雙層巢式地下水監(jiān)測井在場地環(huán)境調(diào)查中的應(yīng)用

張斌　孫加山　高連東　李燕明　王向?qū)帯钊f　耿旭昌　左晨忱　錢涌　王強(qiáng)

摘要：一口雙層巢式監(jiān)測井建井等同于兩口單管監(jiān)測井，可以同時(shí)監(jiān)測不同含水層水位與污染狀況，同時(shí)降低施工成本和時(shí)間，相較于單管監(jiān)測井具有顯著優(yōu)勢。本文以工業(yè)企業(yè)退役地塊場地環(huán)境調(diào)查為例，分析雙層巢式監(jiān)測井建井采樣技術(shù)的優(yōu)勢，證實(shí)了巢式監(jiān)測井是一種成本低且環(huán)境友好型的建井技術(shù)。

關(guān)鍵詞：巢式監(jiān)測井；單管監(jiān)測井；場地環(huán)境調(diào)查

中圖分類號：X853 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-672X（2018）06-0134-03

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.06.078

Abstract：A double-layer nested monitoring well is equivalent to two single-layer monitoring wells， which can simultaneously monitor the pollution status of different aquifer water level meters and reduce the construction cost and time. Compared to single-layer monitoring well，double-layer nested monitoring well has significant advantages. Taking the environmental investigation of the retired sites of industrial enterprises as an example，the paper analyzes the advantages of the built-in sampling technology of double-layer nested monitoring wells and confirms that the nested monitoring well is a low cost and environment-friendly well construction technology .

Key words：Nested monitoring well；Single-layer monitoring well；Environmental site investigation

近年來，隨著城市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和空間布局的調(diào)整及“退二進(jìn)三”政策的實(shí)施，大量的工業(yè)企業(yè)被關(guān)?；虬徇w[1-2]。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，截至2015年底，江蘇省已關(guān)停原有數(shù)量1/3的化工企業(yè)約7000多家[3]。為貫徹落實(shí)《土壤污染防治行動計(jì)劃》（國發(fā)〔2016〕31號）的相關(guān)要求[4]，同時(shí)也為確保工業(yè)企業(yè)遺留地塊的再開發(fā)利用安全，環(huán)保部門要求對關(guān)停搬遷工業(yè)企業(yè)地塊開展場地環(huán)境質(zhì)量調(diào)查。

地下水環(huán)境質(zhì)量調(diào)查是場地環(huán)境質(zhì)量調(diào)查的重要組成部分，通過地下水環(huán)境質(zhì)量調(diào)查，可以從整體上掌握地下水污染狀況，有助于判斷污染物遷移方向并有效指導(dǎo)后期的風(fēng)險(xiǎn)管控及修復(fù)治理工作。進(jìn)行地下水環(huán)境質(zhì)量調(diào)查首先需要建造監(jiān)測井，而后采集地下水樣品，分析污染物含量并研究其分布特點(diǎn)及其遷移路徑。監(jiān)測井的類型包括單管監(jiān)測井、叢式監(jiān)測井、巢式監(jiān)測井、連續(xù)多通道監(jiān)測井等，每種類型的監(jiān)測井都有其各自的優(yōu)缺點(diǎn)[5-9]。目前，國內(nèi)污染場地地下水環(huán)境質(zhì)量調(diào)查主要采用單管監(jiān)測井或叢式監(jiān)測井，而巢式監(jiān)測井在場地環(huán)境質(zhì)量調(diào)查中的應(yīng)用卻鮮有報(bào)道。污染場地環(huán)境調(diào)查通常關(guān)注淺層地下水[10]，本研究以某工業(yè)企業(yè)退役地塊為例，詳細(xì)闡述了雙層巢式監(jiān)測井的建井技術(shù)，并以該場地為例分析了巢式監(jiān)測井在場地環(huán)境調(diào)查中的優(yōu)勢，以期為巢式監(jiān)測井在場地環(huán)境調(diào)查中的推廣應(yīng)用提供案例支撐。

1 材料與方法

1.1 場地概況

本文研究的場地位于江蘇省蘇南地區(qū)，原生產(chǎn)企業(yè)主要生產(chǎn)五金件等產(chǎn)品，占地面積約3萬㎡，該地塊內(nèi)企業(yè)成立于2000年左右，主要特征污染物為重金屬，2010年地塊內(nèi)企業(yè)關(guān)停搬遷。為保障該地塊未來開發(fā)利用的安全，依據(jù)國家的相關(guān)規(guī)定與地方環(huán)保部門的要求，擬對該地塊土壤與地下水開展場地環(huán)境質(zhì)量調(diào)查。

