（海洋地质专业论文）地下水潜在污染的监测与评价.pdf

地下水潜在污染的监测与评价 石莉颖 【摘要】地下水潜在污染的监测与评价是环境现场评价的重要组成部分，已 经成为跨国公司兼并与转让中考虑的重要因素之一。中国的企业应当借鉴国外先 进经验，将地下水潜在污染的监测纳入自己的发展规划，以减少地下水污染引起 的潜在风险。本文结合中国实际提出在企业中推广和应用地下水潜在污染监测方 法及对潜在污染的评价。 【关键词】地下水污染监测环境评价企业 g r o u n d w a t e rp o t e n t i a lc o n t a m i n a t i o nm o n i t o r i n ga n de v a l u a t i o n s h il i y i n g a b s t r a c t d u et oi t sp o t e n t i a ll i a b i l i t i e s ，g r o u n d w a t e rc o n t a m i n a t i o ni so n eo f t h ei m p o r t a n tc o n c e r r l so fm u l t i n a t i o n a lc o m p a n i e sd u r i n gb u s i n e s s t r a n s a c t i o n s ( m e r g e r sa n da c q u i s i t i o n s ) f o rt h i sr e a s o n , g r o u n d w a t e rp o t e n t i a l c o n t a m i n a t i o nm o n i t o r i n gh a sb e c o m et h em o s ti m p o r t a n te l e m e n to ft h e e n v i r o n m ，e n t a ls i t ea s s e s s m e n t t h i sb u s i n e s sp r a c t i c e ，m o n i t o r i n gg r o u n d w a t e r f o rp o t e n t i a lc o n t a m i n a t i o n , c o u l db el e a r n e db yc h i n e s ei n d u s t r i e sw h e n d e v e l o p i n gt h e i rb u s i n e s sp l a n s b yi n t e g r a t i n gt h ep r a c t i c ew i t ht h e i rb u s i n e s s d e v e l o p m e n tp l a n s ，t h ei n d u s t r i e sm a yr e d u c e a v o i dt h e r i s k sa s s o c i a t e dw i t h g r o u n d w a t e rc o n t a m i n a t i o n t h i sp a p e rp r o p o s e st h em e t h o d o l o 昏e so f m o n i t o r i n ga n de v a l u a t i n gg r o u n d w a t e rp o t e n t i a lc o n t a m i n a t i o nf o rc h i n e s e i n d u s t r i e sb a s e do nt h ec u r r e n tc h i n e s eb u s i n e s ss y s t e m k e yw o r d s g r o u n d w a t e rc o n t a m i n a t i o nm o n i t o r i n g e n v i r o n m e n t a la s s e s s m e n ti n d u s t r y 地下水潜在污染的监测与评价 石莉颖 【摘要】地下水潜在污染的监测与评价是环境现场评价的重要组成部分，已 经成为跨国公司兼并与转让中考虑的重要因素之一。中国的企业应当借鉴国外先 进经验，将地下水潜在污染的监测纳入自己的发展规划，以减少地下水污染引起 的潜在风险。本文结合中国实际提出在企业中推广和应用地下水潜在污染监测方 法及对潜在污染的评价。 