在世纪年代初美国就开始大规模地兴建污水处理厂并开始将污水再生回用。俄罗斯以色列南非和纳米比亚的污水再生回用也很普遍郭瑾等目前全世界大约有超过个再生水利用工程，主要分布在日本美国澳大利亚以及欧洲等国家和地区，。据美国环保局再生水回用指南中指出，再生水利用类型包括市政用水工矿企业用水农业灌溉用水环境娱乐和景观用水地下水补给和可饮用水。再生水补给地下水的过程中，不仅可以利用包气带及含水层对再生水做深度处理，亦能补给地下水源，是缓解地下水过量开采含水层枯竭问题的有效手段。但是，限于经济和技术原因，再生水中污染物质难以有效去除，污染物超标的再生水在各种利用过程中如果处理不当，会产生各种各样的环境问题。再生水相对于含水层而言是外源水，向地下注水过程中会导致场地的水文地质条件发生变化，并且水化学成分上也存在明显的差异，再生水回灌过程中，其中污染物很可能会打破天然水与土壤含水层介质间的平衡，从而导致地下水水质及土壤的化学性质发生改变如地下水硬度升高，土壤碱化板结等问题再生水中有较多的痕量有机物，些属于促癌物辅致癌物可疑致癌物或致突变物，其中最危险的有机物为抗生素类有机物和内分泌干扰物，对人体健康和生育带来严重风险。虽然污水处理过程中可以去除大部分内分泌干扰物质，但再生水中仍然广泛存在再生水中的病原微生物也是再生水回灌中所关心的问题，主要为细菌病毒原虫等，这些微生物随再生水补给进入地下水系统中，从而可能改变地下水化学组成和含水层水力性质，由于微生物在适宜的条件下迅速繁殖将导致回灌系统的生物堵塞何江涛，。另外，虽然土壤含水层系统对再生水具有净化的作用，但是污染物在迁移过程中，还可能发生与自净作用相反的现象，第章引言即有些作用会增加污染物的迁移性能，使其浓度上升或从种污染物转化为另种污染物，如污水总氨氮经表土层及下包气带中的硝化作用变成硝酸盐氮，使硝酸盐氮的浓度增高冀小元，。因此再生水回灌或入渗时，可能会使地下水遭受污染，威胁到供水安全。与地表水体相比，地下水旦被污染，存在着水质恢复费用昂贵，技术难度大等突出特点。再生水入渗补给地下水是否会对地下水造成影响急需开展相应研究，必须对再生水利用过程中对地下水可能产生的风险进行评估。目前我国再生水利用对地下水的影响研究主要局限于再生水用于农业灌溉等方面对环境产生的影响。再生水规模补给水源河道环境用水或再生水直接补给含水层对地下水的影响程度尚无科学依据和工程实例。国内外研究现状地下水污染风险最早的形式可以追溯到年法国学者提出的地下水脆弱性这术语，在年以前，有关地下水脆弱性的概念多是从水文地质本身的内部要素如地下水位埋深地下水的平均流速表层沉积物的渗透性等这角度来定义的实质上是固有脆弱性，主要反映了地层对地下水的保护和污染缓冲性能，它很难准确反映地下水系统的污染风险水平郭晓静，。世纪年代，针对面源污染造成的地下水污染问题，认识到如果没有污染物，即使非常易受污染的地下水也不会有危险雷静因此在进行地下水污染风险评价过程中将有关的污染物和其他人类活动因素如污染物特征污染源及相关活动除草剂杀虫剂及硝酸盐等农业化学品的施用考虑进去。地下水污染风险的概念由于影响因素的复杂性和研究水平的局限性，各国的水文地质学家们从不同角度根据各国的实际情况，对地下水污染风险的概念进行了不同的释义张丽君，。首次提出地下水污染风险这术语的是学者，该学者指出地下水污染风险由含水层本身的脆弱性与人类活动产生的污染负荷造成，。