CN114635492A - 一种适用于多层含水层的地下水污染应急管控系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种适用于多层含水层的地下水污染应急管控系统，包括地下水污染应急管控单元和地下水监测单元，所述地下水污染应急管控单元包括弱透水性孔隙潜水含水层强化地下水应急抽提系统和基岩裂隙水含水层地下水抽提系统，弱透水性孔隙潜水含水层强化地下水应急抽提系统包括集水槽和抽提系统，集水槽设置于污染源地下水下游，敏感目标上游，抽提系统包括多个抽水竖井，所述抽水竖井布设于集水槽，基岩裂隙水含水层地下水抽提系统包括基岩裂隙水含水层地下水抽提井，基岩裂隙水含水层地下水抽提系统设置在弱透水性孔隙潜水含水层强化地下水应急抽提系统上游，地下水监测单元设置在地下水污染应急管控单元的上下游，弥补了单纯抽提系统在弱透水性地层抽提不彻底、污染羽捕获不全面的缺陷。
Description
技术领域
本发明涉及一种适用于多层含水层的地下水污染应急管控系统及方法，适用于重点污染源周边区域地下水污染应急管控。
背景技术
目前，我国大多数地下水环境污染防治工作以重点污染源红线范围内地下水环境为主，重点污染源红线以外周边区域地下水环境污染情况的调查评估和地下水污染控制措施开展较少，造成重点污染源周边区域地下水环境和敏感目标的持续高风险状态，因此亟待建立重点污染源周边区域地下水污染应急管控系统，确保地下水环境和敏感目标的安全。
目前适用于地下水污染应急管控的技术主要有地下水应急抽提系统、原位反应带系统、可渗透反应墙等，其中地下水应急抽提系统指通过建立地下水抽提井进行污染地下水的抽提处理，从而降低地下水环境和下游敏感目标的风险；原位反应带可以视为一种定位原位处理区，起到被动捕获污染羽、去除或降解污染物并且排出无污染地下水的作用；可渗透反应墙是通过在地下构筑可透水的反应墙或是反应带，当污染地下水流经反应墙或是反应带时，污染物得以去除的一种地下水污染原位修复技术。以上三种技术都存在一定的缺点，如地下水应急抽提系统不适用于弱透水性地层、原位反应带受污染物及药剂有效性影响较大且需定期补充反应药剂、可渗透反应墙同理需定期更换反应材料。同时由于多层含水层的地下水污染应急管控需要针对不同含水层分别制定管控措施，避免采用一种措施导致含水层串连，导致污染扩散，所以这三种技术均不适合多层含水层的地下水污染应急管控，因此设计一种针对多层含水层，特别是弱透水性孔隙潜水含水层和基岩裂隙水含水层(两层含水层之间有连续稳定的隔水层)的地下水污染应急管控系统十分必要。
中国专利申请CN202010595888.3公开了一种污染地下水阻隔处理方法，包括划定污染地下水区域，在污染地下水区域的四周设置垂直阻隔墙进行垂直阻隔；在污染场地布设一定数量的抽水井，通过水泵和水井将污染地下水抽取至地面进行预处理，显然该方法适用于渗透性好的土壤，以至于需要设置垂直阻隔墙进行阻隔，避免地下水污染快速扩散。
中国专利申请CN202110607964.2公开了一种可渗透反应墙地下水修复装置，包括可渗透反应墙和隔水墙，隔水墙位于可渗透反应墙的两侧；可渗透反应墙是由若干反应井和防渗窄墙交替间隔设置形成的反应群井透水性墙体；反应井包括上下两端具有管盖的管道，以及围在管道外的井壁；井壁沿管道的径向被分割为前透水段、后透水段和不透水段；位于前透水段和后透水段的管道管壁的中下部均具有过滤筛缝；反应井管道内设有填料架，填料架内放置功能填料；填料架的高度不低于过滤筛缝；反应井内还设有曝气管，固定在填料架外的一侧，曝气管的底部具有曝气孔；填料架的四周悬挂有生物挂膜填料。显然该反应墙不具备抽提装置，也适用于渗透性好的土壤和水力条件，且需要定期更换填料。
因此设计一种针对弱透水性地层且稳定彻底的地下水污染应急管控十分必要
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明目的提供适用于多层含水层的地下水污染应急管控系统，可以克服弱透水性地层的污染地下水抽提不彻底、污染羽捕获不全面的缺陷，确保重点污染源周边地下水环境和敏感目标的安全，实现重点污染源周边区域地下水污染的全面、彻底、高效管控。
