地下水環(huán)境監(jiān)測井現(xiàn)狀調(diào)查方法的研究

＊秦磊 劉景蘭 葛菲媛 郭維 劉佳 牛磊

（天津市地質(zhì)研究和海洋地質(zhì)中心 天津 300170）

地下水環(huán)境監(jiān)測井是開展地下水環(huán)境監(jiān)測工作的重要依托。受歷史建設(shè)需求不同、施工單位不同、工作需求不同以及后期維護管理不足的影響，我國地下水環(huán)境監(jiān)測井五花八門，質(zhì)量參差不齊，一些監(jiān)測井甚至已經(jīng)成為污染通道。那么開展地下水環(huán)境監(jiān)測井調(diào)查已迫在眉睫。但地下水環(huán)境監(jiān)測井調(diào)查工作目前存在以下問題：

（1）目前國內(nèi)沒有相關(guān)規(guī)范、指南[1-5]和文獻等規(guī)定一套成熟的地下水環(huán)境監(jiān)測井調(diào)查方法，未明確地下水環(huán)境監(jiān)測井的調(diào)查內(nèi)容、調(diào)查手段等，無法指導(dǎo)監(jiān)測井調(diào)查工作。

（2）現(xiàn)有規(guī)范、指南中，只提出一些水文地質(zhì)術(shù)語，如“井結(jié)構(gòu)”及“井的連通性”，卻未說明概念的具體含義，如：井結(jié)構(gòu)具體包含哪些內(nèi)容，井的連通性程度如何劃分，如何探查井結(jié)構(gòu)，如何判斷井的連通性。

（3）不同規(guī)范和指南雖規(guī)定了監(jiān)測井建井時井口保護裝置應(yīng)有的標準，但實際中井口保護裝置與標準相差甚遠，型式各異，保存狀況不一。為服務(wù)后續(xù)監(jiān)測井的維護和管理工作，如何根據(jù)現(xiàn)狀進行調(diào)查并分類，規(guī)范、指南和文獻等均未曾明確。

（4）現(xiàn)有規(guī)范和指南等根據(jù)井管上孔眼的分布將井管分為井壁管、濾水管和沉淀管，未從井管的空間分布或者后期維護管理的角度劃分，且將井壁管/濾水管有嚴重斷裂的判定為報廢。實際工作中發(fā)現(xiàn)部分監(jiān)測井只是上部錯位斷裂，是可修復(fù)完好的，無需報廢。

（5）現(xiàn)有規(guī)范涉及監(jiān)測井調(diào)查通常只考慮監(jiān)測井本身，未考慮監(jiān)測井周邊污染源的分布狀況。

本文針對上述問題建立了一套完整的地下水環(huán)境監(jiān)測井調(diào)查方法，可為地下水環(huán)境監(jiān)測井調(diào)查工作提供技術(shù)指導(dǎo)。基于調(diào)查方法，建立了一套信息全面和存儲規(guī)范的地下水環(huán)境監(jiān)測井檔案，為相關(guān)管理部門和企業(yè)等提供基礎(chǔ)資料。

1.調(diào)查內(nèi)容

在開展了大量監(jiān)測井調(diào)查工作的基礎(chǔ)上，參考相關(guān)規(guī)范，同時考慮地下水環(huán)境監(jiān)測井的現(xiàn)狀、使用功能和后期管理維護等選擇性和創(chuàng)造性確定監(jiān)測井的調(diào)查內(nèi)容，包含監(jiān)測井基本信息、監(jiān)測井基礎(chǔ)狀況、井結(jié)構(gòu)狀況、井連通性狀況、周邊污染源狀況等5個模塊35項調(diào)查內(nèi)容。

(1)監(jiān)測井基本信息

地下水環(huán)境監(jiān)測井基本信息包括：監(jiān)測井統(tǒng)一編號、監(jiān)測井名稱、監(jiān)測井地理坐標、所在地及區(qū)劃、監(jiān)測井歸屬單位、聯(lián)系人姓名、聯(lián)系方式、企業(yè)行業(yè)名稱和代碼、建井時間、流域、水文地質(zhì)分區(qū)、含水介質(zhì)類型、監(jiān)測井性質(zhì)、監(jiān)測井類別。

