摘要：城市地区是水资源需求最大、地下水污染负荷最重、地下工程开发强度最大的区域。城市用水需求的增大促进地下水开采量的持续增长，并导致海水入侵、地面沉降、岩溶塌陷等一系列环境水文问题；城镇化建设引发了剧烈的土地利用与覆被变化，并影响着区域的地下水循环和地表水—地下水的相互作用过程。城市生产生活污染负荷的输入与地下水垂直热通量的增加，加剧了地下水质的恶化，严重制约了地下水的再生利用和城市社会经济的可持续发展。因此，亟需对城市化地区面临的地下水生态水文问题开展深入的科学研究。
关键词：城市化；地下水水量；水质变化；影响；对策
1 城市化与地下水量
1.1 地下水补给的“正负效应”
（1）负效应，城市路面不透水率的升高使得地下水的天然补给量减少。大气降水入渗是地下水补给的直接途径，城市建设中的大量土地被铺上沥青和硬质铺面等渗透性较差的材料，隔绝了大气与土壤—包气带之间的天然联系，使得降水对含水层的自然垂向补给减少，并随着不透水面积的增加梯次减小。天然状态下大气降水量有50%经土壤下渗补给地下水；当不透水面比例占城市面积的35%~50%时，仅有35%的降水下渗；当不透水面比例上升至75%~100%时，地下水补给比例将减少至15%以下。这一情况在干旱半干旱地区尤为明显，基于SWAT模型的模拟结果得出，加沙地区（中东，巴勒斯坦）城市面积每增加1%，地表下渗量甚至可减少41%。
（2）正效应，居民生活用水渗漏、人工补给等措施增加了地下水的补给量。城市化带来居民用水量和排污量的增加，因而城市供水干线、下水道和输水—排水（污）渠、人工和近自然雨水渗透系统等所产生的渗漏量逐渐成为城区地下水补给的重要组成部分。美国德克萨斯州城市自来水管道的泄漏率在8.5%~37.0%，巴基斯坦海德拉巴市区地下水的人工补给量比该地区的自然补给高出10倍以上。
城市绿地的过量灌溉、地下水回灌、可渗路面改造等人工补给调控措施也是城市地下水补给的重要途径。此外，区域降水增加、蒸散发减少等因素也会导致地下水补给的增量。城市上空的强对流作用易导致产生降雨及暴雨事件，会增加地下水的入渗补给。同时，在地下水埋深浅的平原区，潜水蒸发及植被蒸腾是浅层地下水的重要排泄途径，城市不透水面积增加也会导致区域蒸散发量的减少，有利于地下水的补给。
1.2 地下水排泄量激增
地下水的排泄方式包括以泉为主的点状排泄、向地表水的线状排泄、蒸发和人工排泄，其中人工开采地下水是人工排泄的重要途径。近30年来，世界范围内地下水的大规模开采是导致地下水排泄量激增的主要原因。
20世纪80年代中期，全球地下水的开采总量约5.50×1011t/a，其中美国、中国和日本分别为1.135×1011t/a、7.60×1010t/a和1.38×1010t/a；到20世纪末，全球地下水开采量已经超过7.50×1011t/a，美国、中国和印度3个国家的开采量均超过1×1011t/a，占世界总开采量的50%以上。目前，中国城市地下水超采严重。2000-2018年，全国地下水占水资源总量的比值呈显著下降趋势，全国已有400多个城市开发利用地下水，华北和西北地区利用地下水的城市比例分别高达72%和66%。
2 城市化与地下水质
2.1 水质特征
（1）有机微污染严重。
城市地下水中的有机污染物具有种类多、含量低、危害大、来源广、治理难度大等特点，主要包括卤代烃类、多环芳烃类、有机氯农药类和多氯联苯类等常见的有机化合物，以及药物及个人护理品、内分泌干扰物、消毒副产物等新型有机污染物（Emerging Organic Contaminants，EOCs）。2008-2010年中国31个省份的69个城市的地下水中，有机污染组分的检出率超过48.42%。与此同时，美国、英国、西班牙等欧美国家陆续在城市地下水发现咖啡因、卡马西平等新型有机物。近年来，微量有机污染上升为城市地下水环境保护领域的首要问题。