一种适用于多层含水层的地下水污染应急管控系统，
包括地下水污染应急管控单元和地下水监测单元，所述地下水污染应急管控单元包括弱透水性孔隙潜水含水层强化地下水应急抽提系统和基岩裂隙水含水层地下水抽提系统；
弱透水性孔隙潜水含水层强化地下水应急抽提系统包括集水槽和抽提系统，集水槽设置于污染源地下水下游，敏感目标上游，抽提系统包括多个抽水竖井，所述抽水竖井布设于集水槽，基岩裂隙水含水层地下水抽提系统包括基岩裂隙水含水层地下水抽提井，基岩裂隙水含水层地下水抽提系统设置在弱透水性孔隙潜水含水层强化地下水应急抽提系统上游。
地下水监测单元设置在地下水污染应急管控单元的上下游
进一步地，地下水监测单元包括预警型地下水监测井和验证型地下水监测井，预警型地下水监测井设置于污染源与基岩裂隙水含水层地下水抽提系统之间，验证型地下水监测井设置于弱透水性孔隙潜水含水层强化地下水应急抽提系统与敏感目标之间。
进一步地，集水槽两侧翼设置阻隔系统，所述阻隔系统为垂直HDPE膜。
进一步地，所述阻隔系统截面为T型，集水槽两侧的抽水竖井具有侧面带开口的连接槽，T型的阻隔系统与连接槽连接。
进一步地，所述抽水竖井沿集水槽的走向间隔设置。
进一步地，抽水竖井深入基岩弱风化层0.4-0.7m。
进一步地，集水槽的深度达到含水层的底板。
进一步地，集水槽的宽度为0.8-1.2米。
进一步地，所述集水槽填充砾石，集水槽顶部设置混凝土层。
进一步地，还包括应急废水池，用于收集抽提出的污染地下水。
进一步地，所述抽水竖井底部设置潜水泵。
另一方面，本发明还提供上述适用于多层含水层的地下水污染应急管控系统的布设方法，包括如下步骤：
S1，污染源地下水环境调查评估；
S2，污染源区域水文地质勘查；
S3，地下水污染模拟预测分析；
S4，布设地下水污染应急管控单元；
S5，地下水污染应急管控单元验证；
S6，预警型地下水监测井启用；
S7，地下水污染应急管控单元启用；
S8，验证型地下水监测井启用。
作为优选的技术方案，布设地下水污染应急管控单元，还包括：
S41，弱透水性孔隙潜水含水层强化地下水应急抽提系统施工；
S42，基岩裂隙水含水层地下水抽提系统施工；
S43，地下水监测单元施工。
作为优选的技术方案，所述弱透水性孔隙潜水含水层强化地下水应急抽提系统施工包括：
在污染源地下水下游的污染羽处开挖集水槽，集水槽的开挖深度达到含水层的底板，宽度为0.8-1.2m；
集水槽开挖过程中进行支护，边开挖边填充砾石；
在集水槽顶部进行混凝土硬化，混凝土层厚度为20-30cm，
在集水槽内砾石之间设置抽水竖井，抽水竖井间距为10-20m，抽水竖井深入基岩弱风化层0.4-0.7m；
基岩裂隙水含水层地下水抽提系统施工包括直接在基岩裂隙水含水层设置地下水抽提井。
作为优选的技术方案，地下水监测单元施工包括在污染源与弱透水性孔隙潜水含水层强化地下水应急抽提系统之间设置预警型地下水监测井，在基岩裂隙水含水层地下水抽提系统与敏感目标之间设置验证型地下水监测井。
作为优选的技术方案，
所述预警型地下水监测井对污染源的地下水污染进行监测，若发现污染立即启动地下水污染应急管控单元；
所述验证型地下水监测井对经过地下水污染应急管控单元处理之后的地下水污染进行监测，以验证地下水污染应急管控单元的有效性和确保周边地下水环境和敏感目标的安全。
本发明的有益效果：
1、同时设置了弱透水性孔隙潜水含水层强化地下水应急抽提系统和基岩裂隙水含水层地下水抽提系统，使得采用一套系统对多层含水层的地下水污染进行了应急管控，避免含水层串连，防止污染扩散。
2、利用集水槽形式进行污染地下水汇集并在槽内设置抽提系统，将污染地下水抽提至地表进行处理后达标排放，弥补了单纯抽提系统在弱透水性地层抽提不彻底、污染羽捕获不全面的缺陷，结合了抽提和渗透反应墙的优点，但不用更换填料，确保重点污染源周边地下水环境和敏感目标的安全。
