(1. 生態(tài)環(huán)境部南京環(huán)境科學(xué)研究所，江蘇  南京  210042；2. 國(guó)家環(huán)境保護(hù)土壤環(huán)境管理與污染控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇  南京  210042; 3. 安徽省生態(tài)環(huán)境科學(xué)研究院，安徽  合肥，230071；4. 上海盛司環(huán)境科技有限公司，上海，201611)

摘要：地下水污染問(wèn)題是政府重視、公眾關(guān)注的熱點(diǎn)和難點(diǎn)問(wèn)題之一。地下水環(huán)境調(diào)查是地下水污染防治的基礎(chǔ)性工作，對(duì)支撐地下水環(huán)境監(jiān)管具有重要意義。然而在實(shí)際調(diào)查工作過(guò)程中，經(jīng)常遇到不同專業(yè)背景的從業(yè)人員、專家學(xué)者對(duì)其中一些關(guān)鍵問(wèn)題的看法不一致的情況，現(xiàn)有的技術(shù)規(guī)范對(duì)于低滲透土層等特殊條件的場(chǎng)地不太適用，也未針對(duì)不同用途監(jiān)測(cè)井分別制定建井要求，不利于實(shí)際調(diào)查工作的開(kāi)展。本文通過(guò)查閱國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)和技術(shù)規(guī)范，對(duì)比分析了地下水環(huán)境調(diào)查與傳統(tǒng)水文地質(zhì)調(diào)查工作目標(biāo)差異，明確了地下水環(huán)境調(diào)查監(jiān)測(cè)井建設(shè)深度需綜合考慮污染源分布和巖土層性質(zhì)確定，鉆至但不鉆穿下覆隔水層，針對(duì)臨時(shí)監(jiān)測(cè)井、長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)井和污染地下水抽提井的管徑、孔徑分別給出了設(shè)計(jì)建議，并結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和工程案例分析了如何在低滲透土層建井、洗井和開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)水文地質(zhì)試驗(yàn)。本文可為相關(guān)從業(yè)人員更好地開(kāi)展地下水環(huán)境狀況調(diào)查工作提供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：地下水環(huán)境; 調(diào)查; 目標(biāo)層; 低滲透; 水文地質(zhì)

 0引  言   

地下水具有資源、環(huán)境、生態(tài)等多重屬性功能，在保障城鄉(xiāng)居民生活、支撐經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和維持生態(tài)平衡等方面具有十分重要的戰(zhàn)略意義^[1,2]。地下水資源占我國(guó)水資源總量的三分之一，占總供水量的五分之一。全國(guó)660個(gè)城市中，400多個(gè)以地下水為飲用水源^[3]。全國(guó)城市總供水量中地下水所占比例約為30%，其中華北和西北地區(qū)城市總供水量中地下水約占70%左右^[1]。近幾十年來(lái)，隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，地下水資源開(kāi)發(fā)利用量迅速增長(zhǎng)，地下水環(huán)境壓力逐漸增大，地下水污染問(wèn)題日益凸現(xiàn)，局部地區(qū)地下水污染問(wèn)題突出^[1]。2011年國(guó)務(wù)院印發(fā)實(shí)施的《全國(guó)地下水污染防治規(guī)劃》（以下簡(jiǎn)稱規(guī)劃）中指出，全國(guó)地下水污染的趨勢(shì)為由點(diǎn)狀、條帶狀向面上擴(kuò)散，由淺層向深層滲透，由城市向周邊蔓延^[1]。地下水污染具有長(zhǎng)期性、復(fù)雜性、隱蔽性和難恢復(fù)性的特點(diǎn)^[4,5]，地下水一旦受到污染將難以恢復(fù)，會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重影響。地下水污染問(wèn)題近階段已經(jīng)成為政府重視、公眾關(guān)心、媒體關(guān)注的焦點(diǎn)、熱點(diǎn)、難點(diǎn)問(wèn)題之一^[5,6]。

