【阅读】古代也有地下水污染

本次阅读节选自《古代西安地下水污染及其对城市发展的影响》以及《古代也有环境污染》。

文章节选自《西安大学学报》（自然科学版）2007年02期，原名《古代西安地下水污染及其对城市发展的影响》。

导  读

西安城市的发展已有3000多年的历史。从西周的丰京和镐京、秦朝的咸阳、西汉的长安城到隋唐长安城,西安作为都城长达1100多年。在迁移发展过程中,城市规模不断扩大。汉唐两代长安城是西安历史上最繁荣昌盛的时期,一度成为国际性大都市。唐代末年长安城遭到毁坏,从此失去了作为全国政治、经济、文化中心的地位,但此后一直作为 中国西北规模最大的政治、经济中心和军事重镇,受到历代中央王朝的重视。在其漫长的发展历史中, 特别是在鼎盛时期,由于城市人口规模的不断扩大和手工业、商业的高度集中,城市地下水污染问题开始出现,造成城市供水短缺,成为限制城市发展的重要原因。历史上地下水污染的累积效应,直到今天仍制约着现代西安城市的发展。 

作者 · 单位

仇立慧,黄春长,周忠学

 (陕西师范大学 旅游与环境学院, 陕西 西安）

摘  要

目的  

揭示古代西安地下水污染过程和原因及其污染物质的长期积累对城市发展的影响。 

方法  

在野外实地考察和查阅文献记载、考古实证的基础上,结合现代环境地学理论和方法进行研究。

结果  

西安地下水污染始于汉代,唐代以来最为突出,污染物质长期积累,使得污染日益加剧; 城市发展对地下水的开采及生活污水、垃圾、人畜排泄物等不合理排放是造成地下水污染的主要人为原因; 西安所处的特殊地形条件和地下水水文条件是造成地下水污染物质长期积累的客观原因; 地下水污染引起的水资源短缺成为其后城址迁移的重要原因之一,现代西安城市地下水污染是历史上污染物不断富集和积累的结果。

结论  

在当前西安城市水资源开发利用和环境治理规划中, 必须充分考虑西安特殊的地形和地下水水文条件及污染物质在地下土壤沉积物和地下水中长期积累的问题。 

关键词

古代西安;地下水污染;城市发展

1    西安城市地下水污染及其发展历史

汉代长安城地下水开始受到污染,隋唐长安城污染更加严重,到明末清初,西安城市的地下水因污染而供水困难。现代西安城随着人口的迅速增加和工业的大力发展,大量城市生活污水和工业废水排 入河流,使围绕西安城的八水和地下水污染加重,成 为我国污染最严重的城市之一。 

西安城市地下水污染是在漫长的历史过程中污染物不断富积的结果。早在汉代,长安城区就已经 出现了地下水污染现象。《隋书·瘐季才传》记载 隋开皇二年( 582年) , “汉营此城,经今将八百岁,水皆咸卤,不堪宜人”。因此,隋另建新都。隋唐长安城建立后,城区地下水污染不断加重。据《宋高僧 传》记载,唐中宗( 705— 710年) 末年, “迥宅坊中井皆咸苦”。到宋大中祥符七年( 1014年) ,永兴军城 ( 今西安) “井泉大半咸苦,居民不堪食”。明代记载“宋渠湮塞,城内穿井饮水咸”。到清末民初,地下水污染越来越严重,井水苦涩不堪饮用,全城可饮用 的井寥寥可数。 

历史时期地下水污染物来源以城市和居民点生活污水、垃圾、人畜排泄物为主。这些含氮有机物在适宜的条件下被矿化成硝酸盐,溶入水中并不断富积,使水质变苦、燥涩、变咸。元代胡三省注《通鉴》指出“京都( 汉长安) 地大人众,加之岁久,壅底垫隘,秽恶聚而不泄,则水多咸苦。”[ 1 ] 据 1970年地下 水污染调查[ 2 ] ,污染物成分以硝态氮(NO3-N) 为主。 硝态氮含量最低 15 g /m 3,最高可达 500 g /m 3 以上。受硝态氮污染的地下水在西安市城区、北郊和南郊连成一片,分布集中,面积达 86. 7 k m 2,污染区随地下水的流向,由城南经城区向北伸展( 见图 1) 。

