一种地下水污染迁移评估方法

摘要

本发明公开了一种地下水污染迁移评估方法，涉及位于软土地区的污染场地，包括以下步骤：（1）收集软土地区浅部土层的环境水文地质情况资料,并按照地层组合类型划分为Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型以及Ⅳ型；（2）确定所述污染场地所属的地层组合类型；（3）确定所述污染场地的内外河流分布情况，包括三种情况，分别为污染场地内外均无河流分布、污染场地外有河流分布、污染场地内有河流分布；（4）根据所述污染场地所属的地层组合类型以及内外河流分布情况，评估所述污染场地内污染源的迁移扩散方向以及污染深度。本发明的优点是：该评估方法的建立有效提升了地下水污染迁移的识别效率，对充分把握污染物的空间分布范围及其发展趋势具有意义。

说明书

技术领域

本发明属于环境岩土工程技术领域，具体涉及一种地下水污染迁移评估方法。

背景技术

地下水资源是支撑社会可持续发展的重要战略资源，我国地下水资源量约占全国水资源总量的1/3。随着我国社会经济的发展，地下水污染形势日益严峻，局部地区地下水污染问题十分突出。地下水污染呈现由点到面、由浅到深、由城市到农村的扩展趋势，污染程度日益严重，地下水污染公害事件频发并造成严重危害，迫切需要开展地下水污染修复治理。

实施地下水污染治理的基本前提是充分把握污染物在土壤和地下水环境中的空间分布特征。通过快速检测或采样化验等技术手段可以在获取代表性点位污染情况的基础上分析污染物的当前空间分布情况。但通过调查获得的数据量有限，无法获得污染物迁移变化的历史过程和未来发展趋势等重要信息。因此需要一种地下水污染迁移评估方法弥补这些不足。

发明内容

本发明的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种地下水评估方法，该评估方法预先将软土地区的地层组合进行分类，从而使技术人员只需获取污染场地所属地层组合类型以及内外河流分布的情况下，即可对污染场地内的地下水污染物在水平方向上以及深度方向上的迁移扩散范围进行一个初步的评估。

本发明目的实现由以下技术方案完成：

一种地下水污染迁移评估方法，涉及位于软土地区的污染场地，其特征在于所述评估方法包括以下步骤：

（1）收集软土地区浅部土层的环境水文地质情况资料,并按照地层组合类型划分为Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型以及Ⅳ型；

（2）确定所述污染场地所属的地层组合类型；

（3）确定所述污染场地的内外河流分布情况，包括三种情况，分别为污染场地内外均无河流分布、污染场地外有河流分布、污染场地内有河流分布；

（4）根据所述污染场地所属的地层组合类型以及内外河流分布情况，评估所述污染场地内污染源的迁移扩散方向以及污染深度。

所述地层组合类型包括Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型以及Ⅳ型：

所述Ⅰ型的地层组合类型自上而下依次为填土层、硬壳层、粉性土层或粉砂层、淤泥质黏性土层；

所述Ⅱ型的地层组合类型自上而下依次为填土层、硬壳层、淤泥质黏性土层，且在所述淤泥质黏性土层中局部夹有粉性土层或粉砂层；

所述Ⅲ型的地层组合类型自上而下依次为填土层、硬壳层、淤泥质黏性土层；

所述Ⅳ型的地层组合类型自上而下依次为填土层、硬壳层、厚层可塑-硬塑黏性土层，所述厚层可塑-硬塑黏性土层的厚度大于3m。

当污染场地的地层组合类型为所述Ⅰ型时，评估所述污染场地内污染源的迁移扩散方向以及污染深度的方法为：

（a）若所述污染场地内、外均无河流分布时，则污染源将向深度方向迁移扩散，且污染物最终滞留于所述硬壳层的顶部；若所述硬壳层中局部存在缺失区，则污染物下迁滞留于所述淤泥质黏性土层的顶部；

