4.4.1.1 地下水污染的含义
对于地下水污染的定义，自19世纪以来不同学者(例如德国的梅恩斯、法国的弗里德、美国的米勒等)就提出了不同观点。从各种观点的阐述中可以发现它们存在两方面的主要分歧。其一是污染标准问题，有人提出了明确的标准，即以地下水中某些组分的浓度超过水质标准的现象称为地下水污染;有人只提出一个抽象的标准，即以地下水中某些组分浓度达到“不能允许的程度”或“适用性遭到破坏”等现象称为地下水污染。其二是污染原因问题，有人认为，地下水污染是人类活动引起的特有现象，天然条件下形成的某些组分的富集和贫化现象均不能称为污染;而有的人认为，不管是人为活动引起的或者是天然形成的，只要浓度超过水质标准都称为地下水污染。
事实上，在天然地质环境和人类活动影响下，地下水中的某些组分都可能出现相对富集和相对贫化，都可能产生不合格的水质。如果把这两种形成原因各异的现象统称为“地下水污染”，在科学上是不严谨的，在地下水资源保护的实用角度上，也是不可取的。因为前者是在漫长的地质历史中形成的，其出现是不可防止的;而后者是在相对较短的人类历史中形成的，只要查清其原因及途径和采取相应措施是可以防止的。因此，把上述两种原因所产生的现象从术语及含义上加以区别，从科学严谨性及实用性来说都更加可取一些。
此外，在人类活动的影响下，地下水各种组分浓度的变化绝大部分处于由小到大的量变过程，在其浓度尚未超过某一标准之前，实际污染已经产生。因此，把组分浓度超标以后才视为污染，已失去了预防的意义。当然，在判定地下水是否污染时，应该参考水质标准，但其目的并不是把它作为地下水污染的标准，而是根据它判别地下水水质是否朝着恶化的方向发展。如果朝着恶化方向发展，则视为“地下水污染”，反之则不然。
尽管人们对水污染的含义的看法有差异，但在污染造成水体质量恶化这一方面是有共识的。目前比较合理的定义可以表述为，凡是在人类活动影响下地下水水质朝着恶化方向发展的现象，统称为“地下水污染”。不管此种现象是否使水质恶化达到影响使用的程度，只要这种现象一旦发生，就应视为污染。天然地下水环境中出现不宜使用的水质现象，不应视为污染，而应称为天然水质异常。所以判定水体是否污染必须具备两个条件，第一为水质朝着恶化的方向发展;第二为这种变化是人类活动引起的(沈照理等，1993)。
4.4.1.2 地下水中的污染物
与地下水污染的定义相对应，凡是人类活动导致进入地下水，并使水质恶化的物质，无论其浓度是否达到使水质明显恶化的程度，均称为地下水污染物。由于地下水赋存于地下岩土介质中，污染物进入地下的难易程度，受到污染源状况、地下水埋藏条件、包气带含岩性和结构、污染物物理化学性质等多种因素影响。因此，尽管地表水体多与地下水存在不同程度的水力联系，但在污染物的种类上，地表水污染和地下水污染并不完全相同。
地下水污染物的种类复杂繁多，分类方式也有多种，一般可以将其大致分为3大类:化学污染物、放射性污染物和生物污染物。
(1)化学污染物
化学污染物是这3类污染物中污染物种类最多、污染最为普遍的一类。可以进一步细分为无机污染物和有机污染物。
无机污染物包括各种无机盐类的污染及微量金属和非金属污染。目前，最常见的是NO3-N污染，其次是Cl－，硬度，SO2－4，TDS等。它们的特点是大面积的污染多，局部的污染少，常见于城市地区地下水中。微量金属污染物和非金属污染物相对比较少，多见于金属、非金属矿床的开采、冶炼和加工过程所在地区。
有机化合物的种类非常繁多。据Beilstein有机化学数据库，自1771～2008年已经确认的有机化合物达1030万种之多，而且每年都有新的有机化合物被不断地合成出来。由于生产、运输、存储、使用等各个环节的不当，有可能导致种类繁多的有机化合物进入地下水系统。其中很多有机化合物具有难降解、毒性大的特点，尽管它们在地下水中含量可能很低，通常以μg/L甚至ng/L计，但是它们对供水安全所造成的危害是巨大的。
由于有机污染物的种类众多，人类对地下水有机污染物的认识目前还远跟不上有机污染物产生的速度，例如美国国家环保局2004版饮用水标准中，共列出了171种有机污染物，而其中明确有饮用水标准上限的只有61种(USAEnvironmentProtectionAgency，2004)。关于地下水中有机污染的种类划分目前还很不完善，主要是依据有机污染物的种类划分，例如卤代烃类、氯代苯类、单环芳烃类、农药类、多环芳烃类、酚类、酯类等。随着分析技术的不断发展和研究水平的不断提高，会有越来越多的有机污染物被发现和重视。
