典型污染場地土壤與地下水調(diào)查技術(shù)與評價研究

場地土壤與地下水污染問題，是世界關(guān)注的重要環(huán)境問題之一，對污染場地實施科學(xué)管理，是一個國家經(jīng)濟、社會發(fā)展到較高水平后必然要面對的問題。近30年來，許多國家和國際組織如美國、英國、澳大利亞、日本、歐盟等已經(jīng)建立起了較為完善的污染場地調(diào)查評價與修復(fù)治理的技術(shù)體系。隨著我國社會經(jīng)濟快速發(fā)展，土地功能頻繁而規(guī)模性地轉(zhuǎn)化，民眾越來越關(guān)注土壤與地下水的污染問題，急需建立用以規(guī)范和指導(dǎo)我國場地土壤和地下水污染調(diào)查評價與修復(fù)治理的技術(shù)體系。基于此，中國地質(zhì)調(diào)查局于2006年啟動了“典型污染場地土壤與地下水調(diào)查技術(shù)與評價研究”地質(zhì)調(diào)查項目，旨在通過對我國典型污染場地的調(diào)查研究，借鑒國外技術(shù)經(jīng)驗，建立具有我國地質(zhì)特色的污染場地土壤與地下水調(diào)查技術(shù)方法體系。

“典型污染場地土壤與地下水調(diào)查技術(shù)與評價研究”系國土資源大調(diào)查項目，由中國地質(zhì)調(diào)查局水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查中心主持完成，主要完成人有蔡五田、王廣才、鄭繼天、查恩來、劉雪松、張敏、李金英、王建增、李勝濤、王春輝、楊桂新、郝春博、曹紅。

一、研究內(nèi)容

1. 建立典型污染場地土壤與地下水調(diào)查技術(shù)和工作方法體系

2. 對污染場地含水層系統(tǒng)天然自凈能力做出評價

3. 開發(fā)與污染調(diào)查相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)

二、取得成果

項目主創(chuàng)人員立足我國典型污染場地，瞄準世界發(fā)達國家污染場地調(diào)查與研究的技術(shù)前沿，秉承地質(zhì)調(diào)查與科學(xué)研究有機結(jié)合且相互促進的理念，依托地質(zhì)調(diào)查項目，在不斷探索中取得了以下應(yīng)用創(chuàng)新性成果。

（一）編寫了具有我國地質(zhì)行業(yè)特色的污染場地調(diào)查技術(shù)要求

通過收集、研讀數(shù)十個發(fā)達國家?guī)装偃f字的污染場地調(diào)查評價技術(shù)資料，結(jié)合調(diào)查我國典型污染場地取得的經(jīng)驗，編寫出了具有我國地質(zhì)行業(yè)特色的污染場地土壤與地下水調(diào)查技術(shù)要求。該技術(shù)要求，在調(diào)查程序上，遵循污染識別－污染確認－污染詳細調(diào)查循序漸進的階段工作方法；在調(diào)查內(nèi)容上，突出了土壤與地下水污染一體化調(diào)查的思路，由地面污染源調(diào)查、表層土壤污染調(diào)查、深部土壤污染調(diào)查、地下水污染調(diào)查等部分構(gòu)成；在調(diào)查技術(shù)方法應(yīng)用上，除了繼承和發(fā)揚傳統(tǒng)地質(zhì)調(diào)查技術(shù)方法外如地面調(diào)查、物探、鉆孔調(diào)查等，還引入了新的技術(shù)方法如便攜式儀器快速篩查、直接壓入式鉆探調(diào)查、多級井監(jiān)測技術(shù)等。技術(shù)要求地質(zhì)特色明顯、可操作性強。

（二）通過調(diào)查實踐形成了與我國生產(chǎn)力水平相適應(yīng)的污染場地調(diào)查技術(shù)方法

1. 便攜式儀器土層測氣法。將光離子檢測儀與一個盛有被測土樣的密閉容器相連，是一種快速、簡單、有效識別土層揮發(fā)性污染特征、指導(dǎo)野外取樣的調(diào)查方法。這是一項在國內(nèi)首創(chuàng)的調(diào)查技術(shù)方法。已應(yīng)用于石油類、農(nóng)藥類等多個具有揮發(fā)性污染的場地調(diào)查中。

2. 便攜式儀器-高密度電法-鉆孔巖芯電導(dǎo)率實測組合調(diào)查技術(shù)方法。這一組合調(diào)查技術(shù)首先用于污灌類場地的調(diào)查，是識別我國污灌類場地污染分布特征的一種有效方法，在國內(nèi)尚屬首創(chuàng)。

