水文地質(zhì)勘查在礦山廢棄場地環(huán)境調(diào)查中的應(yīng)用

朱和俊，何小艷

（1.宣城市地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測和地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急中心，安徽 宣城 242000；2.安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局311地質(zhì)隊(duì)，安徽 安慶 246003）

目前，國內(nèi)常用的污染場地環(huán)境調(diào)查布點(diǎn)方法主要有系統(tǒng)布點(diǎn)法、分區(qū)布點(diǎn)法、專業(yè)判斷法以及隨機(jī)布點(diǎn)法[1]。由于調(diào)查地塊地形地貌、水文地質(zhì)背景不同，常規(guī)的布點(diǎn)方法并不能完全滿足調(diào)查需要。存在部分地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、影響范圍較大的污染地塊無法精準(zhǔn)布點(diǎn)、采樣不均等問題，導(dǎo)致調(diào)查的成本增加、調(diào)查結(jié)果不夠全面或有失偏頗，容易忽視由于污染物可能通過遷移擴(kuò)散過程對(duì)深層土壤和地下水造成污染的情況，對(duì)后期開展的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、場地修復(fù)提供的技術(shù)基礎(chǔ)依據(jù)不夠詳實(shí)可靠。因此，很有必要進(jìn)一步提高重視程度，在場地環(huán)境調(diào)查前開展水文地質(zhì)勘查工作，為調(diào)查布點(diǎn)設(shè)置提供科學(xué)依據(jù)。

1 場地水文地質(zhì)勘查的重要性

不同土層的理化性質(zhì)存在差異性，土層結(jié)構(gòu)對(duì)地下水中污染物的滲透能力和輸送能力緊密相關(guān)[2]，場地污染物會(huì)隨著污染物質(zhì)的重力和土壤表面張力逐漸向地下深處和周邊遷移、擴(kuò)散。高質(zhì)量的場地水文地質(zhì)勘查工作可以判斷污染物分布情況，總結(jié)分析污染物在土壤、地下水中的積累、遷移、擴(kuò)散和變化規(guī)律，有助于調(diào)查工作中更有針對(duì)性的編寫污染場地調(diào)查設(shè)計(jì)方案。能夠合理地布設(shè)土壤采樣點(diǎn)位置和鉆探深度、地下水監(jiān)測井的深度和濾網(wǎng)位置，減少不必要的采樣和分析費(fèi)用，節(jié)約調(diào)查成本，提高資金效率和評(píng)價(jià)質(zhì)量，促進(jìn)準(zhǔn)確反映場地土壤和地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量。

因此，在實(shí)施污染場地調(diào)查之前實(shí)施水文地質(zhì)勘查工作，可以查明調(diào)查評(píng)估區(qū)域及周邊的土層分布情況和地下水流向。調(diào)查人員通過踏勘、鉆探、水工實(shí)驗(yàn)等多種方式，查清區(qū)內(nèi)土層分布特征、滲透性、地下水賦存狀態(tài)、流向和動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，判斷相對(duì)隔水層和透水層的分布特征，建立場地水文地質(zhì)模型[3]。必要時(shí)可以提取巖芯開展室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)，探索各土層對(duì)污染物的吸附能力，分析地層中污染物的賦存狀態(tài)，掌握調(diào)查區(qū)域內(nèi)地下水中污染物的遷移變化規(guī)律，使土壤環(huán)境調(diào)查方案更加合理、規(guī)范。優(yōu)質(zhì)的場地水文地質(zhì)勘查成果能夠?yàn)楹笃谖廴緢龅仫L(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提供一些必要的技術(shù)參數(shù)，為后續(xù)詳查、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、場地土壤修復(fù)方案設(shè)計(jì)及土地規(guī)劃、開發(fā)利用和管理提供科學(xué)決策依據(jù)。

2 場地水文地質(zhì)勘查的主要內(nèi)容和技術(shù)要點(diǎn)

