一种污染场地地下水井群采样方法与流程

本发明属于环保领域，具体涉及一种污染场地地下水井群采样方法。

背景技术：

随着我国对污染土壤及地下水环境风险的高度重视，污染场地治理修复项目日益增多。污染场地修复前需要进行环境调查与评估，对场地土壤及地下水进行布点采样监测，相对于土壤的采样，地下水布点采样存在的问题较大。主要是难以准确获知场地不同深度处地下水的污染状况，导致难以准确确定地下水修复体量，造成修复技术方案制定不合理，进一步导致后续工程的一系列问题。其次是地下水采样方法未充分考虑污染场地的特征，造成采样不准确，主要是因为现有的场地地下水建井取样方法大多借鉴水文地质上以水资源调查为目标的做法，未充分考虑场地的微观性、污染性、水质不均性及污染物的环境过程特性等因素；具体来说体现在三个方面，一是滤水管的位置不准确，二是采水方式不合适，三是洗井要求不合理。再次，现有的地下水建井方法一般是钻进成孔放置井管和滤水管后，然后在滤水管与井壁间填充滤料，在井管与井壁间填充封隔层，最后安装井口保护盖，完成建井。该法效率较慢，需消耗滤料，建成后地下水井难以移除，长期留在原地，会对场地后续再利用造成一定影响。当前尚缺乏较为快速的建井方法。

专利cn105954464a公开了一种土壤气地下水监测井的建井方法，将土壤气监测井与地下水监测井同步构建。通过设计、钻探一土壤气监测井与地下水监测井套状共生的大口径井，安置地下水监测井井管和土壤气探头及导气管，完成与地下水监测井配套的土壤气监测井的建井。此专利建成的地下水监测井，需在滤水管与井壁间填充滤料，在井管与井壁间填充封隔层，建井效率较慢。

技术实现要素：

针对上述污染场地地下水建井采样存在的问题，本发明提出一种精确监测污染场地不同深度的地下水采样以及监测井群的布置方法，充分考虑了污染场地地层结构、污染特征等因素，能准确获知地下水不同深度地下水污染状况，可为污染场地地下水修复体量准确定量提供支持。

本发明提供了一种污染场地地下水井群采样方法，用于需要对地下水环境进行调查的区域中的n个不同深度的各个目标地层的地下水进行采样，其特征在于，包括以下步骤：

第一步骤，在调查点位的范围内设定监测中心点；

第二步骤，对应于n个不同深度的目标地层，设定需要设置的监测井的数量n以及监测井的深度；

第三步骤，根据监测井的数量n设定半径r，得到以监测中心点为圆心且半径为r的圆周；

第四步骤，在监测中心点上设置一个监测井，在圆周上均匀设置n-1个监测井；

第五步骤，对应于n个不同深度的监测井，分别配置n个对应的地下水监测井装置；

第六步骤，安装n个地下水监测井装置。

在本发明提供的污染场地地下水井群采样方法中，还可以具有这样的特征：其中，监测井的数量为2-10口，对应的半径r为1-4米。

另外，在本发明提供的污染场地地下水井群采样方法中，还可以具有这样的特征：其中，地下水监测井装置包括多个井管、设置在井底的滤水管和止水环，监测井的孔径大于井管外径与2个止水环的厚度之和。

另外，在本发明提供的污染场地地下水井群采样方法中，还可以具有这样的特征：其中，当目标地层的土层厚度小于5米时，滤水管长度小于目标地层的厚度。

另外，在本发明提供的污染场地地下水井群采样方法中，还可以具有这样的特征：其中，第四步骤中，位于监测中心点上的监测井的深度设置为最深的或最浅的，在圆周上均匀设置n-1个监测井中，深的监测井和浅的监测井是交错设置的。

另外，在本发明提供的污染场地地下水井群采样方法中，还可以具有这样的特征：其中，一个监测井中的滤水管的底部高于相邻设置的另一个监测井中的滤水管的顶部。

另外，在本发明提供的污染场地地下水井群采样方法中，其特征在于，还包括第八步骤，洗井操作，根据监测井的井深，按照由浅至深的次序进行，其中，先洗一端的监测井，后洗对称的另一端的监测井。