地下水環(huán)境狀況調(diào)查作為地下水污染防治的基礎(chǔ)性工作，對(duì)摸清家底、支撐地下水環(huán)境監(jiān)管具有重要意義。近年來(lái)國(guó)家高度重視地下水環(huán)境狀況調(diào)查工作。自2011年起，《全國(guó)地下水污染防治規(guī)劃（2011-2020）》^[7]《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》^[8]《水污染防治法》^[9]《土壤污染防治法》^[10]《地下水污染防治實(shí)施方案》^[11]《長(zhǎng)江保護(hù)法》^[12]《地下水管理?xiàng)l例》^[13]《“十四五”土壤、地下水和農(nóng)村生態(tài)環(huán)境保護(hù)規(guī)劃》^[14]等政策法規(guī)相繼將開(kāi)展地下水污染狀況調(diào)查評(píng)估作為重要任務(wù)。自2006年至2016年，隨著原國(guó)土資源部門組織實(shí)施的第一個(gè)十年地下水污染調(diào)查工作順利完成，有關(guān)區(qū)域地下水污染調(diào)查流程和思路^[15]、點(diǎn)位布設(shè)^[16]、監(jiān)測(cè)井技術(shù)^[17]、取樣技術(shù)^[18,19]、評(píng)價(jià)方法^[20]等全流程調(diào)查技術(shù)體系逐漸形成并完善^[21]。2018年國(guó)家機(jī)構(gòu)改革后，生態(tài)環(huán)境部統(tǒng)一負(fù)責(zé)全國(guó)地下水污染防治監(jiān)督管理，不斷加強(qiáng)對(duì)重點(diǎn)污染源的地下水環(huán)境狀況調(diào)查。為增強(qiáng)地下水環(huán)境狀況調(diào)查評(píng)價(jià)工作的科學(xué)性和規(guī)范性，地下水環(huán)境狀況調(diào)查有關(guān)技術(shù)指南、規(guī)范也相繼出臺(tái)^[22-26]，一些傳統(tǒng)水文地質(zhì)調(diào)查方法在地下水環(huán)境調(diào)查工作中得到了充分應(yīng)用^[27,28]。近幾年，不少學(xué)者開(kāi)展化工企業(yè)^[29]、化工園區(qū)^[30]、垃圾填埋場(chǎng)^[31]等重點(diǎn)污染源^[32]以及地市層面淺層地下水環(huán)境狀況調(diào)查研究^[33,34]，個(gè)別學(xué)者對(duì)監(jiān)測(cè)布點(diǎn)^[35]、評(píng)價(jià)統(tǒng)計(jì)指標(biāo)^[36]、評(píng)價(jià)方法^[37]等進(jìn)行了研究。少有學(xué)者對(duì)地下水環(huán)境調(diào)查中關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)與工藝方法進(jìn)行分析探討，開(kāi)展的調(diào)查工作主要參照已有相關(guān)技術(shù)指南、規(guī)范。但現(xiàn)有地下水環(huán)境狀況調(diào)查有關(guān)技術(shù)指南、規(guī)范主要參考水文地質(zhì)相關(guān)技術(shù)規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)，未針對(duì)不同用途監(jiān)測(cè)井分別制定建井要求，現(xiàn)有的技術(shù)規(guī)范對(duì)于低滲透土層等特殊條件的場(chǎng)地也不太適用，在實(shí)際調(diào)查工作過(guò)程中，還經(jīng)常遇到不同專業(yè)背景的從業(yè)人員、專家學(xué)者對(duì)其中一些關(guān)鍵問(wèn)題的看法不一致的情況，這些問(wèn)題都不利于實(shí)際調(diào)查工作的開(kāi)展。因此，本文針對(duì)地下水環(huán)境狀況調(diào)查目標(biāo)、監(jiān)測(cè)井建設(shè)深度、不同用途監(jiān)測(cè)井井徑孔徑設(shè)置以及低滲透土層建井、洗井和現(xiàn)場(chǎng)水文地質(zhì)試驗(yàn)等關(guān)鍵問(wèn)題，通過(guò)查閱國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)和技術(shù)規(guī)范，結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和工程案例，將分別進(jìn)行分析討論并提出建議，以期為相關(guān)從業(yè)人員更好地開(kāi)展地下水環(huán)境狀況調(diào)查工作提供參考和借鑒。    

1  地下水環(huán)境調(diào)查工作目標(biāo)  

地下水有廣義和狹義之分，廣義的地下水是指賦存于地面以下巖土空隙中的水，包氣帶和飽和帶中所有含于巖土空隙中的水均屬之^[38]。而狹義的地下水僅指賦存于飽和帶巖土空隙中的水^[38]。理論上，含水層是指能夠透過(guò)并給出相當(dāng)數(shù)量水的巖層，而實(shí)際應(yīng)用上含水層是一個(gè)相對(duì)性的概念^[38]。對(duì)于廣義的地下水，滿足條件的包氣帶和飽和帶巖層均屬含水層，而對(duì)于狹義的地下水，給出一定水量的同時(shí)能夠滿足一定取水需求的巖層才屬含水層，即通常所指的具有供水意義的含水層。地下水按其埋藏條件可以分為包氣帶水、潛水及承壓水，當(dāng)包氣帶存在局部隔水層（弱透水層）時(shí)，在局部隔水層（弱透水層）之上會(huì)形成上層滯水^[38]。上層滯水分布最接近地表，接受大氣降水的補(bǔ)給，極易受污染。潛水上面不存在完整的隔水或弱透水頂板，與包氣帶直接連通，因而在潛水的全部分布范圍都可以通過(guò)包氣帶接受大氣降水、地表水的補(bǔ)給，也容易受到污染。承壓水由于上部受到隔水層或弱透水層的隔離，與大氣圈、地表水圈的聯(lián)系較弱，水循環(huán)也緩慢得多，因而承壓水不像潛水那樣容易污染，但是一旦污染后則很難使其凈化^[38]。在自然與人為條件下，潛水與承壓水經(jīng)常處于相互轉(zhuǎn)化之中，一些工程建設(shè)活動(dòng)和地下水開(kāi)發(fā)利用也可能涉及承壓含水層。    

