土壤地下水调查过程中水文地质勘察结论应用探讨

师新阁 左世伟 孙明波 李克文 尚尔顺

1.中石化炼化工程（集团）股份有限公司洛阳技术研发中心；2.中石化炼化工程集团土壤治理中心

1 引言

《中华人民共和国土壤污染防治法》的颁布和《土壤污染防治行动计划》的发布，标志着我国土壤污染防治工作有法可依，我国2018～2020年累计安排土壤污染防治专项资金125亿元，2021年该专项资金预算为28亿元，可见我国对土壤防治工作的重视。打好土壤污染防治攻坚战的重要环节是做好目标区域的土壤地下水状况调查，由于目标地块土壤和地下水性质随地理位置变化差异大且不确定因素多，影响地块中关注污染物的迁移和汇集规律[1～2]，这对土壤地下水调查工作者的地质知识储备提出了较高的要求。

目前我国已经建立起了以《建设用地土壤环境调查评估技术指南》、重点行业企业用地调查系列技术文件和《建设用地土壤污染风险管控和修复监测技术导则》（HJ 25—2019）系列技术导则为代表的土壤地下水调查评估制度，有效地规范了土壤状况调查、土壤污染风险评估、风险管控和修复效果评估等活动[3]。由于进入土壤地下水调查行业的门槛低，少数从业人员对收集到的目标地块的资料分析不足，对导则理解不充分等原因，导致地块调查工作不彻底，调查报告不能通过专家评审的现象常有发生[4]。

本文以某地块的水文地质勘察报告中的典型工程地质剖面图为例，探讨工程地质剖面图中揭示的地块地层结构和分布信息对土壤地下水调查点位布设和调查深度确定工作的指导意义，以期对土壤地下水调查从业者分析地块土层结构有所帮助。

2 水文地质调查对土壤地下水调查的重要性

生态环境部制定的《建设用地土壤环境调查评估技术指南》指出，水文地质条件关系污染物在土壤和地下水中的迁移、转化和分布。需要调查：地块土层结构及分布、地下水位、地下水垂向水力梯度、地下水水平流速及流向等[5]。其中地下水位、垂向水力梯度、水平流速和流向等地下水赋存和迁移情况容易被土壤地下水调查项目组理解掌握，但是地块土层结构和分布比较复杂，水文地质勘察报告通常以多张工程地质剖面图形式展示。在土壤地下水调查过程中，清晰的工程地质剖面图能够在调查点位布设、调查深度和纵向采样位置判定方面给予调查者众多指导。

3 典型工程地质剖面图介绍

图1为某地块水文地质勘察报告中的典型工程地质剖面图，该张工程地质剖面图展示了3个勘察孔揭示的地块土层结构和分布情况。3个勘察孔的勘察深度分别为，40.2m、41m和41.5m，均达到第六土层-黏土⑥层。上述3个勘察孔揭示目标地块的地层为6个地层，自上而下各地层分别为：素填土①、含黏性土中砂②、含黏性土砾砂③、黏土层④、粗（砾）砂⑤和第二层黏土层⑥，粗砾砂⑤层中有黏土⑤夹夹层，各土层描述及渗透系数列于表1。黏土④层渗透系数为2.23E-06，低于其他土层2-3个数量级，为弱透水层。黏土④层上部的含黏性土砾砂③层土壤描述为很湿-饱和，该层为潜水含水层。黏土④层下部的粗（砾）砂⑤层土壤描述为饱和，该层为承压含水层。

表1 目标地块土层及各土层渗透系数建议值

4 典型工程地质剖面图对采样点位布设的指导意义

采样点布设方面，相关导则及技术规范中提出了具体的布点数量和规则要求[6～7]，但未具体阐述污染物在特定地层结构中污染物的迁移和汇集状况。图1显示，目标地块各土层厚度随区域变化明显，ZK4勘察孔处的含黏性土砾砂③层厚度较大，最大埋深为9.9m，ZK3和ZK5处该土层的最大埋深为6.0m和5.1m，且该土层下方为弱透水层—黏土④层，表明ZK4勘察孔处可能存在污染物汇集现象，因此该处须布设土壤监测点和地下水监测井。

图1 某地块水文地质勘察报告中的典型工程地质剖面图

5 工程地质剖面图对地下水监测井建设的指导意义

地下水监测井建设深度及类型方面。《建设用地土壤污染风险管控和修复监测技术导则》（HJ 25.2—2019）（以下简称导则HJ25.2）中提出调查范围为浅层地下水，在污染较重且地质结构有利于污染物向下层土壤迁移的区域，则对深层地下水进行监测[7]。图1显示，目标地块内存在地下潜水层，该潜水层位于渗透系数明显较小的黏土④层以上的含黏性土中砂③层，初见水位为6.9m～7.6 m，埋深随区域位置变化大，ZK4勘察孔处潜水层底较周围潜水层底深，其他区域污染物可能向此处迁移，并在此处汇集，尤其是目标地块内污染物存在重质非水相液体（DNAPL）时，故在此处建设的地下水监测井深度须达到黏土④层内0.5m～1m处，沉淀管为0.5m，筛管应从含黏性土砾砂③层底直至潜水初见水位（考虑该层水位年变幅）以上，以便调查地下水中可能存在的轻质非水相液体（LNAPL）。潜水层以下的弱透水层黏土④层在目标地块内连续分布，最薄处厚度为7.1m，不利于污染物向下层土壤迁移，虽然按照相关标准要求可不调查该区域位于粗砾砂⑤层的承压水层，但仍需参考黏土④层土壤的污染物情况，如果土壤调查发现ZK4勘察孔处埋深17m左右的土壤存在污染，则需调查位于粗砾砂⑤层的承压水层水质情况。

