傳統(tǒng)水文地質(zhì)調(diào)查方法應(yīng)用于土壤及地下水環(huán)境污染調(diào)查中的價值探討

摘要：在土壤及地下水環(huán)境污染日益嚴(yán)重的當(dāng)下，對污染調(diào)查與溯源技術(shù)的要求變得更為嚴(yán)格與復(fù)雜。針對此問題，全面系統(tǒng)地評估了傳統(tǒng)水文地質(zhì)調(diào)查方法在現(xiàn)代環(huán)境污染調(diào)查與評估中的應(yīng)用與價值。通過鉆探取樣、地球物理勘探及水文測量等多種傳統(tǒng)方法，深入剖析了污染調(diào)查中各項技術(shù)的有效性。這些方法能提供土層分布、地下水流動特性及人為改動活動的重要信息，對識別污染路徑、監(jiān)測場地污染狀況和揭示污染歷史所帶來的深遠(yuǎn)影響具有不可替代的作用。最后提出了一系列結(jié)合現(xiàn)代技術(shù)與傳統(tǒng)方法的對策，并對未來的發(fā)展方向和技術(shù)革新進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：水文地質(zhì)調(diào)查；土壤及地下水污染；環(huán)境保護(hù)

環(huán)境污染，尤其是土壤和地下水的污染，對生態(tài)安全和人類健康造成了極大的威脅。為應(yīng)對和治理環(huán)境污染問題，科學(xué)準(zhǔn)確地評估污染狀況成為急需完成的首要任務(wù)。傳統(tǒng)的水文地質(zhì)調(diào)查方法憑借其悠久的應(yīng)用歷史和成熟的技術(shù)體系，在環(huán)境污染調(diào)查中占據(jù)不可替代的地位。然而，對傳統(tǒng)水文地質(zhì)方法之價值和局限的探討往往忽略了環(huán)境監(jiān)管和污染治理需求的不斷演進(jìn)。本研究旨在揭示這些方法在當(dāng)下環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域內(nèi)的實際工程應(yīng)用價值，并分析其在不斷變化的環(huán)境治理場景下的創(chuàng)新發(fā)展?jié)撃堋?/p>

1傳統(tǒng)水文地質(zhì)調(diào)查方法在土壤和地下水環(huán)境污染狀況調(diào)查中的應(yīng)用

1.1鉆探取樣

鉆探取樣作為評估土壤和地下水環(huán)境污染狀況的一種經(jīng)典技術(shù)，其實質(zhì)在于通過機(jī)械或人工方式進(jìn)入土層深處，直接接觸地下巖石、土壤和地下水，在不同深度、層次及性質(zhì)的土層中獲取典型樣品。該過程準(zhǔn)確揭示了地下結(jié)構(gòu)和物質(zhì)組成等信息，為后續(xù)分析提供堅實基礎(chǔ)。

目前常見的直推式鉆探設(shè)備型號主要為Geoprobe公司的7822DT、5400DT等。以7822DT為例，該型號被廣泛用于土壤污染調(diào)查、地下水監(jiān)測等項目，其最大鉆探深度可達(dá)約30 m，基本滿足上海區(qū)域相關(guān)環(huán)境調(diào)查規(guī)范要求，且因其設(shè)備尺寸小巧（尺寸約7.8 m×1.8 m×2.5 m，孔徑760 mm），實現(xiàn)了在不同工作環(huán)境諸如在保護(hù)建筑內(nèi)部進(jìn)行作業(yè)，對地質(zhì)結(jié)構(gòu)以最小干擾，極大程度保持了土樣的原始狀態(tài)，進(jìn)而使得從污染源頭到污染終點的追蹤變得更為精準(zhǔn)可控。此外，配合RTK設(shè)備可精確定位鉆點位置，確保了鉆探數(shù)據(jù)的高度一致性和可比性。