【关键词】地下水污染监测环境评价企业 g r o u n d w a t e rp o t e n t i a lc o n t a m i n a t i o nm o n i t o r i n ga n de v a l u a t i o n s h il i y i n g a b s t r a c t d u et oi t sp o t e n t i a ll i a b i l i t i e s ，g r o u n d w a t e rc o n t a m i n a t i o ni so n eo f t h ei m p o r t a n tc o n c e r r l so fm u l t i n a t i o n a lc o m p a n i e sd u r i n gb u s i n e s s t r a n s a c t i o n s ( m e r g e r sa n da c q u i s i t i o n s ) f o rt h i sr e a s o n , g r o u n d w a t e rp o t e n t i a l c o n t a m i n a t i o nm o n i t o r i n gh a sb e c o m et h em o s ti m p o r t a n te l e m e n to ft h e e n v i r o n m ，e n t a ls i t ea s s e s s m e n t t h i sb u s i n e s sp r a c t i c e ，m o n i t o r i n gg r o u n d w a t e r f o rp o t e n t i a lc o n t a m i n a t i o n , c o u l db el e a r n e db yc h i n e s ei n d u s t r i e sw h e n d e v e l o p i n gt h e i rb u s i n e s sp l a n s b yi n t e g r a t i n gt h ep r a c t i c ew i t ht h e i rb u s i n e s s d e v e l o p m e n tp l a n s ，t h ei n d u s t r i e sm a yr e d u c e a v o i dt h e r i s k sa s s o c i a t e dw i t h g r o u n d w a t e rc o n t a m i n a t i o n t h i sp a p e rp r o p o s e st h em e t h o d o l o 昏e so f m o n i t o r i n ga n de v a l u a t i n gg r o u n d w a t e rp o t e n t i a lc o n t a m i n a t i o nf o rc h i n e s e i n d u s t r i e sb a s e do nt h ec u r r e n tc h i n e s eb u s i n e s ss y s t e m k e yw o r d s g r o u n d w a t e rc o n t a m i n a t i o nm o n i t o r i n g e n v i r o n m e n t a la s s e s s m e n ti n d u s t r y 致谢 当我呈上这篇毕业论文，结束自己十几年的学校生活即将走上社会时，回 首曾经走过的路，对亲人、老师、朋友的支持、帮助和鼓励难以忘怀。 感谢我的父母，他们以宽厚的爱给我支持和鼓励。感谢我的导师董荣鑫， 感谢他两年来学业上给我的耐心指导；感谢他在生活中给我无微不至的关怀和照 顾。感谢我的副导师王勇，在论文成文过程中得到了王老师的极大帮助。在e r m 上海办事处实习期间，所见所闻使我受益匪浅。感谢王老师给我这样一个机会， 使我能够站在更高的起点。感谢我的导师周祖翼，他在我遇到困难时给予我热情 的帮助和鼓励。他们的才智和为师风范使我懂得了如何去做学问、如何去做人， 这是最珍贵的财富。感谢廖宗廷、吴健生、付强、徐志凤、王秀雅、吴梅英老师 对我的支持和帮助。感谢e r m 上海办事处的全体员工。感谢所有帮助和关心我 的人，在这里我只能以赤子之心表达对你们的诚挚问候与祝福。 感谢我的学友朱卫根、赵学良、锁景华、李兴宁、乔艳、黄宝琦、李英杰、 马婷婷、王水强、许清侠、黄院雄、罗哲、雷坤、李安龙、王珍岩及我的师兄弟 王彦周、陈华根、张宏伟、张海英、官祥霖。 第一章绪论 1 绪论 1 1 研究背景( 由来) 在过去二十年中，中国经济得以高速发展，但这种发展也带来了较大的环境 破坏。环境污染和资源消耗等越来越严重地威胁着人类的健康和可持续发展，并 日益受到全社会的普遍关注。地下水作为环境重要组成，正经受着越来越多污染 物质的冲击。最新资料指出，我国城市每年至少有3 0 0 多亿m 3 的工业废水和生 活污水要排放，其中一部分将转入地下( 石振华等，1 9 9 3 ) 。随着时间的推移， 几十年前纯洁的地下水，由于人类活动，正在逐步恶化。 美国早在7 0 年代通过“超级基金”法，规定地下水污染到一定程度要进行 清理，规定任何公司都要对所辖范围内的地下水污染进行监测、清理，谁污染谁 治理。如果购买了地下水已被污染的用地，对企业会造成很大经济损失和潜在的 法律责任。因此，跨国公司自发地对地下水污染进行监测、评价并记录背景值， 以避免潜在风险。