另外，在本发明提供的污染场地地下水井群采样方法中，还可以具有这样的特征：其中，，洗井的水量为地下水监测井装置内的地下水水面至井底的体积的3-5倍。

另外，在本发明提供的污染场地地下水井群采样方法中，其特征在于，还包括第九步骤，分别在多个地下水监测井装置中进行地下水的采样，其中，当测定溶解性污染物时，取水位置位于地下水监测井装置内的水面与底部的中间位置，当水中含有轻质非水相液体时，取水位置位于地下水监测井装置内的水面位置，当水中含有重质非水相液体时，取水位置位于地下水监测井装置内的水底位置。

发明的作用与效果

根据本发明所涉及的污染场地地下水井群采样方法，采用本发明的地下水监测井群布置，具有建井效率高，具有准确确定场地中不同深度地下水污染情况的优点。

本发明的洗井方法，创造性地提出以洗井水量作为依据，克服了传统采用ph值、温度、电导率、溶解氧、氧化还原电位等参数稳定为依据的缺点。

本发明的针对不同污染物特征的采样方法，具有对目标层中具有目标污染物特征的地下水精准取样的优点。

本发明的井管可回收循环使用，因此，具有成本经济性、环境友好性等突出优点。

附图说明

图1是本发明的实施例中地层以及地下水监测井装置剖面示意图；

图2是本发明的实施例中监测井布置俯视示意图；以及

图3是本发明的实施例中地下水监测井装置示意图；

图4是本发明的实施例中滤水管管体示意图；

图5是本发明的实施例中一种通孔的剖面示意图；

图6是本发明的实施例中一种通孔的剖面示意图；

图7是本发明的实施例中过滤层示意图；以及

图8是本发明的实施例中防堵层示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本发明的用于对污染场地地下水进行采样的采样系统作具体阐述。

针对某污染场地可能存在的地下水环境影响，开展地下水环境调查。根据污染场地的特性，推断地下水可能的主要污染物包括轻非水相液体、重非水相液体等。根据场地地质勘探结果，如图1所示，污染场地地层由上到下依次为杂填土(监测层1)、粉性粘土(监测层2)、粘性土、粉砂(监测层3)。

本实施例中的用于对污染场地地下水进行环境调查的采样系统，对应于多个不同深度的各个目标地层设置的n个具有不同深度的监测井；对应于n个具有不同深度的监测井配置的n个地下水监测井装置，

一个监测井设置在调查区域中预定的监测中心点上，n-1个监测井分别均匀设置在以监测中心点为圆心和预定半径为r的圆周上。

或者，监测中心点上不设监测井，n个监测井分别均匀设置在以监测中心点为圆心和预定半径为r的圆周上。

预定半径r根据监测井的数量n设定。

n个地下水监测井装置分别对应设置在n个监测井中。

同一位置监测井井群布置，是指在以监测中心点为圆心，半径r为1-4米的圆的范围内视为同一位置，该范围内地下水水质在场地调查中可视为同一位置处的水质。在此范围内布设2-10口监测井，监测井分布于圆心及圆周上，其中在圆周上的多个监测井沿圆周等间距分布。

监测井的数量少时半径小，监测井数量多时半径大。

在监测井数量较多时，监测井位置也可以在不同半径的中间位置。

为精准监测污染场地地下水，当监测井数量为2-7时，圆半径不宜小于1.5m，如图2所示，以污染场地某一监测点中心点16为圆心，如果目标层厚度小于5m，可在监测中心点16为中心，圆半径为1.5m的圆周上布置监测井18、监测井19。

以污染场地某一监测点17为圆心，在监测中心点17上以及以监测中心点17为圆心，圆半径为2m的圆周上布置监测井20、监测井21、监测井22、监测井23。

当监测井数量为8时，圆半径不宜小于2m，当监测井数量为9-10时，圆半径不宜小于3m。

当圆半径为r，圆心设置有一个监测井，圆周上布置的监测井数量为x，在考虑监测井之间的距离保持相同的情况下，表达式为：

2πr/x＝r，若各监测井间距离尽量保持相等，即f(r)＝2πr/x-r最小，也就是两边求导数为零，得x＝6，即圆周上布置6个监测井，呈正六边形时，各监测井之间的距离保持相同。

