双层巢式地下水监测井在场地环境调查中的应用
张斌 孙加山 高连东 李燕明 王向宁 杨万 耿旭昌 左晨忱 钱涌 王强
摘要：一口双层巢式监测井建井等同于两口单管监测井，可以同时监测不同含水层水位与污染状况，同时降低施工成本和时间，相较于单管监测井具有显著优势。本文以工业企业退役地块场地环境调查为例，分析双层巢式监测井建井采样技术的优势，证实了巢式监测井是一种成本低且环境友好型的建井技术。
关键词：巢式监测井；单管监测井；场地环境调查
中图分类号：X853 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2018）06-0134-03
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.06.078
Abstract：A double-layer nested monitoring well is equivalent to two single-layer monitoring wells， which can simultaneously monitor the pollution status of different aquifer water level meters and reduce the construction cost and time. Compared to single-layer monitoring well，double-layer nested monitoring well has significant advantages. Taking the environmental investigation of the retired sites of industrial enterprises as an example，the paper analyzes the advantages of the built-in sampling technology of double-layer nested monitoring wells and confirms that the nested monitoring well is a low cost and environment-friendly well construction technology .
Key words：Nested monitoring well；Single-layer monitoring well；Environmental site investigation
近年来，随着城市产业结构和空间布局的调整及“退二进三”政策的实施，大量的工业企业被关停或搬迁[1-2]。据不完全统计，截至2015年底，江苏省已关停原有数量1/3的化工企业约7000多家[3]。为贯彻落实《土壤污染防治行动计划》（国发〔2016〕31号）的相关要求[4]，同时也为确保工业企业遗留地块的再开发利用安全，环保部门要求对关停搬迁工业企业地块开展场地环境质量调查。
地下水环境质量调查是场地环境质量调查的重要组成部分，通过地下水环境质量调查，可以从整体上掌握地下水污染狀况，有助于判断污染物迁移方向并有效指导后期的风险管控及修复治理工作。进行地下水环境质量调查首先需要建造监测井，而后采集地下水样品，分析污染物含量并研究其分布特点及其迁移路径。监测井的类型包括单管监测井、丛式监测井、巢式监测井、连续多通道监测井等，每种类型的监测井都有其各自的优缺点[5-9]。目前，国内污染场地地下水环境质量调查主要采用单管监测井或丛式监测井，而巢式监测井在场地环境质量调查中的应用却鲜有报道。污染场地环境调查通常关注浅层地下水[10]，本研究以某工业企业退役地块为例，详细阐述了双层巢式监测井的建井技术，并以该场地为例分析了巢式监测井在场地环境调查中的优势，以期为巢式监测井在场地环境调查中的推广应用提供案例支撑。
1 材料与方法
1.1 场地概况
本文研究的场地位于江苏省苏南地区，原生产企业主要生产五金件等产品，占地面积约3万㎡，该地块内企业成立于2000年左右，主要特征污染物为重金属，2010年地块内企业关停搬迁。为保障该地块未来开发利用的安全，依据国家的相关规定与地方环保部门的要求，拟对该地块土壤与地下水开展场地环境质量调查。
场地所在区域地面以下12m以内的土层可以分为5个工程地质层，第一层杂填土层，厚度约3m；第二层粘土层，厚度约3m；第三层粉质粘土层，厚度约1.5m；第四层粉砂层，厚度约4.5m，第五层粉质粘土层。根据土层分布，本地块地下12m以内浅层地下水包含两种类型地下水，分别为潜水和微承压水，分别赋存于第一层杂填土层和第四层粉砂土层中。场地西侧和南侧均为河流，北侧和东侧为工业用地。
1.2 巢式监测井建井
本项目使用的巢式监测井为平行等径双管结构，建井设备采用Geoprobe 7822 DT（中空螺旋干钻），设备图片见图1和图2，监测井安装示意图见图3。潜水监测井管径50mm，井深3.5m，筛管长2.5m，沉淀管长0.5m，管底置于含水层底板0.5m处；微承压水监测井管径50mm，井深12.5m，筛管长4.5m，沉淀管长0.5m，管底置于含水层底板0.5m处。所有监测井井管材料均采用UPVC，井管采用快接螺纹进行连接，且连接之间有O型密封圈。筛管管缝0.25mm，监测井安装时，筛管周围填充2～5mm级配的石英砂。筛管以上白管部分采用膨润土进行止水封闭。
