
（4）某些元素（如砷、铬、镍等）及其化合物污染水体后，能在悬浮物、底泥和水生物体内蓄积，若长期饮用这种水，则可能诱发癌症。
（5）一些金属元素（如铅、铜、锌等）在一定浓度下抑制微生物生成和繁殖，影响水体自净过程。
（6）某些重金属（如汞、铅等）在底泥中经微生物甲基化作用，成为水体次生污染源。
4.有机物水污染
有机物水污染是耗氧有机污染物引起水体溶解氧含量大幅度下降的现象。水中有机物大多数能够被微生物分解与利用。这类有机物在分解过程中需要消耗水中溶解氧，故称耗氧污染物。溶解氧大幅度下降，是水体遭受有机物污染后的最显著特征。
1）水中有机物按来源分类
（1）天然有机物，指生物产品、代谢产物和生物残体，主要为碳水化合物、蛋白质和油脂。
（2）人工合成有机物，主要有塑料、合成纤维、洗涤剂、溶剂、染料、涂料、农药、食品添加剂和药品等。有机合成工业发展迅速，人工合成有机物种类和数量也随着增加。
水中有机污染物的主要来源是城市污水、农业污水、工业废水和石油废水。
（1）城市污水:水中含有碳水化合物、蛋白质、油脂和合成洗涤剂。
（2）农业污水:来源广，数量大，危害严重。农业污水包括农田排水和农副产品加工的有机污水，其中含有化肥、农药、农家肥（人和农畜的粪便，以及动植物残体）和农副产品加工的有机废弃物。
（3）工业废水:来自造纸、制革、石油化工、农药、药品、染料、化纤、炼焦、煤气、纺织印染、食品、木材加工等工厂。这类废水所含的有机物种类多，人工合成物所占比例高，有机毒物多，生物不易降解。
（4）石油废水:主要污染物是各种烃类化合物——烷烃、环烷烃和芳香烃，其中多环芳香烃具有致癌性。
2）水体遭受有机物污染的危害
（1）大量需氧有机物进入水体，被好氧微生物分解，使溶解氧大幅度下降，甚至造成缺氧状态，危害水生物，有时使大批鱼类死亡。溶解氧耗尽时，有机物转入厌氧分解过程，产生甲烷、硫化氢、氨等还原性物质和恶臭，使水质变坏。
（2）流动缓慢、更新期长的水体，如湖泊、池塘等封闭性水域，接纳大量含氮、磷有机废水后，促使藻类大量繁殖，形成水华。藻类死亡后沉入水底，厌氧分解，释放出氮、磷等，使藻类更加增殖，形成水体质量恶性循环，不宜鱼类生存。
（3）水体遭受油污染后，油膜覆盖水面，阻止气液界面间的气体交换，造成溶解氧短缺，促使发生恶臭。油脂亦可堵塞鱼鳃，使鱼呼吸困难，引起死亡。鱼受石油污染，肉有异味，使食用品质降低或不能食用。
（4）水体遭受高毒性酚类有机物污染，能使蛋白质变性或沉淀，对生物细胞有直接损害，对皮肤和黏膜有强腐蚀作用。长期饮用酚类污染水，可引起头晕、出疹、发痒、贫血及各种神经系统疾病。低浓度酚影响鱼类回游、繁殖，引起鱼肉酚臭；高浓度酚可使鱼类大批死亡。
（5）有机氯农药、多氯联苯、多环芳烃等有机物，大都是剧毒物或强致癌物，进入水体后能长期存在，而且难被分解，常经食物链逐级浓缩、放大，造成危害。
5.热污染
热污染是水温异常升高的一种污染现象。天然水水温随季节、天气和气温而变化。当水温超过33～35℃时，大多数水生物不能生存。水体急剧升温，常是热污染引起的。
水体热污染主要来自工业冷却水。首先是动力工业，其次是冶金、化工、造纸、纺织和机械制造等工业，将热水排入水体，使水温上升，水质恶化。水体增温显著地改变了水生物习性、活动规律和代谢强度，从而影响到水生物分布和生长繁殖。增温幅度过大和升温过快，对水生物有致命的危险。