如欲购买地下水已被污染的用地，必须在合同中写明，并有可 能降低土地价格。 8 0 年代以来，许多发达国家纷纷在中国投资建厂。在他们的规划中，不仅考 虑到市场、原材料、人力资源等因素，环境因素也越来越受重视。国际竞争的需 要，国家政策的要求，社会公众的期望，使各种类型的组织都越来越重视自己的 环境表现和环境形象。随着中国加人世界经贸组织( w t o ) ，中国的市场将更为 开放，中国的企业将面临着更多的选择和竞争。国际标准化组织推出i s 0 1 4 0 0 0 系列环境管理标准，旨在指导各类组织( 企业、公司) 取得和表现正确的环境行 为。地下水作为环境的重要组成部分，不仅对产品质量、生产成本、企业效益， 而且对员工健康及企业潜在的法律责任都有重要影响。在与国际接轨的过程中， 地下水潜在污染的监测与评价已经成为评价投资环境的重要因素之一。 地下水污染的调查研究可分为三个阶段：第一阶段：环境现场审计；第二 阶段：土壤和地下水调查( 本文研究内容属于第二阶段的一部分，但侧重研究地下 水) ；第三阶段：地下水污染的修复。地下水一旦污染，清理非常困难，耗费资金 大，影响深远。因此需及时判别地下水是否遭受污染，为今后的地下水保护与治 理提供依据和便利。 第一章绪论 第二阶段土壤和地下水调查通过对地下水和土壤进行采样分析，来确定可能 存在的污染以及描绘现场范围内土壤和地下水的本底现状。并通过对调查资料的 评估来判定污染物潜在的迁移规律和是否有必要做进一步调查，反映了现场真实 环境状况，确定现场是否符合企业未来的环境管理需要。地下水潜在污染的监测 与评价是第二阶段土壤和地下水调查的重要组成，也是本文的主要研究内容。 第二阶段土壤和地下水调查在中国的推广刚刚起步。中国企业应当借鉴国外 先进经验，将地下水潜在污染的监测纳入自己的发展规划，在国际交往中明确自 己的责任与义务，顺利与国际接轨。国内企业的领导者尚未意识到位于企业之下 的地下水、土壤环境与企业的信誉、产品质量同样重要。此外，被污染的地下水、 土壤可能给企业造成法律责任，带来意想不到的后果。 本文正是在此基础上，引进了适合于企业发展、兼并、转让中的地下水潜在 污染的监测概念及具体可行的操作方法，为企业、政府的领导者、决策者提供依 据和帮助。 1 2 国内外企业地下水潜在污染的监测现状与趋势 我国地下水资源的污染现状是严重的，而且有日益蔓延发展的趋势( 侯宇光 等，1 9 9 0 ) 。8 0 年代初，我国在地下水污染的调查研究方面有不少单位做了大量 工作，积累了一定的资料。地质部曾在1 9 7 9 年与1 9 8 2 年分别召开了北方地区与 南方地区的环境水文地质工作经验交流会。会上讨论了城市地下水污染规律及其 预测、地下水污染的机理、环境质量评价方法等。随着对地下水污染的重视，预 测地下水污染发展趋势的数学模型逐渐完善( 孙讷正，1 9 8 9 ) 。中国的地下水监 测更多的是从取水或是环保规定以及地面沉降的观测等目的出发。几乎没有中国 的企业主动要求对地下水进行监测。本文的地下水潜在污染的监测是针对企业而 言的，作为企业环境管理的一部分，有其自身的特色。国内在这一方面的地下水 监测做得很少，也无统一的技术导则可循，理论和实践都还处理初级阶段。 国外早在7 0 年代就致力于地下水污染的调查研究方法与控制技术、防治措 施的研究。国外学者对不同气候和地质条件下不同成因的地下水污染分门别类地 进行了研究。7 0 年代末期，美、英，加等国建立了预测性的地下水污染数学模型 ( 金士博，1 9 8 7 ) 。 2 第章绪论 此外，国外有关要求企业对其所属范围内地下水保护的法律及法规也较完 善。从7 0 年代起，美国陆续出台了许多旨在保护环境的法律、法规( b o t k i n ，1 9 8 7 ) ， 其中有许多涉及到地下水的保护，并规定了企业违法、违规所要承担的责任，指 明谁污染谁治理。企业的态度也从被动变为主动。许多大型的跨国公司使用世界 范围统一的公司环境标准。他们对地下水保护的原则是：预防、预防、再预防， 一旦污染立即治理。地下水潜在污染的监测在国外企业做得很多，而且已经形成 了完善的理论体系，积累了丰富的经验和实验手段，已经成为企业兼并、转让中 的环境服务项目之一。 美国、荷兰都有针对企业的地下水，土壤质量标准。中国现已通过国家环境 保护总局标准工业企业土壤环境质量风险评价基准( h j t 2 5 - 1 9 9 9 ) 。随着观 念的深入，预计中国5 年内也会通过有关企业地下水的类似法规，作为评价的准 绳。中国的企业已经开始逐渐接受新观念，正在实践中摸索适合中国现状的监测 方法及手段。 1 3 本文研究内容 为适合中国企业与国际接轨需要，本文通过现场的地下水和土壤采样分析， 总结了适合中国国情的完整的地下水及土壤监测操作程序，提出了目前存在的各 种主要问题及实际操作中的注意事项及改进建议。确定可能存在的污染，给出现 场地下水和土壤的本底现状。 现在对地下水潜在污染监测结果的评价多是根据实验室分析结果，参照评价 标准来判定单个指标的污染可能性。本文提出了聚类分析方法，用来确定不同监 测井的受污有无共同的联系。由于企业范围内地下水中潜在污染物的监测范围一 般较小( 远小于大范围的水文地质监测) ，区域面积一般为一个工厂、一个企业 或仅是一个地块的占地面积。