3. 地下水多級監(jiān)測井技術(shù)。是監(jiān)測地下水動力場、水化學(xué)場、地下水動態(tài)，圈定地下水污染羽分布范圍、研究含水層自然凈化能力的一個關(guān)鍵技術(shù)。在石油類污染場地，建成了5口巢式監(jiān)測井和4口連續(xù)多通道多級監(jiān)測井，這項技術(shù)在國內(nèi)屬首次應(yīng)用和示范。

4. 地質(zhì)雷達與高密度電法組合物探技術(shù)方法。是識別石油類場地、污灌類場地、垃圾類場地地下結(jié)構(gòu)、地下水埋深、污染范圍、污染程度最佳組合物探方法之一。這兩項物探技術(shù)組合運用于污染場地調(diào)查中，在國內(nèi)尚屬首次。

5. “四土樣”采集法。對揮發(fā)性有機污染場地調(diào)查時，同時采集揮發(fā)性有機物樣品、半揮發(fā)有機物樣品、巖土工程樣品和自留樣品，是一個可行的取樣技術(shù)方法。其中，采用非頂空取樣，甲醇作為浸提劑，按甲醇與土樣體積1:1比例采集揮發(fā)性有機物土樣技術(shù)在國內(nèi)首次應(yīng)用。

6. 表層土壤系統(tǒng)網(wǎng)格調(diào)查法。是調(diào)查場地表層土壤污染分布的一種有的放矢的方法。該方法可根據(jù)調(diào)查精度的要求，按照捕獲污染源概率的大小，作為場地調(diào)查網(wǎng)格剖分的依據(jù)。在調(diào)查石油類污染場地時，首次應(yīng)用了這一調(diào)查技術(shù)方法，識別出了8個重污染區(qū)域，經(jīng)取樣分析證明了這一方法的正確性。

7. 地下水取樣方法。研發(fā)出了適應(yīng)于揮發(fā)性污染地下水環(huán)境的壓差式、氣控式地下水定深取樣器，以及雙氣囊氣動采樣泵，可采深達150m的地下水樣品，獲得實用新型專利3項。

（三）開創(chuàng)了我國石油類污染含水層天然凈化能力野外試驗研究

1．采用傳統(tǒng)微生物分析方法，對土層和地下水微生物種類及其分布規(guī)律進行了初步研究。采用分子生物學(xué)技術(shù)研究了受石油污染地下水中主要降解菌群的組成，分離純化出了高效降解石油污染物的菌種，為場地修復(fù)治理提供了科學(xué)依據(jù)。

2. 通過4年的地下水水化學(xué)長期動態(tài)監(jiān)測及地下水微生物樣品分析，圈出了石油類污染場地一個縱向長約150m，垂向?qū)捈s85m苯系物（BTEX）污染羽，并證明污染羽內(nèi)發(fā)生了微生物好氧作用、反硝化作用、鐵還原作用和脫硫酸作用。采用微生物水文地球化學(xué)方法，估算了含水層系統(tǒng)微生物降解BTEX的年速率。采用數(shù)值模擬方法，預(yù)測了在對流、彌散、生物降解作用下BTEX污染羽在十年內(nèi)的演化趨勢。

（四）初步建立起了我國第一個石油類污染監(jiān)測與試驗研究基地

在華北平原保定地區(qū)初步建立了石油類污染地下水監(jiān)測與水文地質(zhì)試驗研究基地，已在基地上建立了8個多級監(jiān)測井、2個抽/注井、27個簡易觀測孔，形成了對石油污染場地及其地下水污染羽的立體監(jiān)測系統(tǒng)，開展了抽水、彌散、取樣對比等污染水文地質(zhì)試驗，為提升我國地下水污染試驗研究水平、規(guī)范野外觀測方法、擴大技術(shù)交流發(fā)揮了表率作用。

（五）污染場地調(diào)查與研究取得新發(fā)現(xiàn)、新認識

（1）調(diào)查發(fā)現(xiàn)石油類場地包氣帶內(nèi)存在由植被根系構(gòu)成、深達十米的優(yōu)勢通道，加速了污染物向下的遷移速度。