水体增温加速了水生态系统的演替或破坏。硅藻在20℃水中为优势种；水温32℃时，绿藻为优势种；37℃时，只有蓝藻才能生长。鱼类种群也有类似变化。对狭温性鱼类来说，在10～15℃时，冷水性鱼类为优势种群；超过20℃时，温水性鱼类为优势种群；当水温为25～30℃时，热水性鱼类为优势种群；水温超过33～35℃时，绝大多数鱼类不能生存。水生物种群之间的演替，以食物链（网）相联结，升温促使某些生物提前或推迟发育，导致以此为食的其他种生物因得不到充足食料而死亡。食物链中断可能使生态系统组成发生变化，甚至破坏。
水体升温加速了水及底泥中有机物生物降解和营养元素的循环，藻类因而过度生长繁殖，导致水体富营养化。有机物降解又加速了水中溶解氧消耗。
某些有毒物质毒性随水温上升而加强。例如水温升高10℃，氰化物毒性就增强一倍；而生物对毒物的抗性，则随水温上升而下降。
水体热污染区域可分为强增温带、适度增温带和弱增温带。热污染有害效应一般局限在强增温带，其他两带不利影响较小，有时还产生有利效应。热污染对水体影响程度取决于热排放工业类型、排放量、受纳水体特点、季节和气象条件等。
各国对水热污染及其影响进行了多方面研究，并制定了冷却水温度排放标准。美国、苏联等国按不同季节和水域制定了冷却水温度排放标准；联邦德国以不同河流最高允许增温幅度为依据，制定了冷却水温度排放标准；瑞士则以排热口与混合后的增温界限为最高允许值，确定排放标准。中国和其他一些国家尚未制定有关标准。
6.生物水污染
生物水污染是有害生物进入水体或某些水生物繁殖过程引起的一种水污染现象。
水体生物污染是由于水体接纳了医院、畜牧场、屠宰场和生物制品厂等污水以及城市污水和地表径流而引起的。这些污水含有大量病原微生物（病原菌、病毒和霉菌）、寄生虫或卵。病原微生物水污染危害历史最久，至今仍威胁着人类健康。
病原微生物数量大、来源多、分布广。病原微生物在水中存活时间长短与微生物种类、水质、水温、pH值等环境因素有关，对于在水中存活时间长的病原微生物，人畜感染机率很大。有些病原微生物不仅在生物体内（包括水生生物），而且在水中也能繁殖；有些病原微生物抗药性很强，一般水处理和加氯消毒的效果不佳。
钩端螺旋体、病毒和寄生虫及卵等常与病原菌共存而污染水体。钩端螺旋体来源于带菌宿主——猪和鼠类的尿液，它以水为媒介，经破损皮肤或黏膜进入人体，引起血性钩端螺旋体病。水中常见病毒有:脊髓灰质炎病毒、柯萨基病毒、腺病毒、肠道病毒和肝炎病毒等。世界各地广泛传播的传染性肝炎，主要是水体受污染后所引起的。水中柯萨基病毒和人肠细胞病变为幼儿病毒侵入人体后，在咽部和肠道黏膜细胞内繁殖，进入血液形成病毒血症，可引起脊髓灰质炎，无菌性脑膜炎等疾病。常见寄生虫有阿米巴、麦地那龙线虫、血吸虫、鞭毛虫、蛔虫等，这些寄生虫通过卵或幼虫直接或经中间宿主侵入人体，使人患寄生虫病。其卵和幼虫在水中可以长期生存。
传播疾病的昆虫，如蚊、蝇等，其生活史中某一阶段必需在水中度过，它们传播多种疾病（如疟疾、尾丝虫病等），对人类健康危害很大。
此外，某些藻类在水中营养元素（如氮、磷等）过剩时会大量繁殖，改变水体感官特征，使水体带霉烂气味，严重时可危及鱼类等生存。
7.次生污染
次生污染指积累于悬浮物和底质中的污染物质重新引起水污染的现象。
河流流量增加，流速增大，泛起底质，使原来沉积在底质中的污染物质再次进入水中，重新污染水体。水体pH值和温度发生变化，破坏了污染物质在水悬浮物和水底质界面的动态吸附平衡，发生解吸作用，也会使污染物质重新进入水中。水体中汞、铅等重金属污染物和多氯联苯、有机氯农药等难以降解的有机污染物，大部分因静电吸引、离子交换和络合等作用被吸附于悬浮物和底质的表面，发生一系列复杂的物理、化学、生物反应（微生物和腐殖质在反应过程中起着重要作用），引起次生污染。例如重金属汞，在微生物作用下，因烷基化作用转变为甲基汞和二甲基汞等有机金属化合物，毒性剧增，易在生物体内积累，危害人体健康。