場地所在區(qū)域地面以下12m以內(nèi)的土層可以分為5個(gè)工程地質(zhì)層，第一層雜填土層，厚度約3m；第二層粘土層，厚度約3m；第三層粉質(zhì)粘土層，厚度約1.5m；第四層粉砂層，厚度約4.5m，第五層粉質(zhì)粘土層。根據(jù)土層分布，本地塊地下12m以內(nèi)淺層地下水包含兩種類型地下水，分別為潛水和微承壓水，分別賦存于第一層雜填土層和第四層粉砂土層中。場地西側(cè)和南側(cè)均為河流，北側(cè)和東側(cè)為工業(yè)用地。

1.2 巢式監(jiān)測井建井

本項(xiàng)目使用的巢式監(jiān)測井為平行等徑雙管結(jié)構(gòu)，建井設(shè)備采用Geoprobe 7822 DT（中空螺旋干鉆），設(shè)備圖片見圖1和圖2，監(jiān)測井安裝示意圖見圖3。潛水監(jiān)測井管徑50mm，井深3.5m，篩管長2.5m，沉淀管長0.5m，管底置于含水層底板0.5m處；微承壓水監(jiān)測井管徑50mm，井深12.5m，篩管長4.5m，沉淀管長0.5m，管底置于含水層底板0.5m處。所有監(jiān)測井井管材料均采用UPVC，井管采用快接螺紋進(jìn)行連接，且連接之間有O型密封圈。篩管管縫0.25mm，監(jiān)測井安裝時(shí)，篩管周圍填充2～5mm級配的石英砂。篩管以上白管部分采用膨潤土進(jìn)行止水封閉。

1.3 樣品采集與保存

根據(jù)《工業(yè)企業(yè)場地環(huán)境調(diào)查評估與修復(fù)工作指南（試行）》和《場地環(huán)境監(jiān)測技術(shù)導(dǎo)則》（HJ25.2-2014）的規(guī)定[10，11]，監(jiān)測井建井完成后必須進(jìn)行洗井。洗井一般分兩次，即建井后的洗井和采樣前的洗井。建井后的洗井首先要求直觀判斷水質(zhì)基本上達(dá)到水清砂凈，同時(shí)pH 值、電導(dǎo)率、濁度、水溫等監(jiān)測參數(shù)值達(dá)到穩(wěn)定。取樣前的洗井在第一次洗井24 h后開始，其洗出的水量要達(dá)到井中儲水體積的3倍之上，同時(shí)要求pH 值、電導(dǎo)率、氧化還原電位、溶解氧、濁度、水溫等水質(zhì)參數(shù)值穩(wěn)定，但原則上洗出的水量不高于井中儲水體積的5倍。地下水采樣在采樣前洗井完成后兩小時(shí)內(nèi)完成，且遵循“一井一管，一管一繩”的原則，防止交叉污染。本研究的地下水監(jiān)測井洗井采用空壓機(jī)，樣品采集采用貝勒管?？紤]到本地塊主要特征污染物為重金屬，因此地下水取水位置設(shè)置在井中儲水的中部。

根據(jù)《地下水監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》（HJ/T164-2004）的規(guī)定[12]，地下水樣品保存于塑料瓶中，并按照表1說明添加適當(dāng)?shù)谋４鎰F(xiàn)場采集完成后放置于4℃保溫箱中進(jìn)行保存，直至進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室。

1.4 樣品分析與檢測

地下水樣品中的特征污染物分析方法均采用國家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，具體檢測方法與設(shè)備見表2。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

本研究的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析采用Microsoft Excel 2010進(jìn)行，地下水流向采用Golden Software Surfer 9.0進(jìn)行繪制。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同含水層地下水流向分析

本研究采用三點(diǎn)法模擬地下水流向，根據(jù)地下水水位相對標(biāo)高的不同分別繪制了潛水和微承壓水流向圖（圖4和圖5）。如圖4所示，本地塊的潛水流向主要為自東向西，其中局部區(qū)域（南部）呈現(xiàn)為自南向北，其主要原因?yàn)榈叵滤挥^測前一天有降雨導(dǎo)致潛水水位升高，從而補(bǔ)給西側(cè)和南側(cè)地表水。如圖5所示，本地塊的微承壓水流向與潛水正好相反，主要呈現(xiàn)為自西向東，其主要原因是西側(cè)和南側(cè)地表水補(bǔ)給微承壓水所致。