2.1 場地水文地質(zhì)勘查的主要內(nèi)容

2.1.1 污染場地土層分布

國內(nèi)當(dāng)前常用的土層分析方法是采用鉆探孔取樣，同時(shí)輔助采用靜力觸探試驗(yàn)，從而準(zhǔn)確劃分土層和土層分類。在生產(chǎn)車間、危廢庫、污水處理站等污染高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)布設(shè)鉆孔，獲取土層分布、滲透系數(shù)、含水層厚度等工程地質(zhì)勘察資料。

2.1.2 地下水流場調(diào)查

查清地下水賦存條件是調(diào)查地下水流場的重點(diǎn)，可以了解到調(diào)查區(qū)域中潛水和微承壓水所賦存的土層，掌握調(diào)查區(qū)內(nèi)地下水的水位，建立污染場地的水文地質(zhì)模型，為后期地下水監(jiān)測井的布點(diǎn)設(shè)置、鉆井深度、濾網(wǎng)深度提供技術(shù)支撐。利用布設(shè)的地下水監(jiān)測井可以了解調(diào)查區(qū)的地下水水位、流速和變化情況，繪制場地地下水流向圖，為后續(xù)分析場地污染物分布情況及分布范圍提供科學(xué)依據(jù)。

2.1.3 污染場地污染物分布

根據(jù)污染物的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律，對(duì)于場地內(nèi)污染物分布情況調(diào)查主要包括縱向分布和橫向分布兩方面，在縱向分布上可以采集到不同土層的土壤樣品以及各土層交界面和含水層各部位的土壤樣品[4]。當(dāng)采樣時(shí)發(fā)現(xiàn)土層有明顯異常情況時(shí)，需要考慮在周邊新增土壤取樣點(diǎn)。在橫向分布上的調(diào)查能夠預(yù)計(jì)整個(gè)污染場地的污染范圍和擴(kuò)散速度，對(duì)構(gòu)建場地水文地質(zhì)模型、后續(xù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及環(huán)保管理具有重要意義。

2.2 場地水文地質(zhì)勘查的技術(shù)要點(diǎn)

應(yīng)用于場地污染調(diào)查中最常見的水文地質(zhì)勘查技術(shù)主要為地質(zhì)測繪、物探鉆探、抽水試驗(yàn)。調(diào)查人員經(jīng)資料收集和現(xiàn)場勘查，明確污染場地的污染源分布概況，然后進(jìn)行布點(diǎn)、鉆探取樣、化驗(yàn)分析工作，建立水文地質(zhì)模型。主要技術(shù)要點(diǎn)包括勘查點(diǎn)設(shè)置、樣品采樣和檢測分析等。

（1）勘查點(diǎn)設(shè)置：勘查點(diǎn)的選點(diǎn)和布設(shè)與水文地質(zhì)勘查結(jié)論緊密相關(guān)，在場地土壤環(huán)境調(diào)查過程中非常的重要。根據(jù)前期現(xiàn)場踏勘、資料收集、人員訪談和研究分析等基礎(chǔ)上，在潛在的重點(diǎn)污染區(qū)按規(guī)范選取三個(gè)及以上勘查點(diǎn)，并合理選取地下水監(jiān)測井位置、深度及濾網(wǎng)位置，提高地下水污染情況的準(zhǔn)確性，降低不確定性因素。若污染區(qū)域存在大規(guī)模污染，可適當(dāng)增加勘查點(diǎn)，增強(qiáng)勘察數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和全面性。

（2）土壤、地下水樣品采集：根據(jù)調(diào)查區(qū)的土壤和水文地質(zhì)特征，按照相關(guān)規(guī)范選擇相應(yīng)的采樣方法進(jìn)行采樣。土壤采樣中表層土壤取樣范圍為20cm以內(nèi)，深層土壤樣品采集采用專用取土設(shè)備進(jìn)行鉆探，采集不同土層的樣品，不同土層性質(zhì)最少取1個(gè)樣品，不跨層取樣。在地下水樣品采集過程中，選擇第一層含水層取樣，在監(jiān)測井的水面0.5m以下進(jìn)行取樣。如果場地污染狀況復(fù)雜或存在多層含水層時(shí)，可根據(jù)調(diào)查區(qū)地下水的實(shí)際分布情況，在第二層含水層采集樣品。樣品采集過程中要及時(shí)記錄現(xiàn)場信息，嚴(yán)格把關(guān)采樣過程的質(zhì)量控制，以防引入二次污染物。

