(1. 生態環境部南京環境科學研究所,江蘇 南京 210042;2. 國家環境保護土壤環境管理與污染控制重點實驗室,江蘇 南京 210042; 3. 安徽省生態環境科學研究院,安徽 合肥,230071;4. 上海盛司環境科技有限公司,上海,201611)
摘要:地下水污染問題是政府重視、公眾關注的熱點和難點問題之一。地下水環境調查是地下水污染防治的基礎性工作,對支撐地下水環境監管具有重要意義。然而在實際調查工作過程中,經常遇到不同專業背景的從業人員、專家學者對其中一些關鍵問題的看法不一致的情況,現有的技術規范對于低滲透土層等特殊條件的場地不太適用,也未針對不同用途監測井分別制定建井要求,不利于實際調查工作的開展。本文通過查閱國內外相關文獻和技術規范,對比分析了地下水環境調查與傳統水文地質調查工作目標差異,明確了地下水環境調查監測井建設深度需綜合考慮污染源分布和巖土層性質確定,鉆至但不鉆穿下覆隔水層,針對臨時監測井、長期監測井和污染地下水抽提井的管徑、孔徑分別給出了設計建議,并結合實踐經驗和工程案例分析了如何在低滲透土層建井、洗井和開展現場水文地質試驗。本文可為相關從業人員更好地開展地下水環境狀況調查工作提供參考和借鑒。
關鍵詞:地下水環境; 調查; 目標層; 低滲透; 水文地質
0引 言
地下水具有資源、環境、生態等多重屬性功能,在保障城鄉居民生活、支撐經濟社會發展和維持生態平衡等方面具有十分重要的戰略意義[1,2]。地下水資源占我國水資源總量的三分之一,占總供水量的五分之一。全國660個城市中,400多個以地下水為飲用水源[3]。全國城市總供水量中地下水所占比例約為30%,其中華北和西北地區城市總供水量中地下水約占70%左右[1]。近幾十年來,隨著我國社會經濟的快速發展,地下水資源開發利用量迅速增長,地下水環境壓力逐漸增大,地下水污染問題日益凸現,局部地區地下水污染問題突出[1]。2011年國務院印發實施的《全國地下水污染防治規劃》(以下簡稱規劃)中指出,全國地下水污染的趨勢為由點狀、條帶狀向面上擴散,由淺層向深層滲透,由城市向周邊蔓延[1]。地下水污染具有長期性、復雜性、隱蔽性和難恢復性的特點[4,5],地下水一旦受到污染將難以恢復,會對生態環境造成嚴重影響。地下水污染問題近階段已經成為政府重視、公眾關心、媒體關注的焦點、熱點、難點問題之一[5,6]。
地下水環境狀況調查作為地下水污染防治的基礎性工作,對摸清家底、支撐地下水環境監管具有重要意義。近年來國家高度重視地下水環境狀況調查工作。自2011年起,《全國地下水污染防治規劃(2011-2020)》[7]《水污染防治行動計劃》[8]《水污染防治法》[9]《土壤污染防治法》[10]《地下水污染防治實施方案》[11]《長江保護法》[12]《地下水管理條例》[13]《“十四五”土壤、地下水和農村生態環境保護規劃》[14]等政策法規相繼將開展地下水污染狀況調查評估作為重要任務。自2006年至2016年,隨著原國土資源部門組織實施的第一個十年地下水污染調查工作順利完成,有關區域地下水污染調查流程和思路[15]、點位布設[16]、監測井技術[17]、取樣技術[18,19]、評價方法[20]等全流程調查技術體系逐漸形成并完善[21]。2018年國家機構改革后,生態環境部統一負責全國地下水污染防治監督管理,不斷加強對重點污染源的地下水環境狀況調查。為增強地下水環境狀況調查評價工作的科學性和規范性,地下水環境狀況調查有關技術指南、規范也相繼出臺[22-26],一些傳統水文地質調查方法在地下水環境調查工作中得到了充分應用[27,28]。近幾年,不少學者開展化工企業[29]、化工園區[30]、垃圾填埋場[31]等重點污染源[32]以及地市層面淺層地下水環境狀況調查研究[33,34],個別學者對監測布點[35]、評價統計指標[36]、評價方法[37]等進行了研究。少有學者對地下水環境調查中關鍵技術參數與工藝方法進行分析探討,開展的調查工作主要參照已有相關技術指南、規范。