1.3 样品采集与保存
根据《工业企业场地环境调查评估与修复工作指南（试行）》和《场地环境监测技术导则》（HJ25.2-2014）的规定[10，11]，监测井建井完成后必须进行洗井。洗井一般分两次，即建井后的洗井和采样前的洗井。建井后的洗井首先要求直观判断水质基本上达到水清砂净，同时pH 值、电导率、浊度、水温等监测参数值达到稳定。取样前的洗井在第一次洗井24 h后开始，其洗出的水量要达到井中储水体积的3倍之上，同时要求pH 值、电导率、氧化还原电位、溶解氧、浊度、水温等水质参数值稳定，但原则上洗出的水量不高于井中储水体积的5倍。地下水采样在采样前洗井完成后两小时内完成，且遵循“一井一管，一管一绳”的原则，防止交叉污染。本研究的地下水监测井洗井采用空压机，样品采集采用贝勒管。考虑到本地块主要特征污染物为重金属，因此地下水取水位置设置在井中储水的中部。
根据《地下水监测技术规范》（HJ/T164-2004）的规定[12]，地下水样品保存于塑料瓶中，并按照表1说明添加适当的保存剂，现场采集完成后放置于4℃保温箱中进行保存，直至进入实验室。
1.4 样品分析与检测
地下水样品中的特征污染物分析方法均采用国家标准或行业标准，具体检测方法与设备见表2。
1.5 数据处理与分析
本研究的数据统计分析采用Microsoft Excel 2010进行，地下水流向采用Golden Software Surfer 9.0进行绘制。
2 结果与讨论
2.1 不同含水层地下水流向分析
本研究采用三点法模拟地下水流向，根据地下水水位相对标高的不同分别绘制了潜水和微承压水流向图（图4和图5）。如图4所示，本地块的潜水流向主要为自东向西，其中局部区域（南部）呈现为自南向北，其主要原因为地下水水位观测前一天有降雨导致潜水水位升高，从而补给西侧和南侧地表水。如图5所示，本地块的微承压水流向与潜水正好相反，主要呈现为自西向东，其主要原因是西侧和南侧地表水补给微承压水所致。
2.2 不同含水层地下水中污染物的分布特点
本研究地下水重金属环境质量采用《地下水质量标准》（GB/T14848-93）III类标准进行评价[17]。经统计分析，潜水和微承压水中的钴、铜、钼、锌和六价铬均未检出，检出的重金属中仅部分点位的铁和锰元素含量超过标准限值，最大超标倍数分别为2.1倍和10.8倍。地下水铁超标主要分布在微承压水层，而锰超标在潜水层和微承压水层中均有分布。通过对比不同含水层的铁锰含量，潜水层铁锰点位超标率低于或等于微承压水的。对于铁锰离子而言，锰离子超标程度显著高于铁离子，这与朱锦旗等人[18]的研究较为一致。根据搜集的资料可知，本地块原生产企业无地下水管道，且地下沟渠埋深均小于1m，且原辅材料中涉及的铁元素均以固态形式存在，因此初步判断本地块铁锰超标与原工业企业生产作业关系较小，可能主要与区域地下水天然背景有关。有研究报道[18，19]，苏南地区土壤中含有大量的铁锰结核，且含水层一直处于还原环境，Fe2O3、MnO2被还原并以二价离子形态运移至地下水中，导致地下水中铁锰离子含量较高。另外，土壤中全锰含量一般低于全铁含量，但氧化还原反应和迁移活动非常活跃，导致锰的游离度与活化度均较铁高。此外，铁锰含量较高与地下水氧化还原电位、土壤有机质及径流条件也有一定的关系[18-20]。
2.3 巢式监测井与单管监测井的成本效率分析
结合现有项目工程经验，本研究以每对组井（潜水监测井和微承压水监测井）为例研究巢式监测井与单管监测井的成本效率。如表4所示，综合考虑监测建井各要素，不同建井方式下，每对组井的工程总价、工程耗时及固废产生量均相差较大，巢式监测井建井方式下每组对井的工程总价、工程耗时及固废（泥土）产生量均低于单管监测井建井方式。
当前，污染场地调查咨询项目整体市场价格偏低，且项目工期紧，巢式监测井的应用能显著降低工程总价和工程耗时，同时降低废弃土壤的产生量，从而降低后期管理的工作量及二次污染产生的风险。由此可见，巢式监测井对于污染场地环境调查而言，是一种成本低且环境友好型的建井技术，具有一定的推广意义。
3 结论
（1） 巢式监测井可以同时监测不同含水层的水位，并能帮助工作人员有效分析不同含水层污染物的分布规律及水力联系，有助于快速准备判断污染原因。
（2）巢式監测井能明显提高现场建井的工作效率，显著降低地下水调查所需费用，并有效控制固体废物产生量，是一种成本低且环境友好型的建井技术。
参考文献
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[4] 国务院关于印发土壤污染防治行动计划的通知.土壤污染防治行动计划：国发[2016]31号. http：//zfs.mep.gov.cn/fg/gwyw/201605/t20160531_352665.shtml
[5]叶成明，李小杰，郑继天等.国外地下水污染调查监测井技术[J].探矿工程， 2007， （11）： 57-60.
