地下水环境监测井现状调查方法的研究

2022-04-16秦磊刘景兰葛菲媛郭维刘佳牛磊

当代化工研究 2022年6期

＊秦磊刘景兰葛菲媛郭维刘佳牛磊

（天津市地质研究和海洋地质中心天津 300170）

地下水环境监测井是开展地下水环境监测工作的重要依托。受历史建设需求不同、施工单位不同、工作需求不同以及后期维护管理不足的影响，我国地下水环境监测井五花八门，质量参差不齐，一些监测井甚至已经成为污染通道。那么开展地下水环境监测井调查已迫在眉睫。但地下水环境监测井调查工作目前存在以下问题：

（1）目前国内没有相关规范、指南[1-5]和文献等规定一套成熟的地下水环境监测井调查方法，未明确地下水环境监测井的调查内容、调查手段等，无法指导监测井调查工作。

（2）现有规范、指南中，只提出一些水文地质术语，如“井结构”及“井的连通性”，却未说明概念的具体含义，如：井结构具体包含哪些内容，井的连通性程度如何划分，如何探查井结构，如何判断井的连通性。

（3）不同规范和指南虽规定了监测井建井时井口保护装置应有的标准，但实际中井口保护装置与标准相差甚远，型式各异，保存状况不一。为服务后续监测井的维护和管理工作，如何根据现状进行调查并分类，规范、指南和文献等均未曾明确。

（4）现有规范和指南等根据井管上孔眼的分布将井管分为井壁管、滤水管和沉淀管，未从井管的空间分布或者后期维护管理的角度划分，且将井壁管/滤水管有严重断裂的判定为报废。实际工作中发现部分监测井只是上部错位断裂，是可修复完好的，无需报废。

（5）现有规范涉及监测井调查通常只考虑监测井本身，未考虑监测井周边污染源的分布状况。

本文针对上述问题建立了一套完整的地下水环境监测井调查方法，可为地下水环境监测井调查工作提供技术指导。基于调查方法，建立了一套信息全面和存储规范的地下水环境监测井档案，为相关管理部门和企业等提供基础资料。

1.调查内容

在开展了大量监测井调查工作的基础上，参考相关规范，同时考虑地下水环境监测井的现状、使用功能和后期管理维护等选择性和创造性确定监测井的调查内容，包含监测井基本信息、监测井基础状况、井结构状况、井连通性状况、周边污染源状况等5个模块35项调查内容。

(1)监测井基本信息

地下水环境监测井基本信息包括：监测井统一编号、监测井名称、监测井地理坐标、所在地及区划、监测井归属单位、联系人姓名、联系方式、企业行业名称和代码、建井时间、流域、水文地质分区、含水介质类型、监测井性质、监测井类别。

监测井统一编号和监测井名称根据相关管理部门或者项目实际需求科学编制，见图1，行政区代码为区县代码+乡镇代码（工业聚集区），场地顺序码指企业在乡镇代码（工业聚集区）的顺序号；监测井顺序码以企业为单位编制监测井顺序号；污染源类型编码可参考《地下水环境监测井建井技术指南（试行）》规范；监测井类型码，H表示建设项目环评要求设置的地下水污染监测井，F表示《水污染防治法》要求的污染源地下水水质监测井，P表示地下水基础环境状况调查评估监测井。

图1 监测井编码原则图

(2)监测井基础状况

监测井基础状况是对监测井井口、井管和井深等基本情况的调查。本文将井口保护装置、上部井管保存状况作为调查内容。

①井口保护装置。监测井的井管材质一般为PVC，容易受撞击等损坏，井台和井口保护筒可起到保护井管的作用。监测井井盖和井帽是防止监测井受污染的关键设施。综上，将井台、井口保护筒、井盖、井帽和井口锁头作为重点调查内容。井口保护装置状况归类为完整完好、不完整、破损和无四种情况：A.完整完好：平台式监测井须包括井台、井口保护筒、井盖、井帽和井口锁头。井台高度不小于15cm，边长50cm～100cm的正方形平台，保护筒高度不小于40cm，井帽要与井管吻合，井口锁头可锁定井口保护筒与井盖；隐藏式监测井井口保护装置须包括井盖、井帽和固定螺丝，井盖、井帽无破损，严丝合缝，确保地表水或污染物无法进入井中。见图2和图3。B.不完整：平台式监测井缺少井台、井口保护筒、井盖、井帽或井口锁头任一项，或井台、井口保护筒高度没达到完整完好要求；隐藏式监测井缺少井盖或井帽，地表水或污染物可能进入井中。C.破损：平台式监测井井台、井口保护筒、井盖、井帽或井口锁头破损；隐藏式监测井井盖或井帽破损。D.无：平台式监测井均无井台、井口保护筒、井盖、井帽和井口锁头；隐藏式监测井无井盖。井帽需与井管吻合拧紧，否则视为无井帽。井口标识无论是喷漆于保护筒上的字样，还是周边设立的警示牌，均视为有井口标识。

