典型污染場地土壤與地下水調查技術與評價研究

場地土壤與地下水污染問題，是世界關注的重要環(huán)境問題之一，對污染場地實施科學管理，是一個國家經濟、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、歐盟等已經建立起了較為完善的污染場地調查評價與修復治理的技術體系。隨著我國社會經濟快速發(fā)展，土地功能頻繁而規(guī)模性地轉化，民眾越來越關注土壤與地下水的污染問題，急需建立用以規(guī)范和指導我國場地土壤和地下水污染調查評價與修復治理的技術體系。基于此，中國地質調查局于2006年啟動了“典型污染場地土壤與地下水調查技術與評價研究”地質調查項目，旨在通過對我國典型污染場地的調查研究，借鑒國外技術經驗，建立具有我國地質特色的污染場地土壤與地下水調查技術方法體系。

“典型污染場地土壤與地下水調查技術與評價研究”系國土資源大調查項目，由中國地質調查局水文地質環(huán)境地質調查中心主持完成，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、研究內容

1. 建立典型污染場地土壤與地下水調查技術和工作方法體系

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)與污染調查相關的關鍵技術

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)達國家污染場地調查與研究的技術前沿，秉承地質調查與科學研究有機結合且相互促進的理念，依托地質調查項目，在不斷探索中取得了以下應用創(chuàng)新性成果。

（一）編寫了具有我國地質行業(yè)特色的污染場地調查技術要求

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

（二）通過調查實踐形成了與我國生產力水平相適應的污染場地調查技術方法

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、指導野外取樣的調查方法。這是一項在國內首創(chuàng)的調查技術方法。已應用于石油類、農藥類等多個具有揮發(fā)性污染的場地調查中。

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

3. 地下水多級監(jiān)測井技術。是監(jiān)測地下水動力場、水化學場、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鍵技術。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，這項技術在國內屬首次應用和示范。

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

5. “四土樣”采集法。對揮發(fā)性有機污染場地調查時，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)性有機物土樣技術在國內首次應用。

6. 表層土壤系統(tǒng)網格調查法。是調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)調查精度的要求，按照捕獲污染源概率的大小，作為場地調查網格剖分的依據(jù)。在調查石油類污染場地時，首次應用了這一調查技術方法，識別出了8個重污染區(qū)域，經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。采用分子生物學技術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，為場地修復治理提供了科學依據(jù)。

2. 通過4年的地下水水化學長期動態(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，垂向寬約85m苯系物（BTEX）污染羽，并證明污染羽內發(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，預測了在對流、彌散、生物降解作用下BTEX污染羽在十年內的演化趨勢。

（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、擴大技術交流發(fā)揮了表率作用。

（五）污染場地調查與研究取得新發(fā)現(xiàn)、新認識

（1）調查發(fā)現(xiàn)石油類場地包氣帶內存在由植被根系構成、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，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。淺部地下水電導率大于深部地下水電導率，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高的淤泥質土層，干的砂層和位于水位變動帶的粉質粘土層。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、水位動態(tài)觀測，并結合物探勘查、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、應用情況

依托項目編寫的“污染場地土壤與地下水調查技術要求”以及通過污染場地調查實踐取得的一些應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、地下水定深取樣技術、便攜式土壤檢測-物探技術-鉆探技術組合調查技術等已在國土部門、環(huán)保部門、科研院校得到應用。

“污染場地土壤與地下水調查技術要求”出臺，填補了我國地質行業(yè)場地污染調查技術標準的空白，是對我國環(huán)保部編寫的污染場地調查技術標準的一個補充和完善，對科學、規(guī)范地開展我國場地污染調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查、環(huán)境地質調查、生態(tài)文明建設中發(fā)揮作用。