第二篇地下水污染与防治

1、地下水污染与防治第五章 污染场地水文地 质调查污染场地水文地质调查时地下水污染研究的基础和出发点探测与识别底下污染物测定污染物的浓度查明污染物在地下水系统中的运移特性确定地下水的流向和速度污染场地水文地质调查的主要步骤步骤工作内容一：初步场地勘察和 初始评估已有资料的搜集整理现场勘查确立初步的水文地质概念模型二：初步野外调查布置初始监测孔大体厘定含水层开展其他野外工作三：详细现场调查和试验扩充监测孔网及沉积物采样获取水文地质参数，评估污染物运移途径四：编写报告绘制平面及剖面流网列出重要参数值总结（报告）及对以后的监测工作进行安排第一节 初步场地勘察及初始评估这一阶段包括已有资料的搜集整理和场地

2、踏勘。该阶段的目的是：描述场地的基本地质特征及对已搜集整理资料信息进行验证；搜集当地的水文资料，包括降雨和地表排水；搜集有关污染源和污染特性的资料；确立或改进地下水系统概念模型；评价与健康和安全有关的潜在问题。（一）搜集前人资料1 、污染现场历史资料在第一阶段调查中最关键的资料涉及有以下几个方面：已知污染物或可能存在的污染物的性质污染物的来源或可能来源污染程度健康与安全（一）搜集前人资料2、 地质与水文地质资料 前人的现场调查报告可以提供有关地形、岩土体和填埋材料的厚度及分布、含水层的分布、基岩高程、岩性、厚度、区域地质条件、构造特征（例如基岩中的断层）等方面的资料。（一）搜集前人资料3 、水

3、文资料 调查内容包括地表水的位置、流动情况、水质、与地下水的联系方式等。 如果可能的话，已有资料还应包括场地水文地质平面图、剖面图及初步的概念模型。（二）初步现场踏勘在这一阶段，应完成以下重要的踏勘任务：检查欲用钻探设备的场地可进入性。对现场的后勤工作进行考察，以确定是否方便清洗钻孔及获得可供钻探使用的清洁水；对现场的地质条件进行考察，以确定区域地质条件与基岩位置同背景资料是否一致；（二）初步现场踏勘在这一阶段，应完成以下重要的踏勘任务：观察现场地形、排水情况及植被分布，确定钻井液排放位置；查明导致污染的化学废物的性质，确定研究区域内监测设备的状况，对现场气候进行研究，以获得降雨量及气温方面的

4、资料。（二）初步现场踏勘在这一阶段，应完成以下重要的踏勘任务：观察现场地形、排水情况及植被分布，确定钻井液排放位置；查明导致污染的化学废物的性质，确定研究区域内监测设备的状况，对现场气候进行研究，以获得降雨量及气温方面的资料。（二）初步现场踏勘 根据场地的复杂程度和已有资料的情况，在这一阶段的后期，应当可以初步建立起一个场地水文地质概念模型了。该模型应包括以下要素：（1）现场邻近地区的地质条件（2）区域及局部的地下水流动系统与地表水之间的水力联系（3）确定人类活动对地下水流动及污染物迁移的影响（二）初步现场踏勘（4）确定污染物迁移途径及优势流的通道：这些通道包括水力梯度很高的地层及岩石与土壤中

5、的裂隙。（5）确定污染物的性质：在概念模型中加入污染物的性质是非常重要的，这样可以确保污染物的产生与迁移成为现场监测与调查过程的中心。（6）确定污染物的可能受体，以评价环境影响程度：受体可能包括人、植物、动物及水生生物。（二）初步现场踏勘在确定工作计划时，现场污染物的特殊性质也应被考虑进去。这些需考虑的因素包括：（1）现场勘察方法的适宜性，即应避免使污染进一步恶化；（2）在进行现场调查时所使用的地球物理技术的适宜性；（3）污染物与监测孔材料的相容性；（4）安置钻孔、监测孔与取样技术的适宜性。后文将对合理技术的选择进行讨论。第二节 初步野外调查 第二阶段调查的主要目的是：划分并刻画主要的含水层，