（3）樣品檢測分析。土壤、地下水樣品采集后按照相應(yīng)的規(guī)范進(jìn)行保存、運(yùn)轉(zhuǎn)，并及時(shí)送至有資質(zhì)的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行化驗(yàn)分析，化驗(yàn)分析過程中應(yīng)做嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)操作規(guī)程操作，并做好質(zhì)控措施，保證樣品監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和有效性。

3 工程實(shí)例

礦產(chǎn)資源是重要的工業(yè)原材料，選礦廠和尾礦庫是部分金屬及非金屬礦山企業(yè)配套生產(chǎn)設(shè)施，是礦產(chǎn)資源開發(fā)利用產(chǎn)業(yè)鏈中的一個(gè)不可或缺環(huán)節(jié)。采礦業(yè)作為土壤污染重點(diǎn)行業(yè)類別，礦石冶煉采選加工和礦山生產(chǎn)經(jīng)營建設(shè)中產(chǎn)生的廢水廢氣廢渣和尾砂，會(huì)產(chǎn)生多種重金屬和有機(jī)污染物等污染因子，若運(yùn)維管理和污染防范措施不當(dāng)，可能通過不同的影響途徑對(duì)地下水、土壤和地質(zhì)環(huán)境造成污染。本文以皖南某廢棄有色金屬選礦廠場地環(huán)境調(diào)查為例，對(duì)水文地質(zhì)勘查在場地環(huán)境調(diào)查中的應(yīng)用進(jìn)行分析，以期為今后工作提供指導(dǎo)。

3.1 調(diào)查場地概況

調(diào)查地塊位于皖南地區(qū)長江中下游低山丘陵地區(qū)，為關(guān)閉選礦廠企業(yè)，主要產(chǎn)品為浮選鉛鋅礦、銅礦。根據(jù)前期調(diào)查，該地塊為疑似污染地塊。調(diào)查地塊地形南高北低，地層為中更新統(tǒng)戚家磯組（Q2q），該場地的歷史污染物以重金屬為主。在場地土壤環(huán)境調(diào)查前通過地面調(diào)查、鉆探取樣、分析測試、現(xiàn)場注水試驗(yàn)等方法進(jìn)行水文地質(zhì)勘查，共施工水文地質(zhì)鉆孔5個(gè)（共60.20m）。鉆探深度為揭露完整土體厚度不小于8 m，取土樣6件進(jìn)行測試土樣的垂向滲透系數(shù)，注水試驗(yàn)1段次。明確了該場地的地層和地下水分布情況，為場地調(diào)查土壤點(diǎn)位布點(diǎn)設(shè)計(jì)和地下水監(jiān)測井設(shè)置參數(shù)提供有力的技術(shù)支撐。

3.2 水文地質(zhì)勘查結(jié)果

3.2.1 場地土層分布

根據(jù)地表調(diào)查和鉆探取樣結(jié)果顯示場地內(nèi)各地層結(jié)構(gòu)自上而下可分2層，即雜填土層、粘土層?，F(xiàn)分述如下：

①雜填土：主要為灰黃色，巖性主要為粘土組成，底部夾有粉煤灰、碎石等，稍密—中密，濕。厚度為0m～3.0m。②粘土：第四系中更新統(tǒng)戚家磯組（Q2q）。灰黃、褐黃色，硬塑狀—堅(jiān)硬狀，稍濕—干，含鐵錳結(jié)核和高嶺土團(tuán)塊，該層厚度大于8m。

本地塊地層分布主要為第四系中更新統(tǒng)戚家磯組（Q2q）粘土，土體堅(jiān)硬，不透水性較好。

3.2.2 巖土滲透性評(píng)價(jià)

