地下水环境监测井设计与建设技术指南

地下水环境监测井设计与建设技术指南》1适用范围本指南适用于地表水饮用水源地保护区、地下水饮用水源地保护区、重点污染行业企业用地及周边、农业面源污染集中区、矿山开采区、垃圾填埋场及危险废物处置场周边、地下水污染防治重点管控区域等场景的地下水环境监测井设计、施工、验收与运维管理工作。区域水文地质普查类监测井、地热资源监测井、地下水资源开发利用井的设计建设可参照本指南执行。2规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件；凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T14158《区域水文地质工程地质环境地质综合勘查规范》GB/T14848《地下水质量标准》HJ164《地下水环境监测技术规范》HJ610《环境影响评价技术导则地下水环境》DZ/T0270《地下水监测井建设规范》CJJ160《市政工程勘察规范》3术语和定义3.1地下水环境监测井以地下水环境质量监测、污染趋势监控、风险预警为主要功能，由井孔、井管、滤料层、止水层、井台、井盖及标识牌等组成的专用监测设施，不含以资源开采、水文地质参数测试为单一功能的井孔。3.2滤水管井管中对应监测含水层的开孔段，通过管壁开孔及外部缠丝/包网结构实现含水层与井内的水力连通，同时阻挡含水层颗粒进入井内。3.3滤料层填充于滤水管与井壁之间的级配砾石层，作用是稳定井壁、过滤含水层细颗粒、保证水力通畅。3.4止水层为隔离不同含水层、防止地表水或上层污染水向下渗透，在非监测含水层段井管与井壁之间填充的隔水材料，通常为膨润土球、优质黏土或水泥浆。3.5成井洗井监测井施工完成后，通过机械或化学方式清除井内泥浆、滤料层细颗粒及井壁泥皮，恢复含水层渗透性的工序。3.6井深校正通过测绳、电缆线或专用测井仪器对实际成井深度进行校核，验证是否符合设计要求的工序。4监测井设计4.1前期调查4.1.1资料收集设计前应全面收集目标区域如下资料：1.水文地质资料：区域含水层结构、岩性、厚度、埋深分布、渗透系数、水力梯度、地下水补给径流排泄条件、地下水动态变化特征、现有地下水开采井分布及开采量数据；2.污染源资料：区域内工业企业、固废处置场、农业面源、矿山等污染源的分布位置、污染类型、特征污染物、排放年限、潜在污染扩散范围；3.用地规划资料：目标区域土地利用规划、地下水开发利用规划、污染防治规划相关内容；4.现有监测资料：已有的地下水监测点位分布、历年监测数据、水质超标因子及超标范围。4.1.2现场勘查资料收集完成后应开展现场勘查，核实资料准确性，确认监测井候选点位的地形条件、土地权属、周边基础设施（供电、交通）、是否存在地下管线/建构筑物，初步评估施工可行性。4.1.3水文地质补勘若现有资料不足以支撑监测井设计，应开展针对性水文地质补勘：采用钻探、物探、抽水试验等方式，明确目标区域含水层分层结构、各层渗透性、地下水水位埋深、水质本底值，补勘深度应至少穿透最下层拟监测含水层底板以下2m。4.2监测井布设原则4.2.1功能匹配原则根据监测目的确定布设方案：背景值监测井：布设在地下水水流上游、不受区域污染源影响的区域，每个水文地质单元至少布设1眼；污染监控监测井：布设在污染源下游地下水径流路径上，重点覆盖特征污染物可能扩散的范围，高风险污染源周边应至少布设3眼监控井，分别对应污染源边界、500m范围内扩散区、1000m范围内影响区；饮用水源地监测井：布设在饮用水源地一级、二级保护区及准保护区内，一级保护区每平方公里不少于2眼，二级保护区每平方公里不少于1眼，准保护区每2平方公里不少于1眼；区域质量监测井：按网格法布设，平原区网格间距5-10km，丘陵区网格间距10-20km，山区根据水文地质单元边界灵活调整，每个水文地质单元至少2眼。4.2.2代表性原则监测井应能准确反映目标监测层的水质、水位动态，避免布设在地下水汇水死角、局部人工回灌区、开采井影响半径范围内，监测井与周边开采井的距离应不小于3倍开采井影响半径。