發表日期:2020年09月02日
丁貞玉:污染地塊地下水調查的技術要點分析
來源:生態修復網 2020年9月2日

  2019年12月5日生態環境部正式批復并實施了修訂版的《建設用地土壤污染狀況調查技術導則》(HJ25.1),該調查導則與其他5個關于監測、風險評估、治理修復及土壤和地下水效果評估導則一起,形成了一套具有完整流程的、小尺度地塊規模土壤污染防治指導性的系列技術文件,是《土十條》實施后土壤污染防治工作的最重要技術成果之一。該系列被認為是整個土壤污染防治行業的入門紅寶書,從原則上規范了研判地塊污染、風險大小及如何修復達標,并規定了主要的技術流程、必要技術手段,也是污染責任追溯、損害鑒定評估的科學支撐。然而,污染地塊的地下水調查階段一直以來都是地塊調查的薄弱環節。水文地質調查(也稱勘察)是指對污染地塊土壤層、包氣帶和飽和帶的地層特征等調查,是著力開展污染源對地表以下污染擴散成因、暴露途徑及影響范圍等情況摸底分析,是治理修復取得突破的重要前期工作。2018年部委職能改革前,一直都是自然資源部門牽頭,在水源勘察的基礎上開展針對地下水污染調查相關工作,多集中于區域性調查與數據分析工作,小尺度調查項目少規范不足。污染地塊調查評估是近幾年落實國家土壤污染防治工作后新興的項目類型,從事環境專業的相關人員為主,對土壤條件、地層結構和特性認識不足,污染地塊調查項目經常出現該水文地質調查環節的誤判。本文主要根據新修訂的HJ25.1導則中水文地質調查專項要求,結合項目實際工作經驗,提出實戰工作的技術要點,供大家相互交流和探討。
  1 HJ25.1的要求
  目前尚沒有專項的針對性的技術規范用以指導污染地塊的水文地質調查階段的工作,根據對《建設用地土壤污染狀況調查技術導則》(HJ25.1-2019)的梳理總結,主要有五個環節涉對污染地塊水文地質調查提出要求和目的(見表1),并直接對后續監測、風險評估及治理方案編制產生影響。這五個環節分別是資料收集、現場踏勘、初步調查、詳細調查和調查地塊特征參數等。
表1  不同環節污染地塊水文地質調查的主要要求及目的
Table 1 Main layers and hydrogeological parameters in the study area
  
  根據HJ25.1要求可以看出,污染地塊水文地質調查階段的主要工作內容可歸納為土壤、包氣帶和飽和帶屬地條件的分析工作和污染物擴散及遷移結果的解析兩個方面。因此,一是需要掌握污染區域內地面下水分在土壤和巖層的運動規律,如通過鉆探、抽水試驗、注水試驗、彌散試驗等方式[7-8]——必要時取得原狀巖心進行模擬,實現地層對污染物吸附和解吸關系的合理分析,科學規范的研判場地內污染物衰減變化;二是,數值化地層結構的差異性,進一步量化污染物在不同的滲透和輸送能力的地層遷移的影響因素,即獲得合理的土工參數,最終結合測繪工作圈定污染擴散的垂直和水平范圍。
  2 工作程序梳理
  我國目前尚未有系統規范污染地塊水文地質調查的具體程序,結合工作內容和實際需要,本文總結污染地塊地下水調查的工作程序主要為以下六個方面:
  (1)根據區域及已有的水文地質資料,初步判斷區域地下水流向及污染羽趨勢,制定布點方案。結合對污染物在地層遷移轉化的理解和經驗,資料收集的完整性及精準解讀對開展初步調查環節的布點尤其是地下水判斷布點具有重要的指導意義。
  (2)按照采樣方案,勘察地層并采集樣品。地層調查中,工作人員需要在待測區域的基礎上,進行科學鉆孔取樣,然后在靜力觸探試驗的規范下,實現土層污染情況的有效分析和分類,并及時進行編錄。應在地層調查中系統把控地塊內土層剖面結構、均勻性、載荷性能及滲透性等數據,在充分實驗解構分析的基礎上,進行相關曲線圖、分布圖繪制,從而場地污染狀況和擴散狀況提供參考。
  (3)在采樣點進行的高程測量和定位工作,并對地塊及周邊進行全方位測繪。測繪工作主要為了進一步量化包氣帶特性、含水層易污染特征、環境水文地質問題等,因此應該在地質構造線、地層接觸線、巖性分界線、標準層位和每個地質單元體應布置地質觀測點。
  (4)飽和帶地下水調查。設置地下水監測井,統一測量地下水水位;通過現場工作查明地下水賦存條件、埋藏、分布,地下水水位,流場、流速及補徑排等條件。總體上,監測井中水位變化是進行地塊內地下水的流向及流速圖把控的主要方式。
  (5)土工參數的獲取。有必要進行室內物理性質試驗、滲透性試驗等,全面掌握密實度、透水系數、含水量、有機質量等參數,構建水文地質概念模型。進一步分析污染物分布,通過分析水平向和垂直向擴散的參數特征,為風險評估和治理修復提供依據。