1.2地球物理勘探

在進(jìn)行土壤與地下水環(huán)境污染調(diào)查時，地球物理勘探技術(shù)雖然非主導(dǎo)手段，但其作為輔助方法在特定情境下發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。該技術(shù)主要利用地球物理場（如磁場、電場、重力場等）的變化，探測土壤及地層的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，以此來推測可能存在的污染源及其分布范圍。它的應(yīng)用不依賴于直接的物質(zhì)取樣，從而降低了在某些情況下由于直接接觸可能帶來的次生污染風(fēng)險，特別是在初步調(diào)查階段，可以在不擾動土壤結(jié)構(gòu)的前提下，提供重要信息以指導(dǎo)后續(xù)的工作。

1.3水文測量

水文測量包括水位測量、流量測量、水質(zhì)檢測等。在土壤和地下水環(huán)境污染狀況調(diào)查中主要關(guān)注對象為調(diào)查范圍內(nèi)的地表水和地下水。

1.3.1地表水和地下水測量

地表水測量主要關(guān)注河流、湖泊等地表水體的水文特征，包括流量、水位、流速等關(guān)鍵參數(shù)。地表水與地下水之間存在密切的相互作用和補(bǔ)給關(guān)系，通過地表水測量，可以了解降雨、地表徑流等對地下水的補(bǔ)給情況，從而評估地下水的可持續(xù)性和補(bǔ)給能力。

地下水測量主要通過上文提到的鉆探技術(shù)和物探技術(shù)，獲取地下水的即時數(shù)據(jù)，推斷地下水流動的路徑、方向以及水資源分布情況，同時結(jié)合泵測和突涌試驗等手段，可測定地下水流動特性，建立起準(zhǔn)確反映地下水流動和污染傳播行為的模型。

1.3.2水質(zhì)監(jiān)測

在地下水環(huán)境污染的調(diào)查過程中，水質(zhì)監(jiān)測是指經(jīng)過對一系列關(guān)鍵指標(biāo)的精確測定，展示地下水系統(tǒng)受污染的實質(zhì)和程度，從而啟動一系列針對性的治理行動。水質(zhì)監(jiān)測著眼于常規(guī)的物理化學(xué)參數(shù)和特定污染物的檢測，如溶解氧、pH、電導(dǎo)率、重金屬、有機(jī)污染物、病原體等，這些檢測因子反映了水體的“健康”程度，也直接反映了水體受周圍環(huán)境的直接影響情況。

1.3.3動態(tài)測量

該過程在鉆探取樣和水文測量的基礎(chǔ)上，通過實時或定期收集和分析水位的變化和代表性樣品中污染物的濃度數(shù)據(jù)，從而評估水體質(zhì)量并追蹤污染物的遷移路徑和范圍。這種觀測方法優(yōu)于靜態(tài)的數(shù)據(jù)采集，因為它提供了關(guān)于污染過程動態(tài)性的連續(xù)數(shù)據(jù)，使得污染評估具備精準(zhǔn)性和強(qiáng)時效性。特別是在應(yīng)對地下水污染的緊急情況時，動態(tài)觀測數(shù)據(jù)可以指導(dǎo)采取快速且有效的應(yīng)急響應(yīng)措施，如污染源的定位與隔離。

例如，通過設(shè)置自動監(jiān)測站點，調(diào)查人員能夠?qū)崟r接收地下水的化學(xué)與物理參數(shù)變化，進(jìn)一步結(jié)合地理信息系統(tǒng)（GIS）和污染物遷移模型，形成一個全面的地下水污染監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)。這種綜合應(yīng)用不僅提高了調(diào)查效率，也增強(qiáng)了調(diào)查結(jié)果的準(zhǔn)確性和科學(xué)性，為地下水污染防治提供了更強(qiáng)有力的科技支持。

2傳統(tǒng)水文地質(zhì)調(diào)查方法的價值體現(xiàn)

