水资源在社会可持续发展过程中占有相当重要的地位，是人类赖以生存且不可替代的物质基础，也是影响人类进步和社会发展不可缺少的自然资源。随着工农业迅猛发展、人口不断增长及城市化进程的加快，水资源已成为严重制约社会发展的因素，如何解决水危机，怎样在北方半干旱的自然环境下，在地表水逐渐枯竭的背景下有效的利用中水解决农业灌溉用水问题，全国尤其是北方地区污水灌溉成为缓解水资源危机的有效途径。然而，不合理的灌溉方式、不完善的排水系统及大规模的地表引水，产生了土壤次生盐渍化、地下水环境恶化等一系列生态环境问题，特别是在干旱半干旱地区，水盐问题严重制约该区的农业发展。山西省太原市属水资源匮乏地区，是我国北方大型污灌区之一，采取污水灌溉已有三十多年的历史。随着污灌频率和强度的增加，灌区的土壤已受到不同程度的污染，并直接影响到地表水和浅层地下水环境。因此，评估污灌区土壤环境、地下水环境中污物的污染特征及机理对污灌区水土资源保护与管理及农产品的安全生产具有重要的现实意义，同时对中国乃至世界其他污灌地区类似研究提供一定的借鉴价值。　　本文选取太原市的小店污灌区作为典型研究区，通过收集与整理基础资料、调查野外环境并采样和室内实验等多种手段和方法，全面的研究了典型区域的污水来源、灌溉类型以及污灌渠的空间分布，并对表层土壤和地下水进行了特征污染物采样与测试工作。在此基础上，分析评价了表层土壤重金属含量的分布特征及污染状况，探讨了重金属在污灌区包气带和含水层中迁移规律，并对地下水污染风险进行了探讨研究。本文的主要研究成果如下：　　（1）表层土壤重金属污染特征　　本研究通过地统计学理论和相关关系分析等工具对污灌区表层（0-20cm）土壤中Hg、Cd、As、Pb、Cr、Zn、Cu等七种重金属含量分布和富集状况进行了系统描述，在此基础上进行了土壤重金属质量评价和土壤重金属污染评价。结果表明：表层土壤七种重金属元素含量中，Cr、Cu、Zn近似服从正态分布，Hg、Cd、As、Pb不服从正态分布，Cu、Zn、Cr、Pb与其它元素相关性较高，Hg与其它6种元素的相关系性差；土壤重金属质量评价表明，污灌区表层土壤质量等级为一级，评价结果偏于乐观，可能与“一级评价标准”（背景值）的选定有关；土壤重金属污染评价 Hg元素是研究区污染严重的元素，Cd次之，Pb元素污染最小，七种重金属污染顺序为Hg＞Cd＞As＞Cu＞Cr＞Zn＞Pb。　　（2）污水灌溉条件下土壤剖面重金属迁移规律　　根据非饱和土壤水分和溶质平衡原理，结合水分和溶质实测数据，建立土壤水分、溶质运移的数值模型。采用试估—校正法对模型参数进行识别验证，确定土壤剖面下边界非饱和—饱和水盐交换量。利用识别验证好的模型分别预测了现状污灌浓度下和不同污灌浓度下土壤剖面含水率及重金属在垂直方向上的迁移规律。结果表明：　　a.在2008年到2028年的20年期间，土壤剖面顶部不同时刻土壤含水率变化幅度较大，当降雨量较大时土壤含水率值就大；而剖面底部不同时刻土壤含水率也有所变化，这主要是下边界条件影响所致。　　b.不同污灌浓度下灌溉结束时表层土壤含水率显著增加，而随着土壤深度的增加，土壤含水率增加幅度逐渐减小，说明土壤含水率接近饱和，并且在一段时间内保持这种高含水率。三种不同浓度污水灌溉土壤，0~200cm土壤储水量随灌溉定额的增大而增大，其变化幅度随时间逐渐减小，说明灌溉强度越大，转化为土壤水的量越大，土层受影响的深度越深，土壤水分再分布过程持续时间越长。　　c.不同污灌浓度下0~100cm土壤剖面重金属浓度变化较为明显，特别是表层土壤受灌溉后重金属浓度迅速下降；随着土壤剖面深度的增加，土壤剖面重金属浓度呈递增趋势。随着时间的推移，土壤表层重金属浓度逐渐增加，特别是初期盐分上升的速度和幅度均较大。相同的污灌浓度下，灌溉定额越大，表层重金属浓度越小，重金属浓度影响土壤剖面越深，盐分在表层积聚的速率越慢，积聚时间越长。　　（3）污灌区浅层地下水污染风险评价　　本研究以污灌区土壤作为风险源，以地下水系统作为风险受体，选取污灌土壤和地下水中的Hg、Cd、As、Pb、Cr、HBC为特征污染物。建立了包含地下水脆弱性、地下水特征污染物容量指数及土壤特征污染物潜在生态危害指数的地下水污染风险评价概念模型。并依此对小店污灌区地下水污染风险进行了评价，结果表明：污灌区地下水脆弱性相对较低，特征污染物分布较为集中；受含水层脆弱性指数、特征污染物容量指数及潜在生态危害指数的影响，污灌区浅层地下水污染风险高低分布不均，总体水平较低。低风险区和较低风险区主要分布在研究区北部和西南部，占总面积的51％；中等风险区在研究区河流和污灌渠附近呈条带状分布，占总面积的18%；较高风险区和高风险区零星分布在西吴、贾家寨、梁家庄等村庄以及汾河、萧河沿岸一带，占总面积的31%。　　（4）污水灌溉条件下地下水重金属迁移规律　　将潜水面作为土壤水与地下水耦合界面，HYDRUS-1D计算出的水流及溶质交换量作为地下水上边界源汇项，采用有限差分程序Visual MODFLOW求解地下水流及溶质数值模型。利用研究区水位及溶质动态观测资料对模型进行识别和检验，并用识别验证好的数值模拟模型预测现状污灌浓度下和不同污灌浓度下地下水及重金属的动态变化趋势。结果表明：　　a.在2008年到2028年的20年期间，无论是潜水还是承压水，岩溶地下水水位略有下降趋势，但整体上地下水流场形态基本没有发生明显的改变。　　b.在2008年到2028年的20年期间，整个模拟区内重金属浓度变化不大，但整体上呈降低趋势，尤其是浓度值最高的中部区域，由初始浓度场中的0.0024mg/L降为0.0018mg/L。另外，模拟区内既存在重金属浓度缓慢升高的区域，也存在重金属浓度有所降低的区域，这主要是地下水流场和浓度场并不一致，盐随水走的结果。　　c.不同污灌浓度下地下水流场有较大的变化，无论是潜水还是承压水，地下水位不仅没有出现升幅，反而模拟区整个地下水水位有所下降，但部分区域也呈现出小幅度的上升趋势，但地下水流场的趋势与己知的该地区的地下水流向是一致的。　　d.与初始浓度场相比，在灌溉初期三种不同污灌浓度的地下水浓度场有所上升，而随着时间的推移，变化逐渐变缓。污灌浓度越大，随下渗水分进入地下水中的重金属越多，尤其是高浓度污水入渗结束及再分布过程地下水中的浓度变化最为明显。模拟区中部的重金属浓度最高，越靠下游重金属浓度相对较低，这可能是由于地下水运移方向主要是从东西边向中部迁移而携带着重金属不断向中部迁移。