位于监测中心点上的监测井的深度设置为最深的或最浅的。

余下的监测井，深的监测井和浅的监测井是交错设置在圆周上的。

地下水监测井装置具有滤水管，滤水管设置在监测井的井底，该井底位于对应的目标地层中。

每口监测井底的滤水管对应不同的土层或同一土层中不同的深度，当目标层土层厚度不大于5米时，滤水管长度不宜超过目标地层总厚度，如图1中的地下水监测井装置12、13。

当目标层厚度大于5米时，可在该层中开挖不同深度的多个监测井，并在监测井中对应地设置地下水监测井装置，地下水监测井装置中的滤水管长度不宜超过3米。如图1中的地下水监测井装置14、15。

当场地中含有轻非水相液体时，滤水管的上端应该高于地下水的水位，如图1中的地下水监测井装置13中滤水管的上端高于地下水的水位，这样地下水中的轻非水相液体(lnapl)会浮在滤水管中地下水的表面，便于被采集。

当场地中含有重非水相液体(dnapl)时，滤水管的底部应该位于不透水层的顶部，如图1中的地下水监测井装置12中滤水管的底部位于不透水层的顶部，这样地下水中的重非水相液体会沉在滤水管中地下水的底部，便于被采集。

滤水管的长度根据场地调查的精度，可在0.5米-5米之间。滤水管一般不横跨两个或几个不同的目标含水层，特别是在详细调查时，滤水管不跨层。

为避免建井及洗井过程对各监测井之间产生交叉影响，圆周上相邻设置的两个监测井中的深度是不同的，对应的设置的两个监测井中的滤水管长度对应的垂直高度线是不重叠的，即一个监测井中的滤水管的底部高于相邻设置的另一个监测井中的滤水管的顶部。

设置井深时，当圆周上的监测井数量是偶数时，在直径的一端是浅井或是深井，对称的另一端设置为次浅井或次深井，即对称于监测中心点设置的两个监测井的井深是相接近的。

如一个监测井的井深是最深，对称于监测中心点设置的另一个监测井的井深是第二深，其相邻的一个监测井为最浅，其直径另一端的为第二浅，以此类推。

如图2所示，监测井18、监测井19为浅井。监测井20、监测井22为浅井，监测井21、监测井23为深井，监测井17的井深比监测井23深，监测井的直径为40-160mm。

当圆周上的监测井数量是奇数时，各监测井在圆周上均匀分布，当选定其中一个井为最深或最浅时，距离该井最远的井为次深或次浅，依次类推。

地下水监测井装置用于设置在地下水取样井中，对特定地层的地下水进行过滤后，得到需要用于监测的特定地层的地下水。

如图3所示，地下水监测井装置包括从上至下依次连通的多个呈筒状的井管7、滤水管11、止水环10、井口保护盖6、取样井盖8。

井管7呈圆筒状，其外径小于地下水取样井的内径，相邻的两个井管7连接方式采用螺纹连接或卡扣连接，井管7采用ppr、pvc、不锈钢中任意一种材料制成，井管内径为40mm-160mm，井管单节长度为1000mm-3000mm，井管与井管之间采用螺纹连接。实施例中，井管7采用pvc材料制成，井管单节长度为3米，井管外径为60mm。

当采用螺纹连接时，井管7的上端设置有内螺纹，下端连接处的外径缩小且设置有匹配该内螺纹的外螺纹。

另外，也可以采用连接件来连接相邻的两个井管7，井管7的两端分别设置有外螺纹，连接件呈环状，环内设置有与外螺纹相匹配的内螺纹。

实施例中，井管7和滤水管11也通过螺纹连接组装，一起置入取样井下，从而提高建井效率，井口保护盖6设置在最上面的井管7口上，取样井盖8呈环状设置在地面上，井管7从取样井盖8中穿过，取样井盖8用于遮挡井管7与取样井的井壁之间的空隙。