（b）若所述污染场地外有河流分布时，所述污染场地内的污染源将向深度方向以及指向或背离所述河流的水平方向进行迁移扩散，且污染物最终滞留于所述硬壳层的顶部；若所述硬壳层中局部存在缺失区，则污染物下迁滞留于所述淤泥质黏性土层的顶部；若所述污染场地内的地下水水位高于所述河流水位时，则所述污染源指向所述河流的水平方向进行迁移扩散；若所述污染场地内的地下水水位低于所述河流水位时，则所述污染源背离所述河流的水平方向进行迁移扩散；

（c）若所述污染场地内有河流分布时，所述污染场地内的污染源将向深度方向以及指向或背离所述河流的水平方向进行迁移扩散，所述污染源在指向或背离所述河流方向迁移扩散时将在所述（b）的基础上提高迁移扩散面积，且污染物最终滞留于所述硬壳层的顶部；若所述硬壳层中局部存在缺失区，则污染物下迁滞留于所述淤泥质黏性土层的顶部；若所述污染场地内的地下水水位高于所述河流水位时，则所述污染源指向所述河流的水平方向进行迁移扩散；若所述污染场地内的地下水水位低于所述河流水位时，则所述污染源背离所述河流的水平方向进行迁移扩散。

当污染场地的地层组合类型为所述Ⅱ型时，评估所述污染场地内污染源的迁移扩散方向以及污染深度的方法为：

（a）若所述污染场地内、外均无河流分布时，则污染源将向深度方向迁移扩散，且污染物最终滞留于所述硬壳层的顶部；若所述硬壳层中局部存在缺失区，则污染物下迁滞留于所述淤泥质黏性土的顶部；

（b）若所述污染场地外有河流分布时，所述污染场地内的污染源将向深度方向以及指向或背离所述河流的水平方向进行迁移扩散，且污染物最终滞留于所述硬壳层的顶部；若所述硬壳层中局部存在缺失区，则污染物下迁滞留于所述淤泥质黏性土的顶部；若所述污染场地内的地下水水位高于所述河流水位时，则所述污染源指向所述河流的水平方向进行迁移扩散；若所述污染场地内的地下水水位低于所述河流水位时，则所述污染源背离所述河流的水平方向进行迁移扩散；

（c）若所述污染场地内有河流分布时，所述污染场地内的污染源将向深度方向以及指向或远离所述河流的水平方向进行迁移扩散，所述污染源在指向或背离所述河流方向迁移扩散时将在所述（b）的基础上提高迁移扩散面积，且污染物最终滞留于所述硬壳层的顶部；若所述硬壳层中局部存在缺失区，则污染物下迁滞留于所述淤泥质黏性土层的顶部；若所述污染场地内的地下水水位高于所述河流水位时，则所述污染源指向所述河流的水平方向进行迁移扩散；若所述污染场地内的地下水水位低于所述河流水位时，则所述污染源背离所述河流的水平方向进行迁移扩散；

当污染场地的地层组合类型为所述Ⅲ型时，评估所述污染场地内污染源的迁移扩散方向以及污染深度的方法为：

（a）若所述污染场地内、外均无河流分布时，则污染源将向深度方向迁移扩散，且污染物最终滞留于所述硬壳层的顶部；若所述硬壳层中局部存在缺失区，则污染物下迁滞留于所述淤泥质黏性土层的顶部；

（b）若所述污染场地外有河流分布时，所述污染场地内的污染源将向深度方向进行迁移扩散，且污染物最终滞留于所述硬壳层的顶部；若所述硬壳层中局部存在缺失区，则污染物下迁滞留于所述淤泥质黏性土层的顶部；

（c）若所述污染场地内有河流分布时，所述污染场地内的污染源将向深度方向进行迁移扩散，且污染物最终滞留于所述硬壳层的顶部；若所述硬壳层中局部存在缺失区，则污染物下迁滞留于所述淤泥质黏性土层的顶部。

当污染场地的地层组合类型为所述Ⅳ型时，评估所述污染场地内污染源的迁移扩散方向以及污染深度的方法为：

（a）若所述污染场地内、外均无河流分布时，则污染源将向深度方向迁移扩散，且污染物最终滞留于所述硬壳层的顶部；若所述硬壳层中局部存在缺失区，则污染物下迁滞留于所述可塑-硬塑黏性土层的顶部；