地下水資源調(diào)查評(píng)價(jià)和水文地質(zhì)勘查評(píng)價(jià)的工作目標(biāo)是通過(guò)一系列的現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)、勘探、試驗(yàn)以及室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究，查明地下水的形成、賦存和運(yùn)移特征，查明地下水水量、水質(zhì)的變化規(guī)律，為地下水資源評(píng)價(jià)、開(kāi)發(fā)利用、管理和保護(hù)以及環(huán)境問(wèn)題防治提供所需的水文地質(zhì)依據(jù)^[39]。即調(diào)查工作針對(duì)的是地下水資源屬性，目標(biāo)是具有供水意義的含水層，包括富水性好的潛水和承壓含水層，屬于相對(duì)狹義的地下水。而地下水環(huán)境調(diào)查則是針對(duì)地下水環(huán)境屬性，調(diào)查目標(biāo)是探明地下水環(huán)境是否遭受人為污染，目標(biāo)層包括上層滯水層、潛水含水層和可能受人類活動(dòng)影響的承壓含水層，屬于相對(duì)廣義的地下水。由于一般工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)造成的地下水污染深度相對(duì)有限，地下水環(huán)境調(diào)查重點(diǎn)關(guān)注淺層地下水環(huán)境狀況，必要時(shí)才調(diào)查至承壓含水層。目前水土協(xié)同污染防治研究尤其關(guān)注包氣帶地下水污染及其與飽和帶地下水污染的關(guān)系。從事地下水資源調(diào)查評(píng)價(jià)工作的地質(zhì)調(diào)查單位從業(yè)人員往往側(cè)重關(guān)注承壓含水層水質(zhì)、水量問(wèn)題，但如果在環(huán)境調(diào)查工作初始階段就調(diào)查至承壓含水層，一方面增加了不必要的成本，一方面也容易人為導(dǎo)通淺部污染到深層承壓含水層中。存在多個(gè)含水層時(shí)，若潛水含水層存在人為污染，可在做好分層止水的條件下，在與淺層地下水存在水力聯(lián)系的含水層中增設(shè)監(jiān)測(cè)井。

2 地下水監(jiān)測(cè)井建設(shè)深度設(shè)計(jì)  

2.1 監(jiān)測(cè)井建設(shè)深度綜合分析  

地下水環(huán)境調(diào)查目標(biāo)層的確定基本明確了調(diào)查深度范圍，但具體地下水監(jiān)測(cè)井建設(shè)深度需綜合考慮污染源分布和巖土層性質(zhì)確定。按照地下水環(huán)境調(diào)查相關(guān)工作指南，以企業(yè)污染源為例，地下水環(huán)境調(diào)查工作第一階段污染源核查過(guò)程中通過(guò)收集掌握企業(yè)三廢產(chǎn)排、廠區(qū)平面分布、地下管線、溝槽分布，是否涉及開(kāi)挖、污染物填埋等信息，明確污染源位置和深度；同時(shí)通過(guò)收集企業(yè)內(nèi)及鄰近地塊的地勘報(bào)告獲取相關(guān)巖土層信息，或通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)鉆探掌握地塊的巖土層條件和地下水位等水文地質(zhì)情況，分析污染遷移途徑等。地下水監(jiān)測(cè)井建設(shè)深度設(shè)置通常以第一個(gè)有隔污能力的低滲透土層作為判斷依據(jù)，為了避免鉆探施工對(duì)深層地下水環(huán)境產(chǎn)生影響，盡量不鉆穿該隔水層。但如果企業(yè)內(nèi)存在填埋污染物，監(jiān)測(cè)井深度需超過(guò)填埋物底部，鉆至但不鉆穿下覆隔水層。    

潛水含水層是區(qū)域性的，而上層滯水是局部分布的。有些復(fù)雜場(chǎng)地可能存在生產(chǎn)車間泄露的污染下潛并滯留上層滯水層中的情況，污水量大的時(shí)候甚至?xí)绯鲇绊懼翝撍畬?。環(huán)境調(diào)查工作中需充分掌握調(diào)查地塊的土層結(jié)構(gòu)，分析上層滯水埋深、隔水層厚度、與潛水含水層之間的距離及土層性質(zhì)，若分析發(fā)現(xiàn)地塊內(nèi)存在上層滯水，建議分階段設(shè)計(jì)上層滯水和潛水樣品采集方案。若上層滯水與潛水含水層之間為黏性土，且厚度較大，具備隔污能力，初步調(diào)查階段的地下水監(jiān)測(cè)井設(shè)計(jì)深度可暫不考慮鉆至潛水含水層，待獲取上層滯水樣品檢測(cè)結(jié)果后判斷是否需要加密調(diào)查至潛水含水層。Suthersan^[40]研究發(fā)現(xiàn)大部分的污染物都被耗損在阻隔墻壁的前50cm內(nèi)；《環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則 地下水環(huán)境》(HJ 610-2016)^[41] 也明確了厚度>0.5m、滲透系數(shù)<10^-6cm/s的分布連續(xù)、穩(wěn)定黏性土可以起到一定的隔污效果。實(shí)際調(diào)查工作中，現(xiàn)場(chǎng)亦可根據(jù)土壤干濕情況初步判斷隔污性能，若黏土層土壤是干的，則說(shuō)明其富水性、滲透性較差，通?？梢曌鬏^好的隔污層。經(jīng)分析需要建設(shè)深層監(jiān)測(cè)井時(shí)，篩管段和填充濾料應(yīng)設(shè)置在目標(biāo)深度處，其上應(yīng)為白管和止水材料，填充止水材料過(guò)程需謹(jǐn)慎，確保其止水效果。