4.2.3可操作性原则监测井应布设在交通便利、便于长期采样维护的位置，避免布设在陡坡、河道行洪区、基本农田保护区核心区、建构筑物拆迁难度大的区域。4.3井身结构设计4.3.1井深设计根据监测含水层的埋深确定井深：浅层地下水监测井（监测潜水含水层）：井深应穿透潜水含水层底板以下1-2m，若潜水含水层厚度大于50m，井深应达到地下水水位以下20-30m，确保能够采集到代表性水样；中层地下水监测井（监测第一承压含水层）：井深应穿透目标承压含水层顶板以下5-10m，且至少高于下伏承压含水层顶板3m，避免穿透隔水层；深层地下水监测井（监测第二及以下承压含水层）：井深应穿透目标承压含水层顶板以下3-5m，相邻监测层之间的隔水层厚度应不小于5m，确保分层止水效果。井深设计误差不应超过±0.5m，进入目标含水层的深度不应小于设计值的90%。4.3.2井孔直径设计井孔直径根据井管外径、滤料层厚度确定：单管单层监测井：井管外径通常为110mm、160mm，滤料层厚度不小于50mm，因此井孔直径应比井管外径大100mm以上，即110mm井管对应井孔直径≥210mm，160mm井管对应井孔直径≥260mm；多层监测井（同孔多管）：每层监测井管外径不小于75mm，各井管之间的间隙不小于30mm，滤料层总厚度不小于50mm，井孔直径应根据井管数量及外径计算，例如2根75mm井管对应的井孔直径≥250mm，3根75mm井管对应的井孔直径≥320mm。松散层地区井孔直径可适当放大20-30mm，基岩地区可适当缩小10-20mm。4.3.3井管设计1.材质选择：常规水质监测井：优先选用UPVC管、PE管，管材卫生性能应符合GB/T17219要求，不得对地下水水质造成二次污染；污染严重区域、存在腐蚀性特征污染物（如pH值<6.5或>8.5、高浓度氯离子、硫酸根离子）的监测井：选用不锈钢管（304或316L材质），耐腐蚀性能应满足HJ/T216要求；水位自动监测专用井：可选用玻璃钢井管，重量轻、抗腐蚀，适合长期安装监测设备。井管壁厚应满足承压要求，埋深小于50m时井管壁厚不小于6mm，埋深50-100m时壁厚不小于8mm，埋深大于100m时壁厚不小于10mm。2.管段划分：井管从上至下分为井壁管、滤水管、沉淀管三部分：井壁管：对应非监测含水层、隔水层及地表段，为实心管壁，长度从地面延伸至滤水管顶部，顶部高出地面30-50cm；滤水管：对应目标监测含水层段，长度根据含水层厚度确定：含水层厚度小于10m时，滤水管长度等于含水层厚度；含水层厚度大于10m时，滤水管长度为10-15m，优先布置在含水层中部水位波动带以下区域。滤水管开孔率不小于15%，开孔直径为10-20mm，呈梅花形均匀排布，孔眼边缘无毛刺。开孔外部应包裹2层40-60目尼龙滤网或不锈钢丝网，滤网搭接宽度不小于5cm，采用不锈钢丝捆扎固定，捆扎间距不大于20cm。松散细颗粒含水层（粉砂、细砂层）滤网目数可提高至80目。沉淀管：位于滤水管底部，为实心管壁，长度不小于1m，底部采用丝扣或焊接方式密封，用于沉淀井内泥沙。4.3.4滤料层设计1.材质：选用磨圆度好、质地坚硬、无杂质的石英砂砾石，不得使用灰岩碎石、风化岩石等易溶解、易破碎的材料，砾石中二氧化硅含量不低于90%，含泥量不大于1%。2.粒径：滤料粒径应根据含水层颗粒级配确定，为含水层颗粒d50（筛分通过率50%对应的粒径）的6-8倍；粉砂含水层d50为0.05-0.1mm时，滤料粒径选用0.5-1mm；细砂含水层d50为0.1-0.25mm时，滤料粒径选用1-2mm；中粗砂含水层d50为0.25-0.5mm时，滤料粒径选用2-4mm；砾石含水层d50大于0.5mm时，滤料粒径选用4-8mm。3.填充范围：滤料层底部应高于沉淀管底部0.5m，顶部应高出滤水管顶部1-2m，确保完全覆盖滤水管段，填充过程中应分层缓慢投入，每填充2-3m采用测绳测量一次填充高度，避免出现架桥、空缺，实际填充量与理论计算量的偏差不应超过±5%。