（b）若所述污染场地外有河流分布时，所述污染场地内的污染源将向深度方向进行迁移扩散，且污染物最终滞留于所述硬壳层的顶部；若所述硬壳层中局部存在缺失区，则污染物下迁滞留于所述厚层可塑-硬塑黏性土层的顶部；

（c）若所述污染场地内有河流分布时，所述污染场地内的污染源将向深度方向进行迁移扩散，且污染物最终滞留于所述硬壳层的顶部；若所述硬壳层中局部存在缺失区，则污染物下迁滞留于所述厚层可塑-硬塑黏性土层的顶部。

当所述污染场地的地层组合类型为所述Ⅰ型且所述污染场地内或外有河流分布时，所述污染场地内的污染源将在所述填土层中以及所述硬壳层顶部中指向或背离所述河流的水平方向进行迁移扩散。

当所述污染场地的地层组合类型为所述Ⅱ型且所述污染场地内或外有河流分布时，所述污染场地内的污染源将在所述填土层中以及所述硬壳层顶部中指向或背离所述河流的水平方向进行迁移扩散。

确定所述污染场地所属的地层组合类型的方法为：所述软土地区内各所述地层组合类型分别具有与之相对应的地理位置坐标范围；根据所述污染场地的地理位置坐标值，查询确定所述污染场地所在位置的所属地层组合类型。

所述评估方法还包括确定主控因素的步骤，所述主控因素包括土层渗透性参数、地下水位补给条件、土体的颗粒组成与有机质含量以及受污染时间，从而评估污染源的迁移扩散速度。

本发明的优点是：该评估方法简单快速，能够在基于地层组合类型、污染场地内外河流分布以及主控因素的确定下，快速的对污染场地内的地下水污染进行初步的预估判断，有效提升了地下水污染迁移的识别效率，对充分把握污染物的空间分布范围及其发展趋势具有意义。

附图说明

图1为本发明实施例2中污染场地的示意图；

图2为本发明实施例2中污染场地在50天后的污染物迁移扩散示意图；

图3为本发明实施例2中污染场地在1450天后的污染物迁移扩散示意图。

具体实施方式

以下结合附图通过实施例对本发明的特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：

如图1-3，图中标记1-4分别为：污染场地1、河流2、垃圾中转站3、机械维修区域4。

实施例1：本实施例具体涉及一种地下水污染迁移评估方法，该评估方法具体包括以下步骤：

（1）收集软土地区浅部土层的环境水文地质情况资料,并按照地层组合类型划分为Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型以及Ⅳ型，本实施例中的软土地区可以按照行政区划进行收集，例如是县、市、省的范围内，本实施例中软土地区选择为上海市地区地面以下20米范围内的浅部地层；其中：

Ⅰ型的地层组合类型自上而下依次为填土层、硬壳层、粉性土层或粉砂层、淤泥质黏性土层；

Ⅱ型的地层组合类型自上而下依次为填土层、硬壳层、淤泥质黏性土层，且在所述淤泥质黏性土层中局部夹有粉性土层或粉砂层；

Ⅲ型的地层组合类型自上而下依次为填土层、硬壳层、淤泥质黏性土层；淤泥质黏性土层可以是淤泥质粉质黏土、淤泥质黏土中的一种或两种组合，所述的淤泥质粉质黏土易发生水平向迁移扩散，所述的淤泥质黏土，对污染物有较好的隔离作用，污染物向下迁移至该层，将聚集于顶部。

