2.污染场地水文地质调查

第二章 地下水污染调查与监测第二章 地下水污染调查与监测 (1)第一节污染场地水文地质调查 (1)一、初步场地勘察及初始评估 (2)二、初步野外调查 (4)三、详细场地调查 (4)四、野外试验与室内实验 (6)五、调查工作的总结及报告的编写 (11)第二节 地下水污染调查与监测 (12)一、污染源与污染途径的调查 (12)二、调查范围与水化学监测网设计 (13)三、地下水样采集与保存 (14)四、现场分析与监测 (15)五、地下水化学数据分析 (16)第一节污染场地水文地质调查污染场地水文地质调查是地下水污染研究的基础和出发点。

其主要目的是：（1）探测与识别地下污染物；（2）测定污染物的浓度；（3）查明污染物在地下水系统中的迁移特性；（4）确定地下水的流向和速度，查明主径流向及控制污染物运移的因素，定量描述控制地下水流动和污染物运移的水文地质参数。

为实现以上目的，必须确定一个严格的、针对特定场地的调查程序。

表4-1污染场地水文地质调查的主要步骤步骤工作内容已有资料的搜集整理步骤1初步场地踏勘和初始评估场地踏勘确立初步的水文地质概念模型布置初始监测孔步骤2初步野外调查大体厘定含水层开展其它野外工作扩充监测孔网及沉积物采样步骤3详细现场调查和试验获取水文地质参数，评估污染物运移途径步骤4编写报告绘制平面及剖面流网列出重要物理参数值总结（报告）及对以后的监测工作进行安排一、初步场地勘察及初始评估这一阶段包括已有资料的搜集整理和场地踏勘。

该阶段的目的是：（1）描述场地的基本地质特征及对已搜集整理资料信息进行验证；（2）搜集当地的水文资料，包括降雨和地表排水；（3）搜集有关污染源和污染特性的资料；（4）确立或改进地下水系统概念模型；（5）评价与健康和安全有关的潜在问题。

（一）搜集前人资料1 污染现场历史资料在第一阶段调查中最关键的资料涉及有以下几个方面：１）.已知污染物或可能存在的污染物的性质２）.污染物的来源或可能来源３）.污染程度４）.健康与安全2 地质与水文地质资料前人的现场调查报告可以提供有关地形、岩土体和填埋材料的厚度及分布、含水层的分布、基岩高程、岩性、厚度、区域地质条件、构造特征（例如基岩中的断层）等方面的资料。

3 水文资料调查内容包括地表水的位置、流动情况、水质、与地下水的联系方式等。

如果可能的话，已有资料还应包括场地水文地质平面图、剖面图及初步的概念模型。

（二）初步现场踏勘在这一阶段，应完成以下重要的踏勘任务：（1）检查欲用钻探设备的场地可进入性。

观察现场地形及周边环境，以确定是否可进行地质测量以及现场是否可容纳钻孔设备；（2）对现场的后勤工作进行考察，以确定是否方便清洗钻孔及获得可供钻探使用的清洁水；（3）对现场的地质条件进行考察，以确定区域地质条件与基岩位置同背景资料是否一致；（4）观察现场地形、排水情况及植被分布，确定钻井液排放位置；（5）查明导致污染的化学废物的性质，特别是其活动性及暴露程度；（6）确定研究区域内监测设备的状况，特别是它们的置放条件、深度及地下水水位；（7）对现场气候进行研究，以获得降雨量及气温方面的资料。

降雨量对于确定地下水、地表水、风力风速、腐蚀程度等十分重要，而污染物在地下水环境中的反应速率、挥发、微生物分解等过程则常常与气温有关。

根据场地的复杂程度和已有资料的情况，在这一阶段的后期，应当可以初步建立起一个场地水文地质概念模型了。

该模型应包括以下要素：（1）现场邻近地区的地质条件：概念模型应将根据水力学性质来划分不同的地层，并指出不同地层对地下水流动系统的重要性及它们对地下水环境中污染物运移的潜在控制能力。