次生水污染是一种较为复杂的污染现象，往往对环境和人体健康产生很大影响。
地下水和地表水彼此有着不可分割的联系，在大多数情况下，地表水污染往往导致地下水污染。两者在污染源方面经常是相同的，但在污染机理和治理方法上则有区别，地下水污染要比地表水污染复杂得多。地下水一旦被污染，不但治理费时、费力、增加投入，而且很难恢复原来的水质。
（四）地下水污染途径
地下水污染途径是指污染物从污染源进入到地下水中所经过的路径。研究地下水污染途径有助于制定正确的防治地下水污染措施。按照水力学上的特点分类，地下水污染途径大致可分为四类。
1.间歇入渗型（图0－1）
其特点是污染物通过大气降水或灌溉水淋滤，使固体废弃物、表层土壤或地层中的有毒或有害物质周期性（灌溉旱田、降雨时）从污染源通过包气带土层渗入含水层。这种渗入一般是呈非饱水状态的淋雨状渗流形式，或者呈短时间的饱水状态连续渗流形式。此类污染无论在其范围或浓度上，均可能有明显的季节性变化，受污染对象主要是浅层地下水。
图0－1 间歇入渗型
2.连续入渗型（图0－2）
其特点是污染物随各种液体废弃物不断地经包气带渗入含水层，这种情况下或者包气带完全饱水，呈连续入渗的形式，或者是包气带上部表土层完全饱水呈连续渗流形式，而其下部（下包气带）呈非饱水淋雨状渗流形式渗入含水层。这种类型的污染对象亦主要是浅层含水层。
上述两种途径的共同特征是污染物都是自上而下经过包气带进入含水层的。因此对地下水污染程度的大小，主要是取决于包气带地质结构、物质成分、厚度以及渗透性能等因素。
图0－2 连续入渗型
3.越流型（图0－3）
其特点是污染物通过层间越流形式转入其他含水层。这种转移或者是通过天然途径（水文地质天窗），或者通过人为途径（结构不合理的井管、破损的老井管等），或者人为开采引起的地下水动力条件变化而改变了越流方向，使污染物通过大面积弱隔水层越流转移到其他含水层。其污染来源可能是地下水环境本身，也可能是外来的，它可能污染承压水或潜水。研究这一类型污染困难之处是难于查清越流具体地点及地质部位。
图0－3 越流型
4.径流型（图0－4）
其特点是污染物通过地下水径流形式进入含水层，或者通过废水处理井，或者通过岩溶发育的巨大岩溶通道，或者通过废液地下储存层的隔离层破裂进入其他含水层。此种形式污染，其污染物可能是人为来源也可能是天然来源，可能污染潜水或承压水。其污染范围可能不大，但其污染程度往往由于缺乏自然净化作用而显得十分严重。
图0－4 径流型
（五）地下水物理性质
是指地下水温度、透明度、混浊度、沉淀、颜色、气味、口味等物理性质，有时也包括导电率及放射性等。混浊度以弱乳光、乳光、弱混浊、显混浊、混浊等表示。沉淀以极微沉淀、微沉淀、沉淀、较多沉淀表示。透明度与水混浊度成反比，地下水一般是透明的。气味是用鼻闻来鉴别水中涌出的气体，可分为土味、沼泽泥炭味、碳氢化合物味（石油、腐朽味等）及其他恶臭；气味可分为无味、极弱、微弱、显著、极显著、强烈等，其中气味显著者已不宜饮用。口味以甜、苦、咸或其他口中感觉来鉴别。
（六）地下水化学成分