Ⅳ型的地层组合类型自上而下依次为填土层、硬壳层、厚层可塑-硬塑黏性土层，所述厚层可塑-硬塑黏性土层的厚度大于3m。

按照上述地层组合类型的划分原则，绘制上海地区或者区级区域的环境水文地质分区地图，各型的地层组合类型分别具有与之相对应的地理位置坐标。

（2）确定污染场地所属的地层组合类型；具体确定的方法可以有以下两种：

第一种方法：对污染场地的环境水文地质情况资料进行查阅，以获知其地层组合情况，从而确定该污染场地所属的地层组合类型；

第二种方法：根据待分析污染场地的地理位置坐标，通过查询步骤（1）中所绘制的环境水文地质分区地图，确定该待分析污染场地所属的地层组合类型。

（3）确定污染场地的内外河流分布情况，包括三种情况，分别为污染场地内外均无河流分布、污染场地外有河流分布、污染场地内有河流分布；

（4）根据污染场地所属的地层组合类型以及内外河流分布情况，评估所述污染场地内污染源的迁移扩散方向以及污染深度，具体如下：

【针对Ⅰ型】

当污染场地的地层组合类型为Ⅰ型时，评估污染场地内污染源的迁移扩散方向以及污染深度的方法为：

（a）若污染场地内、外均无河流分布时，污染场地内水位或流量较稳定，水力坡度较小，污染物迁移过程中对流作用和水动力弥散作用相对较不明显，由于地下水流动迟缓，滞留时间长，土层吸附、生物降解等作用充分，对污染物迁移起到阻滞效应，导致迁移范围有限，因此污染物在水平方向上的迁移扩散在进行评估时可忽略；而在深度方向上，硬壳层分布区中的污染物通常滞留在硬壳层顶部，硬壳层缺失区，污染物下迁，但迁移范围有限且较有河流时小。

故评估结果为：污染源将向深度方向迁移扩散，且污染物最终滞留于硬壳层的顶部；若硬壳层中局部存在缺失区，则污染物下迁滞留于淤泥质黏性土层的顶部；

（b）若污染场地外有河流分布时，填土层对地下水位波动灵敏度较高，溶质迁移过程中对流作用影响明显，其次为水动力弥散作用；硬壳层渗透性差，对流和机械弥散作用弱，分子弥散和吸附作用较强，故污染物通常滞留在硬壳层顶部；硬壳层缺失区，污染物下迁可能性大，污染物最终将滞留在淤泥质黏性土层土顶部；由于硬壳层的良好阻滞作用，硬壳层及以下土层的地下水流动缓慢，导致污染物在不同厚度粉性土层或粉砂层条件下迁移范围差别不明显。

故评估结果为：污染源将向深度方向以及指向或背离河流的水平方向进行迁移扩散，且污染物最终滞留于硬壳层的顶部；若硬壳层中局部存在缺失区，则污染物下迁滞留于淤泥质黏性土层的顶部；若污染场地内的地下水水位高于河流水位时，则污染源指向河流的水平方向进行迁移扩散；若污染场地内的地下水水位低于河流水位时，则污染源背离河流的水平方向进行迁移扩散；

（c）若污染场地内有河流分布时，溶质迁移过程中对流作用影响较场外有河流分布时更加明显，污染迁移范围更大；硬壳层分布区污染物通常滞留在硬壳层顶部。硬壳层缺失区，污染溶质下迁，污染物最终将滞留在淤泥质黏性土层的顶部顶部，迁移范围较场外有河流时可能更广。

故评估结果为：污染场地内的污染源将向深度方向以及指向或背离河流的水平方向进行迁移扩散，污染源在指向或背离河流方向迁移扩散时将在（b）的基础上提高迁移扩散面积，且污染物最终滞留于硬壳层的顶部；若硬壳层中局部存在缺失区，则污染物下迁滞留于淤泥质黏性土层的顶部；若污染场地内的地下水水位高于河流水位时，则污染源指向河流的水平方向进行迁移扩散；若污染场地内的地下水水位低于河流水位时，则污染源背离河流的水平方向进行迁移扩散。

