发表日期:2020年09月02日
丁贞玉:污染地块地下水调查的技术要点分析
来源:生态修复网 2020年9月2日

  2019年12月5日生态环境部正式批复并实施了修订版的《建设用地土壤污染状况调查技术导则》(HJ25.1),该调查导则与其他5个关于监测、风险评估、治理修复及土壤和地下水效果评估导则一起,形成了一套具有完整流程的、小尺度地块规模土壤污染防治指导性的系列技术文件,是《土十条》实施后土壤污染防治工作的最重要技术成果之一。该系列被认为是整个土壤污染防治行业的入门红宝书,从原则上规范了研判地块污染、风险大小及如何修复达标,并规定了主要的技术流程、必要技术手段,也是污染责任追溯、损害鉴定评估的科学支撑。然而,污染地块的地下水调查阶段一直以来都是地块调查的薄弱环节。水文地质调查(也称勘察)是指对污染地块土壤层、包气带和饱和带的地层特征等调查,是着力开展污染源对地表以下污染扩散成因、暴露途径及影响范围等情况摸底分析,是治理修复取得突破的重要前期工作。2018年部委职能改革前,一直都是自然资源部门牵头,在水源勘察的基础上开展针对地下水污染调查相关工作,多集中于区域性调查与数据分析工作,小尺度调查项目少规范不足。污染地块调查评估是近几年落实国家土壤污染防治工作后新兴的项目类型,从事环境专业的相关人员为主,对土壤条件、地层结构和特性认识不足,污染地块调查项目经常出现该水文地质调查环节的误判。本文主要根据新修订的HJ25.1导则中水文地质调查专项要求,结合项目实际工作经验,提出实战工作的技术要点,供大家相互交流和探讨。
  1 HJ25.1的要求
  目前尚没有专项的针对性的技术规范用以指导污染地块的水文地质调查阶段的工作,根据对《建设用地土壤污染状况调查技术导则》(HJ25.1-2019)的梳理总结,主要有五个环节涉对污染地块水文地质调查提出要求和目的(见表1),并直接对后续监测、风险评估及治理方案编制产生影响。这五个环节分别是资料收集、现场踏勘、初步调查、详细调查和调查地块特征参数等。
表1  不同环节污染地块水文地质调查的主要要求及目的
Table 1 Main layers and hydrogeological parameters in the study area
  
  根据HJ25.1要求可以看出,污染地块水文地质调查阶段的主要工作内容可归纳为土壤、包气带和饱和带属地条件的分析工作和污染物扩散及迁移结果的解析两个方面。因此,一是需要掌握污染区域内地面下水分在土壤和岩层的运动规律,如通过钻探、抽水试验、注水试验、弥散试验等方式[7-8]——必要时取得原状岩心进行模拟,实现地层对污染物吸附和解吸关系的合理分析,科学规范的研判场地内污染物衰减变化;二是,数值化地层结构的差异性,进一步量化污染物在不同的渗透和输送能力的地层迁移的影响因素,即获得合理的土工参数,最终结合测绘工作圈定污染扩散的垂直和水平范围。
  2 工作程序梳理
  我国目前尚未有系统规范污染地块水文地质调查的具体程序,结合工作内容和实际需要,本文总结污染地块地下水调查的工作程序主要为以下六个方面:
  (1)根据区域及已有的水文地质资料,初步判断区域地下水流向及污染羽趋势,制定布点方案。结合对污染物在地层迁移转化的理解和经验,资料收集的完整性及精准解读对开展初步调查环节的布点尤其是地下水判断布点具有重要的指导意义。
  (2)按照采样方案,勘察地层并采集样品。地层调查中,工作人员需要在待测区域的基础上,进行科学钻孔取样,然后在静力触探试验的规范下,实现土层污染情况的有效分析和分类,并及时进行编录。应在地层调查中系统把控地块内土层剖面结构、均匀性、载荷性能及渗透性等数据,在充分实验解构分析的基础上,进行相关曲线图、分布图绘制,从而场地污染状况和扩散状况提供参考。
  (3)在采样点进行的高程测量和定位工作,并对地块及周边进行全方位测绘。测绘工作主要为了进一步量化包气带特性、含水层易污染特征、环境水文地质问题等,因此应该在地质构造线、地层接触线、岩性分界线、标准层位和每个地质单元体应布置地质观测点。
  (4)饱和带地下水调查。设置地下水监测井,统一测量地下水水位;通过现场工作查明地下水赋存条件、埋藏、分布,地下水水位,流场、流速及补径排等条件。总体上,监测井中水位变化是进行地块内地下水的流向及流速图把控的主要方式。
  (5)土工参数的获取。有必要进行室内物理性质试验、渗透性试验等,全面掌握密实度、透水系数、含水量、有机质量等参数,构建水文地质概念模型。进一步分析污染物分布,通过分析水平向和垂直向扩散的参数特征,为风险评估和治理修复提供依据。