監(jiān)測井統(tǒng)一編號和監(jiān)測井名稱根據(jù)相關(guān)管理部門或者項目實際需求科學(xué)編制，見圖1，行政區(qū)代碼為區(qū)縣代碼+鄉(xiāng)鎮(zhèn)代碼（工業(yè)聚集區(qū)），場地順序碼指企業(yè)在鄉(xiāng)鎮(zhèn)代碼（工業(yè)聚集區(qū)）的順序號；監(jiān)測井順序碼以企業(yè)為單位編制監(jiān)測井順序號；污染源類型編碼可參考《地下水環(huán)境監(jiān)測井建井技術(shù)指南（試行）》規(guī)范；監(jiān)測井類型碼，H表示建設(shè)項目環(huán)評要求設(shè)置的地下水污染監(jiān)測井，F(xiàn)表示《水污染防治法》要求的污染源地下水水質(zhì)監(jiān)測井，P表示地下水基礎(chǔ)環(huán)境狀況調(diào)查評估監(jiān)測井。

圖1 監(jiān)測井編碼原則圖

(2)監(jiān)測井基礎(chǔ)狀況

監(jiān)測井基礎(chǔ)狀況是對監(jiān)測井井口、井管和井深等基本情況的調(diào)查。本文將井口保護裝置、上部井管保存狀況作為調(diào)查內(nèi)容。

①井口保護裝置。監(jiān)測井的井管材質(zhì)一般為PVC，容易受撞擊等損壞，井臺和井口保護筒可起到保護井管的作用。監(jiān)測井井蓋和井帽是防止監(jiān)測井受污染的關(guān)鍵設(shè)施。綜上，將井臺、井口保護筒、井蓋、井帽和井口鎖頭作為重點調(diào)查內(nèi)容。井口保護裝置狀況歸類為完整完好、不完整、破損和無四種情況：A.完整完好：平臺式監(jiān)測井須包括井臺、井口保護筒、井蓋、井帽和井口鎖頭。井臺高度不小于15cm，邊長50cm～100cm的正方形平臺，保護筒高度不小于40cm，井帽要與井管吻合，井口鎖頭可鎖定井口保護筒與井蓋；隱藏式監(jiān)測井井口保護裝置須包括井蓋、井帽和固定螺絲，井蓋、井帽無破損，嚴絲合縫，確保地表水或污染物無法進入井中。見圖2和圖3。B.不完整：平臺式監(jiān)測井缺少井臺、井口保護筒、井蓋、井帽或井口鎖頭任一項，或井臺、井口保護筒高度沒達到完整完好要求；隱藏式監(jiān)測井缺少井蓋或井帽，地表水或污染物可能進入井中。C.破損：平臺式監(jiān)測井井臺、井口保護筒、井蓋、井帽或井口鎖頭破損；隱藏式監(jiān)測井井蓋或井帽破損。D.無：平臺式監(jiān)測井均無井臺、井口保護筒、井蓋、井帽和井口鎖頭；隱藏式監(jiān)測井無井蓋。井帽需與井管吻合擰緊，否則視為無井帽。井口標識無論是噴漆于保護筒上的字樣，還是周邊設(shè)立的警示牌，均視為有井口標識。

圖2 井口保護裝置完整完好示例（平臺式）

圖3 井口保護裝置完整完好示例（隱藏式）

②上部井管保存狀況。將井管分為上部井管和下部井管。上部井管作為監(jiān)測井基礎(chǔ)狀況調(diào)查內(nèi)容之一，分為完好、輕微損壞、較嚴重損壞和嚴重損壞四種情況，通過現(xiàn)場調(diào)查和井下電視兩種技術(shù)手段獲取。A.完好：監(jiān)測井井管保存完好，未遭到損壞。B.輕微損壞：監(jiān)測井上部井管遭輕微損壞，不影響監(jiān)測功能，如井口處破損及井口處輕微斷裂等。C.較嚴重損壞：監(jiān)測井上部井管遭較嚴重損壞，可能影響監(jiān)測功能，但經(jīng)維修后尚可恢復(fù)良好監(jiān)測功能，如井管錯位、井管擠壓變形及井管地面處有破洞等。D.嚴重損壞：監(jiān)測井上部井管遭嚴重損壞，已不能進行監(jiān)測。