(2)放射性污染物
放射性污染物在地下水中比较少见，且种类比较少，如226Ra，238U，60Co，90Sr等，这类污染物只在局部地方发现，多与放射性物质生产和使用有关，例如核电站的核废料处置过程中产生的废水，医疗单位放射科治疗过程中产生的废水等。
(3)生物污染物
地下水中的生物污染物主要包括细菌、病毒等，它们主要由于人类和牲畜的粪便等排泄物以及死亡尸体等引起，多出现在农村卫生条件比较差的地区。
4.4.1.3 污染来源
地下水污染的来源按成因可分为人为污染源和天然污染源。人为污染源是指人类在生产、生活过程中产生的各种污染物，包括液体废弃物，例如生活污水、工业废水、地表径流等;固体废弃物，例如生活垃圾、工业垃圾;农业生产过程中的化肥农药的使用等。天然污染源是指那些天然存在的，但只是在人类活动的影响下才进入地下水环境的，例如地下水过量开采，引起海水入侵或含水层中的咸水进入到淡水含水层而污染地下水;采矿活动的矿坑疏干使某些矿物氧化形成更易溶解的化合物而成为地下水的污染源。
地下水污染的来源按分布形式分为点污染源、线污染源和面污染源。点污染源是指面积相对较小的污染源，例如相对独立的垃圾填埋场、污水渗坑等;线污染源是指呈线状的污染源，例如长期排污河流、地下水污水管道的渗漏、铁路沿线废弃物的排放等;面污染源是指面积相对较大的污染源，例如农田大面积施用化肥和农药等。需要说明的是按照分布形式对污染源的划分，在多数情况下是相对的概念，它和研究的尺度及范围有关。例如对垃圾填埋场研究其对周边地下水影响时，将其看成点源是不合适的，其规模大小和形态展布对地下水污染羽的分布具有明显影响。而在研究垃圾填埋场分布对区域地下水污染影响时，对于每个垃圾场来说，它们都可以看成是一些点状的污染源。
能够造成地下水污染的污染源种类繁多，图4.13较好地展示了常见的一些污染源。据美国等一些国家的统计资料，对地下水环境质量影响最大的污染源主要包括5大类，它们分别是地下储存罐、化粪池、农业活动、城市垃圾填埋、污水坑塘。
图4.13 地下水污染及常见污染源示意图(据Zaporozec等，2000)
(1)地下储存罐
地下储存罐常年埋于地下，由于罐体的腐蚀泄漏造成地下水污染成为当前人们普遍关注的污染源之一。尤其是城市地区广泛分布的油库、加油站等。据统计，在1989～1990年间，美国约有200万个储存燃料油的地下储油罐，其中被证实发生渗漏的有9万个。据美国环保局估计，其国内现有地下储油罐的35%存在渗漏(USA Environment Protection Agency，2009)。我国目前对该类型的污染尚没有开展全面的监测，但已有研究证据表明，一些地区特别是城市的加油站储油罐确实存在渗漏问题。这类污染源向地下水中释放的污染物多数是有机溶剂，以石油产品燃料油居多，它们往往会造成地下水单环芳烃类(苯、甲苯、乙苯、二甲苯)以及C6-C16的石油烃污染，危害巨大。
(2)化粪池
广布于城市地下的各种类型化粪池以及污水管道系统的泄漏，是造成城市地区地下水污染的主要污染源之一。城市污水中主要污染组分来自于粪便排泄，它的主要污染物是BOD、COD、总悬浮物(TSS)、总氮(TN)、总磷(TP)以及病原微生物等。它们渗漏进入地下水后往往会造成地下水的硝酸盐氮污染、TDS、总硬度污染以及细菌污染等，城市地区地下水普遍的氮污染和盐污染多与此有关。
(3)农业活动
农业活动过程中过量施用化肥和农药，是造成农业区地下水大面积硝酸盐氮污染和农药污染的主要原因。目前，我国化肥年使用量达4124×104t，按播种面积计算，化肥使用量达400kg/hm2，远远超过发达国家为防止化肥对水体造成污染而设置的225kg/hm2的安全上限。化肥的平均利用率仅40%左右。全国每年农药使用量超过30×104t，除30%～40%被作物吸收外，大部分进入了水体、土壤及农产品中，使全国933.3×104hm2耕地遭受了不同程度的污染。部分地区生产的蔬菜、水果中的硝酸盐、农药和重金属等有害物质残留量超标，对人们的身体健康造成了威胁。
(4)城市垃圾填埋