是指地下水中所含有机的和无机的化学成分。地下水主要来源于大气降水和地表水（如河水、湖水、海水等），这些水进入地层后与岩土产生溶滤作用、浓缩作用、脱碳酸作用、脱硫酸作用、阳离子交替吸附作用、混合作用及人类活动作用等，使地下水化学成分进一步演变。
地下水中含有各种气体、离子、胶体物质、有机质及微生物等。
1.主要气体成分
常见气体成分有O2、N2、CO2、CH4及H2S等，尤以前两种为主，通常情况下地下水中的气体含量不高，每升水中只有几毫克到几十毫克。对地下水中的气体成分研究却很有意义:一方面气体成分能够说明地下水所处的地球化学环境；另一方面地下水中的有些气体会增加水溶解盐类的能力，促进某些水文地球化学反应。
（1）氧气、氮气:地下水中的氧气（O2）和氮气（N2）主要来源于大气。它们随同大气降水及地表水补给地下水。因此与大气圈关系密切的地下水中含O2及N2较多。溶解氧含量愈多，说明地下水所处的地球化学环境愈有利于氧化作用进行。O2的化学性质远较N2活泼，在较封闭环境中，O2将耗尽而只留下N2。因此N2单独存在通常可说明地下水起源于大气，并处于还原环境。
（2）硫化氢、甲烷:与出现氧气相反，地下水中出现硫化氢（H2S）与甲烷（CH4），说明处于还原的地球化学环境。这两种气体生成均在于大气比较隔绝的环境中，常有有机物存在，与微生物参与的生物化学过程有关，其中，H2S是
的还原产物。
（3）二氧化碳:作为地下水补给源的降水和地表水虽然也含有二氧化碳（CO2），但其含量通常较低。地下水中的CO2主要来源于土壤，有机质残骸发酵作用与植物呼吸作用使土壤中源源不断地产生CO2，并融入流经土壤的地下水中。含碳酸盐类岩石，在高温下也可以变质生成CO2。工业与生活应用化石燃料（煤、石油、天然气），使大气中人为产生的CO2明显增加。据统计，19世纪中叶，大气中CO2浓度为290×10－6μg／g；到1980年，CO2浓度上升至338×10－6μg／g，由此引起了温室效应，使气温上升。
2.地下水中主要离子成分
总的来说，氯盐溶解度最大，硫酸盐次之，碳酸盐最小。钙硫酸盐，钙、镁碳酸盐，溶解度最小。随着矿化度增大，钙、镁碳酸盐首先达到饱和，并且沉淀析出，继续增大时，钙硫酸盐也饱和析出。所以高矿化水中便以易溶的氯和钠占优势。
（1）氯离子:氯离子（Cl－）在地下水中广泛分布，但在低矿化水中一般含量每升仅数毫克到数十毫克，高矿化水中每升可达数克乃至100g／L以上。地下水中的Cl－主要来自沉积岩中所含岩盐或其他氯化物的溶解；来自岩浆岩中含氯矿物［氯磷灰石Ca5（PO4）3Cl、方钠石NaAlSiO4·NaCl］的风化溶解；来自海水补给地下水或者来自海面的风将细沫状海水带到陆地，使地下水中Cl－增多；来自火山喷发物溶滤；来自人为污染，如工业、生活污水及粪便中含大量Cl－。
Cl－不为植物或细菌所摄取，不被土壤表面吸附，氯盐溶解度大，不易沉淀析出，是地下水中最稳定的离子，它的含量随着矿化度不断增长而不断增加，Cl－的含量可用来说明地下水矿化程度。
（3）重碳酸根离子:地下水中重碳酸根离子（
）有几个来源。首先来自碳酸盐和含碳酸盐沉积岩与变质岩（如大理岩）的溶解:
（5）钾离子:钾离子（K＋）的来源以及在地下水中的分布特点与Na＋相近。它来自含钾盐类沉积岩溶解，以及岩浆岩、变质岩中含钾矿物风化溶解。在低矿化水中含量甚微，而在高矿化水中含量较高。虽然在地壳中钾的含量与钠相近，钾盐溶解度也相当大。但是，在地下水中K＋的含量要比Na＋的含量少得多。这是因为K＋大量参与形成不溶于水的次生矿物（水云母、蒙脱石、绢云母），并易被植物摄取。