(3)井結(jié)構(gòu)狀況

井結(jié)構(gòu)狀況視為下部井管保存狀況、井內(nèi)情況和監(jiān)測層位的綜合情況。調(diào)查內(nèi)容包括井壁管長度、濾水管長度、沉淀管長度、井斜、監(jiān)測層位、是否串層、井結(jié)構(gòu)保存狀況等。

井結(jié)構(gòu)保存狀況分為井結(jié)構(gòu)完好、井管斷裂/變形、井中污垢/泥沙淤積、井下有異物、無濾水管、井水渾濁、井管污濁和其他情況。

(4)井的連通性狀況

井的連通性狀況決定在地下水樣品采集時是否可以采集到新鮮的地下水，保證樣品結(jié)果具有表征性。井連通性狀況包括：振蕩器型號及數(shù)量、自動水位監(jiān)測儀埋深、水溫、水位恢復(fù)情況、井的連通性。

①振蕩器型號及數(shù)量、自動水位監(jiān)測儀埋深和水溫。根據(jù)監(jiān)測井井徑尺寸選擇振蕩器型號和數(shù)量。自動水位監(jiān)測儀埋深為地下水位埋深與自動水位儀記錄的靜水位水頭高度之和。

②水位恢復(fù)情況。瞬時恢復(fù)：激發(fā)水頭后，水位迅速下降，恢復(fù)時間極短。且待水位恢復(fù)初始水位后，提出激發(fā)裝置，水位迅速上升，恢復(fù)時間極短。緩慢恢復(fù)：水位激發(fā)后，隨時間緩慢下降。長時間未恢復(fù)：水位激發(fā)后，在很長一段時間內(nèi)，水位恢復(fù)未發(fā)生變化。

③井的連通性。依據(jù)水位恢復(fù)情況，將井的連通性分為良好、一般和中斷三種情況?！八矔r恢復(fù)”，則井的連通性良好?！熬徛謴?fù)”，利用微水試驗求取的場地滲透系數(shù)K，與場地地層滲透性最差巖性相對應(yīng)的滲透系數(shù)經(jīng)驗值K0進行比較，如果K≥K0，則認為井的連通性良好，如果K＜K0，但水位在緩慢下降，則認為井的連通性一般。“長時間未恢復(fù)”，則認為連通性中斷。

(5)周邊污染源狀況

①周邊污染源分布。查明污染源的名稱，污染源屬于地上設(shè)施、半地下設(shè)施還是全地下設(shè)施，屬于泄露可及時發(fā)現(xiàn)還是泄露不可及時發(fā)現(xiàn)，用來判定污染控制難易程度[6]。

②污染源平面分布圖。繪制污染源平面分布圖，說明污染源與監(jiān)測井的空間關(guān)系，分布圖包括污染源的位置、名稱以及線段比例尺等。

2.調(diào)查手段

(1)現(xiàn)場調(diào)查

利用定位設(shè)備確定監(jiān)測井地理坐標，監(jiān)測井所在地和區(qū)劃代碼，繪制污染源平面分布圖；結(jié)合監(jiān)測井所處地理位置，利用區(qū)域水文地質(zhì)背景知識填寫流域、水文地質(zhì)分區(qū)和含水介質(zhì)類型；利用專業(yè)技能，識別監(jiān)測井型式、井口保護裝置相關(guān)信息、井管類型、上部井管保存狀況。采用卷尺等測量監(jiān)測井外徑及井壁厚。采用測繩進行水深測量，采用電測水位儀進行水位埋深測量工作。

(2)井下電視探查

井下電視[7-11]是識別井結(jié)構(gòu)狀況的有效手段，通過井下電視視頻和圖像文件可直觀地分辨井壁管、濾水管、沉淀管的位置和長度，識別井結(jié)構(gòu)保存狀況（圖4～圖6），利用井底和井口處傾角之差計算井斜，并結(jié)合濾水管位置及場地水文地質(zhì)條件分析是否串層等。井下電視現(xiàn)場探查時，需首先查看井中有其他取水設(shè)備、井口保護裝置或井管是否影響下放探頭、井水是否明顯污染等情況，以防井中異物或井水污染損壞設(shè)備。在探查過程中若發(fā)現(xiàn)異常情況可放慢速度或倒退重新觀察以便獲得可靠信息。