但現有地下水環境狀況調查有關技術指南、規范主要參考水文地質相關技術規范進行設計,未針對不同用途監測井分別制定建井要求,現有的技術規范對于低滲透土層等特殊條件的場地也不太適用,在實際調查工作過程中,還經常遇到不同專業背景的從業人員、專家學者對其中一些關鍵問題的看法不一致的情況,這些問題都不利于實際調查工作的開展。因此,本文針對地下水環境狀況調查目標、監測井建設深度、不同用途監測井井徑孔徑設置以及低滲透土層建井、洗井和現場水文地質試驗等關鍵問題,通過查閱國內外相關文獻和技術規范,結合實踐經驗和工程案例,將分別進行分析討論并提出建議,以期為相關從業人員更好地開展地下水環境狀況調查工作提供參考和借鑒。
1 地下水環境調查工作目標
地下水有廣義和狹義之分,廣義的地下水是指賦存于地面以下巖土空隙中的水,包氣帶和飽和帶中所有含于巖土空隙中的水均屬之[38]。而狹義的地下水僅指賦存于飽和帶巖土空隙中的水[38]。理論上,含水層是指能夠透過并給出相當數量水的巖層,而實際應用上含水層是一個相對性的概念[38]。對于廣義的地下水,滿足條件的包氣帶和飽和帶巖層均屬含水層,而對于狹義的地下水,給出一定水量的同時能夠滿足一定取水需求的巖層才屬含水層,即通常所指的具有供水意義的含水層。地下水按其埋藏條件可以分為包氣帶水、潛水及承壓水,當包氣帶存在局部隔水層(弱透水層)時,在局部隔水層(弱透水層)之上會形成上層滯水[38]。上層滯水分布最接近地表,接受大氣降水的補給,極易受污染。潛水上面不存在完整的隔水或弱透水頂板,與包氣帶直接連通,因而在潛水的全部分布范圍都可以通過包氣帶接受大氣降水、地表水的補給,也容易受到污染。承壓水由于上部受到隔水層或弱透水層的隔離,與大氣圈、地表水圈的聯系較弱,水循環也緩慢得多,因而承壓水不像潛水那樣容易污染,但是一旦污染后則很難使其凈化[38]。在自然與人為條件下,潛水與承壓水經常處于相互轉化之中,一些工程建設活動和地下水開發利用也可能涉及承壓含水層。
地下水資源調查評價和水文地質勘查評價的工作目標是通過一系列的現場觀測、勘探、試驗以及室內實驗研究,查明地下水的形成、賦存和運移特征,查明地下水水量、水質的變化規律,為地下水資源評價、開發利用、管理和保護以及環境問題防治提供所需的水文地質依據[39]。即調查工作針對的是地下水資源屬性,目標是具有供水意義的含水層,包括富水性好的潛水和承壓含水層,屬于相對狹義的地下水。而地下水環境調查則是針對地下水環境屬性,調查目標是探明地下水環境是否遭受人為污染,目標層包括上層滯水層、潛水含水層和可能受人類活動影響的承壓含水層,屬于相對廣義的地下水。由于一般工農業生產活動造成的地下水污染深度相對有限,地下水環境調查重點關注淺層地下水環境狀況,必要時才調查至承壓含水層。目前水土協同污染防治研究尤其關注包氣帶地下水污染及其與飽和帶地下水污染的關系。從事地下水資源調查評價工作的地質調查單位從業人員往往側重關注承壓含水層水質、水量問題,但如果在環境調查工作初始階段就調查至承壓含水層,一方面增加了不必要的成本,一方面也容易人為導通淺部污染到深層承壓含水層中。存在多個含水層時,若潛水含水層存在人為污染,可在做好分層止水的條件下,在與淺層地下水存在水力聯系的含水層中增設監測井。
2 地下水監測井建設深度設計
2.1 監測井建設深度綜合分析
地下水環境調查目標層的確定基本明確了調查深度范圍,但具體地下水監測井建設深度需綜合考慮污染源分布和巖土層性質確定。按照地下水環境調查相關工作指南,以企業污染源為例,地下水環境調查工作第一階段污染源核查過程中通過收集掌握企業三廢產排、廠區平面分布、地下管線、溝槽分布,是否涉及開挖、污染物填埋等信息,明確污染源位置和深度;同時通過收集企業內及鄰近地塊的地勘報告獲取相關巖土層信息,或通過現場鉆探掌握地塊的巖土層條件和地下水位等水文地質情況,分析污染遷移途徑等。地下水監測井建設深度設置通常以第一個有隔污能力的低滲透土層作為判斷依據,為了避免鉆探施工對深層地下水環境產生影響,盡量不鉆穿該隔水層。但如果企業內存在填埋污染物,監測井深度需超過填埋物底部,鉆至但不鉆穿下覆隔水層。
