2018 年 10 月（总第 089 ～ 090 期）

豫北山前冲洪积扇含水层水质调查与地下水修复技术示范

摘要：探索出1∶5万冲洪积扇含水层水质调查方法，查明了豫北山前6个冲洪积扇含水层水质状况，

圈出了50余处地下水水质变异区，解析了一个大型地下水水源地铅的来源，掌握了地下水污染PRB

原位修复关键技术，建立了我国第一座连续式渗透反应墙，为豫北地区地下水安全利用及我国地下

水污染防控提供了数据及技术支撑。

1. 项目概况

“豫北山前冲洪积扇含水层水质调

查”项目，归属于“主要含水层水质调

查”工程，由自然资源部中国地质调查

局水文地质环境地质调查中心承担。项

目周期为2016—2018年。主要目标任务

是开展豫北山前冲洪积扇含水层水质调

查，查明主要含水层的水质状况，监测

山前重要区段含水层水质变化，围绕1处

受重金属污染威胁的大型地下水水源地

开展污染综合调查，提出污染风险防控

技术方案，开展地下水六价铬污染修复

技术示范，为豫北平原地下水污染防治

提供技术支撑。

2. 成果简介

（1）创新了1∶5万山前冲洪积扇含

水层水质调查工作方法，为我国开展新

一轮区域地下水水质及污染调查提供了

技术支撑。1∶5万的含水层水质调查方

法，是在我国第一轮1∶25万地下水污

染调查工作基础上提出的，可以概括为

“变密度布设调查点、分区分层筛选取

样点”的含水层水质调查方法，由工作

量预部署、野外调查、取样点布设3个阶

段、13个工作内容组成（图1）。

该方法与我国以往的区域地下水水

质或污染调查工作方法比较，主要进步

之处：一是采用变精度方法，布置野外

调查工作量。预先编制地形地貌、潜在

污染源、地下水流场、水化学类型演变4

张图件，形成变密度野外工作图，减少

盲目使用和平均使用调查工作量，将有

限的工作量投入到含水层水质问题较多、

环境复杂的区域内。二是充分挖掘现场

水质测试信息，分区分层圈定水质变异

区，指导取样点筛选工作。首先，从地

质环境和地下水开发利用两个方面进行

含水层分区分层；然后，采用直观法和

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技 术 方 法

统计分析方法，分析各区层内水质参数

的演化特征，识别水质参数异常临界值，

圈出各区层水质变异区（图2）；最后，

建立野外现场水质参数与室内水质分析

结果之间的相互关系，用大量调查点水

质及环境信息，识别水质变异区范围及

水质特征。这一方法为含水层水质评价

从点状评价向面状或空间评价找到了一

条新路。

（2）调查了豫北太行山前6个不同类

型的冲洪积扇，查明了地下水环境状况，

圈出50余处水质异常区，初步解析了其

成因演化机制，为该区地下水安全利用

明确了靶区。豫北太行山前6个不同类型

的冲洪积扇（裙）地下水质量及污染综

合评价点位统计结果显示：山前冲洪积

扇整体水质状况不容乐观，除少数冲洪

积扇（群）水质良好外，多数冲洪积扇

Ⅳ类、Ⅴ类水质均大于50%；影响各冲

洪积扇水质的主要指标为总硬度、溶解

性总固体，其次为氯化物、硫酸盐、Fe、

Mn等指标。

基于地下水水质指标（电导率、pH

值、溶解氧、氧化还原电位）现场检测

的结果，采用统计分析方法并结合野外

实际调查情况，确定了各指标的背景值，

圈出了50余处水质异常区，其中面积大

于10km2的水质异常区如图3所示。

调查发现，冲洪积扇体水质异常区，

与地形地貌单元及人类活动类型、作用

方式、强度、时间等密切相关。如某冲

洪积扇扇顶水质异常区，表现为高电导、

高pH、低溶氧、低氧化还原电位，主要

超标指标是总硬度、溶解性总固体、氯

离子和硫酸根，水化学类型由天然的重

碳酸钙型水突变为硫酸氯钠镁型水。该

水质异常区上游为化工产业集聚区，废

水直排扇顶砂卵砾石层，包气带防污性

能差，含水层颗粒吸附作用小，造成地

下水水质严重变异。再如某冲洪积扇前

缘水质异常区，现场指标表现为高电导，

较高pH值，地下水氟超标、高钠，低重

碳酸根。其成因受蒸发浓缩作用影响显