（1）鉆孔注水試驗(yàn)結(jié)果:ZK1鉆孔注水試驗(yàn)之試驗(yàn)段深度3.75m～12.80m，試驗(yàn)?zāi)康膶訛橹懈陆y(tǒng)戚家磯組（Q2q）（②層），含水層厚度為9.9m，地下水位埋深1.00m，試驗(yàn)結(jié)果：注水量Q=0.000133L/s、水頭高度S=1.00m、單位注水量q=0.000133L/s·m,計(jì)算得②層粘土的滲透系數(shù)K=0.00013m/d（即1.5×10-7cm/s）。

（2）土樣室內(nèi)測試結(jié)果:土樣取于鉆孔ZK1、ZK3，取樣深度3.8m～6.5m，取樣層為中更新統(tǒng)戚家磯組（Q2q）（②層），結(jié)果顯示垂直滲透系數(shù)室內(nèi)測試平均值為2.33×10-7cm/s。

（3）巖土層滲透性綜合評(píng)價(jià):中更新統(tǒng)戚家磯組（Q2q）（②層）滲透系數(shù)野外試驗(yàn)值和室內(nèi)測試值均小于1.0×10-6cm/s，屬不透水層，即為相對(duì)隔水層。

綜上所述，該地塊為第四季中更新統(tǒng)戚家磯組（Q2q）粘土連續(xù)分布，厚度大，其滲透系數(shù)，野外試驗(yàn)和室內(nèi)測試值均小于1.0×10-6cm/s，屬不透水層，即為相對(duì)隔水層。

3.3 布點(diǎn)優(yōu)化結(jié)果

根據(jù)場地水文地質(zhì)勘查結(jié)果，對(duì)調(diào)查地塊內(nèi)土壤、地下水采樣方案進(jìn)行優(yōu)化，本次調(diào)查共布設(shè)8個(gè)土壤采樣點(diǎn)，分別布設(shè)在原礦石堆場（T1、T2）、原選礦車間東側(cè)（T3）、原破碎車間內(nèi)（T4），原選礦車間內(nèi)（T5），原貨場內(nèi)東側(cè)（T6），黃藥庫北側(cè)（T7），原貨場內(nèi)西側(cè)（T8），鉆探深度為6m。由于該地塊所處地層滲透性差，污染物遷移相對(duì)較慢，在土壤采樣過程中，取樣范圍可盡量在上層至中層（即0m～2.0m），在污染風(fēng)險(xiǎn)高的區(qū)域增加采樣點(diǎn)。

在地下水監(jiān)測井布設(shè)時(shí)，考慮到地形南高北低，污染物有可能通過地表徑流在場地下游富集，在下游點(diǎn)位布設(shè)時(shí)增設(shè)一個(gè)監(jiān)測井，并增加下游的濾網(wǎng)高度，確保準(zhǔn)確的布設(shè)在含水層處。本次調(diào)查地下水監(jiān)測井共設(shè)4個(gè)，分別位于原礦石堆場（GW1）、選礦車間內(nèi)（GW2）、下游貨場東側(cè)（GW3）、宿舍區(qū)西側(cè)（GW4）。同時(shí)在選礦廠上游60m處布設(shè)一個(gè)對(duì)照點(diǎn)監(jiān)測井，鉆探深度為9m。

4 結(jié)語

宏觀上看，水文地質(zhì)勘查成果除了可以應(yīng)用于點(diǎn)狀的場地環(huán)境調(diào)查之外，還可以應(yīng)用于服務(wù)于面狀的區(qū)域性土壤地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測，作為土壤環(huán)境質(zhì)量管理網(wǎng)絡(luò)的補(bǔ)充，有效夯實(shí)工作基礎(chǔ)，為土壤污染防治和地質(zhì)環(huán)境信息化等工作提供的信息支撐。為水源地、旅游風(fēng)景區(qū)、特色農(nóng)產(chǎn)品等有關(guān)重點(diǎn)監(jiān)測和保護(hù)區(qū)域內(nèi)的工農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)布局和調(diào)整提供決策參考，更好地推動(dòng)地質(zhì)環(huán)境保護(hù)和國土空間生態(tài)修復(fù)工作。