研究目的与研究意义

随着世界范围的水污染问题越来越受到人们广泛的关注，世界各国都为污染物的处理制定了更为严格的标准，工业废水和生活污水必须经过严格处理才允许排放。然而，目前地表水体中的许多污染物，特别是一些高浓度、有毒、致癌、致畸的难降解持久性有机污染物很难被彻底净化，或者由于处理废水量大、处理时间长，加上环保技术相对落后，造成大多数废水处理设备体积庞大，占地面积大，处理效率低下，处理工艺复杂，处理费用很高，致使许多工业部门的大部分污水根本没有处理或处理未达标就被排放到环境中，造成了地表水体的严重污染。由于地表水和地下水之间存在水力联系，已污染的地表水体很有可能进一步入渗污染地下水。值得重视的是，河流渗滤系统对入渗的地表水有一定的净化作用，而且这种自然净化过程成本低廉，具有很好的推广价值。因此，有必要深入研究已污染的河水在入渗地下水过程中被河流渗滤系统净化的机理和净化效果，从而更好地利用河流渗滤系统的净化作用，避免河水中污染物进一步对地下水系统造成潜在的危害。

针对不同水文地质条件、不同水质状况等实际情况，开展河流渗滤过程中污染物迁移转化机理及应用的研究，目前已成为热点问题。如德国很早就开始研究河流渗滤系统的净化作用，尤其是在1986年莱茵河发生污染事故之后，德国环境保护局等政府机构采取多种措施促进了对河流渗滤作用研究的不断深入，现已取得丰硕成果并部分运用于实践，目前，整个德国饮用水的供给总量中约16%是通过河流渗滤系统净化作用获得的。近年来，美国环保署也不断加大对河流渗滤系统研究的资助力度，仅2001年就资助了至少四个项目，总经费超过200万美元，例如在河流渗滤过程中，颗粒物及病原体的去除作用研究获得了536 000多美元的资助；同时美国在这方面的研究也取得了一些进展，并已在俄亥俄州、内布拉斯加州、肯塔基州和西弗吉尼亚州等地的城市供水处理过程中开始运用河流渗滤作用，并且呈现出不断增加趋势。受德国等国家多年理论研究和实践应用成果的吸引，匈牙利、韩国、瑞士等许多国家也相继开展了河流渗滤系统中污染物环境行为及其应用的研究。由于研究目的所限，而且发达国家水环境状况好转，严重污染河流比较少，因此，目前国外涉及污染河水在河流渗滤系统中的迁移转化机理及净化作用的研究较少，开展河流渗滤过程中污染物环境行为强化措施的研究尚不多见。

与德国、美国等国家相比，我国将河流渗滤系统应用于水处理的时间可能更早，但开展河流渗滤系统中污染物迁移转化机理及净化作用的研究却相对滞后，只是近年来，有宿青山等（1991，1993）、翁焕新（1995）、翁焕新等（1997）、俞艳荣等（1998）、马唐宽等（1998）、薛禹群等（1998）、谢水波等（2000）以及吴耀国等（1999、2000、2002a，b）、李金荣等（2004）利用野外监测手段和室内模拟试验开展了一些污染河流对地下水环境的影响分析与评价研究，发现河流渗滤系统对污染河水具有净化功效，但对河流渗滤系统中特定污染物的迁移转化机理的深入系统的研究未见报道，而关于其强化措施研究方面的文献也比较少。

大量的研究和实践应用表明，河流渗滤系统可以显著地去除河水中的有机污染物、氮素、颗粒物、病原体、微生物等。河流渗滤系统可以作为饮用水的预处理步骤，人类也很早就开始应用这一廉价的、有效的自然水处理技术，然而针对特定的污染组分在这个渗滤过程的环境行为是怎样的，其去除机理和去除效果如何等一系列问题的室内模拟试验研究相对缺乏，因此有必要加强相关研究，为野外强化措施提供科学依据和治理根据。

傍河取水是开采地下水的重要方式之一，也是在实践中应用河流渗滤系统自然净化作用的一种普遍方式。傍河水源地地下水的补给源主要是河流的侧向入渗补给，因此，地表河流的水量与水质的好坏，对傍河地下水源地的开采量和水质影响均比较大。以前的研究多集中在海洋和湖泊水体中的沉积物-地表水界面作用对上覆地表水体的影响，却很少研究河流沉积层-地表水界面作用对地下水体的环境影响。而河流水动力条件比湖泊和海洋更加复杂，加上目前河流水体污染的严重性，特别是河流水体的富营养化现象的普遍性，以及有机污染的严重态势，污染物在沉积物-地表水界面发生的变化包括物理、化学、生物等一系列环境行为，而地表水在这些作用的影响下，对地下水环境的影响存在很大的差异。所以研究河流渗滤系统中的沉积物-地表水界面作用不仅可以深刻理解沉积物-地表水界面作用的内容，而且研究污染物在河流渗滤系统中的迁移转化机理，还可以为减少污染河流对地下水环境的负效应影响提供治理措施，因此，河流渗滤系统中沉积物-地表水界面作用的研究具有很重要的理论意义和应用价值。

近年来，随着工农业的发展，地下水有机污染日趋严重。美国地下水中的化合物约有200多种，其中有机污染物约占175种（Chih-Ming et al.，1997）。以色列某深部含水层中苯和甲苯浓度分别为700×10^-9mg/L和400×10^-9mg/L（Zoller，1993）。石油污染是我国石油化工地区土壤和地下水的主要污染类型，目前包括河北平原、南阳油田、山东淄博大武水源地、京津唐等地区都出现了地下水石油污染（郭永海等，1996；郭华明等，1999；徐绍辉等，1999）。其中苯系物（benzene，toluene，ethylbenzene and xylene，BTEX）不仅是燃油的成分，还是应用极为广泛的化工原料，微溶于水，易挥发，毒性大，难降解，在地下水中容易迁移，因此，这类挥发性污染物的发生、分布及其在环境中的归属得到国内外学者的关注（Bianchi et al.，1998；Busoon et al.，2003；Douglas et al.，2002；Lee et al.，2002；豆俊峰等，2006；李玉瑛等，2007；李志萍等，2007；沈学优等，2005）。鉴于我国地表水及地下水污染的普遍性、危害性及复杂性，以及目前本研究领域中存在的问题，开展本项研究不仅有助于探索上述基础性研究中存在问题的解决途径，而且可为地表及地下水环境有机污染治理、水资源规划、管理和保护提供基础资料。因此，本书的研究具有一定的理论意义和现实意义。