土壤地下水調查過程中水文地質勘察結論應用探討

師新閣 左世偉 孫明波 李克文 尚爾順

1.中石化煉化工程（集團）股份有限公司洛陽技術研發中心；2.中石化煉化工程集團土壤治理中心

1 引言

《中華人民共和國土壤污染防治法》的頒布和《土壤污染防治行動計劃》的發布，標志著我國土壤污染防治工作有法可依，我國2018～2020年累計安排土壤污染防治專項資金125億元，2021年該專項資金預算為28億元，可見我國對土壤防治工作的重視。打好土壤污染防治攻堅戰的重要環節是做好目標區域的土壤地下水狀況調查，由于目標地塊土壤和地下水性質隨地理位置變化差異大且不確定因素多，影響地塊中關注污染物的遷移和匯集規律[1～2]，這對土壤地下水調查工作者的地質知識儲備提出了較高的要求。

目前我國已經建立起了以《建設用地土壤環境調查評估技術指南》、重點行業企業用地調查系列技術文件和《建設用地土壤污染風險管控和修復監測技術導則》（HJ 25—2019）系列技術導則為代表的土壤地下水調查評估制度，有效地規范了土壤狀況調查、土壤污染風險評估、風險管控和修復效果評估等活動[3]。由于進入土壤地下水調查行業的門檻低，少數從業人員對收集到的目標地塊的資料分析不足，對導則理解不充分等原因，導致地塊調查工作不徹底，調查報告不能通過專家評審的現象常有發生[4]。

本文以某地塊的水文地質勘察報告中的典型工程地質剖面圖為例，探討工程地質剖面圖中揭示的地塊地層結構和分布信息對土壤地下水調查點位布設和調查深度確定工作的指導意義，以期對土壤地下水調查從業者分析地塊土層結構有所幫助。

2 水文地質調查對土壤地下水調查的重要性

生態環境部制定的《建設用地土壤環境調查評估技術指南》指出，水文地質條件關系污染物在土壤和地下水中的遷移、轉化和分布。需要調查：地塊土層結構及分布、地下水位、地下水垂向水力梯度、地下水水平流速及流向等[5]。其中地下水位、垂向水力梯度、水平流速和流向等地下水賦存和遷移情況容易被土壤地下水調查項目組理解掌握，但是地塊土層結構和分布比較復雜，水文地質勘察報告通常以多張工程地質剖面圖形式展示。在土壤地下水調查過程中，清晰的工程地質剖面圖能夠在調查點位布設、調查深度和縱向采樣位置判定方面給予調查者眾多指導。

3 典型工程地質剖面圖介紹

圖1為某地塊水文地質勘察報告中的典型工程地質剖面圖，該張工程地質剖面圖展示了3個勘察孔揭示的地塊土層結構和分布情況。3個勘察孔的勘察深度分別為，40.2m、41m和41.5m，均達到第六土層-黏土⑥層。上述3個勘察孔揭示目標地塊的地層為6個地層，自上而下各地層分別為：素填土①、含黏性土中砂②、含黏性土礫砂③、黏土層④、粗（礫）砂⑤和第二層黏土層⑥，粗礫砂⑤層中有黏土⑤夾夾層，各土層描述及滲透系數列于表1。黏土④層滲透系數為2.23E-06，低于其他土層2-3個數量級，為弱透水層。黏土④層上部的含黏性土礫砂③層土壤描述為很濕-飽和，該層為潛水含水層。黏土④層下部的粗（礫）砂⑤層土壤描述為飽和，該層為承壓含水層。

表1 目標地塊土層及各土層滲透系數建議值

4 典型工程地質剖面圖對采樣點位布設的指導意義

采樣點布設方面，相關導則及技術規范中提出了具體的布點數量和規則要求[6～7]，但未具體闡述污染物在特定地層結構中污染物的遷移和匯集狀況。圖1顯示，目標地塊各土層厚度隨區域變化明顯，ZK4勘察孔處的含黏性土礫砂③層厚度較大，最大埋深為9.9m，ZK3和ZK5處該土層的最大埋深為6.0m和5.1m，且該土層下方為弱透水層—黏土④層，表明ZK4勘察孔處可能存在污染物匯集現象，因此該處須布設土壤監測點和地下水監測井。

圖1 某地塊水文地質勘察報告中的典型工程地質剖面圖

5 工程地質剖面圖對地下水監測井建設的指導意義

地下水監測井建設深度及類型方面。《建設用地土壤污染風險管控和修復監測技術導則》（HJ 25.2—2019）（以下簡稱導則HJ25.2）中提出調查范圍為淺層地下水，在污染較重且地質結構有利于污染物向下層土壤遷移的區域，則對深層地下水進行監測[7]。圖1顯示，目標地塊內存在地下潛水層，該潛水層位于滲透系數明顯較小的黏土④層以上的含黏性土中砂③層，初見水位為6.9m～7.6 m，埋深隨區域位置變化大，ZK4勘察孔處潛水層底較周圍潛水層底深，其他區域污染物可能向此處遷移，并在此處匯集，尤其是目標地塊內污染物存在重質非水相液體（DNAPL）時，故在此處建設的地下水監測井深度須達到黏土④層內0.5m～1m處，沉淀管為0.5m，篩管應從含黏性土礫砂③層底直至潛水初見水位（考慮該層水位年變幅）以上，以便調查地下水中可能存在的輕質非水相液體（LNAPL）。潛水層以下的弱透水層黏土④層在目標地塊內連續分布，最薄處厚度為7.1m，不利于污染物向下層土壤遷移，雖然按照相關標準要求可不調查該區域位于粗礫砂⑤層的承壓水層，但仍需參考黏土④層土壤的污染物情況，如果土壤調查發現ZK4勘察孔處埋深17m左右的土壤存在污染，則需調查位于粗礫砂⑤層的承壓水層水質情況。