【针对Ⅱ型】

当污染场地的地层组合类型为Ⅱ型时，评估污染场地内污染源的迁移扩散方向以及污染深度的方法为：

（a）若污染场地内、外均无河流分布，硬壳层分布完整时，规律同于Ⅰ型；硬壳层缺失区，污染物下迁，但迁移扩散范围有限，污染物下迁滞留位置在淤泥质黏性土的顶部。

故评估结果为：污染源将向深度方向迁移扩散，且污染物最终滞留于硬壳层的顶部；若硬壳层中局部存在缺失区，则污染物下迁滞留于淤泥质黏性土的顶部；

（b）若污染场地外有河流分布时，填土层对地下水位波动灵敏度较高，溶质迁移过程中对流作用影响明显，其次为水动力弥散作用；各土层吸附作用均较强，硬壳层分布区的迁移规律同于Ⅰ型。硬壳层缺失区，污染物下迁可能性大，污染物可能滞留在淤泥质黏性土的顶部。

故评估结果为：污染场地内的污染源将向深度方向以及指向或背离河流的水平方向进行迁移扩散，且污染物最终滞留于硬壳层的顶部；若硬壳层中局部存在缺失区，则污染物下迁滞留于淤泥质黏性土的顶部；若污染场地内的地下水水位高于河流水位时，则污染源指向河流的水平方向进行迁移扩散；若污染场地内的地下水水位低于河流水位时，则污染源背离河流的水平方向进行迁移扩散。

（c）若所述污染场地内有河流分布时，污染物迁移过程中对流作用影响较场外有河流分布时更加明显，迁移范围更大。迁移规律基本同于Ⅰ型，仅在硬壳层缺失区，污染物下迁滞留位置可能在淤泥质黏性土层的顶部。

故评估结果为：污染场地内的污染源将向深度方向以及指向或远离河流的水平方向进行迁移扩散，污染源在指向或背离河流方向迁移扩散时将在所述（b）的基础上提高迁移扩散面积，且污染物最终滞留于硬壳层的顶部；若硬壳层中局部存在缺失区，则污染物下迁滞留于淤泥质黏性土层的顶部；若污染场地内的地下水水位高于所述河流水位时，则污染源指向所述河流的水平方向进行迁移扩散；若污染场地内的地下水水位低于河流水位时，则污染源背离河流的水平方向进行迁移扩散。

【针对Ⅲ型】

当污染场地的地层组合类型为Ⅲ型时，评估污染场地内污染源的迁移扩散方向以及污染深度的方法为：

（a）若污染场地内、外均无河流分布时，污染场地内水位或流量较稳定，水力坡度较小，污染物迁移过程中对流作用和水动力弥散作用相对较不明显，由于地下水流动迟缓，滞留时间长，土层吸附、生物降解等作用充分，对污染物迁移起到阻滞效应，导致迁移范围有限，因此污染物在水平方向上的迁移扩散在进行评估时可忽略；而在深度方向上，硬壳层分布区污染物通常滞留在硬壳层顶部，硬壳层缺失区，污染物下迁，但迁移范围有限且较有河流时小，污染物通常滞留于淤泥质黏性土层的顶部。

故评估结果为：污染源将向深度方向迁移扩散，且污染物最终滞留于硬壳层的顶部；若硬壳层中局部存在缺失区，则污染物下迁滞留于淤泥质黏性土层的顶部。

（b）若污染场地外有河流分布时，地下水流动迟缓，污染物迁移范围有限，对流作用较弱，各土层吸附作用均较强，也就是说，在水平方向上的迁移可忽略。硬壳层缺失区，污染物下迁但迁移范围有限，通常滞留在淤泥质黏性土层顶部。

故评估结果为：污染场地内的污染源将向深度方向进行迁移扩散，且污染物最终滞留于硬壳层的顶部；若硬壳层中局部存在缺失区，则污染物下迁滞留于淤泥质黏性土层的顶部。

（c）若污染场地内有河流分布时，地下水流动迟缓，污染物迁移范围有限，对流作用较弱，各土层吸附作用均较强，也就是说，在水平方向上的迁移可忽略。硬壳层缺失区，污染物下迁但迁移范围有限，通常滞留在淤泥质黏性土层顶部。