因此，不同生产车间，不同的排污管道等，都可能 对邻近地下水污染带有自己产品或生产工艺的特点，正确识别井与井之间的聚类 关系，对于识别交叉污染具有非常重要的意义。一口监测井的污染是由它邻近的 污染源造成，还是由远处污染源迁移造成，还是共同作用的结果，迁移的趋势， 是否有必要做进一步的调查研究，这些都是应仔细考虑的问题。本文提出了用聚 类分析判别监测井之间及监测项目之间的污染关系，结合应用计算机给出更直 3 第一章绪论 观、更客观的评价结果，是一种新的尝试。由于时间和实验条件的限制，还有许 多不完善的地方，以后将着重进行污染趋势平面可视化的研究，尝试根据实验室 结果用计算机直接进行场地综合质量评价。 4 第二章地下水潜在污染的监测方法 2 地下水潜在污染的监测方法 企业的环境包括生产环境和自然环境。地下水和土壤是企业自然环境的重要 组成部分，其性质受企业生产活动的影响。随着可持续发展的深入，中国对环境 越来越重视。企业作为环境保护的主体之一，对自己所辖范围内的地下水和土壤 环境质量好坏负有一定的责任，而不能象以前那样只管生产经营，缺乏环境意识。 随着更多相关法律的陆续出台，环境管理已经成为企业必不可少的一个重要环 节。地下水或土壤的污染将会给企业带来潜在的法律责任，企业因此有可能被罚 款、停业、关闭或承担相应的刑事责任，并可能影响企业形象。因此，企业必须 更加重视对其自然环境的管理。 2 1 地下水污染特点 地下水污染是指由于某种原因改变了符合一定标准的地下水水质( 包括它的 物理、化学和生物性质) ，使它不再适合原来的用途( 侯宇光等，1 9 9 0 ) 。 潜在污染是指地下水有可能污染，也有可能未被污染，或在特定环境中被污 染的可能性较大，应采用正确的手段和方法来加以判别，并积极采取预防和补救 措施。 ( 1 ) 地下水流动一般都非常慢，因此地下水污染过程也较缓幔且不易觉察： ( 2 ) 地下水流动复杂，污染规律不易掌握，特征描述困难较大； ( 3 ) 一旦地下水被污染就较难治理，费用昂贵； ( 4 ) 地下水携带的污染物有可能污染地下水流经区域； ( 5 ) 对人体健康、工农业生产产生危害。 2 2 监测前准备工作 监测前应进行详细的现场调查。调查工作将涉及以下几个方面： 有关现场和邻近区土地使用现状，历史状况的信息考察； 现场及邻区水文地质条件调查； 收集当地及现场附近地区生产造成的各种液态和固态有害物质，产品和废物 的生成、处理，储存及处置情况； 确定各种地面和地下储存容器、储罐及相关管道； 5 第二章地下水潜在污染的监测方法 与现场调查中发现的土壤和地下水污染相关的各种可得到的分析数据和结论 的考察； 确定现场附近有无地下管道及电缆系统的线路。 在前期准备工作中需要参观场地，对场地整体的概况有一个大致的了解。并 在现场管理人员的帮助下，尽可能获得更多的有关场地的各种资料，还要详细了 解场地的生产活动，以及主要产品及工艺，原料，可能产生的废物、有毒有害物 质及排放处置方法。 进场前应确保所需的仪器、工具及各种图件及相关的文件、协议等( 详见表 2 1 ) 。 表2 1地下水潜在污染的监测现场所需基本物品 方案钻井柱状图表 卫生纸 保存剂 光离子检测仪 b a i l e r 冷藏箱 移液管 塑料袋回填滤料冰块清洗剂 手钻手套小刀蒸馏水 钻孔柱状图表永久性记号笔 笔记本 安全准备 场地地图取样瓶 温度计、p h 计等 b a i l e r ：一种用采取水样的p v c 长雷 2 3 监测井点布置原则 对不同类型的地下水或不同含水层组，应分别设置监测点( 奚立旦，1 9 9 8 ) 。 土壤的不均匀性，使得设置地下水采样点较为复杂。自监测井采集的水样只代表 含水层平行和垂直的一小部分。所以，进行现场采集前应合理地确定采样位置。 由于监测前并不知道确切的污染源，只能根据可疑点和可能存在的污染源的 分布和扩散形式以及评价项目的现场实际条件，及现场人员提供的资料和已掌握 的水文地质条件、地下水开发利用状况( 刘群，1 9 9 8 ) 、采取点面结合的方法， 抓住重点，并对整个评价区域都能做适当控制( 控制全区抓重点) ，反映出评价区 地下水污染的真实情况。 应在监测区内每一百平方米范围内至少布一个点。点位的选择必须有代表 性。如监测区内低洼处，因为低洼处易于接受沉积，河沟等。场地较小的情况下 建议在场地四角( 周) 布点，这样比较容易确定场地整体情况，确定污染物是由 场地外进入场地还是由场地内迁移至场地外。 总之，应对现场详细了解后，结合生产工艺、流程、排污情况，综合确定监 测井位置，以确保采样点的空间分布能最大限度地鉴别现场可能的污染物的存 6 第二章地下水潜在污染的监测方法 在。每一孔位都应经现场管理者确定无任何地下设施。 为确定某一重要污染源的污染范围，监测点可适当增加。如果某区的污染可 能性较大，在合理的布置监测点之后，还可在场地内结合实际情况布置手钻孔， 以便对监测区有更详细的了解。对于已作过详细研究、监测资料较多的地区，其 采样点数也可酌情减少。 2 4 监测井的设计 监测井的基本结构是相似的，一般的监测井都包括：套管、过滤器( 或过滤 网) 、填料、密封材料。