6、大体上确定地下水流向，搜集足够的资料以制定一个详细的场地调查计划。 第二阶段调查包括对现场特征的勘察及地下水监测孔的安装。第二节 初步野外调查土壤采样可用于以下目的：（1）确定土壤是污染的来源还是空气与水中污染物的受体；（2）确定污染物对人类健康与环境的风险大小；（3）与背景水平相对照，确定污染物是否存在及其浓度大小；（4）确定污染物的浓度及其空间与时间分布特征；第二节 初步野外调查土壤采样可用于以下目的：（5）确定控制及去除污染物方法的有效性；（6）确定各特定污染物对动植物的风险水平；（7）确定污染物的来源、迁移机理及途径、污染物的可能受体；（8）确定污染物迁移模型的有效性；（9）确定前人采

7、样程序是否符合有关环境法规和技术规程的要求。第三节 详细场地调查 通过场地调查的第三阶段工作，要形成一个仿真度较高的地下水系统概念模型，能够刻画主要含水层并绘制出场地附近地下水流场图，定性评价地下水脆弱性，并识别污染物可能的运移途径。在水文地质条件比较复杂的场地，必须考虑布设更多的监测孔。（一）钻井方法1 中空螺旋钻进2 实心钻杆螺旋钻进3 绳索冲击钻进4 空气回转钻进5 夯击中空螺旋钻进6 反循环钻进7 泥浆钻进（二）监测孔设计监测孔的各个设计要素必须以不改变水样的水质为前提。1 、井径监测孔的直径大小一般取决于获取地下水水样的设备（提桶、水泵等）的尺寸。2、 套管与过滤器材料成井材料应不吸

8、收或过滤水样中的化学组分，且不应影响水样的代表性。（二）监测孔设计3、 密封材料当钻进时采用回转、螺旋等方法时，成型后的钻孔直径要大于监测孔的套管直径。应在监测孔套管和钻孔壁之间充填以膨润土、水泥或膨润土/水泥的混合物。4 、过滤器长度及埋置深度监测孔过滤器的长度及其在地下的埋设深度取决于：（1）污染物在饱水带与包气带的性质，（2）监测目的。（二）监测孔设计5 监测孔的位置与数目 在一个监测过程中，监测孔的位置与数目和该监测过程的目的密切相关。场地的地质、水文地质条件、污染物性质及勘察区域的范围都是确定监测孔的数目及布置方式。当然，现场的地质条件与水文地质条件越复杂，污染物的运动情况也越复杂。

9、勘察区域的范围越大，监测孔的数目应越多。（三）监测孔安装技术在监测孔安装过程中必须确保：在特定的深度下安装于钻孔中的井管滤网完全分开；井管滤网周围的孔壁没有在钻进过程中发生严重改变；地下水水质在钻探过程中没有发生显著改变；套管直径足够大，水位测定仪、地下水采样设备及地球物理设备可以自由放入； 用于修建监测孔的材料应该与被监测污染物相容。（三）监测孔安装技术1 、点驱动监测孔 安装监测孔最简单也是最省钱的方式是用锤击设备把井管滤网和套管一起击入到指定深度。2、 单个监测孔 最常见的情况是在钻孔中安装单个监测孔。在监测孔修建和安装的过程中应考虑以下因素：监测孔的用途；钻孔特性；岩土体的类型；污染物

10、类型；井管滤网的长度；套管的直径；过滤网及回填材料；监测孔修建材料；地表情况。（四） 群井及多水平监测孔 为了精确而全面揭示污染物在地下水系统中的时空分布特征和所经历的复杂过程，在多数场地调查过程中，必须测定水头及污染物浓度的垂向分布情况。为了获得这方面的信息，必须使用定深取样技术第四节 野外试验与室内实验（一）水力学参数测定1 、室内方法 a、孔隙度 b、水力传导系数c、给水度和贮水率2 、野外或现场技术 水力传导系数和贮水率的野外测定技术一般属于：单井试验、钻孔压水试验、抽水试验。（二）包气带的监测 在场地调查的第二阶段，可以使用位于初始测试孔中的监测孔的水位资料来确定包气带是否需要引起重