（2）区域及局部的地下水流动系统与地表水之间的水力联系：概念模型将确定现场周边地区的地下水系统与地表水系统的相互补给、排泄关系及区域地下水流动系统与局部地下水流动系统之间的相互关系。

画出地下水流动系统示意图，即使这样一个初步的模型可能随着调查工作的深入，会有很大的修改，在踏勘后建立这样的概念模型有助于从一开始就带着系统的观点整体把握场地的水文地质特征。

（3）确定人类活动对地下水流动及污染物迁移的影响：例如，埋藏管道、地下设施、下水道及与它们相关的粗粒回填土都会为非水相液体及地下水的流动创造条件。

现场周围的抽水井也会改变水力梯度及地下水流动系统。

（4）确定污染物迁移途径及优势流的通道：这些通道包括水力梯度很高的地层及岩石与土壤中的裂隙。

（5）确定污染物的性质：在概念模型中加入污染物的性质是非常重要的，这样可以确保污染物的产生与迁移成为现场监测与调查过程的中心。

（6）确定污染物的可能受体，以评价环境影响程度：受体可能包括人、植物、动物及水生生物。

在确定工作计划时，现场污染物的特殊性质也应被考虑进去。

这些需考虑的因素包括：（1）现场勘察方法的适宜性，即应避免使污染进一步恶化；（2）在进行现场调查时所使用的地球物理技术的适宜性；（3）污染物与监测孔材料的相容性；（4）安置钻孔、监测孔与取样技术的适宜性。

后文将对合理技术的选择进行讨论。

二、初步野外调查第二阶段调查的主要目的是：划分并刻画主要的含水层，大体上确定地下水流向，搜集足够的资料以制定一个详细的场地调查计划。

第二阶段调查包括对现场特征的勘察及地下水监测孔的安装。

土壤采样可用于以下目的：（1）确定土壤是污染的来源还是空气与水中污染物的受体；（2）确定污染物对人类健康与环境的风险大小；（3）与背景水平相对照，确定污染物是否存在及其浓度大小；（4）确定污染物的浓度及其空间与时间分布特征；（5）确定控制及去除污染物方法的有效性；（6）确定各特定污染物对动植物的风险水平；（7）确定污染物的来源、迁移机理及途径、污染物的可能受体；（8）确定污染物迁移模型的有效性；（9）确定前人采样程序是否符合有关环境法规和技术规程的要求。

三、详细场地调查通过场地调查的第三阶段工作，要形成一个仿真度较高的地下水系统概念模型，能够刻画主要含水层并绘制出场地附近地下水流场图，定性评价地下水脆弱性，并识别污染物可能的运移途径。

在水文地质条件比较复杂的场地，必须考虑布设更多的监测孔。

（一）钻进方法1中空螺旋钻进2实心钻杆螺旋钻进3 绳索冲击钻进4 空气回转钻进5 夯击中空螺旋钻进6 反循环钻进7 泥浆钻进（二）监测孔设计监测孔的各个设计要素必须以不改变水样的水质为前提。

1 井径监测孔的直径大小一般取决于获取地下水水样的设备（提桶、水泵等）的尺寸。

2 套管与过滤器材料成井材料应不吸收或过滤水样中的化学组分，且不应影响水样的代表性。

3 密封材料当钻进时采用回转、螺旋等方法时，成型后的钻孔直径要大于监测孔的套管直径。

应在监测孔套管和钻孔壁之间充填以膨润土、水泥或膨润土/水泥的混合物。

4 过滤器长度及埋置深度监测孔过滤器的长度及其在地下的埋设深度取决于：（1）污染物在饱水带与包气带的性质，（2）监测目的。

5 监测孔的位置与数目在一个监测过程中，监测孔的位置与数目和该监测过程的目的密切相关。

场地的地质、水文地质条件、污染物性质及勘察区域的范围都是确定监测孔的数目及布置方式。

当然，现场的地质条件与水文地质条件越复杂，污染物的运动情况也越复杂。

勘察区域的范围越大，监测孔的数目应越多。

（三）监测孔安装技术在监测孔安装过程中必须确保：在特定的深度下安装于钻孔中的井管滤网完全分开；井管滤网周围的孔壁没有在钻进过程中发生严重改变；地下水水质在钻探过程中没有发生显著改变；套管直径足够大，水位测定仪、地下水采样设备及地球物理设备可以自由放入；用于修建监测孔的材料应该与被监测污染物相容。