潛水含水層是區域性的,而上層滯水是局部分布的。有些復雜場地可能存在生產車間泄露的污染下潛并滯留上層滯水層中的情況,污水量大的時候甚至會溢出影響至潛水層。環境調查工作中需充分掌握調查地塊的土層結構,分析上層滯水埋深、隔水層厚度、與潛水含水層之間的距離及土層性質,若分析發現地塊內存在上層滯水,建議分階段設計上層滯水和潛水樣品采集方案。若上層滯水與潛水含水層之間為黏性土,且厚度較大,具備隔污能力,初步調查階段的地下水監測井設計深度可暫不考慮鉆至潛水含水層,待獲取上層滯水樣品檢測結果后判斷是否需要加密調查至潛水含水層。Suthersan[40]研究發現大部分的污染物都被耗損在阻隔墻壁的前50cm內;《環境影響評價技術導則 地下水環境》(HJ 610-2016)[41] 也明確了厚度>0.5m、滲透系數<10-6cm/s的分布連續、穩定黏性土可以起到一定的隔污效果。實際調查工作中,現場亦可根據土壤干濕情況初步判斷隔污性能,若黏土層土壤是干的,則說明其富水性、滲透性較差,通常可視作較好的隔污層。經分析需要建設深層監測井時,篩管段和填充濾料應設置在目標深度處,其上應為白管和止水材料,填充止水材料過程需謹慎,確保其止水效果。
圖1 地下水環境調查和傳統水文地質調查差異對比圖
Figure 1 Differences between groundwater environmental investigations and traditional hydrogeological investigations.
2.2 低滲透土層建井深度
嚴格地說,自然界中并不存在絕對不發生滲透的土層,隔水層與弱透水層均具有相對性,隔水層并不是絕對不透水或不釋水,弱透水層是指那些滲透性相當差,但在水頭差作用下通過越流可交換一定水量的土層[38]。土層是否透水還與時間尺度有關。根據巖土工程勘察規范中針對土層性質的規定,滲透系數K<1.2×10-5cm/s的土層可視為低滲透土層,主要指塑性指數Ip > 10的黏性土,包括黏土和粉質黏土[42,43]。低滲透土層雖然隔污能力強,但在一些生產歷史久、污染重的場地,一定深度范圍內仍可能受到污染影響,需要通過建設監測井以調查其地下水環境狀況。這種場地由于土層孔隙率低,滲透性差,場地地下水流動緩慢,流向不明顯,地下水中污染物遷移性較差,污染擴散范圍相對有限。從污染防治角度,一定厚度的低滲透土層可作為很好的隔污層,在進行污染場地地下水環境調查時應避免鉆穿。若照搬沿用傳統水文地質調查思路,忽視污染遷移隱患盲目要求調查至含水層,則可能導致調查過程鉆穿隔污層,使得淺層污染被導通到深部地層。因此,對于下覆厚層低滲透土層的場地,地下水監測井深度及篩管段設置可重點考慮覆蓋淺部滲透性相對好的土層,鉆進但不鉆穿下覆低滲土層。
3 地下水監測井管徑孔徑設置
現有技術規范針對地下水監測井的管徑、孔徑設置要求有些差異,對比情況詳見表1。自然資源、生態環境、水利部門因地下水調查目的不同,其主導制定的技術規范對于地下水監測井的建設要求也存在不同,地下水資源調查、水文地質調查側重于關注地下水水位、水量及常規水質指標,而地下水環境或污染調查更多關注地下水水質,包括常規水質指標及特征污染指標。
結合實踐經驗,地下水環境調查監測井管徑孔徑設置應根據監測井的用途類型進行考慮。針對常規環境調查監測井,《重點行業企業用地調查樣品采集保存和流轉技術規定》[44]要求其井管內徑不應小于50mm,通常取50mm、63mm或75mm即可,有特殊需要的場地可考慮增大井徑;為保證有足夠的濾料填充空間,鉆孔的直徑應至少大于井管直徑50mm(表1、圖1)。而DZ/T 0270-2014《地下水監測井建設規范》 [45]中提出第四系松散層地下水監測井鉆頭直徑應大于井管外徑200mm以上的要求,從經濟成本和建設周期方面考慮不推薦用于以常規環境調查為目的的地下水環境監測井建設。實踐中常會出現因分層止水不到位而出現的淺層污染導通至深部地層而導致的污染深度誤判情況,因此,詳細調查階段如果需要建設針對某一深度段的叢式井時,為了保證分層止水效果,可以考慮增大孔徑,避免因縮孔等因素導致的石英砂、黏土球填充不到位而導致的止水效果差。