[6]浦庆余.论地下水水质监测中的布点与采样[J].水文地质工程地质，1998，（2） ：49-50.
[7]刘广辉.地下水环境监测井施工技术[J].探矿工程， 1999，（4） ：29-30.
[8]郑继天，王建增，蔡五田等.地下水污染调查多级监测井建造及取样技术[J].水文地质工程地质，2009，3：128 -131.
[9]张斌，陈辉，万正茂等.污染场地环境调查现场采样技术现状及存在问题的探讨[J].工业安全与环保，2017，43（9）：82-86.
[10]环境保护部科技标准司.场地环境监测技术导则：HJ25.2-2014[S].北京：环境保护部，2014.
[11]环境保护部科技标准司.工业企业场地环境调查评估与修复工作指南（试行）[S].北京：环境保护部，2014.
[12]国家环境保护总局科技标准司.地下水监测技术规范：HJ/T164-2004[S].北京：国家环境保护总局，2004.
[13]国家环境保护总局科技标准司.水质六价铬的测定二苯碳酰二肼分光光度法： GB/T7467-1987[S].北京：国家环境保护总局，1987.
[14]环境保护部科技标准司.水质汞、砷、硒、铋和锑的测定原子荧光法： HJ 694-2014[S].北京：环境保护部，2014.
[15]环境保护部科技标准司.水质32种元素的测定电感耦合等离子体发射光谱法：HJ 776-2015[S].北京：环境保护部，2014
[16]国家环境保护总局《水和废水监测分析方法》编委会.水和废水监测分析方法（第四版）[M].中国环境出版社，2002 .
[17]地质矿产部地质环境管理司，地质矿产部水文地质工程地质研究所.地下水质量标准：GB/T14848-93[S].北京：国家技术监督局，1993.
[18]朱锦旗，王彩会，陆徐荣等.苏锡常地区浅层地下水铁锰离子分布规律及成因分析[J].水文地质工程地质，2006，3：30-37.
[19]敬永红.孝新合气田浅层地下水铁锰分布规律及成因分析[J].石油化工安全环保技术，2008，24（6）：61-64.
[20]曾昭华.长江中下游地区地下水中铁锰元素的形成及其分布规律[J].长江流域资源与环境， 1994，3（4）：326 -329.
收稿日期：2018-04-24
作者简介：张斌（1986-），男，工程师，研究方向为污染场地环境调查评估及修复治理。
摘要：一口双层巢式监测井建井等同于两口单管监测井，可以同时监测不同含水层水位与污染状况，同时降低施工成本和时间，相较于单管监测井具有显著优势。本文以工业企业退役地块场地环境调查为例，分析双层巢式监测井建井采样技术的优势，证实了巢式监测井是一种成本低且环境友好型的建井技术。
关键词：巢式监测井；单管监测井；场地环境调查
中图分类号：X853 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2018）06-0134-03
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.06.078
Abstract：A double-layer nested monitoring well is equivalent to two single-layer monitoring wells， which can simultaneously monitor the pollution status of different aquifer water level meters and reduce the construction cost and time. Compared to single-layer monitoring well，double-layer nested monitoring well has significant advantages. Taking the environmental investigation of the retired sites of industrial enterprises as an example，the paper analyzes the advantages of the built-in sampling technology of double-layer nested monitoring wells and confirms that the nested monitoring well is a low cost and environment-friendly well construction technology .