（2）多級地下水監(jiān)測資料證明，埋深50m以內(nèi)地下水流向總體上與西高東低（山區(qū)至山前平原）地勢保持一致。埋深80m以下地下水流向與埋深50m以內(nèi)地下水流向相反。場地地下水流場呈現(xiàn)的這一現(xiàn)象，證明了在地勢起伏不大、位能基本相同的山前平原帶，深部地下水的開采也能形成不同級別的地下水流系統(tǒng)，即局部地下水流系統(tǒng)和區(qū)域地下水流系統(tǒng)。在飽水帶內(nèi)，淺部含水段的水頭均高于深部含水段的水頭，垂向水力坡度5.8-14.8 ‰，形成了淺部含水段垂向補給深部含水段的潛勢。淺部地下水電導(dǎo)率大于深部地下水電導(dǎo)率，淺埋深地下水pH值普遍小于深埋深地下水pH值，淺部地下水溶解氧濃度普遍小于深部地下水溶解氧濃度，淺部地下水氧化還原電位（ORP）普遍小于深埋深地下水ORP，在枯水期采用ORP識別石油污染效果比在豐水期好。

（3） 調(diào)查發(fā)現(xiàn)場地表層土壤污染物種類主要是單環(huán)芳烴和多環(huán)芳烴類，11種污染物的濃度服從對數(shù)正態(tài)分布。90%以上表層土壤柴油烴類濃度大于1000 mg/kg，場地污染主要由柴油烴類污染所致。

（4）有機污染物相對富集在含水量及有機質(zhì)高的淤泥質(zhì)土層，干的砂層和位于水位變動帶的粉質(zhì)粘土層。揮發(fā)性有機物最大污染深度30m。

（5）在包氣帶中，揮發(fā)性有機物氣體優(yōu)先積聚在滲透性強的砂性土層中，砂土層中VOCs氣的濃度是粉土層中VOCs氣的濃度1.5-12倍，平均3.76倍。VOCs氣在砂土和粉土中的擴散規(guī)律，可近似用指數(shù)模型描述，但衰減梯度不同，這一特征是石油類污染場地與其他非擴散型污染場地（如重金屬污染）的最大區(qū)別。

（6）通過大量鉆孔土層VOCs氣的現(xiàn)場測量，概化出了場地30m以上VOCs污染概念模型。從污染源向外，將VOCs氣隨深度的變化概括為污染源淋濾型、包氣帶擴散污染型、地下水波動帶污染型、混合污染型四種污染類型。

（7）多年監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，在場地絕大多數(shù)地下水中，VOCs和PAHs類污染物濃度隨時間總體上是衰減的，說明地下水具有一定的自凈能力。在場地大多數(shù)受污染的地下水中，淺部含水段地下水中污染程度要高于深部含水段。從地下水污染物濃度空間尺度的變異性看，垂向上的差異性遠大于水平上的差異性。

（8）首次采用美國EPA污染場地危害等級評分法（HRS），評價了石油類污染場地的危害程度，并對采用這一方法評價我國污染場地的危害等級提出了修正建議。

（9） 查明了污染渠水與地下水的關(guān)系，取得了污染渠水對周邊土層及地下水影響范圍的新認識。通過對水質(zhì)、水位動態(tài)觀測，并結(jié)合物探勘查、鉆孔電阻率測量，證明污灌渠水與地下水有一定的聯(lián)系，首先通過垂向淋濾滲透方式補給地下水，然后再在地下水流場的作用下影響周邊的土壤和地下水。污水渠垂直影響深度可達20m，水平擴散影響范圍至少大于30m。

三、應(yīng)用情況

依托項目編寫的“污染場地土壤與地下水調(diào)查技術(shù)要求”以及通過污染場地調(diào)查實踐取得的一些應(yīng)用研究成果如快速識別VOCs污染的便攜式土層測氣法、地下水多級監(jiān)測井技術(shù)、地下水定深取樣技術(shù)、便攜式土壤檢測-物探技術(shù)-鉆探技術(shù)組合調(diào)查技術(shù)等已在國土部門、環(huán)保部門、科研院校得到應(yīng)用。

“污染場地土壤與地下水調(diào)查技術(shù)要求”出臺，填補了我國地質(zhì)行業(yè)場地污染調(diào)查技術(shù)標準的空白，是對我國環(huán)保部編寫的污染場地調(diào)查技術(shù)標準的一個補充和完善，對科學(xué)、規(guī)范地開展我國場地污染調(diào)查工作具有重要的參考價值，必將在我國土壤與地下水污染調(diào)查、環(huán)境地質(zhì)調(diào)查、生態(tài)文明建設(shè)中發(fā)揮作用。