水文地质勘查在矿山废弃场地环境调查中的应用

朱和俊，何小艳

（1.宣城市地质环境监测和地质灾害应急中心，安徽 宣城 242000；2.安徽省地质矿产勘查局311地质队，安徽 安庆 246003）

目前，国内常用的污染场地环境调查布点方法主要有系统布点法、分区布点法、专业判断法以及随机布点法[1]。由于调查地块地形地貌、水文地质背景不同，常规的布点方法并不能完全满足调查需要。存在部分地质结构复杂、影响范围较大的污染地块无法精准布点、采样不均等问题，导致调查的成本增加、调查结果不够全面或有失偏颇，容易忽视由于污染物可能通过迁移扩散过程对深层土壤和地下水造成污染的情况，对后期开展的风险评估、场地修复提供的技术基础依据不够详实可靠。因此，很有必要进一步提高重视程度，在场地环境调查前开展水文地质勘查工作，为调查布点设置提供科学依据。

1 场地水文地质勘查的重要性

不同土层的理化性质存在差异性，土层结构对地下水中污染物的渗透能力和输送能力紧密相关[2]，场地污染物会随着污染物质的重力和土壤表面张力逐渐向地下深处和周边迁移、扩散。高质量的场地水文地质勘查工作可以判断污染物分布情况，总结分析污染物在土壤、地下水中的积累、迁移、扩散和变化规律，有助于调查工作中更有针对性的编写污染场地调查设计方案。能够合理地布设土壤采样点位置和钻探深度、地下水监测井的深度和滤网位置，减少不必要的采样和分析费用，节约调查成本，提高资金效率和评价质量，促进准确反映场地土壤和地质环境质量。

因此，在实施污染场地调查之前实施水文地质勘查工作，可以查明调查评估区域及周边的土层分布情况和地下水流向。调查人员通过踏勘、钻探、水工实验等多种方式，查清区内土层分布特征、渗透性、地下水赋存状态、流向和动态变化规律，判断相对隔水层和透水层的分布特征，建立场地水文地质模型[3]。必要时可以提取岩芯开展室内模拟实验，探索各土层对污染物的吸附能力，分析地层中污染物的赋存状态，掌握调查区域内地下水中污染物的迁移变化规律，使土壤环境调查方案更加合理、规范。优质的场地水文地质勘查成果能够为后期污染场地风险评估提供一些必要的技术参数，为后续详查、风险评估、场地土壤修复方案设计及土地规划、开发利用和管理提供科学决策依据。

2 场地水文地质勘查的主要内容和技术要点

2.1 场地水文地质勘查的主要内容

2.1.1 污染场地土层分布

国内当前常用的土层分析方法是采用钻探孔取样，同时辅助采用静力触探试验，从而准确划分土层和土层分类。在生产车间、危废库、污水处理站等污染高风险区布设钻孔，获取土层分布、渗透系数、含水层厚度等工程地质勘察资料。

2.1.2 地下水流场调查

查清地下水赋存条件是调查地下水流场的重点，可以了解到调查区域中潜水和微承压水所赋存的土层，掌握调查区内地下水的水位，建立污染场地的水文地质模型，为后期地下水监测井的布点设置、钻井深度、滤网深度提供技术支撑。利用布设的地下水监测井可以了解调查区的地下水水位、流速和变化情况，绘制场地地下水流向图，为后续分析场地污染物分布情况及分布范围提供科学依据。

2.1.3 污染场地污染物分布

根据污染物的迁移转化规律，对于场地内污染物分布情况调查主要包括纵向分布和横向分布两方面，在纵向分布上可以采集到不同土层的土壤样品以及各土层交界面和含水层各部位的土壤样品[4]。当采样时发现土层有明显异常情况时，需要考虑在周边新增土壤取样点。在横向分布上的调查能够预计整个污染场地的污染范围和扩散速度，对构建场地水文地质模型、后续风险评估及环保管理具有重要意义。

2.2 场地水文地质勘查的技术要点

应用于场地污染调查中最常见的水文地质勘查技术主要为地质测绘、物探钻探、抽水试验。调查人员经资料收集和现场勘查，明确污染场地的污染源分布概况，然后进行布点、钻探取样、化验分析工作，建立水文地质模型。主要技术要点包括勘查点设置、样品采样和检测分析等。

（1）勘查点设置：勘查点的选点和布设与水文地质勘查结论紧密相关，在场地土壤环境调查过程中非常的重要。根据前期现场踏勘、资料收集、人员访谈和研究分析等基础上，在潜在的重点污染区按规范选取三个及以上勘查点，并合理选取地下水监测井位置、深度及滤网位置，提高地下水污染情况的准确性，降低不确定性因素。若污染区域存在大规模污染，可适当增加勘查点，增强勘察数据的准确性和全面性。

（2）土壤、地下水样品采集：根据调查区的土壤和水文地质特征，按照相关规范选择相应的采样方法进行采样。土壤采样中表层土壤取样范围为20cm以内，深层土壤样品采集采用专用取土设备进行钻探，采集不同土层的样品，不同土层性质最少取1个样品，不跨层取样。在地下水样品采集过程中，选择第一层含水层取样，在监测井的水面0.5m以下进行取样。如果场地污染状况复杂或存在多层含水层时，可根据调查区地下水的实际分布情况，在第二层含水层采集样品。样品采集过程中要及时记录现场信息，严格把关采样过程的质量控制，以防引入二次污染物。