11、视。但如果水位埋深大于1m，就应该考虑包气带的影响。 导致包气带与饱水带产生差异的主要物理因素是包气带中孔隙水处于拉伸状态（小于1 大气压）。这种张力随着与地下水位距离的增大而逐渐增加。结果土壤含水率向地表方向逐渐降低。（二）包气带的监测该图显示了压力水头与含水率之间的关系，说明了饱水带、毛细带和包气带的相对位置。五、调查工作的总结及报告的编写最终的报告应至少包括以下部分：说明场地水文地质条件的剖面图；每个主要含水层的水位等值线图；表示地下水侧向和垂向流动的剖面图；所有测定方法得出的水位和物理参数值列表；五、调查工作的总结及报告的编写总结污染物运移的主要途径，并对不同的途径进行污染风险评价；总

12、结可能影响污染物运移的附加场地条件，为以后的数据搜集和野外工作提出建议；总结野外工作过程中使用的方法、所有监测孔的位置以及沉积物样品的处理和保存方法。思考题简要总结地下水监测的目的、任务和作用，举例说明监测在地下水资源保护中的作用。查阅有关土质土力学和土工实验方面的文献，简要论述原状土样的采样、分析方法。查阅有关钻探工程学书籍，详细了解Packer 系统的工作原理，简要总结岩芯取样的具体原则和关键技术。第五章 地球物理调查第一节 概论（一）地球物理方法及测量 地球物理方法传统上可分为重力法、磁法、电法和电磁法、地震法、放射性方法及测井方法等。 地球物理测量指利用某种传感器在地表或井中接收与某种

13、天然场源或人工场源在地下介质中建立的场有关的信号的过程。（二）几个重要的概念1、探测深度将某种方法在某些条件下所能到达的最大有效探测深度某些条件：地质条件、地表条件、观测方式等有效：理论上和实际上具有足够的可信程度常见方法：电法、电磁法、地震法、探地雷达。（二）几个重要的概念2、分辨率某种方法的分辨率通常是指该方法所能分辨的地下目标的几何尺寸，它又可分为横向分辨率和纵向分辨率。3、信噪比一般指某种方法的实测记录中有用信号与各种干扰信号之间能量密度的比值。4、正演与反演正演是指利用已知地下介质中某种物性参数的分布（三）区域地下水-环境系统模型要素及其地球物理响应（四）地下水污染研究中常用的水文地

14、质参数及其地球物理响应1、孔隙度当孔隙中的流体成分和饱和度保持稳定时，孔隙度的变化既可引起地震波运动学和动力学性质的变化，又可产生电性2、饱和度当孔隙度保持稳定时，饱和度的变化可引起电阻率和介电常数的变化3、渗透率渗透率的各向异性可产生自然电场的各向异性，渗透率的各向异性在时间差分的探地雷达剖面上有明显的反映（四）地下水污染研究中常用的水文地质参数及其地球物理响应传统地球物理方法应用于地下水污染评价时，应注意确定地下介质的孔隙度、饱和度及渗透率，传统上采用井中地球物理方法。在孔隙度、饱和度和渗透率三个参数中，只有饱和度参数随时间变化较快地形的急剧变化对多种地球物理方法的测量都有严重的影响在地下

15、水污染调查与评价中，了解介质的局部不均一性和各向异性具有重要意义。第二节 探地雷达 探地雷达是利用高频电磁波束的反射来探测底下目标的一种高分辨率电磁方法。 很强的抗干扰性、极高的采样率、很高的分辨率和探测能力（一）方法原理探地雷达是利用宽带短脉冲形式的高频电磁波（主频从10-1000兆赫级）在界面上的反射来探测有关的目的体。T：发射天线；R：接收天线满足方程： （1）v近似关系： （2）c：光速/LT-1 介电常数 由1、2方程可求出深度Z（一）方法原理（二）测量方式共偏移距法或剖面法共偏移距法是从地震法中引用过来的称谓，剖面法则概括了该方法的本质。它是将发射天线T和接收天线R以固定间距沿测线同步一栋的一种测量方式。剖面法的测量结果可以用探地雷达时间剖面图像来表示（横坐标表示天线在地表的位置，纵坐标为反射波双程走时）这种记录反映测线下方底下各反射截面的形态。（二）测量方式共中心点法和宽角法宽角法：将一个天线固定在地面某一点上不动，而另一个天线沿测线移动，记录地下各个不同深度界面反射波的双程走时。共中心点法：如果保持两个天线之中心点位置不变，不断改变两个天线之间的距离