針對在產企業的長期監測井,其井徑、孔徑可考慮參照DZ/T 0270-2014《地下水監測井建設規范》 [45]中的要求進行設計,即管徑不小于146mm,孔徑應大于井管外徑200mm以上,以保證礫料層厚度(表1、圖1)。長期監測井常出現淤堵而不能繼續使用的情況,關鍵問題之一在于建井質量,即無論哪種口徑的監測井,建井后的充分洗井工作都至關重要;同時也要做好日常維護工作,定期檢查、加強井口防護,防止被沖撞、碾軋等情況出現。
對于實施修復需要建設的污染地下水抽提井,因其目的是盡可能高效地抽提出污染地下水,管徑、孔徑可參照DZ/T 0282-2015《水文地質調查規范》 [46]中抽水試驗井要求建設(管徑≥200mm,孔徑≥400mm),或根據需求進一步增大管徑孔徑,以保證有足夠的降深和影響半徑[46]。
表1 地下水監測井的井徑、孔徑設置要求對比
Table 1 Comparison of requirements for well diameter and borehole diameter of groundwater monitoring wells.
項目 |
內容 |
來源 |
井管直徑 |
監測井的井徑應滿足洗井維護的要求,井管外徑設計應不小于146mm |
DZ/T 0270-2014《地下水監測井建設規范》 [45] |
地下水采樣井井管的內徑要求不小于50mm |
重點行業企業用地調查樣品采集保存和流轉技術規定[44] |
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管內徑需要根據特定應用下的參數來選定,一般旋轉鉆井豎管至少為2英寸[50 mm]直徑或更大,也可選擇小至1/2英寸的井篩[15 mm]來做特定用途的監測使用。 |
ASTM D5092 Standard Practice for Design and Installation of Groundwater Monitoring Wells[47] |
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松散層地區抽水試驗鉆孔應下入不小于200mm口徑的濾水管并確保濾水管外有75 mm ~150 mm的填礫厚度,觀測孔濾水管口徑應不小于75mm |
DZ/T 0282-2015《水文地質調查規范》[46] |
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鉆孔直徑 |
成井口徑有特殊要求的執行其要求,無特殊要求的第四系松散層地下水監測井鉆頭直徑應大于井管外徑200mm以上,保證礫料層厚度 |
DZ/T 0270-2014《地下水監測井建設規范》 [45] |
新鑿監測井的終孔直徑不宜小于0.25m |
HJ 164-2020《地下水環境監測技術規范》 [26] |
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鉆孔的直徑應至少大于井管外壁75mm |
工業企業場地環境調查評估與修復工作指南(試行)[48] |
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鉆孔的直徑應至少大于井管直徑50mm |
重點行業企業用地調查樣品采集保存和流轉技術規定[44] |
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監測井井管內徑應不小于50mm,反濾層厚度應不小于50mm |
〔滬環土2020〕62號文《上海市建設用地土壤污染狀況調查、風險評估、風險管控與修復方案編制、風險管控與修復效果評估工作的補充規定(試行)》 [49] |