故评估结果为：污染场地内的污染源将向深度方向进行迁移扩散，且污染物最终滞留于硬壳层的顶部；若硬壳层中局部存在缺失区，则污染物下迁滞留于所述淤泥质黏性土层的顶部。

【针对Ⅳ型】

当污染场地的地层组合类型为Ⅳ型时，评估污染场地内污染源的迁移扩散方向以及污染深度的方法为：

（a）若污染场地内、外均无河流分布时，则污染源将向深度方向迁移扩散，且污染物最终滞留于硬壳层的顶部；若硬壳层中局部存在缺失区，则污染物下迁滞留于可塑-硬塑黏性土层的顶部。

（b）若污染场地外有河流分布时，污染场地内的污染源将向深度方向进行迁移扩散，且污染物最终滞留于硬壳层的顶部；若硬壳层中局部存在缺失区，则污染物下迁滞留于厚层可塑-硬塑黏性土层的顶部。

（c）若污染场地内有河流分布时，污染场地内的污染源将向深度方向进行迁移扩散，且污染物最终滞留于硬壳层的顶部；若硬壳层中局部存在缺失区，则污染物下迁滞留于厚层可塑-硬塑黏性土层的顶部。

通过上述针对污染场地内地层组合类型以及内外河流分布情况的组合，可初步预判出污染场地内地下水污染的迁移扩散情况，并可通过三维图示的方式展示出污染物迁移扩散的范围，为之后的污染治理提供指导和参考。

需要说明的是，本实施例中的评估方法还包括确定主控因素的步骤，此处的主控因素包括：土层渗透性参数、地下水位补给条件、土体的颗粒组成与有机质含量以及受污染时间，通过上述主控因素，从而评估污染源的迁移扩散速度，并根据迁移扩散速度评估在不同时间段的迁移扩散面积。

实施例2：本实施例具体涉及一种地下水污染迁移评估方法，并结合实际工程案例进行说明：

（1）获得软土地区的地层组合类型划分规则；

（2）如图1所示，某污染场地1占地面积约29000m²，场地内埋深在20m以内的浅部地层主要由第①层填土、第②₁层粉质黏土、第②₃层黏质粉土（局部夹砂）和第④层淤泥质粘土等4个土层构成。其中，第②₃层黏质粉土普遍分布，厚约6-8m，利于污染物迁移。也就是说，本实施例中的污染场地1属于Ⅰ型的地层组合类型。

（3）在这之后，通过勘查发现，污染场地1的西、北、南侧紧邻河流2，污染场地1内浅部地下水为赋存于浅部黏性土和粉性土层的潜水，地下水补给周边河流2。也就是说，本实施例中污染场地的外围具有河流2分布，并且污染场地1内的地下水水位高于河流2的水位。

（4）本实施例中，如图1所示，污染场地1大部分为农田和林地，局部用作机械维修和垃圾中转站，即污染源具体是机械维修区域4和垃圾中转站3。机械维修区域4堆放大量待维修机具和废旧家电，地面有斑块状机油污渍，可能会导致污染物下渗造成石油烃污染；垃圾中转站3仍在运营，且部分地坪已有破损，转运过程的垃圾渗滤液下渗也可能会对地下水产生污染，地表河流2成为污染场地1内污染源的潜在受体。根据污染场地1所属的地层组合类型以及内外河流2分布情况，评估污染场地1内污染源的迁移扩散方向以及污染深度，具体评估结果如下：

（A）污染源将向深度方向以及在第①层填土中以及第②₁层粉质粘土顶部中指向河流2的水平方向进行迁移扩散，且污染物最终滞留于第②₁层粉质粘土的顶部；

（B）如图2所示，垃圾中转站3处的污染源约50天即可迁移至西侧约8m外的地表河流2，如图3所示，机械维修站区域4的污染源在迁移1450天后即会对南侧45m处的地表河流2造成污染；

（C）随着时间推移，由于大气降雨的淋滤作用及地下水的混合作用，污染物的浓度逐渐降低；

（D）由下表1可知，污染扩散范围及其扩展速率并非与时间成严格的比例关系，随着污染面积的增大，污染晕扩散速率呈下降趋势，这是由于污染物质与含水介质之间的交换吸附、稀释和降解等作用所致，且这些作用随着污染晕的逐渐扩大而不断增强。

表1：污染场地内污染源迁移距离表