圖1 地下水環(huán)境調(diào)查和傳統(tǒng)水文地質(zhì)調(diào)查差異對(duì)比圖

Figure 1 Differences between groundwater environmental investigations and traditional hydrogeological investigations.    

2.2 低滲透土層建井深度  

嚴(yán)格地說(shuō)，自然界中并不存在絕對(duì)不發(fā)生滲透的土層，隔水層與弱透水層均具有相對(duì)性，隔水層并不是絕對(duì)不透水或不釋水，弱透水層是指那些滲透性相當(dāng)差，但在水頭差作用下通過(guò)越流可交換一定水量的土層^[38]。土層是否透水還與時(shí)間尺度有關(guān)。根據(jù)巖土工程勘察規(guī)范中針對(duì)土層性質(zhì)的規(guī)定，滲透系數(shù)K＜1.2×10^-5cm/s的土層可視為低滲透土層，主要指塑性指數(shù)Ip > 10的黏性土，包括黏土和粉質(zhì)黏土^[42,43]。低滲透土層雖然隔污能力強(qiáng)，但在一些生產(chǎn)歷史久、污染重的場(chǎng)地，一定深度范圍內(nèi)仍可能受到污染影響，需要通過(guò)建設(shè)監(jiān)測(cè)井以調(diào)查其地下水環(huán)境狀況。這種場(chǎng)地由于土層孔隙率低，滲透性差，場(chǎng)地地下水流動(dòng)緩慢，流向不明顯，地下水中污染物遷移性較差，污染擴(kuò)散范圍相對(duì)有限。從污染防治角度，一定厚度的低滲透土層可作為很好的隔污層，在進(jìn)行污染場(chǎng)地地下水環(huán)境調(diào)查時(shí)應(yīng)避免鉆穿。若照搬沿用傳統(tǒng)水文地質(zhì)調(diào)查思路，忽視污染遷移隱患盲目要求調(diào)查至含水層，則可能導(dǎo)致調(diào)查過(guò)程鉆穿隔污層，使得淺層污染被導(dǎo)通到深部地層。因此，對(duì)于下覆厚層低滲透土層的場(chǎng)地，地下水監(jiān)測(cè)井深度及篩管段設(shè)置可重點(diǎn)考慮覆蓋淺部滲透性相對(duì)好的土層，鉆進(jìn)但不鉆穿下覆低滲土層。

3 地下水監(jiān)測(cè)井管徑孔徑設(shè)置  

現(xiàn)有技術(shù)規(guī)范針對(duì)地下水監(jiān)測(cè)井的管徑、孔徑設(shè)置要求有些差異，對(duì)比情況詳見(jiàn)表1。自然資源、生態(tài)環(huán)境、水利部門因地下水調(diào)查目的不同，其主導(dǎo)制定的技術(shù)規(guī)范對(duì)于地下水監(jiān)測(cè)井的建設(shè)要求也存在不同，地下水資源調(diào)查、水文地質(zhì)調(diào)查側(cè)重于關(guān)注地下水水位、水量及常規(guī)水質(zhì)指標(biāo)，而地下水環(huán)境或污染調(diào)查更多關(guān)注地下水水質(zhì)，包括常規(guī)水質(zhì)指標(biāo)及特征污染指標(biāo)。

結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，地下水環(huán)境調(diào)查監(jiān)測(cè)井管徑孔徑設(shè)置應(yīng)根據(jù)監(jiān)測(cè)井的用途類型進(jìn)行考慮。針對(duì)常規(guī)環(huán)境調(diào)查監(jiān)測(cè)井，《重點(diǎn)行業(yè)企業(yè)用地調(diào)查樣品采集保存和流轉(zhuǎn)技術(shù)規(guī)定》^[44]要求其井管內(nèi)徑不應(yīng)小于50mm，通常取50mm、63mm或75mm即可，有特殊需要的場(chǎng)地可考慮增大井徑；為保證有足夠的濾料填充空間，鉆孔的直徑應(yīng)至少大于井管直徑50mm（表1、圖1）。而DZ/T 0270-2014《地下水監(jiān)測(cè)井建設(shè)規(guī)范》 ^[45]中提出第四系松散層地下水監(jiān)測(cè)井鉆頭直徑應(yīng)大于井管外徑200mm以上的要求，從經(jīng)濟(jì)成本和建設(shè)周期方面考慮不推薦用于以常規(guī)環(huán)境調(diào)查為目的的地下水環(huán)境監(jiān)測(cè)井建設(shè)。實(shí)踐中常會(huì)出現(xiàn)因分層止水不到位而出現(xiàn)的淺層污染導(dǎo)通至深部地層而導(dǎo)致的污染深度誤判情況，因此，詳細(xì)調(diào)查階段如果需要建設(shè)針對(duì)某一深度段的叢式井時(shí)，為了保證分層止水效果，可以考慮增大孔徑，避免因縮孔等因素導(dǎo)致的石英砂、黏土球填充不到位而導(dǎo)致的止水效果差。    