药物及个人护理品（Pharmaceutical and Personal Care Products，PPCPs）是其中一类极具代表性的新型微量有机污染物，目前地表水与地下水环境中主要的PPCPs是抗生素类药品，并先后在污水、地表水、地下水、土壤中检出。城市化增大了抗生素类PPCPs的使用需求，2013年中国抗生素总使用量约为16.2万t，其中33%经生物排泄和污水处理后进入受纳环境，并通过地表水—土壤—地下水的相互作用进入城市地下水。全氟化合物（Perfluorinated Chemicals，PFCs）是另一类典型的新型有机污染物，被广泛应用于化工、造纸、涂料等领域，其中全氟辛酸和全氟辛烷磺酸被确认具有致癌性。1970-2002年，全球有6800~45250t的全氟辛酸前体物及相关副产物被释放到环境中，尤其是自然水体。有部分学者发现，在泡沫灭火剂泄漏风险较大的城市地区，附近地下水中全氟化合物的含量每升可高达几千微克，远高于其在一般环境水体中的检出浓度。
（2）营养元素含量丰富。城市地下水中常见的营养元素包括NO-3、NO-2、NH+4、PO3+4等无机形式存在的氮盐和磷酸盐以及溶解态有机氮、NH3、N2、N2O等，其中硝酸根（NO-3）离子由于带负电荷难以与土壤颗粒结合，易于被淋溶流失进入地下水，因而成为地下水中最普遍存在的无机污染物。全球约有110个国家和地区的城市地下水正遭受硝酸盐污染的威胁。
2.2 污染来源
（1）大气沉降。大气干湿沉降主要影响城市地下水的氮输入通量。大气中含氮化合物，主要为NOX、NHX和有机氮，通过降水、气溶胶、尘土颗粒等形式降落于地表土壤、水体、植物体后，经淋滤、径流排泄等方式进入地下水。中国每年大气氮沉降量高达1.8×107t，但是目前地下水的大气氮输入通量鲜少纳入计算考量。此外，城市机动车尾气排放导致的大气酸沉降也会促进重金属离子、部分有机物从包气带土层淋滤下渗。
（2）城市污水及生活废物渗漏。城市生活污水贡献了相当一部分地下水的氮、磷、硫酸盐、重金属等污染负荷。在过去的30年间，中国城市污水管道系统的泄漏量增加了40%以上，大多数城市地区的下水管道建设时间久远、雨污管道分流不彻底、破损严重，城市污水管道的改造和修补难度大，加之生活污水量随用水人口激增，导致市政污水管道渗漏量大且短时间内难以彻底解决。
垃圾填埋场泄漏是城市地下水污染的另一重要来源。1981年，垃圾填埋场泄漏对中国地下水硝酸盐污染的贡献量仅为10%，但到2008年这一比例增长至34%，成为仅次于农业面源污染的第二大地下水污染来源。这主要是因为，城市可填埋垃圾的主体是食物垃圾、废弃商品和宠物排泄物，城市化和工业化促进了含氮产品、食物产品和宠物数量的增长：1981-2009年，草坪废弃物和宠物排泄物增加了5.1倍和1.3倍，合成纤维的使用量增长了13.4倍，因此城市卫生填埋量增加，相应地，垃圾渗滤液的泄漏风险也增大。
结束语：
地下水资源的可持续利用对人类社会和生态系统长期稳定的发展至关重要。因此，不仅需要对当前城市地下水的污染情况进行有效的监控和修复，更需要对天然资源量、开采方式、社会经济和生态环境等各个方面进行综合管理，形成成熟的风险评价指标体系和合理的开发、调蓄与保护的方法及关键技术。
参考文献：
[1]朱学愚，钱孝星，刘新仁.地下水资源评价[M].南京：南京大学出版社，1987.
[2]施春华，骆祖江.江苏松散沉积层地区地下水资源评价模型发展趋势[J].地质学刊，2010，34（1）：36-40.