地下水污染风险识别与修复治理关键技术丛书--地下水回补污染风险防控及生态修复技术

北京地区长期依赖地下水作为主要供水水源，地下水在北京市的供水系统中所占比例高达71%，长期超采导致地下水位持续下降。为满足日益增长的用水需求，开发和应用可持续发展的水处理和再利用技术日益受到关注。

潮白河冲洪积扇河流段（密云水库-向阳闸）是北京市水源保护地，也是南水北调来水重要的地下水回补区。调水之前，该区段河道干涸、生态多样性消失，怀柔、密云等新城的再生水持续排入，增加了地下水污染和河道生态系统重构的难度。传统静态的、单一对象的、单目标的水量回补调蓄方法无法实现该区段外调水、水库水、汛期雨水、再生水等多水源的科学配置要求，难以实现回补调蓄区河道生态修复目标、地下水水量恢复和水质改善目标。南水北调来水调蓄工程建设使区域水循环格局发生新变化。南水北调水源地下水回补后，形成大气降雨-再生水-南水北调水的多水源补给格局，将改变回补区地下水的补径排条件。地下水水位抬升可能增加再生水、污水、报废机井等污染源对地下水的污染风险。

为系统总结潮白河区域回补河流生态修复与地下水污染风险防控的相关经验，特编写此书，为地下水回补污染风险识别与防治、地下水资源开发利用领域研究人员提供典型案例借鉴和技术参考。本书系统梳理了回补河流现状、污染源分布状况与地下水环境状况，提出基于回补河流生态修复的区域水资源调配技术、回补区河道生态修复技术、地下水回补区污染风险源识别、回补条件下地下水环境效应、典型回补区地下水污染风险防控技术等，并在某些场地进行了工程应用示范，建立了集回补河道生态修复与地下水污染防控于一体的一整套技术体系。本书理论与实践有效结合，具有较强的技术应用性和针对性，可供从事地下水污染风险防控与修复等的工程技术人员、科研人员和管理人员参考，也可供高等学校环境科学与工程、生态工程及相关专业师生参阅。

本书由李炳华、孟庆义、黄俊雄等著，具体分工如下：第1章由孟庆义著；第2章由孟庆义、黄俊雄著；第3章由周娜、韩丽著；第4章由李炳华、杨勇著；第5章由李炳华、郭敏丽著；第6章由李炳华、黄俊雄著。全书后由李炳华统稿并定稿。

本书是笔者及其团队多年来在地下水回补河道生态修复与地下水污染风险防控技术理论和经验方面的总结，本书的出版和发行将推动我国地下水回补污染防控技术的研究，为我国地下水回补污染防治提供有益指导。限于著者水平及编写时间，对诸多问题的认识还不够深刻和全面，书中难免有不妥和疏漏之处，恳请读者批评指正。

著者

2021年1月

本书为“地下水污染风险识别与修复治理关键技术丛书”的一个分册，是关于回补河流生态修复与地下水污染风险防控的实用型技术类图书。书中详细介绍了基于回补河流生态修复的区域水资源调配技术、回补区河道生态修复技术、地下水回补区污染风险源识别、回补条件下地下水环境效应，以及典型回补区地下水污染风险防控技术等，并进行了工程应用示范。

本书具有较强的前瞻性、技术应用性和针对性，可以作为地下水回补污染风险识别与防治，地下水资源开发利用领域的科研人员、工程技术人员和管理人员的参考书，也可以供高等学校环境科学与工程、生态工程、地下水科学与工程及相关专业师生参阅。

李炳华，北京市水科学技术研究院，教授级高工，李炳华，博士，教授级高工，2009年获中国地质大学（北京）环境工程专业博士学位。同年7月进入北京市水科学技术研究院工作。

多年以来，一直从事水资源开发利用和地下水污染防治领域研究，主要研究方向包括地下水与地表水的循环机制、再生水安全利用、南水北调水调蓄、含水层管理等方面。近年来，围绕再生水安全利用、新兴痕量有机污染物监测评估和地下水水质保障的核心目标，负责和参与了水专项、国家重点研发计划、环保部和水利部公益科研专项等共计20余项，形成了以风险识别——机理研究——技术研发——措施编制的科研创新思路。此外，负责和参与了水务发展规划、水生态文明城市建设、水资源调查与评价等项目共计15项。

近5年发表学术论文论著约30篇，其中SCI、EI 论文 13篇；获授权发明和实用新型专利5项、北京市新技术新产品1项。荣获得北京市科学技术奖、水利部大禹水利科学技术奖等省部级奖4项，其他奖项10余项，包括北京市水务科学技术一等奖4项、二等奖2项，北京市地勘局地质科技成果奖一等奖1项，以及北京市工程咨询成果一等奖2项、二等奖2项等。