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松散層地區抽水試驗鉆孔孔徑應大于400mm |
DZ/T 0282-2015《水文地質調查規范》[46] |
4 低滲透土層建井和現場試驗方法
4.1 低滲透土層建井洗井方法
地下水環境調查工作中常用鉆探方法包括沖擊鉆探、螺旋鉆探、回轉鉆進和直推式鉆進等,各種鉆探方法均有各自優缺點和適用性[44]。淺層地下水環境調查通常采用直推式鉆探建井或螺旋鉆探建井。直推建井快速、經濟,在以常規場調為目的的地塊,可快速獲取樣品和數據。但直推建井過程因土層擠壓作用和鉆管側壁涂抹作用,導致土層滲透性與螺旋建井的大致相差1~2個數量級。對于需要長期監測的地塊,為獲得代表性的長期監測數據,建議采用螺旋建井方式。
部分低滲透土層,特別是硬塑黏土層,建井鉆進施工難度大。對于需要開展地下水環境調查工作的低滲透土層場地,為提高工作效率,可根據具體場地情況考慮采用濕鉆方法進行鉆探,但只能添加純水或水質無污染的自來水,建井后可通過適當增加洗井次數減少可能的影響。
低滲透土層洗井回水速度也相對較慢,因此,可根據實際情況考慮建井后通過加純水、水質無污染的自來水或氣提洗井方式進行充分的成井洗井,將監測井建設過程產生的泥漿抽提干凈,使其滲透性達到最佳狀態,洗井水量可不局限于3~5倍井管體積,但這些洗井方法對地下水環境擾動較大,容易導致揮發性污染物逸散,故采用這些方法成井洗井后,須至少等待一周左右地下水環境恢復至穩定狀態時再采集地下水樣品。
4.2 低滲透土層水文地質試驗方法
場地地下水環境調查工作根據調查目的和階段可能需要開展水文地質試驗,以便獲取場地實際水文地質參數等信息,完善場地概念模型,指導場地調查目標層、調查深度確定和建井洗井方法,支撐后續風險評估和修復治理工作。由于低滲透土層很難進行抽水試驗,可通過微水實驗獲取其土層滲透性參數。微水試驗是通過瞬時井孔內微小水量的增加(或減少)而引起井水位隨時間的變化以確定含水層滲透性參數的一種簡易方法,其試驗時間短(10分鐘內),所需設備與操作人員少,且可現場計算水文地質參數,對地下水及周邊環境影響也甚微,在低滲場地具有較強的適用性[50-52]。通過微水實驗獲取土層滲透系數的計算公式如下(Hvorslev):
(1)
其中,r為試驗井井管半徑(m);H為t=0時靜止水位到井孔水位間的距離(m);H-h為試驗過程中靜止水位到井孔水位間的距離(m); q為流量(m3/s);t為時間(s);K為滲透系數 (cm/s);F為形狀因子,取決于井孔濾水管形狀和位置,F=2πL/ln(L/R)。
其余參數如圖2所示,將上式整理得積分式為:
(2)
積分整理得:
(3)
為簡化求出K值,繪制(H-h)/(H-H0)與時間t的關系圖3,由計算公式分析,當(H-h)/(H-H0)=0.37時,ln[(H-h)/(H-H0)]=-1,因此在圖3上找出當(H-h)/(H-H0)=0.37時所對應的時間即為T0,將所有值代入公式整理得滲透系數K為:
(4)
其中,K:滲透系數(cm/s、m/day) ;r:井管半徑(cm、m) ;R:井孔半徑(cm、m) ;L:井篩長(cm、m) ;T0:水位回升至37%時的時間(day or s)。
圖2 微水試驗示意圖
Figure 2 Schematic diagram of the micro-water test.
圖3 H與t關系圖
Figure 3 The relationship between H and t.
5 案例分析
5.1 地塊概況
某資源再生企業占地面積約20,000 m2,自1998年開始運營,行業類別為2511原油加工及石油制品制造,主要產品為重質燃料油,原輔料為廢礦物油。企業內包括脫水蒸餾車間、儲油罐區、危廢庫、污水處理站、循環水池、事故應急池以及生活辦公等區,具體見平面布設圖4。該場地屬河漫灘地貌單元,地形較平坦。
圖4 企業平面布置圖
Figure 4 Layout of the enterprise.