4.3.5止水层设计1.分层止水要求：多层监测井、同时穿透潜水和承压含水层的监测井必须设置止水层，确保各含水层之间水力隔绝，止水层渗透系数应小于1×10^-7cm/s。2.材料选择：临时止水、松散层止水：优先选用直径10-15mm的膨润土球，遇水膨胀率不小于200%，不含杂质；永久止水、基岩段止水：选用优质黏土球（直径20-30mm，塑性指数大于17）或水泥浆（水灰比0.5:1-1:1，可添加适量速凝剂）。3.填充要求：止水层填充位置位于滤料层顶部，厚度不小于5m；多层监测时，相邻两层监测井的滤料层之间的止水层厚度不小于10m。填充前应将井内泥浆置换为清水，膨润土球/黏土球应缓慢分层投入，每投入1m厚度静置30min，待其充分膨胀后再继续填充，避免出现孔隙。采用水泥浆止水时，应通过注浆管从底部向上注浆，注浆压力控制在0.1-0.3MPa，注浆完成后待水泥浆完全凝固（不少于72h），采用水位差法检测止水效果：向井管内注入清水，使管内水位高出周边地下水水位2m以上，24h水位下降率不超过0.1m为合格，不合格的应重新止水。4.3.6井台与防护设计1.井台：监测井顶部应浇筑混凝土井台，尺寸不小于50cm×50cm×30cm（长×宽×高），混凝土强度等级不低于C25，井管从井台中心穿出，高出井台顶面10-20cm。2.井盖：井管顶部应安装带锁的防盗井盖，材质为铸铁或高强度复合材料，密封性能良好，防止雨水、杂物进入井内。3.防护设施：野外、人口活动密集区域的监测井应设置防护栏，防护栏高度不低于1.2m，采用镀锌钢管制作，表面涂刷红白警示漆，防护栏内空间不小于1m×1m，便于采样操作。4.标识牌：井台旁应设置固定式标识牌，尺寸不小于40cm×60cm，材质为铝板或PVC板，内容包括：监测井编号、监测层位、井深、建设单位、建设日期、联系电话、“监测设施禁止破坏”警示语。5监测井施工5.1施工准备5.1.1技术交底施工前应向施工单位进行技术交底，明确井深、井径、井管材质、滤水管位置、滤料级配、止水要求、成井验收标准等核心技术参数，出具正式施工设计图纸。5.1.2设备与材料准备根据地层条件选择钻井设备：松散层地区选用冲击钻机、回转钻机，基岩地区选用潜孔锤钻机、金刚石钻机。施工前应对钻机进行调试，确保钻进深度、孔径符合设计要求。对进场的井管、滤料、止水材料进行质量检验：检查井管壁厚、材质合格证，滤料筛分报告，膨润土球膨胀率检测报告，不合格材料不得进场。5.1.3点位复核施工前采用RTK、全站仪对监测井点位进行放样，坐标误差不超过±0.5m，高程误差不超过±0.1m，确认点位与设计一致、无地下管线冲突后，方可开始施工。5.2钻进施工5.2.1钻进工艺松散层地区优先采用清水钻进工艺，避免泥浆污染含水层；若地层易塌孔，可采用低固相泥浆钻进，泥浆黏度控制在18-25s，含砂量不大于4%，pH值控制在7-8之间。基岩地区可采用干钻或泥浆钻进，钻进过程中应做好地层编录，每钻进2m取一次岩样，详细记录岩性、颜色、颗粒级配、含水层位置，编录资料作为后续井管安装、滤料填充的依据。5.2.2孔斜控制钻进过程中每钻进10m测量一次孔斜，井深小于50m时孔斜率不超过1%，井深50-100m时孔斜率不超过1.5%，井深大于100m时孔斜率不超过2%，孔斜超标的应及时纠偏，避免井管安装困难。5.2.3终孔验收钻进达到设计深度后，开展终孔验收：测量井深、井径、孔斜，检查岩心编录是否符合水文地质条件，确认达到设计要求后，方可进行下一道工序。终孔深度与设计深度的偏差不应超过±0.5m，井径偏差不应超过±10mm。5.3井管安装5.3.1井管预制安装前根据设计长度在地面预制井管，滤水管位置、长度应与含水层位置对应，接口处采用丝扣连接或热熔连接，确保密封不漏水：UPVC管采用专用胶粘剂粘接，粘接前应清理接口表面油污、灰尘，涂抹胶粘剂后静置10min待其固化；不锈钢管采用焊接连接，焊缝应做防腐处理。