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如何更加高效低成本的调查土壤及地下水污染
2017-10-11   来源:中国环境修复网    

2016年“土十条”颁布,明确指出在2020年前要真正摸清土壤污染底数,获得地块尺度的土壤污染数据。探明土壤污染成因,了解重点行业企业土壤污染状况,获取权威、统一、高精度的土壤环境调查数据;同时开展土壤环境质量监测网建设。

随着环境科学和地球物理学的发展,地球物理学在环境科学中的应用领域不断扩展,采用地球物理学方法研究场地物质的物理或化学特性,已被我国及全世界用于解决污染场地调查、环境污染的监测,生态环境变化预测等方面。

污染场地地球物理方法应用前提

由于地质体在环境发生变化时,会产生相应的地球物理效应,引起污染场地中的地下水和土壤化学性质和物理特征发生变化,地球物理方法就是通过对这些物理场的观测,从而达到污染场地调查的目的。

比如在污染废弃物的集中堆放区,通过物理、化学和生物作用,会产生大量的渗滤液,液体中含有丰富的各种离子,离子浓度愈大,地下水导电性愈强,因而可选用电阻率法进行探测;工业生产过程中燃烧产生的飞灰含大量的Fe3O4,其磁化率是黄土、粘土、湖底污染沉积物的几十倍,因而可用高精度磁法探测等。

地球物理方法如何做场地调查

在传统场地调查技术中,多是采用按一定分布比例直接钻探取样分析,得出污染情况。该方法仅对点或线上的情况进行分析,覆盖面不广。

采用地球物理方法调查是在取样前,收集确定污染源情况后,选定合适的地球物理方法,大范围进行地表测量,以确定污染水平区域及其深度范围,最后结合取样分析结果,以达到对测区整个地下空间的覆盖研究。

相对传统网格取样,地球物理技术优势在哪里

a)测深深度大,精度高,全覆盖测量

传统的土壤及地下水污染调查覆盖面不广,设计的取样点位针对性不强,成本高,无用样品浪费大,仅对点或线上的情况进行分析,调查结果准确性低,耗时长,且容易遗漏因污染扩散造成的深层土壤和地下水的污染,很难利用调查数据分析污染场地的迁移规律。

采用物探技术探测能达到对研究区整个空间的三维覆盖研究,测深深度大,精度高,不仅能定性的圈定场地的污染区域,且能划分场地的地层结构及判断场地的地下水深度及流向。

b)无损,非破坏性,适用各种场地测量

在土壤及地下水污染检测中,可以从地面遥测地下介质特征的三维变化,而无需大量的钻井或探槽。除具有与其他环境监测方法同样的应用领域外,该方法在海上、南北极地区等环境研究中更具有独特的优势。且地球物理勘探技术具有非破坏性、经济、快速的优点,适用于对运作中的工厂,堤坝、核废料库等不能钻井取样的情况下的环境调查。

c)能圈定场地污染区域,划分地层结构,判断地下水深度及流向

在土壤及地下水污染检测中,根据污染物与其周围介质在物理、化学性质上的差异,借助自主研发的专门的仪器,测量其污染物理场的分布状态,通过分析和研究物理场的变化规律,结合地质、水文等有关资料,推断解释地下一定深度范围内污染物的分布特征。其一方面检测覆盖层构造特征、地下水污染通道性质、污染水渗透率等;另一方面又可动态监测污染的速度和范围。

应用案例

(一)项目背景

项目目的为调查场地的土壤和地下水污染范围和深度,并与原有取样点进行对比分析,用以验证物探方法运用于污染土壤地下水场地调查的可行性,并展示大面积扫描方式在该项目上面的优势。

调查区原为锰化厂,占地面积为76亩。主要经营生产电解二氧化锰、仲钨酸铵、电池锰粉等产品。目前厂房已经拆除,分别于原本运用于灰粉堆场区、粉碎矿石处、废渣沉淀池、原材料堆场均设有取样点位。