針對(duì)在產(chǎn)企業(yè)的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)井，其井徑、孔徑可考慮參照DZ/T 0270-2014《地下水監(jiān)測(cè)井建設(shè)規(guī)范》 ^[45]中的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，即管徑不小于146mm，孔徑應(yīng)大于井管外徑200mm以上，以保證礫料層厚度（表1、圖1）。長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)井常出現(xiàn)淤堵而不能繼續(xù)使用的情況，關(guān)鍵問(wèn)題之一在于建井質(zhì)量，即無(wú)論哪種口徑的監(jiān)測(cè)井，建井后的充分洗井工作都至關(guān)重要；同時(shí)也要做好日常維護(hù)工作，定期檢查、加強(qiáng)井口防護(hù)，防止被沖撞、碾軋等情況出現(xiàn)。

對(duì)于實(shí)施修復(fù)需要建設(shè)的污染地下水抽提井，因其目的是盡可能高效地抽提出污染地下水，管徑、孔徑可參照DZ/T 0282-2015《水文地質(zhì)調(diào)查規(guī)范》 ^[46]中抽水試驗(yàn)井要求建設(shè)（管徑≥200mm，孔徑≥400mm），或根據(jù)需求進(jìn)一步增大管徑孔徑，以保證有足夠的降深和影響半徑^[46]。

表1 地下水監(jiān)測(cè)井的井徑、孔徑設(shè)置要求對(duì)比

Table 1 Comparison of requirements for well diameter and borehole diameter of groundwater monitoring wells.

4 低滲透土層建井和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)方法  

4.1 低滲透土層建井洗井方法  

地下水環(huán)境調(diào)查工作中常用鉆探方法包括沖擊鉆探、螺旋鉆探、回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)和直推式鉆進(jìn)等，各種鉆探方法均有各自優(yōu)缺點(diǎn)和適用性^[44]。淺層地下水環(huán)境調(diào)查通常采用直推式鉆探建井或螺旋鉆探建井。直推建井快速、經(jīng)濟(jì)，在以常規(guī)場(chǎng)調(diào)為目的的地塊，可快速獲取樣品和數(shù)據(jù)。但直推建井過(guò)程因土層擠壓作用和鉆管側(cè)壁涂抹作用，導(dǎo)致土層滲透性與螺旋建井的大致相差1~2個(gè)數(shù)量級(jí)。對(duì)于需要長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)的地塊，為獲得代表性的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，建議采用螺旋建井方式。

部分低滲透土層，特別是硬塑黏土層，建井鉆進(jìn)施工難度大。對(duì)于需要開(kāi)展地下水環(huán)境調(diào)查工作的低滲透土層場(chǎng)地，為提高工作效率，可根據(jù)具體場(chǎng)地情況考慮采用濕鉆方法進(jìn)行鉆探，但只能添加純水或水質(zhì)無(wú)污染的自來(lái)水，建井后可通過(guò)適當(dāng)增加洗井次數(shù)減少可能的影響。

低滲透土層洗井回水速度也相對(duì)較慢，因此，可根據(jù)實(shí)際情況考慮建井后通過(guò)加純水、水質(zhì)無(wú)污染的自來(lái)水或氣提洗井方式進(jìn)行充分的成井洗井，將監(jiān)測(cè)井建設(shè)過(guò)程產(chǎn)生的泥漿抽提干凈，使其滲透性達(dá)到最佳狀態(tài)，洗井水量可不局限于3~5倍井管體積，但這些洗井方法對(duì)地下水環(huán)境擾動(dòng)較大，容易導(dǎo)致?lián)]發(fā)性污染物逸散，故采用這些方法成井洗井后，須至少等待一周左右地下水環(huán)境恢復(fù)至穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)再采集地下水樣品。

4.2 低滲透土層水文地質(zhì)試驗(yàn)方法  

場(chǎng)地地下水環(huán)境調(diào)查工作根據(jù)調(diào)查目的和階段可能需要開(kāi)展水文地質(zhì)試驗(yàn)，以便獲取場(chǎng)地實(shí)際水文地質(zhì)參數(shù)等信息，完善場(chǎng)地概念模型，指導(dǎo)場(chǎng)地調(diào)查目標(biāo)層、調(diào)查深度確定和建井洗井方法，支撐后續(xù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和修復(fù)治理工作。由于低滲透土層很難進(jìn)行抽水試驗(yàn)，可通過(guò)微水實(shí)驗(yàn)獲取其土層滲透性參數(shù)。微水試驗(yàn)是通過(guò)瞬時(shí)井孔內(nèi)微小水量的增加（或減少）而引起井水位隨時(shí)間的變化以確定含水層滲透性參數(shù)的一種簡(jiǎn)易方法，其試驗(yàn)時(shí)間短（10分鐘內(nèi)），所需設(shè)備與操作人員少，且可現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算水文地質(zhì)參數(shù)，對(duì)地下水及周邊環(huán)境影響也甚微，在低滲場(chǎng)地具有較強(qiáng)的適用性^[50-52]。通過(guò)微水實(shí)驗(yàn)獲取土層滲透系數(shù)的計(jì)算公式如下（Hvorslev）：    