5.2 現場微水試驗
根據地質資料,該地塊所在區域以低滲黏性土為主,為獲取本地塊實際土層信息和水文地質參數,在調查現場建設了2口試驗井(GW1、GW2),并開展了現場微水實驗,試驗井結構參數見表2。具體操作方法為:將貝勒管緩慢放入井中,避免造成井內水位上下晃動。待水位恢復穩定后瞬間抽出,迅速將貝勒管取出并將地下水抽出,以使井內地下水造成瞬間下降(注意貝勒管內之地下水切勿倒流入井中),待水位回升至初始水位時即完成1次試驗。記錄試驗時間及水位降深數據。重復進行3次,以確認再現性。
基于上述Hvorslev方法,通過安裝于計算機中的AQTESOLV軟件讀取微水試驗數據,推估滲透系數K值。根據現場實測數據,確定該地塊第②層粉質黏土的滲透系數K為5.47×10-5cm/s,第③層黏土的滲透系數K為1.15×10-6 cm/s,現場微水試驗成果見表2和圖5。
圖5 現場水文記錄轉化成果圖(Hvorslev法)
Figure 5 Results map of the in situ hydrological record (Hvorslev method).
表2 現場微水試驗結果
Table 2 Results of the field micro-water tests.
監測井編號 |
井管直徑(cm) |
井深(m) |
井篩長度(m) |
初始水位(m) |
注(抽)水體積(L) |
K值(cm/s) |
GW1 |
5 |
4.5 |
3.0 |
1.5 |
1.0 |
5.47×10-5 |
GW2 |
5 |
7.5 |
3.0 |
3.5 |
1.0 |
1.15×10-6 |
周邊資料查詢結合地塊內試驗井鉆探情況可知,場地地層發育自上而下依次為:①素填土主要為粉質黏土,軟塑~可塑狀態,含少量粉砂,厚度0.25~2.50m;②粉質黏土(Q4al+pl),可塑狀態,含少量高嶺土及粉砂,厚度1.00~3.50m;③黏土(Q4al+pl),硬塑狀態,含氧化鐵、鐵錳結核及高嶺土和少量粉砂,厚度12.0~15.80m;④粉細砂(Q4al),局部夾薄層粉質黏土或黏土,未揭穿,厚度大于5m。場地地下水類型為松散巖類孔隙水,包括潛水和承壓水,地下水總體流向為自西北向東南。潛水主要賦存在①層填土和第②層粉質黏土中,潛水地下水水位埋深在0.9~1.50m。第③層黏土為不透水層,承壓水賦存在④層粉細砂中。地下水主要接受大氣降水補給,水位隨季節變化,主要排泄途徑為蒸發和向地表徑流排泄。場地水文地質剖面圖見圖6。
圖6 場地水文地質剖面圖
Figure 6 Hydrogeological profile of the investigated site.
5.3 調查目標層確定
本次調查目標是查明地下水環境是否受到企業生產活動的影響,應優先調查與企業生產聯系密切的淺部含水層,獲取監測結果后再確定是否調查深部含水層。即,本次地下水環境調查建議先將第①、②層作為初步調查目標層,若初步調查發現該目標層存在人為污染,經分析研究后再確定是否需要進一步調查第④層粉細砂承壓含水層。而區域水文地質調查或地下水資源調查則通常會直接將第④層粉細砂作為調查目標層。
5.4 監測井建設深度確定
本次地下水環境調查將第①、②層作為初步調查目標層,具體地下水監測井建設深度需綜合考慮污染源分布和土層性質確定。從污染源深度看,調查目標層深度應覆蓋污水處理站、循環水池、事故應急池等地下設施的最大埋深,該企業污水處理站地下設施最大埋藏深度為5米,故地下水監測井鉆探深度應大于5米;該企業已運行20余年,涉及重金屬、多環芳烴、苯系物、石油烴等多種特征污染物,增加了污染物向下遷移的可能性;從場地土層結構看,第③層黏土厚度為12.0~15.8m,分布較厚,對于污染物遷移來說是較好的隔污層,故初步調查階段原則上不宜揭穿。綜合上述分析,本場地地下水環境初步調查監測井建設深度為6米,考慮到該地塊存在LNAPLs特征污染物石油烴,結合地下水埋深,將篩管深度設置為1~5.5米(見圖5)。