(二)地球物理调查测线布置

本次项目主要采用电阻率地下成像法(ERT)和电磁波(EM)来进行污染定位调查。

电阻率测线一位于整个场地的西侧,测线分布于钻孔位置的东西方向,测线整体在斜坡位置,总测线长度为107米。

电磁法测区位置主要布置于原本的灰粉堆场和厂房区。

如何更加高效低成本的调查土壤及地下水污染

电阻率测线一布置(左图)电磁法布置图(右图)

(三)调查结果解释分析

项目区以粘土和粉质粘土为主,正常土壤电阻率为60-200欧姆米之间,由于研究区为锰化工厂,为重金属污染,会导致土壤电阻率下降,故受污染的区域为低电阻异常。

电阻率测线一调查结果分析

如何更加高效低成本的调查土壤及地下水污染

测线一电阻率成像结果图

根据测试结果可得,断面存在3处低阻异常,约10-20欧姆米之间,且异常区域有明显边界,可推测为锰或其他重金属污染所致,第一处污染位于测线顶部,于测线第8-20米之间,其明显污染最大深度可达8米左右;第二处污染位于整条测线第35-66米之间,属于较大范围污染,其明显污染最大深度可达12米左右;第三处污染位于整条测线尾部位置,明显污染最大深度2米左右。据现场踏勘可知,在整条测线中部区域表面可见明显异于正常土壤成分的黑色土壤,推测黑色土壤成分为污染土壤,相对位置与电阻率成像结果第二处污染位置相一致,故基本可以确定该位置区域存在锰或其他重金属污染的情况。

电磁法(EM)调查结果分析

电磁法主要为探测研究区导电率,据物性参数可知,受重金属污染区域,其导电率相对较高。

如何更加高效低成本的调查土壤及地下水污染

测区电磁法成像图

根据测试结果可得,高导电度区域集中于图中红色框区域,推测为重金属污染地区,在原厂房位置结果呈现高导电度异常,推测为厂房在原本进行生产时产生了一定的污染情况,且污染较为集中。其中厂房外区的污染推测为污染扩散或是原料堆放所致。在灰粉堆场高导电度异常主要集中于原本灰粉堆区,污染较为集中,也呈现大面积的堆积情况。

如何更加高效低成本的调查土壤及地下水污染

测区不同深度导电率图

同时,根据不同深度导电率结果可知,该区域不同深度的地层异常范围大致相同,且较浅层地层异常情况较轻,最大导电度约为280mS/m,因此推测为上部污染经过时间的推移,大部分已经渗透至较深区域,当深度深至12米左右时,可见较为明显异常区域,其地层导电度可达400-500mS/m,推测为污染开始在该深度具有明显的浓度,再往下至20-25米左右地层时,污染区域几乎已经占据整个异常区域,且浓度随着深度的加深而加剧。可知,污染随着时间的变化,不停的向下扩散迁移,且污染深度已超过地下25米,同时,对比该区域打钻取样验证结果,在推测的可能污染区域,见锰等重金属严重超标,且污染深度基本吻合。

(四)结论

污染场址整治成果的查验一般是以采样分析作为准则,当场址污染问题复杂,监测井数量不足,以致无法有效评估全场址现况,或所设井位未能覆盖主要的整治区或污染区,则必须设置新井,这样就大大抬高了成本。

若采用地球物理技术探测,则可有效的圈定场地的污染区域,且能划分场地的地层结构及判断场地的地下水深度及流向。同时,探测深度大、精度高,为企业有效的节约项目经费。

若将地球物理方法应用于判断污染场地修复效果及进展,配合我司自主研发的全自动监测平台,不仅能时时监测土壤的pH值、盐分、酸度等参数,更能监测土壤的电导率、电阻率变化,为企业时时掌握土壤修复进程,避免二次污染,提供有效的解决方案。

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标签:地下水 土壤 成本

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