                                 （1）

其中，r為試驗(yàn)井井管半徑(m)；H為t=0時(shí)靜止水位到井孔水位間的距離(m)；H-h為試驗(yàn)過(guò)程中靜止水位到井孔水位間的距離(m)； q為流量(m³/s)；t為時(shí)間(s)；K為滲透系數(shù) (cm/s)；F為形狀因子，取決于井孔濾水管形狀和位置，F(xiàn)=2πL/ln(L/R)。

其余參數(shù)如圖2所示，將上式整理得積分式為：

                                       （2）

積分整理得：

                                     （3）

為簡(jiǎn)化求出K值，繪制(H－h)/(H－H₀)與時(shí)間t的關(guān)系圖3，由計(jì)算公式分析，當(dāng)(H－h)/(H－H₀)=0.37時(shí)，ln[(H－h)/(H－H₀)]=-1，因此在圖3上找出當(dāng)(H－h)/(H－H₀)=0.37時(shí)所對(duì)應(yīng)的時(shí)間即為T₀，將所有值代入公式整理得滲透系數(shù)K為：

                                              （4）

其中，K：滲透系數(shù)(cm/s、m/day) ；r：井管半徑(cm、m) ；R：井孔半徑(cm、m) ；L：井篩長(zhǎng)(cm、m) ；T₀：水位回升至37%時(shí)的時(shí)間(day or s)。    

圖2 微水試驗(yàn)示意圖 

Figure 2 Schematic diagram of the micro-water test.

    圖3 H與t關(guān)系圖

  Figure 3 The relationship between H and t.

5 案例分析  

5.1 地塊概況  

某資源再生企業(yè)占地面積約20,000 m²，自1998年開(kāi)始運(yùn)營(yíng)，行業(yè)類別為2511原油加工及石油制品制造，主要產(chǎn)品為重質(zhì)燃料油，原輔料為廢礦物油。企業(yè)內(nèi)包括脫水蒸餾車間、儲(chǔ)油罐區(qū)、危廢庫(kù)、污水處理站、循環(huán)水池、事故應(yīng)急池以及生活辦公等區(qū)，具體見(jiàn)平面布設(shè)圖4。該場(chǎng)地屬河漫灘地貌單元，地形較平坦。

圖4 企業(yè)平面布置圖

Figure 4 Layout of the enterprise.

5.2 現(xiàn)場(chǎng)微水試驗(yàn)  

根據(jù)地質(zhì)資料，該地塊所在區(qū)域以低滲黏性土為主，為獲取本地塊實(shí)際土層信息和水文地質(zhì)參數(shù)，在調(diào)查現(xiàn)場(chǎng)建設(shè)了2口試驗(yàn)井（GW1、GW2），并開(kāi)展了現(xiàn)場(chǎng)微水實(shí)驗(yàn)，試驗(yàn)井結(jié)構(gòu)參數(shù)見(jiàn)表2。具體操作方法為：將貝勒管緩慢放入井中，避免造成井內(nèi)水位上下晃動(dòng)。待水位恢復(fù)穩(wěn)定后瞬間抽出，迅速將貝勒管取出并將地下水抽出，以使井內(nèi)地下水造成瞬間下降（注意貝勒管內(nèi)之地下水切勿倒流入井中），待水位回升至初始水位時(shí)即完成1次試驗(yàn)。記錄試驗(yàn)時(shí)間及水位降深數(shù)據(jù)。重復(fù)進(jìn)行3次，以確認(rèn)再現(xiàn)性。

基于上述Hvorslev方法，通過(guò)安裝于計(jì)算機(jī)中的AQTESOLV軟件讀取微水試驗(yàn)數(shù)據(jù)，推估滲透系數(shù)K值。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，確定該地塊第②層粉質(zhì)黏土的滲透系數(shù)K為5.47×10-5cm/s，第③層黏土的滲透系數(shù)K為1.15×10-6 cm/s，現(xiàn)場(chǎng)微水試驗(yàn)成果見(jiàn)表2和圖5。

圖5 現(xiàn)場(chǎng)水文記錄轉(zhuǎn)化成果圖（Hvorslev法）

Figure 5 Results map of the in situ hydrological record (Hvorslev method).

表2 現(xiàn)場(chǎng)微水試驗(yàn)結(jié)果

Table 2 Results of the field micro-water tests.