  (6)绘制钻孔柱状图、水文地质剖面示意图、地下水流向图等图件,并形成水文地质报告成果。
  3 其他要点分析
  工作程序的规范化和精细化还需要国家层面出台统一的技术和管理性文件,并提出报告评审技术要点、编制大纲及附件材料等。此外,一些具体问题有待于进一步重视和解决。
  (1)建井质量对水文地质参数和地下水污染物的含量影响巨大。首先,钻探成孔后,下管前的井壁上一般会附着一层泥浆,影响井壁的渗水性能,下管前需要进行冲孔,破坏井壁泥皮,否则容易造成井孔渗透性能低于含水层实际情况;滤料层的砾石粒径、填充密实程度、井筛的开孔率均会影响到现场水文地质试验的测定。其次,建井时对井管涉及的含水层顶部和底部均应做好止水工作,若止水效果不好,容易造成污染在不同含水层的扩散,并影响到地下水取样的代表性。同样,对于季节性地下水资源,建议枯水期也不要轻易穿透含水层,而造成丰水期的污染扩散。
  (2)地下水取样位置对污染物浓度结果有一定影响。导则中充分考虑了存在NAPL相的情况,“对于低密度非水溶性有机物污染(LNAPL),监测点位应设置在含水层顶部;对于高密度非水溶性有机物污染(DNAPL),监测点位应设置在含水层底部和不透水层顶部”,而一般情况下默认水体内部上下均匀,“采样深度在监测井水面下0.5 m以下”即可。而根据现有的实地调查经验,在即使没有NAPL相的地块,地下水取样位置设于水面下0.5m处和隔水层底板处仍有可能有较大的差别,建议应该根据污染物溶于水后容易富集的深度进行取样,比如对于含氯有机物,一般取靠下的位置,参考DNAPL位置要求,对于石油类的污染物,一般取靠上的位置,参考LNAPL位置要求。
  (3)土工参数样品的采集与检测标准不统一。目前地块土壤污染调查的土工参数(如理化参数、渗透系数)等均来自于现场土工取样,样品采集的位置、数量、检测及结果统计方式尚未有规范,其结果直接影响到风险评估环节的计算。关于样品采集的位置,由于土工参数用于评估土壤污染的扩散风险,所以应在包气带进行取样,且应分布在不同点位的代表性位置,取原状土样品,以代表地块的整体情况;数量上根据经验,同一土层一般取9组。所有参数的测试也应该使用具有CMA资质的实验室开展测试分析,在对土工样品的测试结果的统计方面,目前的调查一般取平均值进行计算,实际上还需分析平均值的代表性,对中位值、四分位数、95%置信上限等不同数值对风险评估结果的影响进行分析,尽量取保守的数值,代入风险评估计算。
  (4)地块渗透系数等参数的确定方式多样。渗透系数是污染地块调查分析的重要指标,其能实现污染物变化情况的系统掌控。故而一旦水文地质模型构建,则实验人员应在抽水、注水实验的支撑下,实现污染场地渗透系数的规范计算,从而为污染场地实际污染情况的分析提供有效依据。然而,目前各地块调查一般用土工试验的渗透系数代表地块的污染渗透系数,实际上室内取样测得的渗透系数与含水层实际渗透系数有很大差别,由于试验需要取完整的原状土样品,实际取得样品测得的渗透系数一般低于地层实际的渗透能力。如确需对地下水中污染物运移进行模拟,有条件的情况下还应参考地勘的相关规范进行专门的现场的抽水试验。
  (5)地下水中污染物浓度与土壤中污染物浓度的相关性分析。对于现有的污染地块的水文地质调查,一般没有涉及地下水中污染物浓度与土壤中污染物浓度的相关性分析。而多数情况下地下水中污染的浓度取决于土壤中污染物的浓度及解吸能力,不但与含水层的土壤性质相关,也与污染物的类型相关,如粉质粘土中污染物比较难扩散到水中,地下水对土壤中污染物的稀释能力较弱,而卵砾石层对污染物吸附能力较小,通过治理地下水一般能修复土壤中污染;对于镉、砷等污染物,与六价铬、挥发性有机物来讲,水土分配系数也有很大的差异,对于地下水抽出处理等处置方式的效果可能有很大的影响。目前在做污染物运移模拟过程中对于各污染物的在不同土层的解吸扩散能力方面,并没有公认适宜的模型参数,还需要更进一步的研究分析。
  因此,建议加强队伍建设,深化不同属性污染物在不同地层结构迁移扩散的机理研究,从而填补建设用地水文地质调查技术要求的缺失,如临时或永久监测井建设及验收要求、明确土工参数的获取方法、监测资质、规范渗透系数的计算方法等,通过国家科技专项和示范工程等方式,使污染地块水文地质调查更科学更具实操性。
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