2.2 不同含水層地下水中污染物的分布特點(diǎn)

本研究地下水重金屬環(huán)境質(zhì)量采用《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T14848-93）III類標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評價(jià)[17]。經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析，潛水和微承壓水中的鈷、銅、鉬、鋅和六價(jià)鉻均未檢出，檢出的重金屬中僅部分點(diǎn)位的鐵和錳元素含量超過標(biāo)準(zhǔn)限值，最大超標(biāo)倍數(shù)分別為2.1倍和10.8倍。地下水鐵超標(biāo)主要分布在微承壓水層，而錳超標(biāo)在潛水層和微承壓水層中均有分布。通過對比不同含水層的鐵錳含量，潛水層鐵錳點(diǎn)位超標(biāo)率低于或等于微承壓水的。對于鐵錳離子而言，錳離子超標(biāo)程度顯著高于鐵離子，這與朱錦旗等人[18]的研究較為一致。根據(jù)搜集的資料可知，本地塊原生產(chǎn)企業(yè)無地下水管道，且地下溝渠埋深均小于1m，且原輔材料中涉及的鐵元素均以固態(tài)形式存在，因此初步判斷本地塊鐵錳超標(biāo)與原工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)作業(yè)關(guān)系較小，可能主要與區(qū)域地下水天然背景有關(guān)。有研究報(bào)道[18，19]，蘇南地區(qū)土壤中含有大量的鐵錳結(jié)核，且含水層一直處于還原環(huán)境，F(xiàn)e2O3、MnO2被還原并以二價(jià)離子形態(tài)運(yùn)移至地下水中，導(dǎo)致地下水中鐵錳離子含量較高。另外，土壤中全錳含量一般低于全鐵含量，但氧化還原反應(yīng)和遷移活動非?；钴S，導(dǎo)致錳的游離度與活化度均較鐵高。此外，鐵錳含量較高與地下水氧化還原電位、土壤有機(jī)質(zhì)及徑流條件也有一定的關(guān)系[18-20]。

2.3 巢式監(jiān)測井與單管監(jiān)測井的成本效率分析

結(jié)合現(xiàn)有項(xiàng)目工程經(jīng)驗(yàn)，本研究以每對組井（潛水監(jiān)測井和微承壓水監(jiān)測井）為例研究巢式監(jiān)測井與單管監(jiān)測井的成本效率。如表4所示，綜合考慮監(jiān)測建井各要素，不同建井方式下，每對組井的工程總價(jià)、工程耗時(shí)及固廢產(chǎn)生量均相差較大，巢式監(jiān)測井建井方式下每組對井的工程總價(jià)、工程耗時(shí)及固廢（泥土）產(chǎn)生量均低于單管監(jiān)測井建井方式。

當(dāng)前，污染場地調(diào)查咨詢項(xiàng)目整體市場價(jià)格偏低，且項(xiàng)目工期緊，巢式監(jiān)測井的應(yīng)用能顯著降低工程總價(jià)和工程耗時(shí)，同時(shí)降低廢棄土壤的產(chǎn)生量，從而降低后期管理的工作量及二次污染產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)。由此可見，巢式監(jiān)測井對于污染場地環(huán)境調(diào)查而言，是一種成本低且環(huán)境友好型的建井技術(shù)，具有一定的推廣意義。

3 結(jié)論

（1） 巢式監(jiān)測井可以同時(shí)監(jiān)測不同含水層的水位，并能幫助工作人員有效分析不同含水層污染物的分布規(guī)律及水力聯(lián)系，有助于快速準(zhǔn)備判斷污染原因。

（2）巢式監(jiān)測井能明顯提高現(xiàn)場建井的工作效率，顯著降低地下水調(diào)查所需費(fèi)用，并有效控制固體廢物產(chǎn)生量，是一種成本低且環(huán)境友好型的建井技術(shù)。

參考文獻(xiàn)

[1]董敏剛，張建榮，羅飛等.我國南方某典型有機(jī)化工污染場地土壤與地下水健康風(fēng)險(xiǎn)評估[J].土壤，2015，47（1）：100-106.