（6）钙离子:钙离子（Ca2＋）是低矿化地下水中的主要阳离子，其含量一般每升不超过数百毫克。在高矿化水中，由于阴离子主要是Cl－，而CaCl2溶解度相当大，故Ca2＋绝对含量显著增大，但通常仍远低于Na＋。矿化度格外高的水，Ca2＋也可成为主要离子。地下水中Ca2＋来源于碳酸盐类沉积物及含石膏沉积物溶解，以及岩浆岩、变质岩中含钙矿物风化溶解。
（7）镁离子:镁离子（Mg2＋）来源及其在地下水中的分布与Ca2＋相近，来源于含镁碳酸盐类沉积岩（白云岩、泥灰岩）。此外还来自岩浆岩、变质岩中含镁矿物风化溶解。Mg2＋在低矿化水中含量通常较Ca2＋少，通常不成为地下水的主要离子，部分原因是由于地壳组成中Mg2＋比Ca2＋少。
3.地下水中其他成分
地下水中还存在各种微生物。例如在氧化环境中存在硫细菌、铁细菌等；在还原环境中存在脱硫酸细菌等；此外，在污染水中，还有各种致病细菌。
在说明地下水化学性质时，人们常采用总矿化度、酸碱度与硬度三项指标。
地下水酸碱度通常用氢离子浓度，即pH值来表示。pH值是水中氢离子浓度的负对数值（pH＝－lg［H＋］）。氢离子浓度对地下水化学性质影响很大，是确定地下水的酸碱性质，影响在地下水中进行化学反应的重要因素。当pH＝7时水呈中性反应，pH＞7时水呈碱性反应，pH＜7时水呈酸性反应。自然界中地下水pH值一般在6.5～8.5左右。根据pH值大小可把地下水划分为强酸性（＜5）、弱酸性（5～7）、中性（7）、弱碱性（7～9）与强碱性（＞9）。
地下水中钙镁离子含量总和被用来表示水的硬度。将水加热后形成碳酸盐沉淀的那一部分硬度称为暂时硬度。总硬度与暂时硬度之差即为永久硬度。我国普遍采用德国度来表示硬度，一个德国度相当于1L水中含有10mg CaO的量。按德国度大小可把地下水划分为极软水（＜4.2°）、软水（4.2°～8.4°）、微硬水（8.4°～16.8°）、硬水（16.8°～25.2°）与极硬水（＞25.2°）。
（七）地下水水质恶化
地下水水质恶化，是地下水体在自然因素或人为因素影响下，导致地下水质量下降的现象。引起地下水质量恶化的原因很多，诸如:在强烈超采地下水的情况下，地下水位明显下降，致使地区水质差的地下水（咸水、污染等）补给，使得开采层水质发生明显恶化。在自然条件下某些天然过程，如火山喷发、地震等导致地下水水体中某些化学成分和物理性质发生变化；或由于人为开采地下水或进行地下工程，导致含水层串通，改变原有地下水水质以致不能饮用，地下水水质明显恶化；或由于土壤层受到污染，使浅层地下水水质恶化等。
（八）地下水中污染物质
属于污染物质的是它们在水中存在使水质有很大恶化的物质，而在某种情况下则使水不利于生活饮用与在技术上利用。
一些物质组分，例如氯化物、硫酸盐、铁与表征硬度的因子等是地下水中的常见组分，仅当这些物质的含量显著增高时才使水质恶化。另外一些组分（如铅、锌、氟等）在水中浓度不大时也是有害、有毒物质。此外还有大量有机物质与无机物质，仅当它们由主要与工业废水及生活污水有关的各种地表污染源进入时，方出现于地下水中（石油产品、芳香族物质、重金属）。由于生产及其废水的多种多样，这些特殊污染物质数量与种类在不断增加。