3、集水槽两侧的双翼阻隔系统一方面可以阻隔污染地下水向地下水下游运移，另一方面由于弱透水性孔隙潜水含水层水量较为贫乏，采用双翼阻隔系统可以快速增大阻隔面积，提高集水效率，减少集水槽的建设长度。同时，阻隔系统为垂直HDPE膜，该垂直HDPE膜截面为T型，能够与集水槽两侧的抽水竖井侧面带开口的连接槽快速插接，方便快速增大阻隔面积以及阻隔方向，提高集水效率。
4、地下水监测单元分为预警型地下水监测井和验证型地下水监测井两个层次，预警型地下水监测井布设于重点污染源地下水下游、地下水应急管控单元上游，目的在于地下水污染预警，一旦发现污染立即启动应急响应程序，地下水应急管控单元开启，并将汇集在集水槽的污染地下水抽提至地表进行处理，验证型地下水监测井布设于地下水应急管控单元下游、敏感目标上游，目的在于验证管控系统的有效性、确保周边地下水环境和敏感目标的安全。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明地下水污染应急管控单元布设示意图；
图2为本发明地下水污染应急管控单元集水槽-抽水竖井截面；
图3为本发明阻隔系统与抽提管的连接方式示意图；
图4为本发明适用于多层含水层的地下水污染应急管控系统的布设方法流程图。
附图标记：
污染源1、等水位线2、预警型地下水监测井3、基岩裂隙含水层地下水抽提井4、垂直HDPE膜柔性阻隔系统5、集水槽6、抽水竖井7、验证型地下水监测井8、敏感目标9、潜水泵10、基岩弱风化层11、混凝土层12、连接槽13
具体实施方式
为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，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或部件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制，此类表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。
请参阅图1-图4，本发明提供一种技术方案：
一种适用于多层含水层的地下水污染应急管控系统，包括地下水污染应急管控单元和地下水监测单元，地下水污染应急管控单元包括弱透水性孔隙潜水含水层强化地下水应急抽提系统和基岩裂隙水含水层地下水抽提系统。
弱透水性孔隙潜水含水层强化地下水应急抽提系统包括集水槽6和抽提系统，集水槽6设置于污染源1地下水下游，敏感目标9上游，抽提系统包括多个抽水竖井7，抽水竖井布设于集水槽，基岩裂隙水含水层地下水抽提系统包括基岩裂隙水含水层地下水抽提井4，基岩裂隙水含水层地下水抽提系统设置在弱透水性孔隙潜水含水层强化地下水应急抽提系统上游。
地下水监测单元设置在地下水污染应急管控单元的上下游。
地下水监测单元包括预警型地下水监测井3和验证型地下水监测井8，预警型地下水监测井设置于污染源1与基岩裂隙含水层地下水抽提井4之间，验证型地下水监测井设置于集水槽6与敏感目标9之间。
集水槽的深度达到含水层的底板，集水槽的宽度为0.8-1.2m，优选1m。集水槽填充砾石，集水槽顶部设置混凝土层。混凝土层厚度为20-30cm。集水槽的使用是为了更好的抽提弱透水层中的污染地下水，因此集水槽深度需到含水层底板，确保污染地下水抽提彻底，混凝土层确保集水槽是个相对封闭的系统，避免地表径流废水流入集水槽，同时防止其他人为干扰对集水槽造成破坏。
抽水竖井沿集水槽的走向间隔10-20m设置，抽水竖井深入基岩弱风化层0.4-0.7m，优选0.5m，抽水竖井底部设置潜水泵10。基岩弱风化为相对隔水层，抽水井深入隔水层，确保污染地下水抽提彻底。
地下水污染应急管控单元还设置了应急废水池，用于收集抽提出的污染地下水。抽提废水视实际情况处置即可。
进一步的，在地下水污染源下游的污染羽布设集水槽，尽量布置在处置场地内部和边界附近。
进一步的，在污染源的污染羽扩散面积较大的情况下，可沿污染羽扩散方向设置多个集水槽，使在污染羽中心的集水槽抽水量大，污染羽下游集水槽的抽水量小，以便快速削减地下水污染源，降低污染地下水浓度。