年世界卫生组织和泛美卫生组织联合发布了地下水中国地质大学北京硕士学位论文污染风险评估，将考虑人类土地利用活动影响因素的脆弱性评价又称为地下水污染风险评价，首次将地下水防污性能评价同地表污染源负荷耦合在起形成早期的地下水污染风险评估其本质上是种特殊脆弱性评价。例如以色列的池塘注入再生水到最终稳定划分为三个阶段，第阶段为下渗开始，池塘下部含水率稳定增长至饱和含水率，渗透速率最大再生水补给地下水的同时地下水位上升，当池塘下部的地下水位到达池塘底部时，形成饱和状态，为第二阶段在第二阶段的后期由于底泥的形成导致下渗率逐渐降低，最终导致河流与地下水位发生脱节，该阶段为第三阶段，最终达到稳定，以个小的稳定的入渗量补给地下水。前两个的阶段的入渗量很大不能忽略只考虑稳定状态时的入渗量。在确定入渗量的基础上上提出本论文接下来的技术路线，首先根据回灌场地水文地质条件状况调查确定土壤理化性质及水力学参数分别建立包气带和饱和带的数学模型。包气带采用模型，对包气带水分运移和溶质运移进行模拟，实时计算潜水面上的水流通量溶质浓度等，将包气带模拟结果以源汇项的方式赋给饱和带模型，饱和带模型采用软件，运行模块确定模拟期内潜层地下水水位，模拟污染物的运移，确定不同时段不同含水层污染范围与污染物浓度，研究技术路线见图。中国地质大学北京硕士学位论文饱和带确定不同时段不同含水层的污染范围及污染物浓度分布饱和带补径棑条件水文地质条件数学模型建立包气带水源地分布及开采量降雨入渗量数学模型建立模型概化水文地质参数资料气象资料再生水引水量及水质初始条件潜水面处再生水补给水量及补给溶质浓度受水区再生水垂向入渗量确定包气带水流边界条件包气带溶质浓度边界条件含水层中各溶质污染等级划分各个时刻地下水污染风险级别划分特定位置处不同时刻地下水污染风险级别划分图再生水河道利用地下水污染风险评估技术路线图第章研究区概况第章研究区概况北京市是资源性缺水的特大型城市，加上连续干旱，降雨量减少，城市人口数量急剧增加导致供水量增加，潮白河地表水资源量严重不足。根据实际资料显示，潮白河向阳闸以下的干流度出现基本无水状态。为缓解潮白河水资源紧张局面，年北京市水务局组织实施了顺义新城温榆河水资源利用工程简称引温济潮工程黄俊雄等，。引温济潮工程介绍引温济潮工程是该将温榆河污水再生处理后，通过泵站经十三排干京密路顺于路小中河海洪闸下游扬水至城北减河，经顺义城北减河输送至潮白河，设计年调水量约万，年月正式建成通水王佳军等，补充潮白河生态环境用水及涵养地下水源的目的。再生水受水区段为城北减河及向阳闸河南村橡胶闸段潮白河，受水区见图。图受水区研究区段示意图城北减河全长约，宽约，属于人工型河道，两侧砌边坡，自然中国地质大学北京硕士学位论文河底，平均流速在左右，在潮白河向阳闸下与潮白河交汇。潮白河起于北京北部怀柔区，自顺义区南部进入通州区，其中研究区段从向阳闸至河南村橡胶坝河段的长度约为，在橡胶坝拦水形工湖，宽度为，蓄水量约为牛英杰，。研究区自然地理概况自然地理研究区位于潮白河冲积扇的中下段。潮白河是北京市第二条大河，由潮白两河于密云县河槽村附近汇合而成，从北向南流经密云怀柔顺义和通州四区县，在通州区牛牧屯引水出境后入潮白新河，经河北省香河县天津市宝坻县，至宁车沽与永定新河汇合后在北塘入渤海，全长约，沿途纳入小东河怀河城北减河箭杆河和运潮减河等支流。潮白河流域北京段及受水区所处位置见图。图潮白河流域北京段及受水区所处位置图地形地貌受水区所在的潮白河流域地处山地与平原的过渡地区，背靠燕山山脉，山峦叠嶂。河道出山后进入平原向渤海湾倾斜，山地与平原高差悬殊，约左右，形成个背山面海的地形。流域内地势西北东北高，东南低。上述地形特征对流域内降水和径流地区分布产生显著影响，呈现明显地带性差异。