总的说来，地下水中污染物质种类繁多，包括了有机污染物或无机污染物；化学污染物或物理污染物；生物污染物或生理污染物；有毒物或无毒物；金属物质或非金属物质；酸性物或碱性物；放射性污染物或热污染物；有色污染物或无色污染物等。具体包括蛋白质、尿素、油类、油脂、糖类、淀粉、纤维素、碳水化合物、各种氨基酸、醇、醛和洗涤剂、甲烷、硫化氢、氨气、细菌、病原菌、病毒、合成颜料、溶剂、胶粘剂、燃料、各种寄生虫、微生物、水生生物、粪便、垃圾、各种农药、化肥、硫化物、氢氟酸、氧化铁、氰化氢、氢氰酸、稠环芳香烃、苯并（a）芘、藻类、苯胺、二苯胺、联苯胺、稠环胺、杂环胺、硝酸、亚硝酸、酸类、碱类、盐水、海水、去垢剂、氟化物、砷、汞、铬、镉、铅、铜、锌、锡、镍、钒、锰、石棉、毒性化学制品、岩土中其他矿物质和某些元素、放射性物质等。
一些常见污染物来源:
镉及其化合物主要来源于冶炼厂、金属矿山开发、电镀厂、化工厂、特种玻璃制造厂和电池厂。
铅及其化合物主要来源于金属矿山、冶炼、工业、铅再生产、电池厂、汽油和油漆制造厂。
六价铬及其化合物主要来源于矿山开发、冶炼厂、电镀厂、合金制造厂、铬蹂皮制革厂、化工厂、瓷厂和颜料、催化剂等。
汞及其化合物主要来源于汞极电解食盐厂、汞剂农药、造纸厂、化工厂、汞精炼厂和温度计制造厂以及汞矿。
砷及其化合物主要来源于矿山开采、含砷药品、玻璃制造、涂料生产、农药制造和化肥厂。
氰化物主要来源于焦化厂、电镀厂、金属清洗和煤气厂等。
有机磷化合物、有机氯化合物主要来源于农药生产等。
酚和氯主要来源于焦化厂、煤气厂、炼油厂、化工厂和合成树脂厂等。
游离氯主要来源于造纸厂和织物漂白工业。
致病微生物主要来源于卫生部门。
各种病菌、细菌、病毒、原生动物等主要来源于医疗、医院污水以及人类生活污水。
耗氧废弃物如天然有机物和亚硫酸盐、硫化物、亚铁盐和氨等无机物主要来源于造纸厂、纤维厂、食品厂和生活污水等。
植物营养物质如氮、磷、碳等化合物，主要来源于化肥、合成洗涤剂、饲养和生活污水等。
油类物质主要来源于石油工业、石油开发机械加工、汽车和飞机保养维修、涂料、煤气、船舶运输和油脂加工等废水。
无机化合物如氯化物、酸、碱、盐类物质主要来源于各类化工厂。
矿物质及其金属元素主要来源于大自然的岩石、矿物以及矿业开发。
有机化学物质，如多氯联苯（PCB）、合成洗涤剂（ABS）主要来源于各种有机化工厂。
放射性物质主要来源于铀矿产地、原子反应堆和有关工业部门。
（九）地下水污染判别标志
通常是应用大肠杆菌在水中的数量来判明水源污染程度。大肠杆菌虽不是病原菌，但水中如有一定数量的大肠杆菌时，表明有其他病菌存在。
除了通过细菌分析查明水被污染的直接标志外，还以水中某些化学成分的存在，作为水被污染的间接标志。
（1）氮化物:地下水被有机质污染后，将随着被污染时间的长短，在地下水中发现氨（NH3）、亚硝酸（N2O3）、硝酸（N2O5）等产物。水中含有亚硝酸和氨时，是地下水在不久以前被蛋白质污染的标志，而含有硝酸时，则表明地下水是从远处被污染的，污染时间较久。
（2）磷酸:天然情况下，地下水中磷酸含量极微或根本不存在，当磷酸在水中出现较多时，往往说明水遭受了近期污染，因为磷酸盐是包含在尿中的。
（3）耗氧量:这个数值过高时，即表示水中含有大量有机质。一般认为，1L水中超过5mL的耗氧量，便被认为有污染的可能。
（4）氯化物:如果地下水中含有氨、亚硝酸和硝酸，而且耗氧量又很高时，氯化物存在便是水遭受污染的标志，而当水中氯离子含量有显著增加时，还往往可作为重要标志。因为这时氯是与粪便垃圾一起进入含水层的。
（5）硫化氢:水中有硫化氢存在，往往与含硫蛋白质分解有关。含硫蛋白质是泥土中硫酸盐被植物吸收后，发生了复杂化学变化的产物，它部分地被动物所吸收。动植物死亡后，它们的蛋白质就分解，其中所含硫以H2S形式析出。所以水中出现硫化氢，亦可作为有受污染可能的标志。