用于不同目的的监测井可能在结构或工艺上略有不同。 2 4 1 套管 所有的监测井都有套管。套管的直径是由监测井的用途和井深来决定的。套 管的作用：由于支护了不稳定物质，使它们不致坍塌掉块，从而简化和易于钻进； 使钻井液和钻进工具对孑l 壁的冲刷和磨蚀减致最小程度；减少钻井液的漏失；便 于安装或拔出其它套管；便于放置防污卫生密封装置( 美国内政部水力资源局， 1 9 8 9 ) ；用以存放滤料和在某些情况下，对井周围自上而下的坍塌提供一定程度 的防护作用。 设计监测井时需要考虑套管的直径、长度和所用材料。用于采水样的监测井 其套管直径一般为6 0 r a m 左右( 美国) ，这样可以容许标准的采样仪器进入。有时 监测井不仅仅是用于一种功能，而有多种用途：测水位、采水样、用水泵抽走被 污染的地下水等。如果同时有多种用途，其最小直径应为6 0 m m 。现阶段，我国 常用套管内径一般7 0 1 0 0 m m ，壁厚3 5 5 m m ( 最好不小于5 m m ) ，并应根据钻孔 的直径选用相应尺寸的p v c 井管( 见表2 2 ) 。 表2 2p v c 井管井径与钻孔直径对应关系( t u r n ) 钻孔套管内径1 3 0 ( 1 2 6 )1 5 0 ( 1 4 6 )1 5 0 ( 1 4 6 ) 1 9 0 1 9 0 p v c 管内径 7 07 58 09 0l o o p v c 管壁厚 3 5 4 o3 5 4 o 5 5 5 套管的直径也受井深限制。井越深，其直径越大，所需强度也越大，才能保 证在较深范围内井壁仍垂直。如果土层强度较差，在成井过程中还应下入临时套 管。 选用套管材料前应考虑监测井的用途，地下水的化学成分及相关的污染物、 地下水中化合物是否会和套管成分发生反应、井深、所需强度、井的使用年限等。 7 第二章地下水潜在污染的监测方法 套管可由以下材料制成：含氟聚合物，例如p t f e ( 聚四氟乙烯) 、低碳钢、 不锈钢、玻璃纤维、镀锌钢、p v c 和氯丙烯。低碳钢、不锈钢常用于供水井套 管，在监测井不常见。因为它可能与地下水发生反应，而从套管中淋失一些金属 成分( g i b ba n d m i l l e r ，1 9 8 3 ) 。聚丙烯用得很少。大多数监测井套管由不锈钢或p v c 制成，p t f e 没有这两种材料常见。p v c 是几种材料中最便宜的。不锈钢强度最 大，其次是低碳钢，而且防热，但是较重，因此不易安装。塑料的强度相对较低， 但是可以采用高型号的。大多数监测井较浅，s c h e d u l e4 0 或s c h e d u l e8 0 的p v c 强度足够。p t f e 很脆，抗拉强度小，仅限于浅井。此外，p t f e 套管易在自身重 力下弯曲，下井过程中不易保持垂直。选择监测井套管材料时，必须考虑套管材 料与地下水间的可能的化学反应。理想的套管是既不会向水中淋失成分也不会吸 收水中组分。实验表明，监测有机物时，最好要选择不锈钢，而避免使用p t f e 。 如果要同时监测有机物和无机物，综合比较，p v c 是最佳选材。 2 4 2 过滤器( 网) 过滤器可以让地下水进入监测井，防止粉砂、砂、杂质等其它成分进入监测 井；稳定孔壁；便于水流进入井中并在井内流动，对井起到扩径作用，提高井的 效率。在大多数监测井中，过滤器直径与套管直径相同，紧套在套管外面。因此， 过滤器所用材料与套管相同。选择套管材料时所要考虑的因素同样适用于过滤 器。过滤器有缝隙式过滤器，、缠丝过滤器等。 本文作者在现场中所用的p v c 套管直径8 9r r l l l l ，底部为3 0 c m 长的沉淀管( 见 图4 2 c ) 。沉淀管向上为3 7 m 的取水段( 见图4 2 b ) 。取水段的长度，根据现场 实际情况确定。预先钻好直径为5 8 m m 的取水孔，面孔率控制在2 5 3 0 左右。 上加6 根4 m m 粗尼龙绳做垫筋，再用尼龙筛网布包缠，一般采用3 0 - , - 4 0 目。遮 盖后采用直径2 - 3 r a m 粗的尼龙绳缠绕固定，间隙为3 0 r a m 。套管上端加p v c 上 盖，以防外物人内，盖上有把手，便于打开和关闭。 2 4 3 监测井填充材料 地下水监测井的填充分为三层，最下面一层为滤料( 砾石) 层，中间一层 为密封层，最上一层为混凝土层。 8 第二章地下水潜在污染的监测方法 滤料层的砾石应选用事先分选好，并清洗干净的天然石英砂。禁止用建筑 砂或其它材料代替。砾料的直径应从小到大有一个适当的范围和分布，其中9 0 的颗粒应大于花管取水段钻孔的孔径，一般以5 1 0 m m 为主，以保证滤料层对地 下水能发挥良好的过滤和渗透作用，同时又不进入井管内部。滤料层一直延伸到 井管取水段上端以上o 枷6 m 处( 见图4 2 a ) 。 滤料层以上为密封层，密封层用料为优质白色膨润土球。直径1 0 - 2 0 m m ， 要求在施工前一星期做好晾干。密封用水用蒸馏水，密封层厚度约0 6 0 m 。 密封层以上为水泥和优质膨润土 昆合土层，密封层以上为监测井的地面部 分。 ( 4 ) 地下水监测井地面部分 地下水监测井的地面部分原则上和地面取平( 或按设计要求做井台) 。