建設調查多層地下水的監測井對施工技術要求較高[8～9]，重點行業企業用地調查系列技術文件對調查潛水層以下的水質情況持謹慎態度[6]。本文僅對確需調查第二層地下水的情況予以討論，圖1顯示，目標地塊的第二層地下水位于粗（礫）砂⑤層，該層層厚較厚，存在黏土夾層。粗（礫）砂⑤層以下為黏土⑥層埋深大于38.2m，埋深自勘察孔ZK3至ZK5逐漸變深，利于可能的DNAPL匯集[10]；粗（礫）砂⑤層以上為黏土④層，黏土④層底埋深自勘察孔ZK3至ZK5逐漸變淺，利于可能的LNAPL匯集；且粗（礫）砂⑤層滲透系數為9.89E-04，與素填土滲透系數相當，污染物在該層遷移性好；ZK5勘察孔處黏土④層頂埋深為5.1m高于其他區域，能夠降低潛水層中污染物通過多層地下水監測井向下遷移的風險。鑒于以上因素可以在ZK5勘察孔處建設多層地下水監測井，用以調查深層地下水水質情況，在ZK5勘察孔處建設多層地下水監測井時需注意黏土⑤夾層的干擾。

6 工程地質剖面圖對土壤鉆探深度和縱向采樣深度的指導意義

土壤調查深度的增加往往帶來采樣數量的增加，從而引起鉆探費用和分析檢測費用的增加。對于土壤地下水調查工作，依據地塊土層結構及分布來預先判斷調查深度顯得尤為重要。導則HJ25.2中指出應依據地塊土壤污染狀況調查階段性結論及現場情況確定下層土壤的采樣深度，最大深度應直至未受污染的深度為止[7]。重點行業企業用地調查系列技術文件附件4中所述，土壤采樣孔深度原則上應達到地下水初見水位，若地下水埋深大且土壤無明顯污染特征，土壤采樣孔深度原則上不超過15m。[6]附件4的規定相較于導則HJ52.2而言，減少了調查者的工作量，但若土壤調查點位處無地下水監測井，則增加了漏檢地塊土壤中可能存在重質污染物的風險。圖1顯示，ZK4勘察孔處潛水層底埋深為9.9m，初見水位埋深為6.9m，土壤采樣應調查至9.9m以下的黏土④層內，依據現場土壤PID檢測情況，確定土壤調查深度[11～12]，從而確保調查過程“兜底”。污染物在黏土層中向下遷移的速率一般較慢[10]，若ZK4勘察孔處的土壤和地下水存在污染，則要仔細觀察黏土④層中污染深度，以便估算其他土壤采樣點調查深度。圖1顯示，目標地塊內主要隔水層黏土④層最大埋深為13.6m～18.1m，處于15m上下，此種情況下可參考ZK4勘察孔處污染物在黏土④層中的遷移情況，相對于該處黏土層厚度而言，若污染物在黏土④層中向下遷移量較小，則ZK5勘察孔處土壤的調查深度可不調查至粗（礫）砂⑤層。

采樣點垂直方向的采樣深度方面，《建設用地土壤污染狀況調查技術導則》（HJ25.1—2019）指出可依據污染源的位置、遷移和地層結構以及水文地質等進行判斷設置[13]，導則HJ 25.2弱化了地塊層結構對縱向采樣位置的參考，強化了縱向深度對采樣位置的描述，這可能是考慮到污染物在土壤中的遷移性弱的因素，但土壤調查者仍需要依據地塊土層結構的分布初步判斷土壤采樣點的縱向采樣位置。依據圖1，ZK4勘察孔處的土壤采樣點須在含黏性土中砂②層、含黏性土礫砂③層中上部、含黏性土礫砂③層的初見水位處和黏土④層與含黏性土礫砂③層交界處等縱向深度處取樣，如有必要還需在黏土④層內采集土壤樣品以判斷污染物在黏土層的遷移深度。

7 目前水文地質勘察工作的不足之處

建設用地土壤地下水調查相關的技術指南和導則雖然對用于土壤地下水調查的地質勘察報告結論提出了具體要求，但并未對水文地質勘察工作開展過程中可能存在的問題進行明確闡述。

建設水文地質勘察孔是水文地質勘察工作的前提，為防止鉆探過程中勘察孔的塌陷，鉆探過程中會采用泥漿護壁[8～14]，護壁用泥漿在單個勘察孔建設過程中循環使用，如圖2典型水文地質勘察鉆探設備工作圖所示，這可能會造成污染物隨泥漿遷移至下層土壤中。為了滿足土壤地下水調查相關指南和導則的要求，掌握目標場地的地下水流向、地層結構和分布，地質勘察孔一般鉆探至第二含水層以下，這會造成存在于潛水層的污染物隨地質勘察孔向第二含水層遷移，導致污染范圍的人為擴大。因此本文建議在進行水文地質勘察孔鉆探過程中，如果地質勘察工作者在循環護壁泥漿中發現污染跡象，則應立即停止在該處作業，并采用直徑為20mm～40mm的優質無污染膨潤土球封堵，阻斷污染物隨地質勘查孔遷移路徑。

圖2 典型水文地質勘察鉆探設備工作圖

8 結論

實際開展土壤地下水調查過程中，不同場地的水文地質情況差異較大，地地層結構和分布對污染物遷移和匯集規律影響較大，因此充分理解、分析水文地質勘察結論，不僅能夠為調查成本估算提供有力參考，更能使土壤地下水調查工作有針對性，調查結果更能反映目標地塊的真實情況。在地質勘察鉆探工作中需要避開污染區域，避免污染范圍擴大。