滤水管11设置在预定深度处的地下水取样井的井底，包括筒状的管体3、至少一层过滤层、防堵层5。

管体3为筒状的管体，具有管壁，管壁上设置有多个通孔2，管体3的底部可以封闭，也可以不封闭。实施例中，管体3的底部是封闭的。

如图4所示，管体3的上端设置有内螺纹1，管体3的管壁上设置有多个通孔2，通孔2的截面可以为圆形、椭圆形以及长条形中的任意一种。

根据地下水中不同的污染物来设计通孔2的方向，一种情况是通孔2的中心线与管体3的中心线垂直，这样通过通孔2的水流方向与管体3的中心线垂直。

或者，通孔2的中心线与管体3中心线的向下方向的夹角为锐角。

当水流方向a通过如图5所示的通孔2时，适用于含油类的地下水，因为含油的物质是容易上浮的，容易通过该种孔。

或者，通孔2的中心线与管体3中心线的向上方向的夹角为锐角。

当水流方向b通过如图6所示的通孔2时，适用于重非水相液体污染物通过该种通孔。

当该锐角为45度时，水流通过具有较好的效果。

进一步地，通孔2在管壁的边缘呈圆弧状，即通孔2与管壁的连接处呈圆弧状，这样就不容易使得地下水中的悬浮物淤积在连接处。

管体3的材质为ppr、pvc、不锈钢、钢中任意一种，内径为40mm-160mm，管体3单节长度为100mm-4000mm,管体3与井管7通过螺纹连接。

本实施例中，管体3呈圆筒状，采用pvc材料制成，管体3的剖面尺寸与井管7的剖面尺寸相同，通孔2的中心线与管体3的中心线垂直，通孔2的截面呈长条形，实施例中，根据管径和取水层的水文地质条件沿水平方向设置，该长条缝可用电锯在管体3上进行水平切割，长条缝之间间隔平行，交错设置。长条缝的长度为30mm-120mm，宽度为0.15mm-3mm，间距为3mm-12mm。

至少一层如图7所示的过滤层4包裹在管体3的管壁上，过滤层4中过滤孔的尺寸小于通孔的尺寸。

其中，过滤层4具有多层。

多层过滤层4具有相同的过滤孔形状，相邻两层过滤层4中的过滤孔位置是交错设置的；

或者，多层过滤层4是由多个不同的过滤孔形状的过滤层4构成，具有不同过滤孔形状的多个过滤层4是交叉设置的。

根据取水层水文地质及取水要求，过滤层4可以有5-20层。过滤层4采用低吸附性的不锈钢或有机高分子材料制成。

实施例中，过滤层4由多层过滤孔形状相同的滤布进行包裹，或由多层过滤孔形状不相同的滤布进行包裹，滤布的材质选取吸附性较差且稳定性较好的有机高分子材料，如涤纶、丙纶、锦纶(尼龙)、维纶、乙纶、混合纤维、树脂类中的任意一种。

滤布中过滤孔的形状可以为矩形、菱形等形状，各层滤布的过滤孔的形状可以是相同的，相邻两层过滤层4中的过滤孔位置是交错设置的。

或者，各层滤布的过滤孔的形状也可以不同的，具有不同过滤孔形状的多个过滤层4是交叉设置的。

经过多层叠加后的过滤层4可以得到更加小的过滤孔，可以更有效地发挥过滤作用。

实施例中，滤布的过滤孔分为粗、中、细三种规格，其单位面积质量分别为100g/m²、450g/m²、800g/m²，其等效孔径分别为0.2mm、0.14mm，0.07mm，在地下水的常温(15-17摄氏度)下，滤布材质均不溶解与有机污染物，且耐酸碱。

因此，过滤层4中过滤孔的尺寸小于通孔2的尺寸,即过滤层4等效孔径中的最大的尺寸小于通孔2中最小的尺寸。

为避免通孔2淤塞，在管体3与过滤层4之间设置有防堵层5。

具有网状结构的防堵层5，环绕设置在管壁上且位于管壁与过滤层4之间，用于支撑过滤层4并防止通孔堵塞。

该防堵层5具有支撑和隔离防堵作用，如图8所示，防堵层5上设置有多个通孔。实施例中，在过滤层4与管体3外壁间用一层塑料网制成的防堵层5隔开。塑料网长度为100mm-4000mm，厚度为2mm-5mm，塑料网网孔为菱形状。

