【资料】如何更加高效低成本的调查土壤及地下水污染（附案例）

前言

随着“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。

1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。

2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。

3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。

4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。

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

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。

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。

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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来源：中国环境修复网

 编辑：滕飞达