为 避免雨水流人等，可使地面部分的顶圈和上盖略高出地面约5 0 m m ，并向四周用 水泥作出斜坡，使之不妨碍行人和车辆的交通。顶圈和盖部分应采用购买的正规 顶圈和上盖。 井管上端开口除了有p v c 上盖以外，必须有一钢质封闭圆筒( 不小于o 8 m 长) ，其下部封死于混凝土层之中，上部有铰链可以使圆筒之顶部方便的开启和 关合，同时可以上锁以保证套管上端的完好和安全。锁应安置在圆筒顶部，以防 浸水生锈。 地下水监测井的地面部分应满足防水、防雨，使用方便、长期保护这几方 面的要求。 2 5 监测井的安装 2 5 1 去污准备 钻井的目的是为了取水样、分析成分，有些化学物质含量非常少，因此在安 装过程中一定不能把其它化学物质带到地下水中，所以要清洁设备。 清洁钻井和土壤取样设备的步聚如下： 用线刷刷掉设备上所有干沉积物、沉积的油垢； 用软刷、水、不含磷的洗洁剂清理设备； 在特殊情况下，可用醇洗掉设备上的有机溶剂； 9 第二章地下水潜在污染的监测方法 用可饮用水冲洗； 用去离子水冲洗。 2 5 2 钻井方法 安装监测井有许多打钻的方法。在美国，空心钻常用于钻进未固结地层，如 果井较深( 超过3 0 米) 或进入基岩，用旋转钻进较合适。既有未固结，又有固结地 层，用钢绳冲击钻较好。下面介绍几种国外的钻井方法( 见表2 3 ) 。： 目前，国内常用连续实心快速钻钻进，螺旋钻头直径1 5 0 - 1 9 0 r a m ，既可连续 取芯鉴定分层，又可无水干钻。应根据井位地质，采取相应技术措施，如护壁套 管以防塌孔、缩孔等，确保成孑l 质量。 表2 - 3国外钻井常用方法及特点 国外常用钻进方法优缺点及适用范围 h o l l o w s t e ma u g e rd r i l l i n g 适用于非固结地层中钻进 空心钻杆钻进 直径2 4 英寸，不需钻进液和泥浆 m u d r o t a r yd r i l l i n g不适合地下水污染的研究，适用于固结、非固结地 泥浆旋转钻进 层。钻进速度快，适用于各种深度地下水井。由于 泥浆护壁不会坍塌。但由于泥浆作用，可能地下水 化学性质。 a i r r o t a r yd r i l l i n g水样被污染的可能最小。但由于加入泡沫，使用被 空气旋转钻进 压缩的空气作为钻井液，把v o c 、被污染的灰尘排 到大气中。特别适用于坚硬岩石的快速钻进 r e v e r s e r o t a r yd r i l l i n g适用于非固结地层的最快速的钻进 反循环旋转钻进 装备。不过需要大量的水，因为很少采用钻进泥浆， 不会改变地下水成分。但是比m u d r o t a r yd r i l l i n g 贵。 c a b l e - t o o ld r i l l i n g 由于其性能适用范围广泛，可能是各种钻机中用途 钢绳冲击钻进 最多的。与其他钻机相比，它的最大缺点是钻进速 率较低和钻进深度有限。钻进中需要的水比大多数 常用钻机少得多。样品不会被钻进用的泥浆和粘土 严重污染。适用于在粘土或砂等松软地层中。 卑据g r o u n d - w a t e ra n ds o i lm o n i t o r i n g 2 5 3 监测井的安装步聚 ( 1 ) 当钻至设计深度( 必要时须有钢质套管护壁) 后，开始安装预先准备( nt 、 清洗) 好的p v c 井管，当井深超过一整根井管的长度时，井管之间采用丝扣连接 或插接( 或热空气连接) 。 ( 2 ) p v c 井管取水段的上端应高于地下水涨落的最高水位约0 3 米，以保证地 表面飘浮的污染组分能通过取水层进入井管内部。 1 0 第二章地下水潜在污染的监测方法 ( 3 ) 井管下到要求深度后，将滤料缓缓投入井管与钻孔( 或套管) 壁之间。填砾 料时需边投料边测量深度，如发现数量、深度与设计值出入较大时应查找原因， 采取措施后再投料。 ( 4 ) 填料完成后上面投入优质膨润土球至设计深度。完成密封层后，倒入少量 蒸馏水以密封情况。如有明显渗透，应增填膨润土球，一直达到密封要求。 ( 5 ) 密封层以上为水泥和优质膨润土混合土层，混合土层之上为监测井的地面 部分。 ( 6 ) 顶部按设计要求做井台。井口有p v c 盖，可上锁钢盖和井口保护盖三个 层次( 见图2 1 ) 。 ww 斟酉 abcde 图2 1简明监测井安装步骤示意图 2 5 4 洗井 由于接触大气、套管和过滤器，有可能影响地下水的化学性质( 奚立旦， 1 9 9 8 ) 。为了确保能够取到真正代表地下水的水样，在取水样之前应将井中原有 水抽掉。洗井的目的就是将井中原有水清除掉。为了满足这一目的，抽出水的体 积取决于清洗方法和含水层的渗透性。采样前，每一个井孔都要用水泵配上插入 井中的软管来洗井。抽水所用管材为优质、透明塑料软管，以便观察，并减少管 线引入可能污染。每次当井中水抽空时，停泵，让泵中水流到井中，尽量使井中 颗粒物被清除。在不同井之间，所有泵和设备都用无磷洗涤剂及自来水进行清洗， 然后用蒸馏水清洗。在采样期间，用预先已经校正的仪器测量随机水样中的p h 值、电导率、总溶解性固体和温度。 