图 1　西安潜水硝态氮(NO 3-N , g /m 3) 含量分布图 

Fi g . 1　Distribution of underground water NO 3-N contantin Xi ′ a n 

从图 1可看出,硝态氮污染最严重的地区正是隋唐长安城所在地。地下水中硝态氮污染程度与居民点的分布具有密切的关系,同时也受地质地貌条 件、地下水流向及过水量大小的影响。居民点越大越多越古老、人口越密集的地区,含氮有机物如人畜排泄物、垃圾废物、生活污水等产生就越多,污染就越严重。在地势平坦的地方,大部分污染物容易随降水下渗进入地下潜水层,地下水污染严重,分布面积较大,而坡度较大、地下潜水流速快、过水量大的地区,则污染较轻或没有污染。数千年的生活污水、 地表垃圾、人畜排泄物等不断下渗富积,改变了地下水的成分,使地下水的硝态氮含量升高,且这种污染持续至今。从1970年的调查显示,西安地下潜水污染最严重的地方分布于城区和北部污灌区,主要以硝态氮为主。其后由于西安市东郊、西郊工业的迅速发展,地下水污染物种类增多。据1980年调查, 重金属如铬、汞、铅、镉及硝酸根、氟、酚、氰等离子污染非常严重,主要分布在东郊、西郊的工业区以及北郊的污灌区,工业污染物排放及含工业废水的污水灌溉引起地下潜水再污染,使得硝态氮污染分布范 围进一步扩大,污染有所加重。因此,现在西安地下水的污染状况,是现代工业污染在古代几千年来有机物污染基础上的叠加。

图 2　西安及附近潜水深度及流向图

Fi g. 2　Depth and direction of ground water in Xi ′ a n 

2    古代西安城市地下水污染的地质地貌背景分析

西安市位于关中盆地中部,地势总体上南高北低,由南向北依次是秦岭山地、冲积洪积扇、黄土台塬和由三级阶地构成的渭河冲积平原。汉长安城位 于龙首原北麓渭河的一级阶地上, 当时距渭河约 0. 5 ～ 1 km ,地势较低。唐长安城在龙首原以南的渭河二级和三级阶地上,地势东南高,西北低。汉唐长安城地下水、地表水的流向受地形起伏的影响,缓慢地由东南向西北和由南向北方向流动,靠近渭河南岸则趋东西流向。 

汉唐长安城区地下水资源十分丰富,特别是潜水,历史上是城市供水和居民生活用水的主要来源。汉长安城所在的一级阶地上层为粉砂土,地下水埋 藏深度 3 ～ 4 m ,在大约 10 m以下,即出现透水性 强、过水量大的砂层和砂砾石层,污染物不易富集, 所以污染较轻。唐长安城所在的二、三级阶地海拔 380 ～ 410 m ,潜水埋深 5 ～ 10 m ,潜水含水层厚度 30 ～ 40 m ,而渭河河漫滩海拔约 370多 m。据此计算, 在二、三级阶地上,潜水含水层下部低于渭河水位, 再加上阶地、塬地等平坦地形上的碟形凹地、槽形凹地和坡坎地等微地形的影响,潜水含水层下部地下水处于闭流状态,形成集水闭流区,一旦被污染,污染物难以随含水层上部的水流排出,使硝态氮就地聚集、增浓和淀积,并且被地下土壤和沉积物吸附, 或从一些潜水“天窗”下渗到承压水层。另外,从渭河二、三级阶地的岩性来看,潜水含水层上部主要是厚达 10 m以上的透水性较好的黄土性粉砂土,其下为质地比较黏重、保水性强的古土壤层,更下面的隔水层为砂质黏土。同时,西安城市所处地域地形平坦,浅层地下水水力坡度小( 约 3‰) ,水流滞缓,循环交替和更新极为缓慢,为硝态氮的长期存储积累 提供了有利条件。地下水一旦受到污染,污染物也极易在此区域的地下水和土壤沉积物当中富积,形成稳定的污染区。所以,硝态氮污染物质既存在于地下水当中,也存在于含水层的土壤与沉积物当中。所谓地下水的自净作用,就是污染物质被吸附积累 在含水层土壤和沉积物当中的过程。在一定条件下,积累在土壤和沉积物当中的污染物质会被地下水重新溶解,继续污染地下水,亦即西安城市地下水污染在历史上不断积累至今,这与地表河流的自净作用不同。 

