水文地質勘查在礦山廢棄場地環境調查中的應用

朱和俊，何小艷

（1.宣城市地質環境監測和地質災害應急中心，安徽 宣城 242000；2.安徽省地質礦產勘查局311地質隊，安徽 安慶 246003）

目前，國內常用的污染場地環境調查布點方法主要有系統布點法、分區布點法、專業判斷法以及隨機布點法[1]。由于調查地塊地形地貌、水文地質背景不同，常規的布點方法并不能完全滿足調查需要。存在部分地質結構復雜、影響范圍較大的污染地塊無法精準布點、采樣不均等問題，導致調查的成本增加、調查結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散過程對深層土壤和地下水造成污染的情況，對后期開展的風險評估、場地修復提供的技術基礎依據不夠詳實可靠。因此，很有必要進一步提高重視程度，在場地環境調查前開展水文地質勘查工作，為調查布點設置提供科學依據。

1 場地水文地質勘查的重要性

不同土層的理化性質存在差異性，土層結構對地下水中污染物的滲透能力和輸送能力緊密相關[2]，場地污染物會隨著污染物質的重力和土壤表面張力逐漸向地下深處和周邊遷移、擴散。高質量的場地水文地質勘查工作可以判斷污染物分布情況，總結分析污染物在土壤、地下水中的積累、遷移、擴散和變化規律，有助于調查工作中更有針對性的編寫污染場地調查設計方案。能夠合理地布設土壤采樣點位置和鉆探深度、地下水監測井的深度和濾網位置，減少不必要的采樣和分析費用，節約調查成本，提高資金效率和評價質量，促進準確反映場地土壤和地質環境質量。

因此，在實施污染場地調查之前實施水文地質勘查工作，可以查明調查評估區域及周邊的土層分布情況和地下水流向。調查人員通過踏勘、鉆探、水工實驗等多種方式，查清區內土層分布特征、滲透性、地下水賦存狀態、流向和動態變化規律，判斷相對隔水層和透水層的分布特征，建立場地水文地質模型[3]。必要時可以提取巖芯開展室內模擬實驗，探索各土層對污染物的吸附能力，分析地層中污染物的賦存狀態，掌握調查區域內地下水中污染物的遷移變化規律，使土壤環境調查方案更加合理、規范。優質的場地水文地質勘查成果能夠為后期污染場地風險評估提供一些必要的技術參數，為后續詳查、風險評估、場地土壤修復方案設計及土地規劃、開發利用和管理提供科學決策依據。

2 場地水文地質勘查的主要內容和技術要點

2.1 場地水文地質勘查的主要內容

2.1.1 污染場地土層分布

國內當前常用的土層分析方法是采用鉆探孔取樣，同時輔助采用靜力觸探試驗，從而準確劃分土層和土層分類。在生產車間、危廢庫、污水處理站等污染高風險區布設鉆孔，獲取土層分布、滲透系數、含水層厚度等工程地質勘察資料。

2.1.2 地下水流場調查

查清地下水賦存條件是調查地下水流場的重點，可以了解到調查區域中潛水和微承壓水所賦存的土層，掌握調查區內地下水的水位，建立污染場地的水文地質模型，為后期地下水監測井的布點設置、鉆井深度、濾網深度提供技術支撐。利用布設的地下水監測井可以了解調查區的地下水水位、流速和變化情況，繪制場地地下水流向圖，為后續分析場地污染物分布情況及分布范圍提供科學依據。

2.1.3 污染場地污染物分布

根據污染物的遷移轉化規律，對于場地內污染物分布情況調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]。當采樣時發現土層有明顯異常情況時，需要考慮在周邊新增土壤取樣點。在橫向分布上的調查能夠預計整個污染場地的污染范圍和擴散速度，對構建場地水文地質模型、后續風險評估及環保管理具有重要意義。

2.2 場地水文地質勘查的技術要點

應用于場地污染調查中最常見的水文地質勘查技術主要為地質測繪、物探鉆探、抽水試驗。調查人員經資料收集和現場勘查，明確污染場地的污染源分布概況，然后進行布點、鉆探取樣、化驗分析工作，建立水文地質模型。主要技術要點包括勘查點設置、樣品采樣和檢測分析等。

（1）勘查點設置：勘查點的選點和布設與水文地質勘查結論緊密相關，在場地土壤環境調查過程中非常的重要。根據前期現場踏勘、資料收集、人員訪談和研究分析等基礎上，在潛在的重點污染區按規范選取三個及以上勘查點，并合理選取地下水監測井位置、深度及濾網位置，提高地下水污染情況的準確性，降低不確定性因素。若污染區域存在大規模污染，可適當增加勘查點，增強勘察數據的準確性和全面性。