集水槽两侧双翼设置阻隔系统5，一方面可以阻隔污染地下水向地下水下游运移，另一方面由于弱透水性孔隙潜水含水层水量较为贫乏，采用双翼阻隔系统可以快速增大阻隔面积，提高集水效率，减少集水槽的建设长度。同时，阻隔系统为垂直HDPE膜，该垂直HDPE膜截面为T型，能够与集水槽两侧的抽水竖井侧面带开口的连接槽13快速插接，方便快速增大阻隔面积以及阻隔方向，提高集水效率。
本发明的适用于多层含水层的地下水污染应急管控系统的布设方法，包括以下步骤：
S1，污染源地下水环境调查评估；
通过资料收集、现场踏勘和现场调查采样检测分析，掌握污染源周边地下水污染现状，包括污染类型、污染程度、污染范围及空间分布等。
S2，污染源区域水文地质勘察；
通过水文地质测绘、钻探、土工试验、水文地质试验，查清污染源周边区域水文地质条件，掌握地层结构、地下水分布、土壤物理性质、含水层特征参数等。
S3，地下水污染模拟预测分析；
根据污染源周边区域水文地质勘察、检测分析结果，采用数值法进行地下水环境影响预测，针对可能的污染情景，预测污染物运移趋势，评价对地下水环境的影响并根据模拟结果进行地下水污染应急管控系统技术参数设计。
S4，布设地下水污染应急管控单元，包括如下步骤：
S41，弱透水性孔隙潜水含水层强化地下水应急抽提系统施工，具体包括：
集水槽施工：在污染源地下水下游的污染羽处开挖集水槽，集水槽的开挖深度达到含水层的底板，宽度为0.8-1.2m；集水槽开挖过程中进行支护，边开挖边填充砾石；在集水槽顶部进行混凝土硬化，混凝土层厚度为20-30cm，
抽水竖井施工：在集水槽内砾石之间设置抽水竖井，抽水竖井间距为10-20m，抽水竖井深入基岩弱风化层0.4-0.7m。
S42，基岩裂隙水含水层地下水抽提系统施工，具体包括直接在基岩裂隙水含水层设置地下水抽提井。
S43，地下水监测单元施工：在污染源与弱透水性孔隙潜水含水层强化地下水应急抽提系统之间设置预警型地下水监测井，在基岩裂隙水含水层地下水抽提系统与敏感目标之间设置验证型地下水监测。
S5，完成地下水污染应急管控单元布设之后，进行地下水污染应急管控单元验证；所述验证为进行示踪试验，验证系统的有效性。
S6，预警型地下水监测井启用，其目的是，一旦发现污染立即启动水污染应急管控单元。
S7，地下水污染应急管控单元启用；
S8，验证型地下水监测井启用，目的在于验证水污染应急管控单元的有效性、确保周边地下水环境和敏感目标的安全。
本发明利用集水槽形式进行污染地下水汇集并在槽内设置抽提系统，将污染地下水抽提至地表进行处理后达标排放，弥补了单纯抽提系统在弱透水性地层抽提不彻底、污染羽捕获不全面的缺陷，结合了抽提和渗透反应墙的优点，但不用更换填料，确保重点污染源周边地下水环境和敏感目标的安全。
地下水监测单元分为预警型地下水监测井和验证型地下水监测井两个层次，预警型地下水监测井布设于重点污染源地下水下游、地下水应急管控单元上游，目的在于地下水污染预警，一旦发现污染立即启动应急响应程序，地下水应急管控单元开启，并将汇集在集水槽的污染地下水抽提至地表进行处理，验证型地下水监测井布设于地下水应急管控单元下游、敏感目标上游，目的在于验证管控系统的有效性、确保周边地下水环境和敏感目标的安全。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施。
Claims (10)
1.一种适用于多层含水层的地下水污染应急管控系统，其特征在于，包括地下水污染应急管控单元和地下水监测单元，所述地下水污染应急管控单元包括弱透水性孔隙潜水含水层强化地下水应急抽提系统和基岩裂隙水含水层地下水抽提系统；
弱透水性孔隙潜水含水层强化地下水应急抽提系统包括集水槽和抽提系统，集水槽设置于污染源地下水下游，敏感目标上游，抽提系统包括多个抽水竖井，所述抽水竖井布设于集水槽，基岩裂隙水含水层地下水抽提系统包括基岩裂隙水含水层地下水抽提井，基岩裂隙水含水层地下水抽提系统设置在弱透水性孔隙潜水含水层强化地下水应急抽提系统上游；
地下水监测单元设置在地下水污染应急管控单元的上下游。