受水区第章研究区概况气象条件受水区所处的潮白河流域属暖温带半湿润大陆性季风性气候，寒暑交替，四季分明。每年冬春受西伯利亚的干冷气团控制，盛行偏北风，风雪稀少，夏季受海洋暖湿气团影响，雨量集中。年日照小时，无霜期天左右。气温潮白河流域年平均气温为。月平均气温，最低气温零下月平均气温，最高气温达。海拔高度在的丘陵缓坡低山区年平均气温。降水及蒸发潮白河流域无霜期山区短，平原长，在海拔的山区，无霜期为天，平原区为天左右。根据各站多年记录资料，多年平均水面蒸发量密云，怀柔，顺义，通州。陆面蒸发背山区约，山前丘陵区，平原区。水文地质条件地层岩性结构研究区域属于潮白河冲积扇的中下段，历史上向阳俸伯以北地区曾为地下水溢出带，往南逐渐过渡到承压水区。因此，基岩上沉积了大量的潮白河冲积洪积物，沉积厚度东北部薄，西南部厚，其厚度由东北部的左右到西南部千米以上。潮白河自密云进入平原区后，自上游至下游，河道沉积物颗粒由粗变细，含水层岩性由卵石渐变至砂砾石再至细砂。从向阳闸与潮白河中段的两东西向的地质剖面图见图图可以看出，自向阳闸向南至河南村橡胶坝，砂卵砾石层的厚度和数量均不断减少。南北向的水文地质剖面图图表明，含水层岩性由砂卵砾石渐变至细砂受水区北段以透水性好的砾石含砂为主，中段以粉细砂为主，南段以透水性较差的粉质粘土为主。自北向南以上的地层层数由少变多。中国地质大学北京硕士学位论文图潮白河再生水利用区向阳闸东西向地质剖面图垂直于河道剖面图潮白河再生水利用区河道中段地质剖面图垂直于河道剖面图例细砂卵石砂砾石粉质粘土井水位线井水位线井水位线图潮白河再生水利用区南北方向水文地质剖面图平行于河道剖面地下水背景流场根据地层结构岩性可以看出，深含水层的岩性，受水区北部以卵第章研究区概况砾石为主，趋南渐变为以细砂为主。深含水层的岩性则表现为以细砂为主，局部地段夹有砾石。根据北京市水利科学研究院所提供的有关受水区地下水背景流场资料图图可以看出，深含水层的地下水自西南向东北方向流动，受水区范围内的水位差高达，水力梯度为深含水层地下水主要流向自南向北，水力梯度为深含水层地下水主要流向则表现为自东南流向西北，水力梯度很缓，仅约为。受水区及其周边均有农业区，农田灌溉井的井深般不超过。深含水层地下水的水力梯度如此平缓，很可能与受水区农业井的开采有着密切的联系郑凡东，。图潮白河再生水利用区深度含水层地下水水位等值线图郑凡东，图潮白河再生水利用区深度含水层地下水水位等值线图郑凡东，中国地质大学北京硕士学位论文图潮白河再生水利用区深度含水层地下水水位等值线图郑凡东，受水区再生水利用量及水质再生水利用量自年月起，再生水开始引入潮白河。受膜通量和冬季低温影响，再生水深度处理规模远没有达到设计规模，实际运行中每年的月至次年的月再生水实际处理量仅为万，每年的月至月再生水处理量为万，年的再生水实际处理量见表和图。图潮白河再生水引水量历时分布表潮白河历年再生水利用量单位万年度年引水量潮白河再生水受水至今已七年。受水伊始，为确保潮白河再生水受水区有足第章研究区概况够的水面和防止再生水从受水区北部过多地渗入地下，有关单位在减河与潮白河交汇处以北潮白河道内修建了道土坝。自年月至年月，向阳闸至土坝潮白河段未受水，受水区主要为减河潮白河土坝至河南村橡胶坝段。年月至今，开始间歇式引水至潮白河土坝上游。同时，为保障潮白河向阳闸库区段水生态环境，还陆续间断地小规模引水至潮白河向阳闸库区。受水区再生水水质在年月至年月期间对受水区段进行了为期年的水质监测，监测指标包括项水温浊度电导率钾钠