第二章地下水潜在污染的监测方法 2 5 5 水准测量 对完成的地下水监测井的井位和地下水水位进行测量，给出各井的相对位置 和相对高度，地下水的相对高度和走向。 2 6 采集地下水样 2 6 1 完整地下水监测井构造 完整的地下水监测井结构见图2 2 图2 2 监测井结构示意图 2 6 2 采样设备 选择采集样品设备的原则是该设备不与地下水中的污染组分发生作用。监测 工作中应足够重视。如铁质井管会使水中铁量增加，s 0 4 r 和s i o ：减少，水质变色 ，而且会干扰一些化学成分的分析( 章亚麟，1 9 9 4 ) 。一般情况下，聚氯乙烯井 管较为理想，但易和芳香族有机物起反应。所以地下水中含有芳香族有机物并需 要进行监测时，这种管子就不合适了。无论何种井管都应清除一切油垢，下井前 应认真处理，以免混入水井影响分析结果。 1 2 第二章地下水潜在污染的监测方法 采样装置一般采用浮桶、深井泵或潜水泵等。取样前应认真检查，如浮桶常 常可能有残留物，水泵可能会漏油等。目前常用的水样容器为聚乙烯容器和硅酸 盐硬质玻璃。试验结果表明，这两种容器本身对一些重金属离子都有吸附作用。 这对于地下水中浓度很低的微量元素来进，这种吸附是不能忽视的。鉴于这一事 实，监测工作中根据情况，对所使用容器的吸附特性做一些试验，掌握其规律， 这对于正确分析地下水中污染物的浓度是很有好处的。目前，几乎没有一种通用 采样器可资利用，因此必须针对监测项目选择采样器和采样方法。 2 6 3 采样注意事项 欲采集有代表性的水样，应运用地理、地质、气象、水文、生态、环境等综 合性的知识( s a n d e r s ，1 9 8 9 ) ，并应首先考虑地下水的类型和下列因素： ( 1 ) 地下水流动较慢，所以水质参数的变化也慢； ( 2 ) 地下水埋藏深度不同，温度变化规律也不同。近地表的地下水的温度受气 温影响具有周期性的变化，较深的年常温层中地下水温度比较稳定( 王大纯， 1 9 9 0 ) ，水温变化不超过0 1 ；但水样一经取出，其温度即可能发生变化。这种 变化能改变化学反应速度，从而改变原来的化学平衡，也能改变微生物的生长速 存 ，j 乙 ( 3 ) 水样吸收或放出c o ：可引起p h 值的变化，也将引起某些化合物的氧化还 原作用； ( 4 ) 硫化氢等溶解性气体可在表面损失； ( 5 ) 由于采水器的吸附或沾污和某些组分的挥发，水样的真实性都将受影响。 由于包气带的存在，地下水一般处于缺氧状态。因此，所采取的样品也应保 持这种状态。如不能保持这种状态，一旦所取样品与空气接触，那么水样中的溶 解氧将会急剧大量增加，水中的一些成分也会随之发生相应变化，其分析结果也 就失去了意义。尤其是在没有抽水设备的井中取样时，如用桶吊水会使大量空气 进入水样中。 2 7 包气带监测 包气带在地下水污染中扮有特殊作用，对地下水污染有防护作用( 翁焕新， 1 3 第二章地下水潜在污染的监测方法 1 9 9 8 ) 。然而，正是包气带的这种防护作用，使包气带中积存有大量污染物，包 气带又构成了向下部地下水输送污染物的稳定释放源( 王大纯，1 9 9 0 ) 。在这种 情况下，即使地表污染源清除掉，地下水污染仍不能得到治理。为了正确判断这 一释放源强度，并且为下一步治理打下基础，也应对自地表至地下水这一空间部 位中污染物的空间分布和转化规律进行监测分析。 因此，在地下水中潜在污染物的监测中，应尽可能采集到初始地下水位以上、 附近和以下的土壤样品。从不同地下土壤层中采样的所有样品应在现场用光离子 化测定仪( v r d ) 现场测定样品袋顶空中的挥发性有机物v o c s 的浓度。达到最高p i d 示值或表现出最强烈的视觉和嗅觉的污染迹象的土壤样品送实验室。所有送检样 品都立即装入样品瓶并转移到装有冰块的冷藏箱内，尽快送往实验室。 2 8 监测过程中的主要技术问题 不同场地具有不同特点，必须结合现场实际情况因地制宜确定适合的地下水 及土壤监测程序。现场操作过程中，每一环节都有可能对监测结果产生影响，因 此既要保证精度，又要考虑操作过程中可能遇到的各种问题并及时解决，以监测 结果正确并具有代表性。 ( 1 ) 过滤网必须足够长，即使水位最低时，也能保证滤网位于地下水位之 下，确保有充足的地下水进入监测井，便于采样。 ( 2 ) 回填砾料时，如果速度过快，就会产生架桥现象，造成空隙，砾料之 上的膨润土遇水膨胀就会填堵这些空隙，由于膨润土渗透系数较小，因些造成局 部不易透水，减弱了地下水通过滤网向井中流动能力，使井的效率降低。在下砾 料时应用长杆捣动，使之压实不产生空隙。 ( 3 ) 不同井之间采样，必须仔细、彻底清洗采样器，以防止交叉污染( 何 燧源，1 9 9 7 ) 。所有用于钻井的设备在移到下一个钻孔位置前，都先用无磷洗涤 剂去污，然后用自来水和蒸馏水分别冲洗。取样时应带手套( 可用医用消毒手套) ， 不同井之间采样必须换取新的手套。禁止用手直接触摸采样器或装样瓶，尤其是 内壁。 ( 4 ) 为保证实验精度，应采平行样和冲洗空白样( 章亚麟，1 9 9 4 ) 。样品 应用冰块保存，及时运往实验室，以保证时效。 1 4 第二章地下水潜在污染的监测方法 ( 5 ) 强度较差的土层要安装一个临时套管来避免四周墙壁的坍塌。回填时 将预选清洗过的经过筛选的细沙置于p v c 井管和孔壁之间的间隙中。