至少一个止水环10环绕设置在位于滤水管11上部的井管7外表面的下端，位于井管7与取样井的井壁之间。

如图3所示，止水环10设置在井管7上，止水环10采用遇水膨胀的橡胶材料制成，橡胶材料的膨胀系数为1.5-3，无二次污染；或采用透水材料制成且透水材料内包裹有经物理化学改性而成的膨润土，该膨润土在ph为2-13之间具有很好的遇水膨胀性，膨胀系数为0.5-1.5，重量轻、可塑性好、无二次污染。止水环10在井管放置监测井前，固定在井管7的外壁上。橡胶材质的遇水膨胀止水环可在其外部用紧箍勒紧，膨胀土材质的遇水膨胀止水环需装进有弹力的透水网兜，在网兜外部用紧箍勒紧。遇水膨胀止水环圆周长度为5mm-500mm，厚度为10mm-30mm。

实施例中，止水环10采用遇水膨胀的橡胶材料制成，其中，橡胶材料的膨胀系数为2。

遇水膨胀的止水环10与传统建井方式中的封隔层作用相近，遇水后发生膨胀，起到止水的效果。止水件10遇水膨胀后封堵井管7与取样井的井壁之间的间隙，止水件10下方的地下水通过过滤层4从管体3外流入管体3内。

止水环10安装方式简便，能有效提高建井效率。此外，遇水膨胀止水环10脱水后会缓慢收缩，在监测井使用完后，利于将其取回，经处理后可循环使用，节约了成本。

一种污染场地地下水井群采样方法，用于需要对地下水环境进行调查的区域中的n个不同深度的各个目标地层的地下水进行采样，包括以下步骤：

根据地下水采样场地污染识别结果，推断地下水可能的主要污染物以及地下水构筑物分布情况。

根据地下水采样场地地质勘探结果，得到场地地层的分布情况。

在调查点位的范围内设定监测中心点。

对应于n个不同深度的目标地层，设定需要设置的监测井的数量n以及监测井的深度。

根据监测井的数量n设定半径r，得到以监测中心点为圆心且半径为r的圆周。

在监测中心点上设置一个监测井，在圆周上均匀设置n-1个监测井。

选定监测井的位置，进行建井作业。

选定地下水监测井的位置，根据土层地质构造选取合适的钻井方法，开始钻井操作，井的孔径大于井管外径与2个止水环的厚度之和；当钻至目标监测层以下1-3m时，完成监测井孔的钻孔操作。

对应于n个不同深度的监测井，分别配置n个对应的地下水监测井装置。

将地下水监测井装置放置在钻好的井中。

安装井口保护盖，完成地下水监测井装置的快速构建。

根据监测井的井深，按照由浅至深的次序分别对多个监测井进行洗井操作。

洗井按照地下水监测井深度由浅至深的次序洗井，同时遵循先洗一端监测井，后洗对称的另一端监测井的顺序。

如图2所示，监测点17处各监测井洗净顺序依次为监测井20、监测井22、监测井21、监测井23、监测井17。

考虑到污染场地污染的非均质性，场地地下水水质差别较大，因此洗井水量不宜太大，避免影响周边地下水分布，一般洗井的水量为井管内的地下水面至井底的体积的3-5倍即可，不建议采用ph值、温度、电导率、溶解氧、氧化还原电位等参数稳定后为洗井的终点。

