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本文作者：張勇1，邢立亭1劉莉2王立艷1作者單位：1濟南大學2山東省物化探勘查院

試驗方法和手段

在充分收集已有的相關資料并進行野外調查的基礎之上，在場區的西南角施工了4眼水文地質鉆孔，如圖1所示。利用這4眼鉆孔進行環境水文地質勘察與試驗。主要的野外試驗項目包括抽水試驗、滲水試驗和彌散試驗，并在室內設計一組土柱淋濾試驗。

1野外抽水試驗

2011年9月4日上午9:40開始抽水試驗，本次抽水試驗以P號孔為抽水主孔，i和h孔為2個觀測孔。抽水孔涌水量Q=13m3/h。抽水孔P在抽水前、后的水位標高分別為3475m和27．815m，穩定水位埋深9．60m，水位降深5．66m。觀測孔i抽水前、后的水位標高分別為3516m和30．346m，穩定水位埋深7．10m，水位降深17m。觀測孔h抽水前、后的水位標高分別為3437m和3367m，穩定水位埋深6．20m，水位降深07m。

2野外滲水試驗

為了解場區內地層的滲透性能，獲取場區地層的滲透系數，在場區內選擇了有代表性的3個地點進行試坑滲水試驗，本次試驗的地層為場區的表層亞黏土層。本次工作采用單環法［6］:在選定的試驗位置挖一個直徑約50cm、深30～50cm的圓形試坑，要求坑壁垂直，坑底平整，并要確保試驗土層的結構不被擾動。將事先設計好的直徑為35．75cm的鐵環(鐵環面積為1000cm2)放入注水坑內，環外用粘土填實，并確保四周不漏水。在環底鋪2～3cm厚，粒徑為5～10mm的礫石或碎石作為緩沖層，并在試環中央插上鋼尺，以方便控制水頭高度。試驗開始后，先向量筒內注入2000mL水，安裝好注水管和控制流量的夾子，然后向環內注水，當環內水深達到10cm時，開始記錄時間、測量注水水量。保持環內水深10cm，波動幅度不大于0．5cm。試驗過程中，注水水量精度應達到0．1L，每隔0．5h記錄一次注水量，當連續2次量測的注入流量之差不大于最后一次流量的10%時，試驗即可結束，并取最后一次的注入流量作為計算值。

3野外彌散試驗

研究污染物在地下水中運移時其濃度的時空變化規律。通過試驗獲得進行地下水環境質量定量評價的彌散參數［7－8］，了解場區內地下水的流動速度以及指示劑在地下水中的流動速度，分析地層對指示劑的彌散效應。并實時地對觀測孔內地下水電導率進行測量。選擇i號孔作為此次彌散試驗工作的投源孔，P孔作為彌散試驗工作的觀測孔。將示蹤劑在投源桶中溶化后，得到的飽和食鹽水通過白色塑料管注入i孔，注入深度為8m，同時利用潛水泵抽取P孔內地下水，取水深度也是8m。利用電導率儀觀測P孔內地下水中電導率的變化情況，并取地下水水樣，試驗結束后統一送往實驗室進行氯離子的化驗。試驗正式開始前，先抽取觀測孔內地下水，用電導率儀測量該水的電導率，并以此數據作為試驗的背景值，方便與后期地下水作對比分析。同時監測投源孔和監測孔內的水位。2011年9月7日上午8:00，試驗正式開始，打開投源井中進水管的閥門，同時打開抽水井抽取P孔內地下水，試驗開始后每隔10min取一個水樣，測量電導率并做好記錄工作。13:50停止注鹽，之后每隔10min取一個水樣，測量水中電導率值，分析觀測孔內地下水中電導率的變化情況。為了盡可能地模擬自然狀態，試驗過程中隨時測量投源井和觀測井中地下水的水位，控制兩者的水位差不超過10cm。此外，試驗過程中派專人負責攪拌食鹽，以保證從塑料桶中注入投源井內的食鹽水為飽和食鹽水。