3    古代西安城市地下水污染的人文原因

1970年以前,西安市地表水和地下水的工业污染源分布于西郊和东郊的工业区。图 1所反映的地下水污染分布并非当代工业污染的结果。古代西安城市地下水污染源主要是城区内外居民生产生活污水、垃圾和人畜排泄物等。城市居民对地下水的利用方式、排污渠道以及生活垃圾、人畜排泄物的处理方式等都会影响到地下水的水质,导致污染。因此, 这与人类活动有密切的关系。 汉代长安城内宫殿、官署、邸第、里居等生活用水多通过凿井汲取地下水,辅之以地表水,而日常生活污水、脏水尽管在宫内及一些大型建筑群内采用地下排水管网[ 3] ,但城内大部分居民区则通过土质 渠道、城壕、废井等排水。生产生活污水、人畜排泄物等随渗井、排水渠道、城壕、废井等下渗,地下潜水经过长期的“开采汲取—排泄下渗”循环,不断发生污染,使水质恶化。隋唐时期,长安城居民的生活用水以地下水为主,而且污水主要通过开凿渗井来排 泄[ 4 ] 。城内废弃的枯井、沟渠、池沼等成为生活污水排放的渠道,污水通过直接下渗或汇入地表水之后下渗到潜水层,污染地下水。唐长安城人口近 100万,每天产生数量极为可观的生活垃圾和人畜 排泄物。这些污秽之物采用取土挖坑、壅滞其间的方法埋于地下,经过长期分解,产生大量的含氮有机质,在适宜的环境下矿化形成硝酸盐,溶于水中下渗,使地下潜水中硝态氮含量增加,不断遭到污染, 变得咸苦,不可食用。

4    古代西安地下水污染对城市发展的影响

古代城市的选址和发展受自然环境和资源条件的限制很大[ 5] ,其中水资源对城市发展起决定性作 用。城址的迁移与水源不足或水质变差后不能满足 城市居民生活所需而另辟新源有关[ 6] 。关中地区历史上都邑的选址、建设发展和迁移都与水源有关。西周丰镐、秦朝咸阳、汉代长安及隋唐长安城,均位 于渭河平原低洼平坦地区,靠近河流,地下水丰富, 埋藏浅,便于取水。汉长安城营建于渭河一级阶地, 隋初沿用,后来在渭河二、三级阶地上选择新址建大兴城,唐代更名长安城。选址改变的最主要因素之一是汉长安城区地下水受到污染,变得咸苦,不可食用,渠道引水供不应求,水资源短缺。隋修建大兴城时,开龙首渠、永安渠、清明渠,并引浐水、氵皂 水、潏水入城,以解决城中园林及居民用水不足, 便是例证。

汉唐长安城区地下水不断遭到污染,水质恶化, 导致居民的生活用水严重短缺。汉代长安城内宫殿、官署、邸第、里居等生活用水多为井水,因不能满足 50万左右人口需要,开凿了昆明池,开辟水源,以 保证城市用水。隋唐时期宫城和皇城因地下水质较差,不能满足宫中所需,饮水需从宫外运入。宋代修复龙首渠,引浐水入城,以解决城市用水问题。宋金元时代,龙首渠成为长安城的主要水源。明清两代, 西安城用水依然紧张。清末民初,有以卖水为生者, 昼夜排队取水,沿街叫卖,可见,城市供水已十分困难。 到了现代,西安城市缺水相当严重,在我国 110 个严重缺水城市中位居前列。建国以来,约 1/4城 市居民生活饮水困难。由于地下潜水的短缺而过度 开采深层地下水,造成地面大面积沉降,从而加剧了 市内 10多条地裂缝的发展,使大雁塔加速倾斜、钟楼基座拉裂,一批建筑物和供水、通讯、市政设施遭到破坏,浅层地下水透过隔水层把污染物带到深层, 使自备井水质恶化。1990年后期,西安市开始引用黑河水,基本上缓解了城市供水危机。今后随着 “引汉济渭”工程的建设,西安城市用水问题将会得到彻底解决,但西安城市地下水污染问题,还要从可持续发展的角度进行合理规划和有效治理。