周邊資料查詢結(jié)合地塊內(nèi)試驗(yàn)井鉆探情況可知，場(chǎng)地地層發(fā)育自上而下依次為：①素填土主要為粉質(zhì)黏土，軟塑～可塑狀態(tài)，含少量粉砂，厚度0.25~2.50m；②粉質(zhì)黏土（Q₄^al+pl），可塑狀態(tài)，含少量高嶺土及粉砂，厚度1.00~3.50m；③黏土（Q₄^al+pl），硬塑狀態(tài)，含氧化鐵、鐵錳結(jié)核及高嶺土和少量粉砂，厚度12.0~15.80m；④粉細(xì)砂(Q₄^al)，局部夾薄層粉質(zhì)黏土或黏土，未揭穿，厚度大于5m。場(chǎng)地地下水類型為松散巖類孔隙水，包括潛水和承壓水，地下水總體流向?yàn)樽晕鞅毕驏|南。潛水主要賦存在①層填土和第②層粉質(zhì)黏土中，潛水地下水水位埋深在0.9~1.50m。第③層黏土為不透水層，承壓水賦存在④層粉細(xì)砂中。地下水主要接受大氣降水補(bǔ)給，水位隨季節(jié)變化，主要排泄途徑為蒸發(fā)和向地表徑流排泄。場(chǎng)地水文地質(zhì)剖面圖見(jiàn)圖6。

圖6 場(chǎng)地水文地質(zhì)剖面圖

Figure 6 Hydrogeological profile of the investigated site.

5.3 調(diào)查目標(biāo)層確定  

本次調(diào)查目標(biāo)是查明地下水環(huán)境是否受到企業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)的影響，應(yīng)優(yōu)先調(diào)查與企業(yè)生產(chǎn)聯(lián)系密切的淺部含水層，獲取監(jiān)測(cè)結(jié)果后再確定是否調(diào)查深部含水層。即，本次地下水環(huán)境調(diào)查建議先將第①、②層作為初步調(diào)查目標(biāo)層，若初步調(diào)查發(fā)現(xiàn)該目標(biāo)層存在人為污染，經(jīng)分析研究后再確定是否需要進(jìn)一步調(diào)查第④層粉細(xì)砂承壓含水層。而區(qū)域水文地質(zhì)調(diào)查或地下水資源調(diào)查則通常會(huì)直接將第④層粉細(xì)砂作為調(diào)查目標(biāo)層。    

5.4 監(jiān)測(cè)井建設(shè)深度確定  

本次地下水環(huán)境調(diào)查將第①、②層作為初步調(diào)查目標(biāo)層，具體地下水監(jiān)測(cè)井建設(shè)深度需綜合考慮污染源分布和土層性質(zhì)確定。從污染源深度看，調(diào)查目標(biāo)層深度應(yīng)覆蓋污水處理站、循環(huán)水池、事故應(yīng)急池等地下設(shè)施的最大埋深，該企業(yè)污水處理站地下設(shè)施最大埋藏深度為5米，故地下水監(jiān)測(cè)井鉆探深度應(yīng)大于5米；該企業(yè)已運(yùn)行20余年，涉及重金屬、多環(huán)芳烴、苯系物、石油烴等多種特征污染物，增加了污染物向下遷移的可能性；從場(chǎng)地土層結(jié)構(gòu)看，第③層黏土厚度為12.0~15.8m，分布較厚，對(duì)于污染物遷移來(lái)說(shuō)是較好的隔污層，故初步調(diào)查階段原則上不宜揭穿。綜合上述分析，本場(chǎng)地地下水環(huán)境初步調(diào)查監(jiān)測(cè)井建設(shè)深度為6米，考慮到該地塊存在LNAPLs特征污染物石油烴，結(jié)合地下水埋深，將篩管深度設(shè)置為1~5.5米（見(jiàn)圖5）。

5.5 監(jiān)測(cè)井管徑孔徑設(shè)置  

該場(chǎng)地地下水調(diào)查目的為查明場(chǎng)地地下水質(zhì)量和污染狀況，所建監(jiān)測(cè)井非長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)井，故確定監(jiān)測(cè)井井管內(nèi)徑取50mm，同時(shí)為確保出水效果，保證有足夠的濾料填充空間，兼顧鉆頭尺寸，鉆孔孔徑確定為170mm。

5.6 建井和洗井  

該場(chǎng)地調(diào)查目標(biāo)層以軟塑粉質(zhì)黏土素填土和可塑粉質(zhì)黏土為主，相對(duì)易于鉆探，故采用效率較高的直推式鉆井工藝。但鉆探鉆至第③層硬塑黏土層后，因土層致密堅(jiān)硬，鉆探困難，數(shù)小時(shí)鉆井僅幾十厘米，經(jīng)分析研究后該深度段采用濕鉆方法進(jìn)行鉆探，鉆探過(guò)程中通過(guò)添加自來(lái)水，加快鉆探進(jìn)度。因場(chǎng)地粉質(zhì)黏土和黏土層滲透性較差，成井洗井后約12小時(shí)后才完全恢復(fù)水位，為充分將井清洗干凈，同時(shí)加快洗井效率，采用自來(lái)水對(duì)其建井環(huán)節(jié)產(chǎn)生的泥漿進(jìn)行反復(fù)沖洗，進(jìn)行10次洗井后，達(dá)到了成井洗井水清砂凈的要求。之后，待監(jiān)測(cè)井穩(wěn)定一周后進(jìn)行采樣前洗井，洗井水量達(dá)到3~5倍井管水量即可，并在洗井后2小時(shí)內(nèi)完成地下水樣品采集工作。    