[2]李定龍，徐冉，呂浩，等.某典型化工污染場地土壤修復(fù)方案研究[J].環(huán)境污染與防治，2015，37（7）：94 -100.

[3]陳宏，劉翔，盧欣等.某化工污染場地土壤與地下水污染特征分析[J].油氣田環(huán)境保護(hù)，2017，27（1）：21-24.

[4] 國務(wù)院關(guān)于印發(fā)土壤污染防治行動計(jì)劃的通知.土壤污染防治行動計(jì)劃：國發(fā)[2016]31號. http：//zfs.mep.gov.cn/fg/gwyw/201605/t20160531_352665.shtml

[5]葉成明，李小杰，鄭繼天等.國外地下水污染調(diào)查監(jiān)測井技術(shù)[J].探礦工程， 2007， （11）： 57-60.

[6]浦慶余.論地下水水質(zhì)監(jiān)測中的布點(diǎn)與采樣[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì)，1998，（2） ：49-50.

[7]劉廣輝.地下水環(huán)境監(jiān)測井施工技術(shù)[J].探礦工程， 1999，（4） ：29-30.

[8]鄭繼天，王建增，蔡五田等.地下水污染調(diào)查多級監(jiān)測井建造及取樣技術(shù)[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2009，3：128 -131.

[9]張斌，陳輝，萬正茂等.污染場地環(huán)境調(diào)查現(xiàn)場采樣技術(shù)現(xiàn)狀及存在問題的探討[J].工業(yè)安全與環(huán)保，2017，43（9）：82-86.

[10]環(huán)境保護(hù)部科技標(biāo)準(zhǔn)司.場地環(huán)境監(jiān)測技術(shù)導(dǎo)則：HJ25.2-2014[S].北京：環(huán)境保護(hù)部，2014.

[11]環(huán)境保護(hù)部科技標(biāo)準(zhǔn)司.工業(yè)企業(yè)場地環(huán)境調(diào)查評估與修復(fù)工作指南（試行）[S].北京：環(huán)境保護(hù)部，2014.

[12]國家環(huán)境保護(hù)總局科技標(biāo)準(zhǔn)司.地下水監(jiān)測技術(shù)規(guī)范：HJ/T164-2004[S].北京：國家環(huán)境保護(hù)總局，2004.

[13]國家環(huán)境保護(hù)總局科技標(biāo)準(zhǔn)司.水質(zhì)六價(jià)鉻的測定二苯碳酰二肼分光光度法： GB/T7467-1987[S].北京：國家環(huán)境保護(hù)總局，1987.

[14]環(huán)境保護(hù)部科技標(biāo)準(zhǔn)司.水質(zhì)汞、砷、硒、鉍和銻的測定原子熒光法： HJ 694-2014[S].北京：環(huán)境保護(hù)部，2014.

[15]環(huán)境保護(hù)部科技標(biāo)準(zhǔn)司.水質(zhì)32種元素的測定電感耦合等離子體發(fā)射光譜法：HJ 776-2015[S].北京：環(huán)境保護(hù)部，2014

[16]國家環(huán)境保護(hù)總局《水和廢水監(jiān)測分析方法》編委會.水和廢水監(jiān)測分析方法（第四版）[M].中國環(huán)境出版社，2002 .

[17]地質(zhì)礦產(chǎn)部地質(zhì)環(huán)境管理司，地質(zhì)礦產(chǎn)部水文地質(zhì)工程地質(zhì)研究所.地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)：GB/T14848-93[S].北京：國家技術(shù)監(jiān)督局，1993.

[18]朱錦旗，王彩會，陸徐榮等.蘇錫常地區(qū)淺層地下水鐵錳離子分布規(guī)律及成因分析[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2006，3：30-37.

[19]敬永紅.孝新合氣田淺層地下水鐵錳分布規(guī)律及成因分析[J].石油化工安全環(huán)保技術(shù)，2008，24（6）：61-64.

[20]曾昭華.長江中下游地區(qū)地下水中鐵錳元素的形成及其分布規(guī)律[J].長江流域資源與環(huán)境， 1994，3（4）：326 -329.

收稿日期：2018-04-24

作者簡介：張斌（1986-），男，工程師，研究方向?yàn)槲廴緢龅丨h(huán)境調(diào)查評估及修復(fù)治理。