井管组装完成后应做通井试验，采用直径为井管内径90%的通井器顺利通过为合格。5.3.2下管采用钻机吊放方式下管，下管过程中保持井管垂直，避免磕碰井壁，下管速度控制在0.5-1m/s，若遇阻力不得强行下压，应提起井管检查原因，排除故障后再继续下放。井管下放到设计深度后，应在井口固定井管，确保井管居中，避免偏斜导致滤料层厚度不均。5.4滤料与止水层填充井管安装完成后，立即进行滤料填充：采用漏斗向井管与井壁的环形间隙缓慢投入滤料，避免直接倾倒导致滤料分层，每填充2-3m测量一次填充高度，确认填充到位后，再进行止水层填充。止水层填充过程中同样每填充1-2m测量一次高度，确保止水层厚度符合设计要求。填充至距离地面2m时，采用素土或C20混凝土回填封孔，表面与地面齐平，防止地表水下渗。5.5洗井5.5.1洗井工艺选择根据地层条件选择洗井方式：松散层监测井：优先采用活塞洗井+空气压缩机洗井组合工艺，活塞洗井时活塞上下行程控制在0.5-1m，往复频率10-15次/min，洗井时间不少于2h；之后采用空气压缩机洗井，风压控制在0.2-0.5MPa，直至水清砂净。基岩监测井：采用压缩空气震荡洗井+化学洗井组合工艺，若井壁泥皮较厚，可添加浓度0.1%-0.5%的焦磷酸钠溶液浸泡2-4h后再洗井，去除泥皮效果更好。禁止采用泥浆泵反循环洗井，避免破坏滤料层和止水层。5.5.2洗井合格标准洗井完成后满足以下条件为合格：1.井内出水清澈，肉眼可见无悬浮物、泥沙，静置30min无沉淀；2.出水含砂量小于1/20000（体积比）；3.水位恢复稳定，3次测量水位波动不超过±2cm；4.单位涌水量不低于同区域同含水层供水井的80%。6成井验收6.1现场验收施工完成后，建设单位应组织水文地质、环境工程领域的专业人员开展现场验收，验收内容包括：1.井位坐标、高程复核，误差在设计允许范围内；2.井深、井管长度、滤水管位置复核：采用测绳测量井深，与设计值偏差不超过±0.5m，根据井管预制记录确认滤水管位置与含水层对应；3.洗井效果检查：现场进行抽水试验，确认出水清澈、含砂量符合要求；4.井台、井盖、防护栏、标识牌检查：外观完整、尺寸符合设计要求、标识信息准确。6.2采样测试现场验收合格后，采集第一批次地下水水样，开展水质全分析测试，测试指标包括pH值、总硬度、溶解性总固体、硫酸盐、氯化物、铁、锰、铜、锌、挥发酚、阴离子表面活性剂、高锰酸盐指数、硝酸盐、亚硝酸盐、氨氮、氟化物、氰化物、汞、砷、硒、镉、铬（六价）、铅等常规指标，以及区域特征污染物指标。测试结果应符合数据合理性要求，若出现指标异常偏高，应排查是否为洗井不彻底或管材污染导致，必要时重新洗井后采样测试。6.3资料验收施工单位应提交完整的成井资料，包括：1.监测井设计说明书及设计图纸；2.施工记录：钻进日志、岩心编录表、井管安装记录、滤料填充记录、止水层填充记录、洗井记录；3.材料质量证明文件：井管、滤料、止水材料的合格证、检测报告；4.验收记录：终孔验收记录、现场验收记录表、水质检测报告；5.监测井基本信息表：包括编号、坐标、高程、井深、监测层位、含水层类型、滤水管深度范围、成井日期。所有资料应一式三份，建设单位、运维单位、生态环境主管部门各留存一份。7监测井运维与管理7.1日常维护7.1.1定期巡检每季度对监测井开展一次巡检，检查内容包括：井盖是否完好、井台是否破损、防护栏是否倒伏、标识牌是否清晰，发现问题及时维修更换。每年汛前、汛后应增加一次巡检，重点检查监测井是否被雨水淹没、井内是否进入杂物。7.1.2井内清淤每3-5年对监测井进行一次清淤：采用潜水泵抽出井内沉淀的泥沙，若沉淀管内泥沙厚度超过沉淀管长度的1/2，应采用洗井设备重新洗井，确保监测数据代表性。7.1.3性能检测每5年开展一次监测井性能检测，包括水位恢复试验、止水效果检测，若发现水力连通性下降、止水失效，应及时维修或报废重建。7.2报废管理监测井出现以下情况之一的，应予以报废：1.井管破损、坍塌，无