建设调查多层地下水的监测井对施工技术要求较高[8～9]，重点行业企业用地调查系列技术文件对调查潜水层以下的水质情况持谨慎态度[6]。本文仅对确需调查第二层地下水的情况予以讨论，图1显示，目标地块的第二层地下水位于粗（砾）砂⑤层，该层层厚较厚，存在黏土夹层。粗（砾）砂⑤层以下为黏土⑥层埋深大于38.2m，埋深自勘察孔ZK3至ZK5逐渐变深，利于可能的DNAPL汇集[10]；粗（砾）砂⑤层以上为黏土④层，黏土④层底埋深自勘察孔ZK3至ZK5逐渐变浅，利于可能的LNAPL汇集；且粗（砾）砂⑤层渗透系数为9.89E-04，与素填土渗透系数相当，污染物在该层迁移性好；ZK5勘察孔处黏土④层顶埋深为5.1m高于其他区域，能够降低潜水层中污染物通过多层地下水监测井向下迁移的风险。鉴于以上因素可以在ZK5勘察孔处建设多层地下水监测井，用以调查深层地下水水质情况，在ZK5勘察孔处建设多层地下水监测井时需注意黏土⑤夹层的干扰。

6 工程地质剖面图对土壤钻探深度和纵向采样深度的指导意义

土壤调查深度的增加往往带来采样数量的增加，从而引起钻探费用和分析检测费用的增加。对于土壤地下水调查工作，依据地块土层结构及分布来预先判断调查深度显得尤为重要。导则HJ25.2中指出应依据地块土壤污染状况调查阶段性结论及现场情况确定下层土壤的采样深度，最大深度应直至未受污染的深度为止[7]。重点行业企业用地调查系列技术文件附件4中所述，土壤采样孔深度原则上应达到地下水初见水位，若地下水埋深大且土壤无明显污染特征，土壤采样孔深度原则上不超过15m。[6]附件4的规定相较于导则HJ52.2而言，减少了调查者的工作量，但若土壤调查点位处无地下水监测井，则增加了漏检地块土壤中可能存在重质污染物的风险。图1显示，ZK4勘察孔处潜水层底埋深为9.9m，初见水位埋深为6.9m，土壤采样应调查至9.9m以下的黏土④层内，依据现场土壤PID检测情况，确定土壤调查深度[11～12]，从而确保调查过程“兜底”。污染物在黏土层中向下迁移的速率一般较慢[10]，若ZK4勘察孔处的土壤和地下水存在污染，则要仔细观察黏土④层中污染深度，以便估算其他土壤采样点调查深度。图1显示，目标地块内主要隔水层黏土④层最大埋深为13.6m～18.1m，处于15m上下，此种情况下可参考ZK4勘察孔处污染物在黏土④层中的迁移情况，相对于该处黏土层厚度而言，若污染物在黏土④层中向下迁移量较小，则ZK5勘察孔处土壤的调查深度可不调查至粗（砾）砂⑤层。

采样点垂直方向的采样深度方面，《建设用地土壤污染状况调查技术导则》（HJ25.1—2019）指出可依据污染源的位置、迁移和地层结构以及水文地质等进行判断设置[13]，导则HJ 25.2弱化了地块层结构对纵向采样位置的参考，强化了纵向深度对采样位置的描述，这可能是考虑到污染物在土壤中的迁移性弱的因素，但土壤调查者仍需要依据地块土层结构的分布初步判断土壤采样点的纵向采样位置。依据图1，ZK4勘察孔处的土壤采样点须在含黏性土中砂②层、含黏性土砾砂③层中上部、含黏性土砾砂③层的初见水位处和黏土④层与含黏性土砾砂③层交界处等纵向深度处取样，如有必要还需在黏土④层内采集土壤样品以判断污染物在黏土层的迁移深度。

7 目前水文地质勘察工作的不足之处

建设用地土壤地下水调查相关的技术指南和导则虽然对用于土壤地下水调查的地质勘察报告结论提出了具体要求，但并未对水文地质勘察工作开展过程中可能存在的问题进行明确阐述。

建设水文地质勘察孔是水文地质勘察工作的前提，为防止钻探过程中勘察孔的塌陷，钻探过程中会采用泥浆护壁[8～14]，护壁用泥浆在单个勘察孔建设过程中循环使用，如图2典型水文地质勘察钻探设备工作图所示，这可能会造成污染物随泥浆迁移至下层土壤中。为了满足土壤地下水调查相关指南和导则的要求，掌握目标场地的地下水流向、地层结构和分布，地质勘察孔一般钻探至第二含水层以下，这会造成存在于潜水层的污染物随地质勘察孔向第二含水层迁移，导致污染范围的人为扩大。因此本文建议在进行水文地质勘察孔钻探过程中，如果地质勘察工作者在循环护壁泥浆中发现污染迹象，则应立即停止在该处作业，并采用直径为20mm～40mm的优质无污染膨润土球封堵，阻断污染物随地质勘查孔迁移路径。

图2 典型水文地质勘察钻探设备工作图

8 结论

实际开展土壤地下水调查过程中，不同场地的水文地质情况差异较大，地地层结构和分布对污染物迁移和汇集规律影响较大，因此充分理解、分析水文地质勘察结论，不仅能够为调查成本估算提供有力参考，更能使土壤地下水调查工作有针对性，调查结果更能反映目标地块的真实情况。在地质勘察钻探工作中需要避开污染区域，避免污染范围扩大。