垃圾填埋场是城市地区不可缺少的重要组成部分，也是造成地下水污染的主要污染源之一，尤其是大量未经合理选址、设计和施工的简易填埋场。据2004年对北京市平原区垃圾填埋场调查资料，北京市平原区非正规垃圾处理场及转运站共有368处，占正在运营的垃圾处理场地总数的95%，由于简易填埋场环保措施欠缺，致使不少地区的垃圾泛滥、蚊蝇孳生、臭气飘荡，不仅影响周围环境，更加严重的是造成了对地下水的污染。垃圾填埋场由于成分复杂，其淋滤液造成的地下水污染也十分复杂，往往具有污染物浓度高、种类多、难治理的特点，严重威胁了城市地下水的安全。
(5)污水坑塘
污水坑塘往往是工业、企业生产过程中用来储存、排放或处理污水用的临时性或永久性坑塘，它们有的进行过防渗处理，有的却没有，对这类污染源的管理不善或是防护措施不够，是造成其渗漏污染地下水的主要原因。由于工业企业类型不同，所造成的污染种类也不尽相同。许多历史上的工业企业以及一些中小企业在生产过程中，由于没有排污管网，污水随意排放，或排入污水坑，或排入随意挖掘的排污沟，致使土壤和地下水受到严重污染。有些污染甚至在企业搬迁土地功能发生改变后，残留在土壤和地下水中的污染物仍可能造成极大的危害。
4.4.1.4 污染途径
按照地下水水力学特征，地下水污染途径主要包括间歇入渗型、连续入渗型、越流型和径流型4种(林年丰等，1990)。
(1)间歇入渗型
这种类型多是污染源在降水的间歇淋滤下，非连续地入渗到地下水中，例如农田、垃圾填埋场、矿山等(图4.14a，b)。
图4.14 地下水污染途径(据林年丰等，1990)
(2)连续入渗型
这种类型多为遭受污染的地表水体的长期连续入渗，造成地下水污染，例如排污渠、污水渗坑等(图4.14c，d，e)。
(3)越流型
越流型是指已污染的浅层地下水通过弱透水层、岩性“天窗”及井管等向邻近的含水层越流，造成邻近含水层污染(图4.15a，b，c，d)。
图4.15 地下水污染途径(据林年丰等，1990)
(4)径流型
径流型是指在地下水水力梯度的影响下，污染的地下水从某一地点径流到未遭受污染的地下水中，例如海水入侵、污水通过岩溶管道的渗流、废液自灌注井流向抽水井(图4.15e)等。
4.4.1.5 污染特征
地表水体和地下水由于储存、分布条件和环境上的差异，表现出不同的污染特征。地下水赋存于地下含水层中，并在其中缓慢运移，上部有一定厚度的包气带土层作为天然屏障，地面污染物在进入地下水之前，必须首先经过包气带土层。上述条件使地下水污染有如下特征。
(1)隐蔽性
由于污染是发生在地表以下的含水介质之中，因此，必须通过钻探等手段揭露地下水，进行采样分析，才可以判别地下水是否遭受污染。由于包气带对污染物的净化和屏障作用，地下水即使已遭到相当程度的污染，但往往从表观上很难识别。一般仍然表现为无色、无味，不能像地表水那样，从颜色及气味或鱼类等生物的死亡、灭绝鉴别出来。此外，即使人类饮用了受有害或有毒组分污染的地下水，其对人体的影响一般也是慢性的，不易觉察。因此，地下水污染往往具有很强的隐蔽性。
(2)长期性
地下水一旦遭到污染，往往很难依靠天然地下径流将污染物排除带走，或者依靠含水层的自净得到恢复。这主要是因为地下水的径流速度非常缓慢，即使是在水交替强烈地区，地下水径流速度相对于地表水体来说，也是非常缓慢的。而地下水的污染物则由于含水介质的吸附作用使迁移速度更加缓慢。此外，吸附或沉淀在含水介质中的污染物，很难通过抽水的方式将其从地下带出，它们往往长期存在于含水介质中，并不断缓慢地向地下水中释放转移。因此，地下水一旦遭受污染，即使在切断污染来源后，靠含水层本身的循环和自然净化，少则需要十几年、几十年，多则甚至需要上百年的时间。地下水污染具有明显的长期性特点。
(3)难恢复性
由于地下水埋藏在地下，相对于地表水的治理，防治地下水污染的难度要大很多，成本也要高很多。前已述及，多数情况下地下水中的污染物很难通过将污染地下水抽出的方式全部抽出，必须结合一些包含地下工程的就地恢复治理措施，对污染的地下水和含水层进行同时治理，这就大大增加了地下水污染的处理难度和成本。尽管目前国际上已有一些针对污染场地地下水污染的治理技术，但由于处理难度大，成本过高，即便是发达国家也是有选择地对一些污染比较严重、危害比较大的污染场地地下水进行治理。针对区域的面状污染，目前尚无有效的治理技术。因此，人们必须清楚地认识到地下水污染的难恢复性特点。