在地下水监测井装置中进行地下水采样。

对不同污染物的采用不同的采样方法，当测定溶解性污染物时，取水位置一般在井中水面与底部的中间位置。

当水中含有轻质非水相液体时，取水位置应在井中的水面位置。

水中含有重质非水相液体时，取水位置应在井中的水底位置。

实施例二

本实施例其他结构与实施例一相同，只是滤水管的管体结构与实施例一不同。

本实施例中，管体为筒状的管体，具有管壁，管壁上设置有多个通孔，管体的底部可以封闭，也可以不封闭。实施例中，管体的底部是封闭的。

其中，管壁包括从上至下的上壁部分、中壁部分以及下壁部分，

多个通孔包括分别设置上壁部分上的上通孔、设置中壁部分上的中通孔以及设置下壁部分上的下通孔。

上通孔的中心线与管体中心线的向下方向的夹角为锐角。

中通孔的中心线与管体中心线垂直。

下通孔的中心线与管体中心线的向上方向的夹角为锐角。

实施例三

本实施例其他结构与实施例一相同，只是滤水管的结构和止水环的安装位置与实施例一不同。

滤水管包括管体、至少一层的过滤层、止水环。

筒状的管体具有管壁，包括管壁上部和管壁下部，管壁下部设置有多个通孔；

至少一层的过滤层包裹在管壁下部；

止水环环绕设置在管壁上部，位于井管7与取样井的井壁之间。

其中，通孔的中心线与管体的中心线垂直，

或者，通孔的中心线与管体中心线的向下方向的夹角为锐角，

或者，通孔的中心线与管体中心线的向上方向的夹角为锐角。

实施例四

本实施例其他结构与实施例三相同，只是管体的结构和与实施例三不同。

本实施例中，管壁下部包括从上至下的上壁部分、中壁部分以及下壁部分。

多个通孔包括分别设置上壁部分上的上通孔、设置中壁部分上的中通孔以及设置下壁部分上的下通孔。

上通孔的中心线与管体中心线的向下方向的夹角为锐角。

中通孔的中心线与管体中心线垂直。

下通孔的中心线与管体中心线的向上方向的夹角为锐角。

示范例一

针对某尾矿库对周边区域可能存在的地下水环境影响，需开展地下水环境调查。根据尾渣的特性，推断地下水可能的主要污染物有氯离子、重金属离子、氰化物等。根据场地地质勘探结果，场地地层由上到下依次为杂填土、砾砂、强分化花岗岩、中风化花岗岩。场地地下水主要赋存于砾砂层中，砾砂层厚度约8m，砾砂粒径为2mm～5mm。地下水环境调查需要建立污染场地地下水建井采样系统，在确定钻孔点位无地下设施后，以污染场地某一监测点为例，由于目标含水层厚度大于5m，可在该点不同深度设置两个监测井。组装新型pvc滤水管5m和新型pvc井管20m为监测井1和新型滤水管3m和新型井管22m为监测井2，并放入井中，管径为50mm。依据地下水可能存在的污染物和砾砂的粒径，滤布选取100g/m²的规格，包裹5层。滤水缝长度为30mm，宽度为1mm，间距为5mm。洗井水量水井地下水位以下井管内体积的3-5倍即可，安装井口保护盖和井口密封环，完成该监测点建井。

实施例的作用与效果

根据本实施例所涉及的污染场地地下水井群采样方法，采用本发明的地下水监测井群布置，具有建井效率高、对目标层污染地下水精准取样的优点。

进一步地，本实施例的洗井方法，创造性地提出以洗井水量作为依据，克服了传统采用ph值、温度、电导率、溶解氧、氧化还原电位等参数稳定为依据的缺点。

进一步地，本实施例的针对不同污染物特征的采样方法，具有对目标层中具有目标污染物特征的地下水精准取样的优点。

进一步地，本实施例的滤水管，设置在地下水取样井的底部，用于对特定地层的地下水进行水质检测，滤水管具有至少一层包裹在管体上的过滤层，用于过滤泥土颗粒以及悬浮物，而不需要在滤水管与井壁间填充滤层，不仅节约了材料和运输用工成本，而且还很方便地实现了对使用后的地下水井进行移除，不影响场地后续开发工作。

进一步地，地下水监测井装置采用模块化制作的多个井管与滤水管连接，不仅方便装配和安装，而且井管与滤水管可在监测井使用完后可取回，经处理可循环使用，具有成本经济性、环境友好性等突出优点。

进一步地，设置在井管与钻井井壁之间的止水环遇水膨胀后封堵井管与钻井井壁之间的间隙，阻止了不同目标层之间地下水的交换，该法简单易行，与传统需要在井管与井壁间填充石英砂过滤层的做法相比，大大简化了建井程序，显著提高的工作效率。

所以，本发明的污染场地地下水井群采样方法不仅能有效简化建井流程，提升建井效率，缩短建井时间，而且井管和滤水管可以方便地移除，有利于场地后续开发利用，而且井管和滤水管经简单处理后可循环使用，节省了成本。

上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。