5.5 監測井管徑孔徑設置
該場地地下水調查目的為查明場地地下水質量和污染狀況,所建監測井非長期監測井,故確定監測井井管內徑取50mm,同時為確保出水效果,保證有足夠的濾料填充空間,兼顧鉆頭尺寸,鉆孔孔徑確定為170mm。
5.6 建井和洗井
該場地調查目標層以軟塑粉質黏土素填土和可塑粉質黏土為主,相對易于鉆探,故采用效率較高的直推式鉆井工藝。但鉆探鉆至第③層硬塑黏土層后,因土層致密堅硬,鉆探困難,數小時鉆井僅幾十厘米,經分析研究后該深度段采用濕鉆方法進行鉆探,鉆探過程中通過添加自來水,加快鉆探進度。因場地粉質黏土和黏土層滲透性較差,成井洗井后約12小時后才完全恢復水位,為充分將井清洗干凈,同時加快洗井效率,采用自來水對其建井環節產生的泥漿進行反復沖洗,進行10次洗井后,達到了成井洗井水清砂凈的要求。之后,待監測井穩定一周后進行采樣前洗井,洗井水量達到3~5倍井管水量即可,并在洗井后2小時內完成地下水樣品采集工作。
6 結論和建議
6.1 結論
地下水環境調查不同于地下水資源和傳統水文地質調查,兩者在調查目的、調查目標層和監測井建設深度、孔徑管徑等等方面存在顯著差異。開展地下水環境調查工作,應充分認識地下水的資源屬性和環境屬性,區分廣義和狹義地下水,理解上層滯水、潛水和承壓水含義。針對特定場地,應在充分分析掌握場地水文地質條件、特征污染物等信息的基礎上,科學合理確定調查目標層、監測井深度等關鍵信息,在滿足有關規范要求基礎上,結合場地特點和調查目的,針對性確定監測井管徑孔徑,選擇鉆探建井工藝,并靈活開展洗井和現場試驗工作。具體結論如下:
(1)地下水環境調查主要針對地下水環境屬性,調查對象涉及包氣帶和飽和帶地下水,調查目標層包括上層滯水層、潛水含水層和可能受污染影響的承壓含水層。
(2)地下水監測井建設深度需綜合考慮地塊污染源分布和水文地質條件確定,通常以第一個有隔污能力的低滲透土層作為判斷依據,盡量不鉆穿該隔水層。針對可能存在上層滯水的場地,可分階段設計樣品采集方案。對于下覆低滲透土層的場地,監測井深度和篩管段可重點覆蓋淺部滲透性相對好的土層,鉆進但不鉆穿下覆低滲透土層。
(3)根據調查目的可區分臨時監測井、長期監測井和污染地下水抽提井,并分別設置相應的管徑和孔徑。臨時監測井井管內徑不小于50mm,通常取50mm、63mm或75mm即可;針對在產企業的長期監測井,其井管內徑建議不小于146mm、且孔徑大于井管外徑200mm以上;污染地下水抽提井建議管徑≥200mm,孔徑≥400mm。
(4)低滲透土層可根據地下水環境調查工作要求和具體場地情況,通過添加純水或水質無污染的自來水等方式進行濕鉆鉆探和成井洗井,洗井后須等待地下水環境恢復至穩定狀態時再采集地下水樣品。可通過微水實驗現場快速獲取低滲透土層的滲透參數,以便指導場地調查工作方案設計。
6.2 建議
(1)地下水環境調查不同于傳統水文地質調查,又緊密結合水文地質調查。地下水環境調查應以水文地質調查為基礎,充分掌握場地土層性質和結構、地下水類型和補徑排特征等水文地質條件,有效支撐地下水環境調查關鍵技術參數的確定以及調查點位的布設。
(2)現有技術規范的規定對于低滲透土層等特殊條件的場地不太適用,也未區分不同類型的監測井設置技術要求,建議進一步完善地下水環境調查技術規范,針對不同場地條件、不同調查目的,因地制宜確定關鍵技術參數和工藝方法,細化相關技術要求。
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