6 結(jié)論和建議  

6.1 結(jié)論  

地下水環(huán)境調(diào)查不同于地下水資源和傳統(tǒng)水文地質(zhì)調(diào)查，兩者在調(diào)查目的、調(diào)查目標(biāo)層和監(jiān)測(cè)井建設(shè)深度、孔徑管徑等等方面存在顯著差異。開(kāi)展地下水環(huán)境調(diào)查工作，應(yīng)充分認(rèn)識(shí)地下水的資源屬性和環(huán)境屬性，區(qū)分廣義和狹義地下水，理解上層滯水、潛水和承壓水含義。針對(duì)特定場(chǎng)地，應(yīng)在充分分析掌握?qǐng)龅厮牡刭|(zhì)條件、特征污染物等信息的基礎(chǔ)上，科學(xué)合理確定調(diào)查目標(biāo)層、監(jiān)測(cè)井深度等關(guān)鍵信息，在滿足有關(guān)規(guī)范要求基礎(chǔ)上，結(jié)合場(chǎng)地特點(diǎn)和調(diào)查目的，針對(duì)性確定監(jiān)測(cè)井管徑孔徑，選擇鉆探建井工藝，并靈活開(kāi)展洗井和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)工作。具體結(jié)論如下：

（1）地下水環(huán)境調(diào)查主要針對(duì)地下水環(huán)境屬性，調(diào)查對(duì)象涉及包氣帶和飽和帶地下水，調(diào)查目標(biāo)層包括上層滯水層、潛水含水層和可能受污染影響的承壓含水層。

（2）地下水監(jiān)測(cè)井建設(shè)深度需綜合考慮地塊污染源分布和水文地質(zhì)條件確定，通常以第一個(gè)有隔污能力的低滲透土層作為判斷依據(jù)，盡量不鉆穿該隔水層。針對(duì)可能存在上層滯水的場(chǎng)地，可分階段設(shè)計(jì)樣品采集方案。對(duì)于下覆低滲透土層的場(chǎng)地，監(jiān)測(cè)井深度和篩管段可重點(diǎn)覆蓋淺部滲透性相對(duì)好的土層，鉆進(jìn)但不鉆穿下覆低滲透土層。

（3）根據(jù)調(diào)查目的可區(qū)分臨時(shí)監(jiān)測(cè)井、長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)井和污染地下水抽提井，并分別設(shè)置相應(yīng)的管徑和孔徑。臨時(shí)監(jiān)測(cè)井井管內(nèi)徑不小于50mm，通常取50mm、63mm或75mm即可；針對(duì)在產(chǎn)企業(yè)的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)井，其井管內(nèi)徑建議不小于146mm、且孔徑大于井管外徑200mm以上；污染地下水抽提井建議管徑≥200mm，孔徑≥400mm。

（4）低滲透土層可根據(jù)地下水環(huán)境調(diào)查工作要求和具體場(chǎng)地情況，通過(guò)添加純水或水質(zhì)無(wú)污染的自來(lái)水等方式進(jìn)行濕鉆鉆探和成井洗井，洗井后須等待地下水環(huán)境恢復(fù)至穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)再采集地下水樣品?？赏ㄟ^(guò)微水實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)快速獲取低滲透土層的滲透參數(shù)，以便指導(dǎo)場(chǎng)地調(diào)查工作方案設(shè)計(jì)。    

6.2 建議  

（1）地下水環(huán)境調(diào)查不同于傳統(tǒng)水文地質(zhì)調(diào)查，又緊密結(jié)合水文地質(zhì)調(diào)查。地下水環(huán)境調(diào)查應(yīng)以水文地質(zhì)調(diào)查為基礎(chǔ)，充分掌握?qǐng)龅赝翆有再|(zhì)和結(jié)構(gòu)、地下水類型和補(bǔ)徑排特征等水文地質(zhì)條件，有效支撐地下水環(huán)境調(diào)查關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)的確定以及調(diào)查點(diǎn)位的布設(shè)。

（2）現(xiàn)有技術(shù)規(guī)范的規(guī)定對(duì)于低滲透土層等特殊條件的場(chǎng)地不太適用，也未區(qū)分不同類型的監(jiān)測(cè)井設(shè)置技術(shù)要求，建議進(jìn)一步完善地下水環(huán)境調(diào)查技術(shù)規(guī)范，針對(duì)不同場(chǎng)地條件、不同調(diào)查目的，因地制宜確定關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)和工藝方法，細(xì)化相關(guān)技術(shù)要求。