  (6)繪制鉆孔柱狀圖、水文地質剖面示意圖、地下水流向圖等圖件,并形成水文地質報告成果。
  3 其他要點分析
  工作程序的規范化和精細化還需要國家層面出臺統一的技術和管理性文件,并提出報告評審技術要點、編制大綱及附件材料等。此外,一些具體問題有待于進一步重視和解決。
  (1)建井質量對水文地質參數和地下水污染物的含量影響巨大。首先,鉆探成孔后,下管前的井壁上一般會附著一層泥漿,影響井壁的滲水性能,下管前需要進行沖孔,破壞井壁泥皮,否則容易造成井孔滲透性能低于含水層實際情況;濾料層的礫石粒徑、填充密實程度、井篩的開孔率均會影響到現場水文地質試驗的測定。其次,建井時對井管涉及的含水層頂部和底部均應做好止水工作,若止水效果不好,容易造成污染在不同含水層的擴散,并影響到地下水取樣的代表性。同樣,對于季節性地下水資源,建議枯水期也不要輕易穿透含水層,而造成豐水期的污染擴散。
  (2)地下水取樣位置對污染物濃度結果有一定影響。導則中充分考慮了存在NAPL相的情況,“對于低密度非水溶性有機物污染(LNAPL),監測點位應設置在含水層頂部;對于高密度非水溶性有機物污染(DNAPL),監測點位應設置在含水層底部和不透水層頂部”,而一般情況下默認水體內部上下均勻,“采樣深度在監測井水面下0.5 m以下”即可。而根據現有的實地調查經驗,在即使沒有NAPL相的地塊,地下水取樣位置設于水面下0.5m處和隔水層底板處仍有可能有較大的差別,建議應該根據污染物溶于水后容易富集的深度進行取樣,比如對于含氯有機物,一般取靠下的位置,參考DNAPL位置要求,對于石油類的污染物,一般取靠上的位置,參考LNAPL位置要求。
  (3)土工參數樣品的采集與檢測標準不統一。目前地塊土壤污染調查的土工參數(如理化參數、滲透系數)等均來自于現場土工取樣,樣品采集的位置、數量、檢測及結果統計方式尚未有規范,其結果直接影響到風險評估環節的計算。關于樣品采集的位置,由于土工參數用于評估土壤污染的擴散風險,所以應在包氣帶進行取樣,且應分布在不同點位的代表性位置,取原狀土樣品,以代表地塊的整體情況;數量上根據經驗,同一土層一般取9組。所有參數的測試也應該使用具有CMA資質的實驗室開展測試分析,在對土工樣品的測試結果的統計方面,目前的調查一般取平均值進行計算,實際上還需分析平均值的代表性,對中位值、四分位數、95%置信上限等不同數值對風險評估結果的影響進行分析,盡量取保守的數值,代入風險評估計算。
  (4)地塊滲透系數等參數的確定方式多樣。滲透系數是污染地塊調查分析的重要指標,其能實現污染物變化情況的系統掌控。故而一旦水文地質模型構建,則實驗人員應在抽水、注水實驗的支撐下,實現污染場地滲透系數的規范計算,從而為污染場地實際污染情況的分析提供有效依據。然而,目前各地塊調查一般用土工試驗的滲透系數代表地塊的污染滲透系數,實際上室內取樣測得的滲透系數與含水層實際滲透系數有很大差別,由于試驗需要取完整的原狀土樣品,實際取得樣品測得的滲透系數一般低于地層實際的滲透能力。如確需對地下水中污染物運移進行模擬,有條件的情況下還應參考地勘的相關規范進行專門的現場的抽水試驗。
  (5)地下水中污染物濃度與土壤中污染物濃度的相關性分析。對于現有的污染地塊的水文地質調查,一般沒有涉及地下水中污染物濃度與土壤中污染物濃度的相關性分析。而多數情況下地下水中污染的濃度取決于土壤中污染物的濃度及解吸能力,不但與含水層的土壤性質相關,也與污染物的類型相關,如粉質粘土中污染物比較難擴散到水中,地下水對土壤中污染物的稀釋能力較弱,而卵礫石層對污染物吸附能力較小,通過治理地下水一般能修復土壤中污染;對于鎘、砷等污染物,與六價鉻、揮發性有機物來講,水土分配系數也有很大的差異,對于地下水抽出處理等處置方式的效果可能有很大的影響。目前在做污染物運移模擬過程中對于各污染物的在不同土層的解吸擴散能力方面,并沒有公認適宜的模型參數,還需要更進一步的研究分析。
  因此,建議加強隊伍建設,深化不同屬性污染物在不同地層結構遷移擴散的機理研究,從而填補建設用地水文地質調查技術要求的缺失,如臨時或永久監測井建設及驗收要求、明確土工參數的獲取方法、監測資質、規范滲透系數的計算方法等,通過國家科技專項和示范工程等方式,使污染地塊水文地質調查更科學更具實操性。
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