Key words：Nested monitoring well；Single-layer monitoring well；Environmental site investigation
近年来，随着城市产业结构和空间布局的调整及“退二进三”政策的实施，大量的工业企业被关停或搬迁[1-2]。据不完全统计，截至2015年底，江苏省已关停原有数量1/3的化工企业约7000多家[3]。为贯彻落实《土壤污染防治行动计划》（国发〔2016〕31号）的相关要求[4]，同时也为确保工业企业遗留地块的再开发利用安全，环保部门要求对关停搬迁工业企业地块开展场地环境质量调查。
地下水环境质量调查是场地环境质量调查的重要组成部分，通过地下水环境质量调查，可以从整体上掌握地下水污染狀况，有助于判断污染物迁移方向并有效指导后期的风险管控及修复治理工作。进行地下水环境质量调查首先需要建造监测井，而后采集地下水样品，分析污染物含量并研究其分布特点及其迁移路径。监测井的类型包括单管监测井、丛式监测井、巢式监测井、连续多通道监测井等，每种类型的监测井都有其各自的优缺点[5-9]。目前，国内污染场地地下水环境质量调查主要采用单管监测井或丛式监测井，而巢式监测井在场地环境质量调查中的应用却鲜有报道。污染场地环境调查通常关注浅层地下水[10]，本研究以某工业企业退役地块为例，详细阐述了双层巢式监测井的建井技术，并以该场地为例分析了巢式监测井在场地环境调查中的优势，以期为巢式监测井在场地环境调查中的推广应用提供案例支撑。
1 材料与方法
1.1 场地概况
本文研究的场地位于江苏省苏南地区，原生产企业主要生产五金件等产品，占地面积约3万㎡，该地块内企业成立于2000年左右，主要特征污染物为重金属，2010年地块内企业关停搬迁。为保障该地块未来开发利用的安全，依据国家的相关规定与地方环保部门的要求，拟对该地块土壤与地下水开展场地环境质量调查。
场地所在区域地面以下12m以内的土层可以分为5个工程地质层，第一层杂填土层，厚度约3m；第二层粘土层，厚度约3m；第三层粉质粘土层，厚度约1.5m；第四层粉砂层，厚度约4.5m，第五层粉质粘土层。根据土层分布，本地块地下12m以内浅层地下水包含两种类型地下水，分别为潜水和微承压水，分别赋存于第一层杂填土层和第四层粉砂土层中。场地西侧和南侧均为河流，北侧和东侧为工业用地。
1.2 巢式监测井建井
本项目使用的巢式监测井为平行等径双管结构，建井设备采用Geoprobe 7822 DT（中空螺旋干钻），设备图片见图1和图2，监测井安装示意图见图3。潜水监测井管径50mm，井深3.5m，筛管长2.5m，沉淀管长0.5m，管底置于含水层底板0.5m处；微承压水监测井管径50mm，井深12.5m，筛管长4.5m，沉淀管长0.5m，管底置于含水层底板0.5m处。所有监测井井管材料均采用UPVC，井管采用快接螺纹进行连接，且连接之间有O型密封圈。筛管管缝0.25mm，监测井安装时，筛管周围填充2～5mm级配的石英砂。筛管以上白管部分采用膨润土进行止水封闭。
1.3 样品采集与保存
根据《工业企业场地环境调查评估与修复工作指南（试行）》和《场地环境监测技术导则》（HJ25.2-2014）的规定[10，11]，监测井建井完成后必须进行洗井。洗井一般分两次，即建井后的洗井和采样前的洗井。建井后的洗井首先要求直观判断水质基本上达到水清砂净，同时pH 值、电导率、浊度、水温等监测参数值达到稳定。取样前的洗井在第一次洗井24 h后开始，其洗出的水量要达到井中储水体积的3倍之上，同时要求pH 值、电导率、氧化还原电位、溶解氧、浊度、水温等水质参数值稳定，但原则上洗出的水量不高于井中储水体积的5倍。地下水采样在采样前洗井完成后两小时内完成，且遵循“一井一管，一管一绳”的原则，防止交叉污染。本研究的地下水监测井洗井采用空压机，样品采集采用贝勒管。考虑到本地块主要特征污染物为重金属，因此地下水取水位置设置在井中储水的中部。