只根据某一化学成分，不能单独作为水被污染的可靠标志，因为它们的形成可能是有机成因，也可能是无机成因，前者是污染标志，后者是非污染标志。故必须结合水的细菌分析结果共同判明。并应结合地区水文地质条件和水源地卫生状况进行分析，查明水中各种成分的形成原因，才能作出正确判断。
（十）地下水环境容量
地下水环境容量是指在满足水资源质量标准的前提条件下，地下水体对污染物质的最大承纳量。
（十一）污染检测
地下水污染程度，一般通过检测以下各项指标来确定:pH值、总硬度、总碱度、总溶解固体、悬浮固体、溶解氧、生化需氧量、化学需氧量、有毒元素（砷、汞、铬、铜、铅等）、酚、氨氮、细菌总数、放射性等。
（十二）地下水监测网
为掌握地下水水位、水质、水温等变化动态，在划定区域范围内对一定数量地下水控制水点（露头）进行长期观测，这些水点组成的网络称为地下水监测网。
（十三）地下水质量评价
地下水质量是指地下水的优劣程度。地下水质量评价是对地下水质量的优劣程度进行定量描述，即按一定评价标准和评价方法对一个特定区域中地下水质量进行说明、评定和预测。
（十四）地下水污染评价
地下水污染评价是指污染源对地下水产生的实际污染效应评价，其旨在说明地下水污染程度和范围，并不能说明地下水的适用性。往往是针对一个特定含水系统进行，以该系统地下水环境背景值作为评价标准，按照一定评价方法对地下水污染状况进行分析、评定和预测。受污染的地下水不一定超标而影响其使用，反之超标并且不能使用的地下水也不一定受到污染。
地下水污染评价按时间分为现状评价和影响评价。现状评价是根据近期地下水水质监测资料，对评价区地下水污染现状的评价。影响评价则是根据评价区经济发展规划，利用预测评价结果进行评价。
地下水污染评价工作实际上是一项复杂的系统工程，一般包括以下5个步骤:
（1）资料获取:首先查明评价区水文地质条件、地下水污染源、污染途径及影响地下水污染的天然和人为因素。获取相应精度要求的地下水中各种污染组分的测试数据。
（2）选择评价因子:根据污染源评价对污染物排序，从主要污染物中选择评价因子。地下水中污染物种类繁多，在进行地下水污染评价时，不可能也不需要将所有成分都作为评价因子，一般是根据评价目的、污染源可能产生的污染物种类，选择分布范围广及对人体健康或地下水利用功能影响较大的污染物作为评价因子。如从人体健康角度考虑，常有氮化合物（
）、氰化物、重金属（Pb、Cr、Cd、Hg、As）及有机污染物，特别是人工合成化合物（农药、酚类、氯代烃、苯系物等）。
（3）确定评价标准:一般地下水污染评价采用标准有评价区地下水环境本底值。地下水环境本底值是指在未受到人类活动影响（或污染）的地下水中各种物质成分含量。但在人类长期活动的影响下，地下水原始状态早已不复存在。因此反映地下水原始组分状况的本底值实际含义已经改变，一般采用地下水环境背景值来表征。
地下水环境背景值是在一个特定区域内相对清洁区监测得到的，是地下水中各种组分含量的统计平均值。
（4）评价模型选择:一般采用指数模型评价区内地下水是否受到了污染及其污染程度，对于污染程度分区分级、研究污染过程及原因等，则采用数理统计模型及分级聚类模型。
（5）评价结果分析:通过以上步骤可得到每个单元的评价值，再根据对各评价单元评价值进行统计，划分若干等级。还要对评价结果进行分析，是否与环境地质研究的定性结论相符。
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