5   小　结

古代西安城市在发展的历史过程中,地下水不断受到地表垃圾、生活污水、人畜排泄物等的污染, 数千年的不断积累,使地下潜水污染逐渐加重,直至 现代西安市由于工业的迅速发展,使地下水污染面积扩大,污染更加严重。因此,现代西安地下水污染在很大程度上是由于历史上污染物不断富积和积累的结果。西安所处的特殊地形和水文条件决定了地下潜水的赋存及流向特征,使地表污染物向潜水层下渗,在地下土壤和沉积物中积累,对地下水造成严重污染,这种污染至今并未消除。历史上,长安城地下水源的污染造成城内水资源短缺,限制了城市的发展,同时也是影响隋唐长安城址向龙首原上渭河 二、三级阶地迁移的重要因素。目前,西安城市发展也明显受到水资源短缺问题的制约,在解决当前西安市城市水资源问题及地下水污染防治过程中,必须充分考虑西安特殊的地形和水文条件。

参考文献

[ 1 ]   李健超.汉唐长安城地下水的污染与黄土地带国都的 生态环境嬗变 [ J ].中国历史地理论丛, 1998, (增 刊): 89-97.

[ 2 ]   中国科学院水土保持研究所. 肥水[M ].北京: 科学出 版社, 1973.

[ 3 ]   刘庆柱, 李毓芳.汉长安城 [M ] .北京: 文物出版社, 2003. 

[ 4 ]   李昭淑. 西安水环境的历史变迁及治理对策[J ]. 中国 历史地理论丛,                  2000, ( 3): 39-53. 

[ 5 ]　肖爱玲,朱士光.关中早期城市群及其与环境关系探 讨[J ]. 西北大学学报:           自然科学版, 2004 , 34( 5): 615-618. 

[ 6 ]    杜鹏飞, 钱易. 中国古代的城市排水[ J ] . 自然科学史 研究, 1999, 18( 2):           136-146.

 ( 编　辑　徐象平)

The pollution of underground water and its impact on urban development in ancient Xi ′an City 

GUN Li-hui , HUANG Chun-chang , ZHOU Zhong-xue 

(College of Tourism and Environmental Sciences , Shaanxi Normal University , Xi ′ an 710062 , China )

Abstract: Aim To explore the process of the underground water pollution and its reason,and its impact on urban development in ancient Xi′an .Methods Using field research,desk research and theories of modern geography . Results The underground water were polluted from the Han dynasty and deteriorated afterward .The pollution caused damage not only to the special terrain and water environments in ancient Xi′an and also to the unreasonably utilization of water resources .Conclusion The shortage of underground water resources because of pollution resulted in the urband evelopment .The pollution of underground water in present gears was mainly caused by the accumulation of contam inations in historical periods.So we must consider the special terrain and water conditions in solving modern water utilization. Key words:underground water pollution;ancient Xi′an city;urband evelopment

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文章节选自《世界科学》1996年07期，原名《古代也有环境污染》。

作者：陆家训

人们常常认为空气污染是现代工业的产物 , 但是科研人员已经发现证据 , 说明北半球的粒子污染已有很长的历史 , 事实上 , 某些最有害的空气污染发生在大 约 2500 年以前 。那是由古代的开矿和炼金术造成的。法国多尔芒大学的研究人员得到了这一发现 , 他们将其发现在最近出版的 “ 科学” 杂志上进行了报道 。法国研究人员对取自格陵兰深下层的冰块进行了检 验 , 采集的这种冰至少已有 70 0 0 年 , 大约是在铜器时代初期形成的 . 研究人员对这种冰的含铜量进行了测 量 , 发现在 2 0 0 0 年前大气中的金属含量 比近 2 00 年多 10 倍 . 研究人员认为 , 这种空气污染是由中世纪及其以前的金属冶炼者造成的 。中世纪从公元 50 0 年一直 到大约 14 50 年 。法国研究人员认为 , 随着精炼金属方 法的出现 , 铜的生产变得很广泛 。这种方法叫熔化 , 其中包括将矿石混合物加热到极高的温度使金属分离出来 。古代的冶炼方法使大量金属 尘埃进入大气 , 直到1 8 世纪工业革命以前 , 这种冶炼方法 一直未有改变 。对于格陵兰冰的研究 , 证明铜污染在古代要比工业革命以后严重的多。对冰的测量还说明 , 在 90 0 年前中国的宋朝统治期间 , 铜污染是极其严重的 。现代工厂产生的空气污染比古代的污染要少 . 当然 , 大气中的金属粒子数量在继续增加 , 新工业的污染为古代的污染遗留物增加了数量 。 

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编辑：寥寥

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