2.如权利要求1所述的适用于多层含水层的地下水污染应急管控系统，其特征在于，地下水监测单元包括预警型地下水监测井和验证型地下水监测井，预警型地下水监测井设置于污染源与基岩裂隙水含水层地下水抽提系统之间，验证型地下水监测井设置于弱透水性孔隙潜水含水层强化地下水应急抽提系统与敏感目标之间。
3.如权利要求1或2所述的适用于多层含水层的地下水污染应急管控系统，其特征在于，集水槽两侧翼设置阻隔系统，所述阻隔系统为垂直HDPE膜。
4.如权利要求3所述的适用于多层含水层的地下水污染应急管控系统，其特征在于，所述阻隔系统截面为T型，集水槽两侧的抽水竖井具有侧面带开口的连接槽，T型的阻隔系统与连接槽连接。
5.如权利要求1或2所述的适用于多层含水层的地下水污染应急管控系统，其特征在于，所述抽水竖井沿集水槽的走向间隔设置，抽水竖井深入基岩弱风化层0.4-0.7m，集水槽的深度达到含水层的底板，集水槽的宽度为0.8-1.2米，集水槽顶部设置混凝土层，还包括应急废水池，用于收集抽提出的污染地下水，所述抽水竖井底部设置潜水泵。
6.一种适用于多层含水层的地下水污染应急管控系统的布设方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1，污染源地下水环境调查评估；
S2，污染源区域水文地质勘查；
S3，地下水污染模拟预测分析；
S4，布设地下水污染应急管控单元；
S5，地下水污染应急管控单元验证；
S6，预警型地下水监测井启用；
S7，地下水污染应急管控单元启用；
S8，验证型地下水监测井启用。
7.如权利要求6所述的一种适用于多层含水层的地下水污染应急管控系统的布设方法，其特征在于，步骤S4，布设地下水污染应急管控单元，还包括：
S41，弱透水性孔隙潜水含水层强化地下水应急抽提系统施工；
S42，基岩裂隙水含水层地下水抽提系统施工；
S43，地下水监测单元施工。
8.如权利要求7所述的一种适用于多层含水层的地下水污染应急管控系统的布设方法，其特征在于，
所述弱透水性孔隙潜水含水层强化地下水应急抽提系统施工包括：
在污染源地下水下游的污染羽处开挖集水槽，集水槽的开挖深度达到含水层的底板，宽度为0.8-1.2m；
集水槽开挖过程中进行支护，边开挖边填充砾石；
在集水槽顶部进行混凝土硬化，混凝土层厚度为20-30cm，
在集水槽内砾石之间设置抽水竖井，抽水竖井间距为10-20m，抽水竖井深入基岩弱风化层0.4-0.7m；
所述基岩裂隙水含水层地下水抽提系统施工包括直接在基岩裂隙水含水层设置地下水抽提井。
9.如权利要求8所述的一种适用于多层含水层的地下水污染应急管控系统的布设方法，其特征在于，
所述地下水监测单元施工包括：在污染源与弱透水性孔隙潜水含水层强化地下水应急抽提系统之间设置预警型地下水监测井，在基岩裂隙水含水层地下水抽提系统与敏感目标之间设置验证型地下水监测井。
10.如权利要求9所述的一种适用于多层含水层的地下水污染应急管控系统的布设方法，其特征在于，
所述预警型地下水监测井对污染源的地下水污染进行监测，若发现污染立即启动地下水污染应急管控单元；
所述验证型地下水监测井对经过地下水污染应急管控单元处理之后的地下水污染进行监测，以验证地下水污染应急管控单元的有效性和确保周边地下水环境和敏感目标的安全。
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| CN202210191248.5A CN114635492A (zh) | 2022-02-28 | 2022-02-28 | 一种适用于多层含水层的地下水污染应急管控系统及方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN116480343A (zh) * | 2023-06-14 | 2023-07-25 | 山东省鲁南地质工程勘察院(山东省地质矿产勘查开发局第二地质大队) | 一种地下水分层监测井及其成井方法 |
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