关中平原地处内陆深部,属于西北干旱半干旱地区,生态环境脆弱,是人与自然环境相互作用的敏感单元。近年来,随着战略地位的提高,关中平原经济快速发展的同时,水环境污染问题日益突出。作为传统的农业灌区,关中平原灌溉面积约156万公顷,占全区总面积的77.6%,强烈的农业活动对脆弱的地下水环境施加了不可忽视的压力。由于关中平原面积大,水文地质条件复杂,地下水环境问题众多,例如地方病、苦咸水等,对人体健康构成严重威胁。要根治这些问题,需要对区域地下水化学时空演化规律进行研究,深刻认识自然环境和人类活动影响下的地下水环境问题。本文在广泛查阅国内外文献的基础上,结合野外调查和室内分析等手段,对关中平原地下水化学时空演化特征、环境背景值、水质污染状况、灌区地下水系统对灌溉的响应规律及人体健康风险等进行深入系统的研究,旨在为合理利用地下水资源提供科学依据,促进人与自然和谐共处。主要取得以下成果:（1）基于2000年、2012年、2015年共892组地下水水质资料,以舒卡列夫分类法为依据,统计分析了关中平原地下水化学类型变化情况;考虑水化学分布的空间连续性,利用GIS空间分析模型,克服了常规绘图中不能反映离子含量大小排序、表达水化学类型有限等问题,系统全面地研究了关中平原水化学类型的时空分布特征。取得的关键性发现有:关中平原地下水化学场发生明显变化,水化学类型趋于复杂化,由2000年的48种上升至2012年的76种,且出现NO₃^-参与命名的水样。渭河南部水质整体优于渭河北部,渭河南部水化学类型主要是HCO₃-Ca,HCO₃-Ca·Mg型;渭河北部水化学类型自西向东逐渐由单一变得复杂,漆水河以西地区水化学类型主要是HCO₃-Ca、HCO₃-Ca·Mg型;漆水河以东泾河以西水化学类型主要是HCO₃-Na、HCO₃-Na·Ca、HCO₃-Na·Mg型,2012年以来Mg型水增多;泾河以东阴离子复杂,水化学类型多为混合型,2012年以来Cl型和SO₄型水增多。渭河南部地区地下水主要受水岩作用影响,渭河北部泾河以西受农业活动和水岩作用影响强烈,渭河北部泾河以东地区受蒸发和人类活动作用强烈。（2）给出了地下水环境背景值的概念,将地下水流动所造成的时空差异性融入定义,指出地下水环境背景值是未受污染或者基本未受污染的情况下,某区域在一定时期地下水化学组分的含量。首次从时间和空间角度对关中平原地下水的环境背景值进行计算。采用多种方法,对关中平原10个水环境单元各离子的背景值分别进行计算,结果表明,环境背景值沿地下水径流方向呈现一定的演化规律,SO₄^2-、Cl^-环境背景值整体逐渐升高;受长期灌溉活动的影响,渭河北部泾河以东的泾惠渠-交口灌区各离子环境背景值极高。时间特征上,受水岩作用及人类对自然条件改造的影响,多数离子环境背景值呈升高趋势,渭河北部地区尤为显著。采用F值法对背景水质进行评价,发现渭河南部背景水质整体良好,渭河北部背景水质大多较差或极差。（3）综合应用水盐均衡原理、同位素技术、端元混合模型、水文地球化学模拟技术,对比研究了关中平原两个典型灌区地下水化学对灌溉的响应机制。结果表明泾惠渠灌区水量负均衡但处于积盐状态,宝羊灌区水量均衡但处于排盐状态。径流条件差、补给水源和土壤盐分含量高是导致泾惠渠灌区地下水矿化度不断升高的主要原因。在地势平缓、地下水位埋深较浅的排泄区,灌溉水对地下水盐分的贡献度高,易发生盐分累积;径流通畅的地区则发生地下水淡化。提出盲目降低地下水位或加大井渠灌溉比并非改善土壤盐渍化的高效举措,应在综合考虑地下水质与量的前提下,结合区域地下水径流条件,合理选取井灌区域,从而实现灌区水资源的可持续发展。（4）采用As、F^-、Cr⁶⁺和NO₃^-作为评价指标对关中平原儿童与成人健康风险进行全面评价,并结合GIS技术,获得区域人体健康风险的空间分布特征,为开展因地制宜的地下水健康风险防控、地下水污染防治工作提供了科学支撑。基于蒙特卡洛法对人体健康风险评价进行不确定性和敏感性分析,确定Cr⁶⁺与F^-分别对致癌风险和非致癌风险的贡献率最高,是关中平原浅层地下水中需优先重点治理的有害物质。