图2 井口保护装置完整完好示例（平台式）

图3 井口保护装置完整完好示例（隐藏式）

②上部井管保存状况。将井管分为上部井管和下部井管。上部井管作为监测井基础状况调查内容之一，分为完好、轻微损坏、较严重损坏和严重损坏四种情况，通过现场调查和井下电视两种技术手段获取。A.完好：监测井井管保存完好，未遭到损坏。B.轻微损坏：监测井上部井管遭轻微损坏，不影响监测功能，如井口处破损及井口处轻微断裂等。C.较严重损坏：监测井上部井管遭较严重损坏，可能影响监测功能，但经维修后尚可恢复良好监测功能，如井管错位、井管挤压变形及井管地面处有破洞等。D.严重损坏：监测井上部井管遭严重损坏，已不能进行监测。

(3)井结构状况

井结构状况视为下部井管保存状况、井内情况和监测层位的综合情况。调查内容包括井壁管长度、滤水管长度、沉淀管长度、井斜、监测层位、是否串层、井结构保存状况等。

井结构保存状况分为井结构完好、井管断裂/变形、井中污垢/泥沙淤积、井下有异物、无滤水管、井水浑浊、井管污浊和其他情况。

(4)井的连通性状况

井的连通性状况决定在地下水样品采集时是否可以采集到新鲜的地下水，保证样品结果具有表征性。井连通性状况包括：振荡器型号及数量、自动水位监测仪埋深、水温、水位恢复情况、井的连通性。

①振荡器型号及数量、自动水位监测仪埋深和水温。根据监测井井径尺寸选择振荡器型号和数量。自动水位监测仪埋深为地下水位埋深与自动水位仪记录的静水位水头高度之和。

②水位恢复情况。瞬时恢复：激发水头后，水位迅速下降，恢复时间极短。且待水位恢复初始水位后，提出激发装置，水位迅速上升，恢复时间极短。缓慢恢复：水位激发后，随时间缓慢下降。长时间未恢复：水位激发后，在很长一段时间内，水位恢复未发生变化。

③井的连通性。依据水位恢复情况，将井的连通性分为良好、一般和中断三种情况。“瞬时恢复”，则井的连通性良好。“缓慢恢复”，利用微水试验求取的场地渗透系数K，与场地地层渗透性最差岩性相对应的渗透系数经验值K0进行比较，如果K≥K0，则认为井的连通性良好，如果K＜K0，但水位在缓慢下降，则认为井的连通性一般。“长时间未恢复”，则认为连通性中断。

(5)周边污染源状况

①周边污染源分布。查明污染源的名称，污染源属于地上设施、半地下设施还是全地下设施，属于泄露可及时发现还是泄露不可及时发现，用来判定污染控制难易程度[6]。

②污染源平面分布图。绘制污染源平面分布图，说明污染源与监测井的空间关系，分布图包括污染源的位置、名称以及线段比例尺等。

2.调查手段

(1)现场调查

利用定位设备确定监测井地理坐标，监测井所在地和区划代码，绘制污染源平面分布图；结合监测井所处地理位置，利用区域水文地质背景知识填写流域、水文地质分区和含水介质类型；利用专业技能，识别监测井型式、井口保护装置相关信息、井管类型、上部井管保存状况。采用卷尺等测量监测井外径及井壁厚。采用测绳进行水深测量，采用电测水位仪进行水位埋深测量工作。

(2)井下电视探查

井下电视[7-11]是识别井结构状况的有效手段，通过井下电视视频和图像文件可直观地分辨井壁管、滤水管、沉淀管的位置和长度，识别井结构保存状况（图4～图6），利用井底和井口处倾角之差计算井斜，并结合滤水管位置及场地水文地质条件分析是否串层等。井下电视现场探查时，需首先查看井中有其他取水设备、井口保护装置或井管是否影响下放探头、井水是否明显污染等情况，以防井中异物或井水污染损坏设备。在探查过程中若发现异常情况可放慢速度或倒退重新观察以便获得可靠信息。

图4 井下电视（井管断裂）

图5 井下电视（井下有异物）

图6 井下电视（井中污垢淤积）

(3)微水试验

井的连通性状况，需巧妙的采用微水试验[12-14]进行判定，结合微水试验的水位恢复曲线（图7～图9）和求取的监测井周边的渗透系数进行综合判断。

图7 微水试验水位恢复曲线（瞬时恢复）

图8 微水试验水位恢复曲线（缓慢恢复）

图9 微水试验水位恢复曲线（缓慢恢复）

地下水环境监测井通常监测层位为潜水，潜水微水试验可采用经典Bouwer-Rice模型来求取渗透系数[15]。在开展野外微水试验时，需注意：①根据监测井井径准备合适的激发装置组合，确保足够的激发水头。②自动水位监测仪下放深度要适度，保证激发装置下放后不会碰到自动水位监测仪。③由于井底通常泥沙含量较大，不能将自动水位监测仪置于井底，否则会导致自动水位监测仪测量的水头压强失真。④激发装置入水速度要快，但不可猛砸溅起水花，最终激发装置顶部应位于静水位以下一定深度以确保在整个水位恢复过程中激发装置不会出露水面。

3.室内数据分析及监测井档案建立

(1)室内数据分析

井下电视视频和图像数据利用专业技术软件进行数据处理，形成井管结构展开图。微水试验采用相关数据分析软件，绘制地下水位随时间变化的曲线，判断水位恢复情况。“瞬时恢复”和“长时间未回落”情况，绘制直观、规范的水位变化曲线作为微水试验分析报告；“缓慢回落”情况，采用微水试验专业技术软件，计算监测井附近的渗透系数K，导出求参分析图像，形成微水试验分析报告。