（3）样品检测分析。土壤、地下水样品采集后按照相应的规范进行保存、运转，并及时送至有资质的实验室进行化验分析，化验分析过程中应做严格按照标准操作规程操作，并做好质控措施，保证样品监测数据的准确性和有效性。

3 工程实例

矿产资源是重要的工业原材料，选矿厂和尾矿库是部分金属及非金属矿山企业配套生产设施，是矿产资源开发利用产业链中的一个不可或缺环节。采矿业作为土壤污染重点行业类别，矿石冶炼采选加工和矿山生产经营建设中产生的废水废气废渣和尾砂，会产生多种重金属和有机污染物等污染因子，若运维管理和污染防范措施不当，可能通过不同的影响途径对地下水、土壤和地质环境造成污染。本文以皖南某废弃有色金属选矿厂场地环境调查为例，对水文地质勘查在场地环境调查中的应用进行分析，以期为今后工作提供指导。

3.1 调查场地概况

调查地块位于皖南地区长江中下游低山丘陵地区，为关闭选矿厂企业，主要产品为浮选铅锌矿、铜矿。根据前期调查，该地块为疑似污染地块。调查地块地形南高北低，地层为中更新统戚家矶组（Q2q），该场地的历史污染物以重金属为主。在场地土壤环境调查前通过地面调查、钻探取样、分析测试、现场注水试验等方法进行水文地质勘查，共施工水文地质钻孔5个（共60.20m）。钻探深度为揭露完整土体厚度不小于8 m，取土样6件进行测试土样的垂向渗透系数，注水试验1段次。明确了该场地的地层和地下水分布情况，为场地调查土壤点位布点设计和地下水监测井设置参数提供有力的技术支撑。

3.2 水文地质勘查结果

3.2.1 场地土层分布

根据地表调查和钻探取样结果显示场地内各地层结构自上而下可分2层，即杂填土层、粘土层。现分述如下：

①杂填土：主要为灰黄色，岩性主要为粘土组成，底部夹有粉煤灰、碎石等，稍密—中密，湿。厚度为0m～3.0m。②粘土：第四系中更新统戚家矶组（Q2q）。灰黄、褐黄色，硬塑状—坚硬状，稍湿—干，含铁锰结核和高岭土团块，该层厚度大于8m。

本地块地层分布主要为第四系中更新统戚家矶组（Q2q）粘土，土体坚硬，不透水性较好。

3.2.2 岩土渗透性评价

（1）钻孔注水试验结果:ZK1钻孔注水试验之试验段深度3.75m～12.80m，试验目的层为中更新统戚家矶组（Q2q）（②层），含水层厚度为9.9m，地下水位埋深1.00m，试验结果：注水量Q=0.000133L/s、水头高度S=1.00m、单位注水量q=0.000133L/s·m,计算得②层粘土的渗透系数K=0.00013m/d（即1.5×10-7cm/s）。

（2）土样室内测试结果:土样取于钻孔ZK1、ZK3，取样深度3.8m～6.5m，取样层为中更新统戚家矶组（Q2q）（②层），结果显示垂直渗透系数室内测试平均值为2.33×10-7cm/s。

（3）岩土层渗透性综合评价:中更新统戚家矶组（Q2q）（②层）渗透系数野外试验值和室内测试值均小于1.0×10-6cm/s，属不透水层，即为相对隔水层。

综上所述，该地块为第四季中更新统戚家矶组（Q2q）粘土连续分布，厚度大，其渗透系数，野外试验和室内测试值均小于1.0×10-6cm/s，属不透水层，即为相对隔水层。

3.3 布点优化结果

根据场地水文地质勘查结果，对调查地块内土壤、地下水采样方案进行优化，本次调查共布设8个土壤采样点，分别布设在原矿石堆场（T1、T2）、原选矿车间东侧（T3）、原破碎车间内（T4），原选矿车间内（T5），原货场内东侧（T6），黄药库北侧（T7），原货场内西侧（T8），钻探深度为6m。由于该地块所处地层渗透性差，污染物迁移相对较慢，在土壤采样过程中，取样范围可尽量在上层至中层（即0m～2.0m），在污染风险高的区域增加采样点。

在地下水监测井布设时，考虑到地形南高北低，污染物有可能通过地表径流在场地下游富集，在下游点位布设时增设一个监测井，并增加下游的滤网高度，确保准确的布设在含水层处。本次调查地下水监测井共设4个，分别位于原矿石堆场（GW1）、选矿车间内（GW2）、下游货场东侧（GW3）、宿舍区西侧（GW4）。同时在选矿厂上游60m处布设一个对照点监测井，钻探深度为9m。

4 结语

宏观上看，水文地质勘查成果除了可以应用于点状的场地环境调查之外，还可以应用于服务于面状的区域性土壤地质环境监测，作为土壤环境质量管理网络的补充，有效夯实工作基础，为土壤污染防治和地质环境信息化等工作提供的信息支撑。为水源地、旅游风景区、特色农产品等有关重点监测和保护区域内的工农业产业布局和调整提供决策参考，更好地推动地质环境保护和国土空间生态修复工作。