圖4 井下電視（井管斷裂）

圖5 井下電視（井下有異物）

圖6 井下電視（井中污垢淤積）

(3)微水試驗

井的連通性狀況，需巧妙的采用微水試驗[12-14]進行判定，結(jié)合微水試驗的水位恢復(fù)曲線（圖7～圖9）和求取的監(jiān)測井周邊的滲透系數(shù)進行綜合判斷。

圖7 微水試驗水位恢復(fù)曲線（瞬時恢復(fù)）

圖8 微水試驗水位恢復(fù)曲線（緩慢恢復(fù)）

圖9 微水試驗水位恢復(fù)曲線（緩慢恢復(fù)）

地下水環(huán)境監(jiān)測井通常監(jiān)測層位為潛水，潛水微水試驗可采用經(jīng)典Bouwer-Rice模型來求取滲透系數(shù)[15]。在開展野外微水試驗時，需注意：①根據(jù)監(jiān)測井井徑準備合適的激發(fā)裝置組合，確保足夠的激發(fā)水頭。②自動水位監(jiān)測儀下放深度要適度，保證激發(fā)裝置下放后不會碰到自動水位監(jiān)測儀。③由于井底通常泥沙含量較大，不能將自動水位監(jiān)測儀置于井底，否則會導(dǎo)致自動水位監(jiān)測儀測量的水頭壓強失真。④激發(fā)裝置入水速度要快，但不可猛砸濺起水花，最終激發(fā)裝置頂部應(yīng)位于靜水位以下一定深度以確保在整個水位恢復(fù)過程中激發(fā)裝置不會出露水面。

3.室內(nèi)數(shù)據(jù)分析及監(jiān)測井檔案建立

(1)室內(nèi)數(shù)據(jù)分析

井下電視視頻和圖像數(shù)據(jù)利用專業(yè)技術(shù)軟件進行數(shù)據(jù)處理，形成井管結(jié)構(gòu)展開圖。微水試驗采用相關(guān)數(shù)據(jù)分析軟件，繪制地下水位隨時間變化的曲線，判斷水位恢復(fù)情況。“瞬時恢復(fù)”和“長時間未回落”情況，繪制直觀、規(guī)范的水位變化曲線作為微水試驗分析報告；“緩慢回落”情況，采用微水試驗專業(yè)技術(shù)軟件，計算監(jiān)測井附近的滲透系數(shù)K，導(dǎo)出求參分析圖像，形成微水試驗分析報告。

(2)監(jiān)測井檔案建立

規(guī)范、科學(xué)的監(jiān)測井調(diào)查成果儲存與展示是監(jiān)測井檔案的重要組成。將地下水環(huán)境監(jiān)測井調(diào)查表、井下電視分析數(shù)據(jù)（原始數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)庫文件、井管結(jié)構(gòu)展開圖等）和微水試驗分析數(shù)據(jù)（原始數(shù)據(jù)、微水試驗數(shù)據(jù)處理文件、工程文件、微水試驗分析報告等）作為地下水環(huán)境監(jiān)測井檔案。

4.結(jié)論

（1）本文論述了地下水環(huán)境監(jiān)測井調(diào)查方法，建立的地下水環(huán)境監(jiān)測井檔案，可指導(dǎo)地下水環(huán)境監(jiān)測井調(diào)查工作。

（2）調(diào)查內(nèi)容包括監(jiān)測井基本信息、監(jiān)測井基礎(chǔ)狀況、井結(jié)構(gòu)狀況、井連通性狀況、周邊污染源狀況5個模塊調(diào)查內(nèi)容?？扇?、系統(tǒng)、科學(xué)的呈現(xiàn)地下水環(huán)境監(jiān)測井的現(xiàn)狀，為監(jiān)測井的維護和管理提供重要的數(shù)據(jù)支撐。

（3）利用井下電視探查手段開展井結(jié)構(gòu)狀況調(diào)查，利用微水試驗判定井的連通性，為“井結(jié)構(gòu)”及“井的連通性”概念配套了相應(yīng)的調(diào)查手段，可良好的推動地下水環(huán)境監(jiān)測井工作。

（4）將地下水環(huán)境監(jiān)測井調(diào)查表、井下電視分析數(shù)據(jù)和微水試驗分析數(shù)據(jù)規(guī)范存儲，作為地下水環(huán)境監(jiān)測井的檔案，為相關(guān)管理部門和企業(yè)等提供基礎(chǔ)資料。