第1章  绪论    001

1.1　研究背景与意义    002

1.1.1　研究区概况    002

1.1.2　研究背景    003

1.1.3　研究意义    005

1.2　研究技术    006

1.2.1　河道生态修复技术    006

1.2.2　地下水回补污染风险防控与调蓄技术    010

1.3　研究目标与任务    013

1.3.1　研究目标    013

1.3.2　研究任务    014

第2章  基于回补河流生态修复的区域水资源调配技术    015

2.1　回补河流生态修复综合评价指标体系    017

2.1.1　体系构建标准    017

2.1.2　指标选取    017

2.2　回补河流生态修复综合评价    018

2.2.1　评价方法    018

2.2.2　冲洪积扇河流段（密云水库-向阳闸）分析评价    019

2.2.3　冲积平原河流段（向阳闸-苏庄闸）分析评价    020

2.3　回补河流水资源配置    021

2.3.1　可供水水源类型    021

2.3.2　回补河流水资源生态配置方案    022

2.4　小结    025

第3章  回补区河道生态修复技术    027

3.1　回补区河道水生态修复技术    028

3.1.1　植被配置技术    028

3.1.2　生态载体水质净化技术    034

3.1.3　人工滤井循环净化技术    041

3.1.4　生态浮床/悬浮式人工湿地生态修复技术    049

3.1.5　辐射井循环净化技术    065

3.2 　回补区河道生物种群恢复技术    070

3.2.1　回补区河道鱼类种群恢复技术    070

3.2.2　回补区大型底栖动物种类多样性与群落结构分析及水质评价    079

3.3　回补区在线水质安全监测预警技术    098

3.3.1　基于水生脊椎动物响应的在线生物预警技术    098

3.3.2　富营养化生物监测预警技术    104

3.3.3　生物-化学监测参数综合集成的在线水质安全监测预警技术体系    108

3.4　小结    110

第4章  地下水回补区污染风险源识别    113

4.1　地下水回补区污染风险源调查    114

4.1.1　工业污染源    114

4.1.2　再生水污染源    116

4.1.3　畜禽养殖污染源    117

4.1.4　加油站    118

4.1.5　垃圾填埋场污染源    119

4.1.6　农业污染源    120

4.1.7　入河排污口    120

4.2　地下水潜在污染源风险因子识别    121

4.2.1　点源特征污染物及排放特征    125

4.2.2　面源特征污染物及排放特征    125

4.2.3　线源特征污染物及排放特征    125

4.3　地下水污染因子确定    126

4.4　小结    129

第5章  回补条件下地下水环境效应    131

5.1　再生水回补对地下水环境的影响效应    132

5.1.1　再生水河道回补入渗量    132

5.1.2　再生水回补入渗对地下水环境的影响    136

5.2　南水北调水源回补对地下水环境的影响效应    155

5.2.1　南水北调水源土柱淋溶试验    155

5.2.2　南水北调水源含水层模拟试验    166

5.2.3　南水北调水源现场回补对地下水环境的影响    176

5.3　小结    205

第6章  典型回补区地下水污染风险防控技术    207

6.1　地下水流概念模型    208

6.1.1　研究区范围确定    208

6.1.2　地层结构与边界条件概化    208

6.1.3　地下水排泄、补给及均衡状况    209

6.2　地下水渗流数值模拟    212

6.2.1　数学模型及求解方法    212

6.2.2　水文地质参数分区    214

6.2.3　水流模型识别与验证    214

6.3　溶质运移数值模拟模型    219

6.3.1　溶质运移数学模型及溶质选择    219

6.3.2　溶质运移数学模型求解及条件确定    220

6.3.3　主要地下水补给源溶质因子浓度及参数选取    220

6.3.4　溶质运移模型识别与验证    221

6.4　回补区地下水污染风险防控方案及预测    223

6.4.1　回补区南水北调水源利用路径    223

6.4.2　回补区水资源配置及地下水污染风险调控方案    224

6.4.3　不同水资源配置方案下地下水流场及溶质浓度预测    225

6.4.4　水资源配置方案对比评估    238

6.5　地下水串层混合污染防控技术研发    244

6.5.1　试验设计    244

6.5.2　封井材料的室内试验结果    250

6.5.3　各种封填材料经济性对比    258

6.6　小结    259

参考文献    261

索引    263

本书为“地下水污染风险识别与修复治理关键技术丛书”的一个分册，是关于回补河流生态修复与地下水污染风险防控的实用型技术类图书。书中详细介绍了基于回补河流生态修复的区域水资源调配技术、回补区河道生态修复技术、地下水回补区污染风险源识别、回补条件下地下水环境效应，以及典型回补区地下水污染风险防控技术等，并进行了工程应用示范。

本书具有较强的前瞻性、技术应用性和针对性，可以作为地下水回补污染风险识别与防治，地下水资源开发利用领域的科研人员、工程技术人员和管理人员的参考书，也可以供高等学校环境科学与工程、生态工程、地下水科学与工程及相关专业师生参阅。

李炳华，北京市水科学技术研究院，教授级高工，李炳华，博士，教授级高工，2009年获中国地质大学（北京）环境工程专业博士学位。同年7月进入北京市水科学技术研究院工作。

多年以来，一直从事水资源开发利用和地下水污染防治领域研究，主要研究方向包括地下水与地表水的循环机制、再生水安全利用、南水北调水调蓄、含水层管理等方面。近年来，围绕再生水安全利用、新兴痕量有机污染物监测评估和地下水水质保障的核心目标，负责和参与了水专项、国家重点研发计划、环保部和水利部公益科研专项等共计20余项，形成了以风险识别——机理研究——技术研发——措施编制的科研创新思路。此外，负责和参与了水务发展规划、水生态文明城市建设、水资源调查与评价等项目共计15项。

近5年发表学术论文论著约30篇，其中SCI、EI 论文 13篇；获授权发明和实用新型专利5项、北京市新技术新产品1项。荣获得北京市科学技术奖、水利部大禹水利科学技术奖等省部级奖4项，其他奖项10余项，包括北京市水务科学技术一等奖4项、二等奖2项，北京市地勘局地质科技成果奖一等奖1项，以及北京市工程咨询成果一等奖2项、二等奖2项等。