2.1了解污染區(qū)域土層分布

在掌握污染物在地下水系統(tǒng)中擴(kuò)散及遷移規(guī)律前，必須詳盡了解污染區(qū)域的土層分布。傳統(tǒng)水文地質(zhì)調(diào)查方法在此方面展現(xiàn)出獨特價值，利用鉆探、取樣以及巖土分析等技術(shù)，可以精確揭示地下結(jié)構(gòu)的分層特性與物理化學(xué)狀況。其中地質(zhì)鉆探通過鉆取的土樣能觀察到各個地層的物理構(gòu)造，如土壤絮凝、成巖作用層次，甚至能發(fā)現(xiàn)有機(jī)質(zhì)含量、顆粒大小分布的垂直差異。這些基礎(chǔ)數(shù)據(jù)為預(yù)測污染物在土層中的遷移速度與途徑提供了基石。例如，在污染物質(zhì)分布的垂直廓線分析中，通過分析鉆探獲取土壤樣品及樣品中污染物濃度檢測結(jié)果，結(jié)合GMS、Surfer等網(wǎng)格和三維曲面映射軟件構(gòu)建污染場景模型，建立起污染向下滲透與橫向擴(kuò)散的動態(tài)圖像，模擬污染物在土壤及地下水中的傳播路徑和范圍，進(jìn)而指導(dǎo)污染評估和污染治理方案的制定。

此外，結(jié)合地球物理方法，如電阻率成像或地下雷達(dá)探測，能強(qiáng)化對復(fù)雜地下結(jié)構(gòu)的理解。這些技術(shù)不依賴直接鉆探，但能反映土層組成變化與非均勻性，映射出污染物可能的傳播途徑，更為有效地定位具體的污染源頭。

2.2監(jiān)測污染場地地下水流場

地下水流場的監(jiān)測可以反映出污染物質(zhì)移動的生命軌跡，可以通過滲透性測試獲取土層對流體的透過性，也可通過設(shè)置觀測井，精密記錄水位變化，刻畫出靜態(tài)下的水流狀態(tài)圖，挖掘水文連通和水流方向等要素，是理解和解決地下水污染問題的關(guān)鍵手段之一。

在補(bǔ)給機(jī)制的研究中，潛水含水層主要通過大氣降水的入滲接受補(bǔ)給，同時農(nóng)田灌溉及周邊地表水體也對其進(jìn)行側(cè)向和垂直方向的補(bǔ)充。這些自然和人為因素共同作用下的補(bǔ)給過程，不僅影響水文地質(zhì)的平衡，也對地下水質(zhì)和流態(tài)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。通過對這些補(bǔ)給路徑的深入了解，可以更好地管理和利用水資源，尤其是在地下水位顯著變化或污染情況緊急時，為決策提供科學(xué)依據(jù)，確保水資源的可持續(xù)利用和環(huán)境的長期穩(wěn)定。

2.3有助于辨識污染場地淺土層人為改動活動

在環(huán)境污染調(diào)查中，通過地質(zhì)剖面分析能夠直觀地觀察到土壤層的結(jié)構(gòu)變化。通過采集不同深度的土壤樣本，并檢測分析其化學(xué)成分，可以精準(zhǔn)識別出哪些區(qū)域受到了人為活動的影響，尤其是因年代久遠(yuǎn)或資料無法考證的自然和人為活動。此外，通過土工密度試驗還可揭示土層密實度的變化，進(jìn)而推斷出破壞自然地層狀態(tài)的可能性，這對于指引后續(xù)的詳細(xì)調(diào)查和溯源分析具有不可估量的價值。不僅如此，現(xiàn)場觀察相結(jié)合的土壤物理性質(zhì)測試，例如巖性、顏色、濕度和密實度，也能幫助判斷人工活動對原始地質(zhì)構(gòu)造的改變程度。

以寶山區(qū)某大型居住社區(qū)地塊環(huán)境污染狀況調(diào)查為例，部分監(jiān)測點位的水文數(shù)據(jù)與區(qū)域整體水文走向略顯不同。在該地塊的土層土性分析中，鉆探結(jié)果表明多個點位存在1.9～4.2 m深度的浜底淤泥，其中點位S9的土層分層情況：0～1.5 m為雜填土層，1.5～1.9 m為浜底淤泥層，1.9～3.5 m為填土層，3.5～6.0 m為淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層。結(jié)合歷史資料和遙感影像分析可以推斷多個區(qū)域涉及后期人工填埋且清淤作業(yè)等活動，且該點位存在多次河浜開挖回填作業(yè)。該方式有助于辨識考證污染場地淺層土層人為改動活動，為污染識別提供數(shù)據(jù)支撐，以此指導(dǎo)代表性樣品的采集和檢測，同時也可為后續(xù)土地開發(fā)利用提供建議，關(guān)注該類型區(qū)域的異常變動跡象，以便于第一時間對異常情況采取行動。