根据《地下水监测技术规范》（HJ/T164-2004）的规定[12]，地下水样品保存于塑料瓶中，并按照表1说明添加适当的保存剂，现场采集完成后放置于4℃保温箱中进行保存，直至进入实验室。
1.4 样品分析与检测
地下水样品中的特征污染物分析方法均采用国家标准或行业标准，具体检测方法与设备见表2。
1.5 数据处理与分析
本研究的数据统计分析采用Microsoft Excel 2010进行，地下水流向采用Golden Software Surfer 9.0进行绘制。
2 结果与讨论
2.1 不同含水层地下水流向分析
本研究采用三点法模拟地下水流向，根据地下水水位相对标高的不同分别绘制了潜水和微承压水流向图（图4和图5）。如图4所示，本地块的潜水流向主要为自东向西，其中局部区域（南部）呈现为自南向北，其主要原因为地下水水位观测前一天有降雨导致潜水水位升高，从而补给西侧和南侧地表水。如图5所示，本地块的微承压水流向与潜水正好相反，主要呈现为自西向东，其主要原因是西侧和南侧地表水补给微承压水所致。
2.2 不同含水层地下水中污染物的分布特点
本研究地下水重金属环境质量采用《地下水质量标准》（GB/T14848-93）III类标准进行评价[17]。经统计分析，潜水和微承压水中的钴、铜、钼、锌和六价铬均未检出，检出的重金属中仅部分点位的铁和锰元素含量超过标准限值，最大超标倍数分别为2.1倍和10.8倍。地下水铁超标主要分布在微承压水层，而锰超标在潜水层和微承压水层中均有分布。通过对比不同含水层的铁锰含量，潜水层铁锰点位超标率低于或等于微承压水的。对于铁锰离子而言，锰离子超标程度显著高于铁离子，这与朱锦旗等人[18]的研究较为一致。根据搜集的资料可知，本地块原生产企业无地下水管道，且地下沟渠埋深均小于1m，且原辅材料中涉及的铁元素均以固态形式存在，因此初步判断本地块铁锰超标与原工业企业生产作业关系较小，可能主要与区域地下水天然背景有关。有研究报道[18，19]，苏南地区土壤中含有大量的铁锰结核，且含水层一直处于还原环境，Fe2O3、MnO2被还原并以二价离子形态运移至地下水中，导致地下水中铁锰离子含量较高。另外，土壤中全锰含量一般低于全铁含量，但氧化还原反应和迁移活动非常活跃，导致锰的游离度与活化度均较铁高。此外，铁锰含量较高与地下水氧化还原电位、土壤有机质及径流条件也有一定的关系[18-20]。
2.3 巢式监测井与单管监测井的成本效率分析
结合现有项目工程经验，本研究以每对组井（潜水监测井和微承压水监测井）为例研究巢式监测井与单管监测井的成本效率。如表4所示，综合考虑监测建井各要素，不同建井方式下，每对组井的工程总价、工程耗时及固废产生量均相差较大，巢式监测井建井方式下每组对井的工程总价、工程耗时及固废（泥土）产生量均低于单管监测井建井方式。
当前，污染场地调查咨询项目整体市场价格偏低，且项目工期紧，巢式监测井的应用能显著降低工程总价和工程耗时，同时降低废弃土壤的产生量，从而降低后期管理的工作量及二次污染产生的风险。由此可见，巢式监测井对于污染场地环境调查而言，是一种成本低且环境友好型的建井技术，具有一定的推广意义。
3 结论
（1） 巢式监测井可以同时监测不同含水层的水位，并能帮助工作人员有效分析不同含水层污染物的分布规律及水力联系，有助于快速准备判断污染原因。
（2）巢式監测井能明显提高现场建井的工作效率，显著降低地下水调查所需费用，并有效控制固体废物产生量，是一种成本低且环境友好型的建井技术。
参考文献
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收稿日期：2018-04-24
作者简介：张斌（1986-），男，工程师，研究方向为污染场地环境调查评估及修复治理。