1 点驱动监测孔安装监测孔最简单也是最省钱的方式是用锤击设备把井管滤网和套管一起击入到指定深度。

2 单个监测孔最常见的情况是在钻孔中安装单个监测孔。

在监测孔修建和安装的过程中应考虑以下因素：监测孔的用途；钻孔特性；岩土体的类型；污染物类型；井管滤网的长度；套管的直径；过滤网及回填材料；监测孔修建材料；地表情况。

（四）群井及多水平监测孔为了精确而全面揭示污染物在地下水系统中的时空分布特征和所经历的复杂过程，在多数场地调查过程中，必须测定水头及污染物浓度的垂向分布情况。

为了获得这方面的信息，必须使用定深取样技术，即在单个钻孔中的不同深度上安装监测孔。

这时，在单个钻孔中可以使用单个群井，也可使用多水平监测孔。

选择方案包括：多个钻孔，每个钻孔安装一个监测孔；每个钻孔“捆绑式”安装不同深度滤网的多水平监测孔；每个钻孔安装一个具有多个取样口的监测孔；具有多个止水段的全长滤网监测孔。

四、野外试验与室内实验(一) 水力学参数测定1 室内方法1).孔隙度在确定松散沉积物的孔隙度时，应尽可能采集原状样。

如果样品被严重扰动，并且颗粒已经被重新组合排列，那么实验室所测得的孔隙度就不能代表岩土体的原位值。

可以使用各种不同的薄壁取样器获得原状样。

在地下水位附近或地下水位以下的细粒沉积物一般完全饱和。

这时测定孔隙度的一般过程是先称取已知体积的样品，然后把样品完全烘干，称取烘干后样品的重量，烘干前后的重量之差就为充满于空隙中水的重量，该重量除以水的密度（1.0g/cm3）就得到孔隙水的体积。

如果介质颗粒较粗，在测定孔隙度之前应使样品再次饱和，因为样品在处理过程中可能失水。

另外，可以用沉积物密度和颗粒骨架密度来计算孔隙度。

2）.水力传导系数如果沉积物是无粘性的（包括从泥沙到粗砾的任何物质），可以使用一种叫做渗流测定仪的实验设备来确定水力传导系数。

该设备在受控情况下让水流通过一已知体积岩土体，确定该岩土体导水能力。

可选择变水头或定水头条件实验。

进行变水头实验时，初始使较高的水头作用于饱和样品的顶部，随着水流流过样品水头也随着降低。

通过监测水头随时间的变化，就可以计算出水力传导系数。

进行定水头实验时，保持流经已知长度沉积物的水流的水头差为定值。

如果已知样品的横切面面积和水流的稳定流流速，使用达西定律就能计算出水力传导系数。

如果未固结沉积物颗粒较细，渗透性较差，通常不能使用渗透仪测定法来测定其水力传导系数。

但是，可以使用固结实验来确定该类沉积物的水力传导系数：把原状样放到一个逐渐垂向加压的测试器中。

在每级加压后，监测样品的压缩特性，直至样品停止变形。

孔隙水从样品中排出所需时间直接与样品的压缩性和水力传导系数联系在一起。

可以用几个图形来解释固结实验所获得的资料。

3）.给水度和贮水率测定多孔介质的储水性能可用于评价给定含水层的水资源量和解释地下水流动系统的瞬态响应。

给水度（S）指地下水位每下降一个单位时从单位体积的饱和沉积物中所释放出的水量。

在实验室测定该指标，先饱和样品，然后使之在降低单位水位的情况下排水，直至样品底部排出的水量可以忽略不计。

最后测定所排出水的体积，该体积就代表该沉积物的给水度。