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

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，可以同時監(jiān)測不同含水層水位與污染狀況，同時降低施工成本和時間，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 文獻標識碼：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“退二進三”政策的實施，大量的工業(yè)企業(yè)被關(guān)停或搬遷[1-2]。據(jù)不完全統(tǒng)計，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《土壤污染防治行動計劃》（國發(fā)〔2016〕31號）的相關(guān)要求[4]，同時也為確保工業(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)險管控及修復(fù)治理工作。進行地下水環(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[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，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)基本上達到水清砂凈，同時pH 值、電導(dǎo)率、濁度、水溫等監(jiān)測參數(shù)值達到穩(wěn)定。取樣前的洗井在第一次洗井24 h后開始，其洗出的水量要達到井中儲水體積的3倍之上，同時要求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，樣品采集采用貝勒管。考慮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?shù)谋４鎰F(xiàn)場采集完成后放置于4℃保溫箱中進行保存，直至進入實驗室。

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準或行業(yè)標準，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)計分析采用Microsoft Excel 2010進行，地下水流向采用Golden Software Surfer 9.0進行繪制。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同含水層地下水流向分析

本研究采用三點法模擬地下水流向，根據(jù)地下水水位相對標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，其主要原因為地下水水位觀測前一天有降雨導(dǎo)致潛水水位升高，從而補給西側(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

本研究地下水重金屬環(huán)境質(zhì)量采用《地下水質(zhì)量標準》（GB/T14848-93）III類標準進行評價[17]。經(jīng)統(tǒng)計分析，潛水和微承壓水中的鈷、銅、鉬、鋅和六價鉻均未檢出，檢出的重金屬中僅部分點位的鐵和錳元素含量超過標準限值，最大超標倍數(shù)分別為2.1倍和10.8倍。地下水鐵超標主要分布在微承壓水層，而錳超標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，潛水層鐵錳點位超標率低于或等于微承壓水的。對于鐵錳離子而言，錳離子超標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被還原并以二價離子形態(tài)運移至地下水中，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)和遷移活動非常活躍，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)有項目工程經(jīng)驗，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、工程耗時及固廢產(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、工程耗時及固廢（泥土）產(chǎn)生量均低于單管監(jiān)測井建井方式。

當前，污染場地調(diào)查咨詢項目整體市場價格偏低，且項目工期緊，巢式監(jiān)測井的應(yīng)用能顯著降低工程總價和工程耗時，同時降低廢棄土壤的產(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。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)。

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收稿日期：2018-04-24

作者簡介：張斌（1986-），男，工程師，研究方向為污染場地環(huán)境調(diào)查評估及修復(fù)治理。