4土柱淋濾試驗

為了解污廢水在包氣帶滲流過程中，包氣帶土壤對主要污染物的吸附、降解等去除作用，本次實驗設備采用帶側壓觀測管的立式有機玻璃土柱［9］。本試驗所采取的土樣為擬建奶牛場內第四系亞黏土，是地表30cm下去掉耕植層后的原土。該層厚2m左右，為建設工程基礎下的第一巖土層;所采取的水樣為佳寶乳業濟南分廠處理達標后的排放廢水，選取主要污染物化學需氧量(COD)和氨氮(NH4－N)做為試驗對象。裝填前，土樣已進行了曬干、打碎、細篩處理。裝填時參照天然狀態下的土壤含水量對土壤進行處理，采用干堆法，均勻撒入土柱內，且根據土柱尺寸，每次裝填的高度在5～10cm之間。在每次裝入一定高度的土壤后，利用壓實器進行土壤壓實，以此來控制土柱內土壤的孔隙率與天然狀態下的土壤孔隙率基本相符。入水方式選擇從上往下滲水，這種方式類同于地表污染物往土壤中的下滲，可以較正確地反應該條件下污染物在土壤中的遷移情況。根據滲流速度確定取樣時間，根據試驗要求進行具體項的觀察記錄。

結果分析

1抽水試驗結果

本次抽水試驗的主孔P完全揭露含水層，為潛水完整井，抽水過程中涌水量保持在13m3/h，抽水試驗過程中測量了i和h2個觀測孔的水位變化情況，見圖2和圖3。采用潛水完整井穩定流公式［10］計算含水層的水文地質參數，見公式(1)。將抽水試驗的數據代入上述公式，最后得出每組試驗的含水層滲透系數。對于本次抽水試驗，抽水井孔P的滲透系數為6．18m/d。

2滲水試驗結果

根據試驗數據繪制出注入流量與時間(Q－t)的關系曲線，如圖4所示。從試驗結果可以看出，隨著時間的延長，注入流量趨于穩定，從環內滲入地下的水量呈現逐漸減少的趨勢。第1、2和3組試驗最終的穩定入滲量分別為240、2000和2400mL/h。根據滲透系數的計算公式，K=V/I，當環內水柱高度小于或者等于10cm時，可以認為水頭梯度I≈1，這時滲透系數K=V=Q/A，其中，V=K•I，K為滲透系數;I為水力坡度。根據野外實測的數據，計算得出垂向滲透系數如表1所示。其中，第1、2和3組試驗計算得出的地層垂向滲透系數分別為6．67×10－5、5．56×10－4和6．67×10－4cm/s。由于第2組和第3組的滲水試驗點已經受到工程建設的擾動，導致其滲透系數值相對偏大，故僅供參考。本次取第1組試驗值k=6．67×10－5cm/s。

3彌散試驗結果

野外所取水樣中Cl－含量在國土資源部濟南礦產資源監督檢測中心檢測。根據檢測結果，作出地下水中電導率和Cl－隨時間的變化曲線，如圖5所示。根據試驗結果，利用公式(2)計算地下水中彌散系數。根據試驗的檢測數據，計算得出彌散系數，見表2。從計算結果可以看出，第1組試驗數據計算得出彌散系數較大，為98m2/d，主要原因是試驗過程中觀測井內抽水量過大，導致投源井和觀測井水頭差較大，使得地下水流速過大，最終計算的彌散系數偏大。第2組試驗過程更接近自然狀態，本次取用第2組的試驗值DL=10．37m2/d。

4土柱淋濾試驗結果

通過對所取水樣的分析檢測，可以得出污水經過土壤吸附和降解等去除作用后滲出水中的化學需氧量(COD)和NH4－N的質量濃度隨時間的變化趨勢圖，如圖6所示。試驗結果表明:1)從試驗開始至連續觀測96h，污廢水中的COD值明顯下降。此后，滲出污廢水中的COD值基本維持在4．48～5．41mg/L之間，去除率約在75%左右。對COD的去除作用主要是氧化分解。2)從試驗開始至連續觀測96h，污廢水中的NH4－N的質量濃度也明顯下降。然而NH4－N的質量濃度在0．1mg/L維持了144h左右之后，又恢復到一個比較高的水平。對NH4－N的去除作用應該主要是陽離子的吸附，因為硝化作用在短時間內效果不明顯。3)考慮到少量污廢水的無組織排放(跑、冒、滴、漏)，主要污染物在包氣帶中總體上應是不飽和狀態，從工程長期運轉角度看，擬建工程場地包氣帶土層對污廢水中COD應會保持一定的去除作用，但其去除率應小于試驗的去除率。同時應考慮到污廢水的COD質量濃度是影響去除率的重要因素，當COD質量濃度很高時，去除率會明顯降低。4)從工程長期運轉角度看，擬建工程場地包氣帶土層對污廢水中NH4－N的吸附降解等去除作用有限。對NH4－N的去除主要是地下水緩慢流動過程中，土壤中的硝化細菌產生的硝化作用使NH4－N轉化為NO－3。