若調(diào)查結(jié)果表明污染情況已經(jīng)發(fā)生，這種方法還允許在進(jìn)行環(huán)境修復(fù)和治理前，進(jìn)行更為詳細(xì)合理的風(fēng)險評估和制定更有效的修復(fù)策略，不僅幫助確定污染物的種類，還能估計其對周圍環(huán)境和敏感目標(biāo)的潛在影響。這種綜合評估方式，確保了地下水環(huán)境調(diào)查的準(zhǔn)確性和后續(xù)治理的完善性，為未來的環(huán)境管理和政策制定提供了科學(xué)依據(jù)。

3對策與展望

面對土壤及地下水環(huán)境污染問題，尤其是在污染源追蹤與風(fēng)險評估方面，傳統(tǒng)技術(shù)亦有其獨到之處。但為更精確地服務(wù)未來土壤及地下水保護(hù)與管理工作，必須進(jìn)行創(chuàng)新和方法論上的優(yōu)化。

在當(dāng)前土壤及地下水環(huán)境污染調(diào)查領(lǐng)域，數(shù)據(jù)密集型技術(shù)的運用如大數(shù)據(jù)分析與機(jī)器學(xué)習(xí)，能夠根據(jù)歷史和現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)，構(gòu)建出反映污染傳播機(jī)理的多維度動態(tài)模型，這不僅能顯著提升預(yù)測的精度，還能夠在環(huán)境管理決策上引導(dǎo)資源的有效配置。傳統(tǒng)的點位監(jiān)測和樣本分析在時間與空間上往往呈現(xiàn)出局限性，面對復(fù)雜多變的環(huán)境元素，這種依據(jù)線性插值得出的模型難以捕捉到環(huán)境變化的非線性特征，從而在污染物濃度預(yù)測和風(fēng)險評估上導(dǎo)致誤差。進(jìn)一步優(yōu)化模型預(yù)測力的關(guān)鍵在于，如何通過算法學(xué)習(xí)特定環(huán)境參數(shù)間復(fù)雜的相互作用，精細(xì)化地描述污染物擴(kuò)散的非線性過程，以及如何將高維度與多尺度數(shù)據(jù)有效融合，提高模型適用性與外推能力。通過遙感技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)傳感設(shè)備等現(xiàn)代信息采集手段，聯(lián)合機(jī)器學(xué)習(xí)與深度學(xué)習(xí)等先端人工智能技術(shù)，不僅能實現(xiàn)實時或近實時的環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)采集，還可通過模擬與現(xiàn)場數(shù)據(jù)的連續(xù)校準(zhǔn)，逐步提高模型的適用性與準(zhǔn)確性。在此基礎(chǔ)上，研究人員還能夠以此為框架，開發(fā)出一系列自適應(yīng)的調(diào)查與應(yīng)急響應(yīng)工具。

4結(jié)語

在當(dāng)前復(fù)雜的土壤及地下水環(huán)境污染情況下，傳統(tǒng)水文地質(zhì)調(diào)查方法顯示出了其不可替代的價值。然而，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對這些傳統(tǒng)方法進(jìn)行創(chuàng)新升級，以及推動其與現(xiàn)代科技手段如大數(shù)據(jù)、人工智能的融合成為應(yīng)對環(huán)境污染挑戰(zhàn)的必然趨勢。未來，通過跨學(xué)科的合作和技術(shù)創(chuàng)新，將能夠更有效地保護(hù)和修復(fù)受污染的土壤和地下水環(huán)境，為實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)貢獻(xiàn)力量。

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