（2）土壤、地下水樣品采集：根據調查區的土壤和水文地質特征，按照相關規范選擇相應的采樣方法進行采樣。土壤采樣中表層土壤取樣范圍為20cm以內，深層土壤樣品采集采用專用取土設備進行鉆探，采集不同土層的樣品，不同土層性質最少取1個樣品，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，在監測井的水面0.5m以下進行取樣。如果場地污染狀況復雜或存在多層含水層時，可根據調查區地下水的實際分布情況，在第二層含水層采集樣品。樣品采集過程中要及時記錄現場信息，嚴格把關采樣過程的質量控制，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的規范進行保存、運轉，并及時送至有資質的實驗室進行化驗分析，化驗分析過程中應做嚴格按照標準操作規程操作，并做好質控措施，保證樣品監測數據的準確性和有效性。

3 工程實例

礦產資源是重要的工業原材料，選礦廠和尾礦庫是部分金屬及非金屬礦山企業配套生產設施，是礦產資源開發利用產業鏈中的一個不可或缺環節。采礦業作為土壤污染重點行業類別，礦石冶煉采選加工和礦山生產經營建設中產生的廢水廢氣廢渣和尾砂，會產生多種重金屬和有機污染物等污染因子，若運維管理和污染防范措施不當，可能通過不同的影響途徑對地下水、土壤和地質環境造成污染。本文以皖南某廢棄有色金屬選礦廠場地環境調查為例，對水文地質勘查在場地環境調查中的應用進行分析，以期為今后工作提供指導。

3.1 調查場地概況

調查地塊位于皖南地區長江中下游低山丘陵地區，為關閉選礦廠企業，主要產品為浮選鉛鋅礦、銅礦。根據前期調查，該地塊為疑似污染地塊。調查地塊地形南高北低，地層為中更新統戚家磯組（Q2q），該場地的歷史污染物以重金屬為主。在場地土壤環境調查前通過地面調查、鉆探取樣、分析測試、現場注水試驗等方法進行水文地質勘查，共施工水文地質鉆孔5個（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件進行測試土樣的垂向滲透系數，注水試驗1段次。明確了該場地的地層和地下水分布情況，為場地調查土壤點位布點設計和地下水監測井設置參數提供有力的技術支撐。

3.2 水文地質勘查結果

3.2.1 場地土層分布

根據地表調查和鉆探取樣結果顯示場地內各地層結構自上而下可分2層，即雜填土層、粘土層。現分述如下：

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：第四系中更新統戚家磯組（Q2q）。灰黃、褐黃色，硬塑狀—堅硬狀，稍濕—干，含鐵錳結核和高嶺土團塊，該層厚度大于8m。

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

3.2.2 巖土滲透性評價

（1）鉆孔注水試驗結果:ZK1鉆孔注水試驗之試驗段深度3.75m～12.80m，試驗目的層為中更新統戚家磯組（Q2q）（②層），含水層厚度為9.9m，地下水位埋深1.00m，試驗結果：注水量Q=0.000133L/s、水頭高度S=1.00m、單位注水量q=0.000133L/s·m,計算得②層粘土的滲透系數K=0.00013m/d（即1.5×10-7cm/s）。

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

（3）巖土層滲透性綜合評價:中更新統戚家磯組（Q2q）（②層）滲透系數野外試驗值和室內測試值均小于1.0×10-6cm/s，屬不透水層，即為相對隔水層。

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

3.3 布點優化結果

根據場地水文地質勘查結果，對調查地塊內土壤、地下水采樣方案進行優化，本次調查共布設8個土壤采樣點，分別布設在原礦石堆場（T1、T2）、原選礦車間東側（T3）、原破碎車間內（T4），原選礦車間內（T5），原貨場內東側（T6），黃藥庫北側（T7），原貨場內西側（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），在污染風險高的區域增加采樣點。

在地下水監測井布設時，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，在下游點位布設時增設一個監測井，并增加下游的濾網高度，確保準確的布設在含水層處。本次調查地下水監測井共設4個，分別位于原礦石堆場（GW1）、選礦車間內（GW2）、下游貨場東側（GW3）、宿舍區西側（GW4）。同時在選礦廠上游60m處布設一個對照點監測井，鉆探深度為9m。

4 結語

宏觀上看，水文地質勘查成果除了可以應用于點狀的場地環境調查之外，還可以應用于服務于面狀的區域性土壤地質環境監測，作為土壤環境質量管理網絡的補充，有效夯實工作基礎，為土壤污染防治和地質環境信息化等工作提供的信息支撐。為水源地、旅游風景區、特色農產品等有關重點監測和保護區域內的工農業產業布局和調整提供決策參考，更好地推動地質環境保護和國土空間生態修復工作。