北京市是一个缺水城市，人均年占有量不足400m3。南水北调引水工程是国家重点规划项目，南水北调中线（北京段）工程实施后，北京地区水资源供给量每年将增加10×108m3，在缓解首都水源不足的危机的同时，势必会改变现有的水资源动态平衡，带来与水资源相关的环境平衡改变。针对目前北京市地下水超采状况，引水工程实施后，将有计划地减少地下水的开采量，一方面使宝贵的地下水资源得以恢复；另一方面，伴随着地下水停采后地下水位的抬升，包气带相应变小，其结果可能造成原包气带中的盐分等随之进入地下水中，导致地下水化学成分发生变化。基于此，本研究从水岩相互作用方面入手，考虑到水质变化机理的复杂性，采用室内土柱试验的方法，来分析包气带浸润层不同岩土与地下水间的水化学作用，包括土壤颗粒的吸附和阳离子交换等，以确定水位上升与包气带浸泡而引起的地下水化学成分的变化趋势。分析地下水化学成分随不同岩性、时间的演化规律。地下水化学成分是在长期的地质历史年代中，经过多种多样的作用综合演变而成的。这些作用的进行又离不开地下水所处的环境。构成环境的要素很多，包括自然地理（气候、地形、水文等），地质（岩性、地质构造）水文地质（水动力条件、古水文地质条件），物理化学、物理以及生物和人为要素，也是影响地下水水质变化的主要因素。当含水层与外界发生物质交换和能量传递的过程中，含水层中水化学场也会发生一定的变化。因此，本次试验的目的旨在通过野外实际取样，室内土柱试验的手段，研究包气带变化后，对浅层地下水水质影响，分析土壤中阴离子和阳离子在浅层地下水中解析能力，水体中环境各个因素与土壤中阴阳离子迁移转化过程。重点考察钙、镁离子随时间的变化。分析水化学成分随不同岩性、时间的演化规律。取样地点选择在南水北调实施后因限制地下水开采而有可能使地下水位有较大幅度回升的地区，以及未来可能存在污染的地区，即北京城区西南郊的廖公庄和大兴狼垡地区。取样深度限制在未来水位回升带内，即目前潜水面以上1.5~2.0m。取土样的同时取当地地下水作为试验用水。通过试验对比分析，得出如下结论： 1.地下水与包气带土壤长期相互作用过程中，各种包气带土壤对地下水中的钙镁离子均有一定的吸附净化作用，使地下水中的钙镁离子浓度值降低，这有利于降低地下水的矿化度。但是由于钙镁离子浓度的变化主要受离子交换与吸附作用的影响，影响吸附作用程度的主要因素又是吸附剂的颗粒大小，离子的电价、半径与浓度。所以不同岩性土壤对地下水中钙镁离子的吸附程度是随着其颗粒粒径越小吸附能力越强，所含粘土矿物成分越高其吸附能力越强，有机质含量越高其吸附能力越强。常见的天然吸附剂主要有粘土矿物（蒙脱石、高岭石、水云母等）、有机质（腐殖质、泥碳等）和铁铝氢氧化物。2.包气带各种土壤对地下水中的NO3- 和NO22-均有较强的降解作用，从整个试验过程来看各种岩性的包气带土壤与地下水作用一段时间（100天左右）均能使地下水中的三氮含量降低致0.05mg/L（本次试验的离子检出限）以下。所以对本次试验而言，地下水位回升后地下水中总氮含量将会一定幅度的降低，有利于降低地下水硝酸盐污染程度，对地下水环境保护具有一定的实际意义。3.土壤对钾离子、钠离子具有较强的吸附作用，特别是颗粒较细的粉砂和砂质粉土。钾钠离子浓度变化同钙、镁离子浓度变化趋势其本呈相反的变化趋势，说明Na－Ca交换在地下水化学成分形成和演变过程中发生了阳离子交换反应。 4.不同类型的包气带土壤对地下水硬度的影响不同。地下水与砂砾和细砂相互作用后其暂时硬度值升高，永久硬度值降低；而与粉土、粉砂和砂质粉土相互作用后其暂时硬度值降低，永久硬度值升高,这可能是受土壤颗粒的粗细影响较大的结果；但是不论地下水与何种包气带土壤相互作用后，其总硬度值均会一定程度的降低，这可能是包气带土壤中有机质的存在，使回升地下水中钙镁离子的交替吸附能力加强，从而使地下水中钙镁离子总量降低的结果。 5.水位回升后至各种岩性的包气带内，地下水中总阳离子浓度变化的幅度很小（基本介于20mg/L之间），总阴离子浓度变化的幅度则较地下水中原浓度值低(90mg/L左右)；总溶解性固体值相比于地下水中的原有值均有所降低（降低的幅度介于80～150mg/L之间）。6.水位回升，地下水与包气带土壤发生一系列水岩作用后，地下水的pH值基本在6.5－7.0之间波动，处于中性水范围内。7.硬度升高是城市地下水水质恶化和污染的重要指标之一。本次在总结前人对硬度升高原因探讨的基础上，利用浸泡试验以及水源三厂多年水质资料，对硬度的变化趋势进行了讨论。分析表明，地下水硬度升高与硝酸盐氮的污染关系极为密切，二者具有线性正相关关系；而地下水的过量开采也是导致硬度升高的重要原因。浸泡试验表明，在反硝化作用下，随着硝酸盐氮的降低，浸泡液中的硬度也呈下降趋势。由此可以推断，当地下水停采后，伴随着地下水位的上升，包气带厚度变薄，总硬度的变化趋势在水岩作用的初始阶段呈起伏变化，随着时间的延长呈总体下降趋势，即地下水的总硬度将有可能向下降的趋