在投沙的过 程中，将临时套管慢慢地抽出，同时保证沙子回填到位而又要减少对井壁的影响。 ( 6 ) 监测井要求较高的施工工艺，而且每一环节都要求高精度，必须严格 按规范执行，否则可能使监测结果偏差较大，而失去意义。 ( 7 ) 监测井点的选择至关重要，除了场地的因素外，还应结合企业生产状 况、产品流程工艺、排污情况综合决定。这就需要监测人员具有较高素质和较广 知识面。 ( 8 ) 本文所采样品全部送到北美实验室分析，这对国内企业来讲在经济上 投入很大，可以选择具有一定资质的国内实验室来完成，但是一定要保证试验精 度。 ( 9 ) 当有多地下水时，不同层地下水采样应采用不同的采样井。每一采样井 保证只在采样水层进水，而在其它水层是隔水的。 1 5 第三章地下水潜在污染的监测结果评价 3 地下水潜在污染的监测结果评价 3 1 地下水潜在污染现场监测实例 某场地的现场分布如图所示： 图3 1 现场分布示意图 现场占地约1 5 4 0 0 平方米，其中6 0 用于建筑，除位于中心区域的喷泉附近的 风景区外，大部分是水泥铺地。另外，沿南边界外边有一块约2 5 0 0 平方米的政府 属地，用于废弃材料和有害化学品的堆放。 根据第二章中介绍的监测方法，在现场钻孔并安装四1 ：3 固定的地下水监测 井。其中两口井( m w - 1 和m w 2 ) 采用实心连续快速钻钻取，总深度为地下5 2 米；因为以柴油机为动力的机械不能接近危险的化学物储罐，所以另两口井( m w - 3 和m w 4 ) 采用手动钻安装，总深度为地下3 3 米。 监测井m w - 1 设置在工厂西北角靠近空压机房和科研开发大楼的铺砌过水泥 的路面中，该监测井离地下水废水系统的阴井有0 5 米远。监测井m w 2 位于厂区 西北部的科研与开发大楼的机械维修车间南面。为了避免阻碍厂区交通，该监测 井位于一个地表明显受油污染的绿化带内。监测井m w - 3 位于厂区西南部的危险 1 6 第三章地下水潜在污染的监测结果评价 化学品储罐区和主生产大楼的配料制备车间之间的水泥地处。监测井m w 4 位于 厂区南部，紧靠有害废物堆放区域东面的裸露的地面。在调查中，发现m w 4 附 近土壤已受污油的溅洒。 将m w - 1 、m w - 2 、m w - 3 、m w _ 4 四口监测井中取到的地下水样送实验室分 析，得出分析数据如下( 图3 2 ) ： 总石油类碳氢 锑 砷 铬 镍硒 化合物( u s 1 ) ( u g 1 )( u g 1 )( u g 1 )( u g i )( u g 1 ) m w 15 2 61 3 72 9 21 41 7 3 01 1 2 m w 28 3 306 5 31 2 13 9 10 m w 36 7 2 21 2 61 2 41 2 13 8 91 2 1 m w 41 6 9 92 1 61 5 804 4 21 7 2 m w 5 5 1 11 2 63 1 11 6 22 0 2 01 2 2 图3 2 原始数据表 其中m w 5 为m w - 1 的平行样。 当前地下水潜在污染监测的结果评价是根据评价标准( 见附录) 做出的判断， 并给出适当的建议。但所提供的数据仅为初始数据资料，对应单项指标参照标准 确定某一种成分是否超标。这样一来各个采样点是孤立的，由于经济时间等原因， 许多客户也仅满足于初始资料。 本文作者尝试应用数学方法做一个初始评价，采用一种更明确的评价方法， 使评价结果更直观清晰。 3 2 监测结果评价 3 2 1 基本思路 本文作者尝试用聚类分析来确定不同样品( 来自于不同取点) 之间的污染程度 及污染相似性，由此可以指出优先治理的区域。如果采样点足够多，还可以确定 污染范围、不同时期的污染途径；确定不同井点之间的联系，它们是否由同一污 染源或由同一原因引起污染。通过对变量( 样品所测得的各项指标) 进行聚类， 确定场地上各种污染因子的内在联系及其对场地污染所起作用。本文所引进的聚 类结果分析方法不完全同于纯数学方法，它要结合现场的实际进行，为污染的评 价提供一种新的判别方式。 1 7 第三章地下水潜在污染的监测结果评价 通过q 型聚类分析确定采样点采样地区污染程度的分类，并以其结果进一步 对环境质量进行综合评价。反过来也可以通过采样点的分类来合理地选择代表性 采样点，为确定最佳的监测点位置提供参考( 张宝泉等，1 9 9 3 ) 。 3 2 2 聚类分析定义 聚类分析是多元统计方法的一种数字分类方法，是一种按一定要求对研究对 象进行客观分类的数学方法( 李公时等，1 9 8 9 ) 。 聚类分析，根据其分类对象不同可分为两种：q 型聚类分析和r 型聚类分析。 q 型聚类分析是把不同的物体拿来进行比较，目的是要确定不同物体之间的 关系，从而把物体进行归类分群( 韩金炎，1 9 8 7 ) 。它常用样本间相似性系数， 把关系密切的样本归入小的分类单位中去，不密切的归入大的分类单位中去，这 样就形成一个由小到大的分类系统。 r 型聚类分析是把属于物体的各种属性，即各种变量拿来进行比较，目的是 要建立不同变量之间的关系，从而对变量进行分类。它常用相关系数衡量密切程 度。 无论q 型聚类分析或是r 型聚类分析，都可以利用同一组