著，且与偏碱性地下水中Ca2+的活度降

低，氟离子富集有关。

（3）查明了某大型地下水水源地水

文地质条件，地下水中铅的来源和污染

途径，为水源地污染防控提供了科学依

图1  1∶5万冲洪积扇含水层水质调查技术路线

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2018 年 10 月（总第 089 ～ 090 期）

图2  豫北某冲洪积扇含水层分区分层取样布设图

据。采用地质分析方法、综合物探方法、

钻探成井技术、多场耦合分析方法（地

下水水动力场、地下水水化学场、地下

水同位素），调查和研究工作区某大型岩

溶地下水水源地铅污染威胁可能的来源

及途径。主要的结论是： ①水源地1~2口

水井中检出的铅，未超过生活饮用水标

准，呈时有时无的变化状态；②位于水

源地东北的大型炼铅厂是造成周边表层

土壤、底泥、河水铅污染的来源。水源

地开采井区及周边1~2km范围内表层土

壤铅含量超标严重，但在50cm深度内恢

复正常，表层土壤中的铅在自然条件下，

通过垂向入渗途径进入第四系含水层的

可能性不大；③在水源开采井地北部及

东北部岩溶含水层上，存在厚度较大、

分布不均匀、渗透性变化较大的第四系

卵砾石层，岩溶含水层与第四系含水层

可能存在直接的水力联系。水源地东北

部铅厂内污染较重的河流与水源地第四

系含水层的不存在直接的水力联系，河

流中的铅经侧向扩散污染水源地的可能

性小；④水源地岩溶水主要补给来源是

盆地北部山区的大气降水，平均补给高

程在585～1225m之间，受到铅污染的水

源地东北部裸露灰岩区，直接通过入渗

途径污染水源地的可能性小；⑤水源地

东边开采井出现较高的Cl-及东北部水井

出现较高的NO3-，以及水源地周边农灌井

第四系含水层中铅浓度超标，与垃圾堆

放、化肥施用、成井等人类活动关系密

切，加强水源开采井周边铅超标区农灌

井的风险管控，是防范水源地铅污染风

险的首要任务。

（4）掌握了地下水污染渗透反应墙

（PRB）原位修复关键技术，建立了我国

第一座连续式渗透反应墙，助推我国地

下水修复技术进步和产业发展。PRB修复

技术是地下水污染防治中成本较低的一

项地下水污染原位修复技术，其原理是

将具有物理/化学/生物功能或其组合功能

的反应材料，按照一定的几何形式嵌入

图3  豫北太行冲洪积扇（裙）水质异常区分布

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技 术 方 法

到地下含水层中，将上游含水层中污染物

截留在反应墙体中，以保护下游地下水。

跟踪国际地下水修复技术发展趋势，

选择能充分发挥水文地质专业优势的地

下水污染PRB原位修复技术，按照精细

调查诊断、室内模拟试验研究、PRB墙体

施工与监测井安装、修复效果评估的技

术思路，逐一实践并破解PRB修复地下水

的关键技术。在河南某六价铬污染地下

水含水层中，成功实施了一座长15m、宽

2.8m、深12m的渗透反应墙（图4）。这座

PRB，采用质量比为3∶1∶4的铸铁、活

图4  河南某污染场地地下水PRB施工状况

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2018 年 10 月（总第 089 ～ 090 期）

蔡五田（1962- ），男，教授级高级工程师

2016年被评选为中国地质调查局优秀人才。自然资源部中国地质调查局“豫北

山前冲洪积扇含水层水质调查”二级项目负责人。现任自然资源部中国地质调

查局水文地质环境地质调查中心地下水与土地污染室主任。从事地下水与土壤

污染调查、评价与修复工作。2006年以来，负责了6个地质调查项目。

E-mail: 2365986444@qq.com

性炭、砂混合反应材料，首次使用钢板

桩支护、大深度开挖、干法连续回填、

同步安装监测井等工程技术，成功实施

了我国第一座防控重金属污染地下水的

PRB，也是我国地质系统采用国产材料、

设备、技术成功实施的第一座PRB。监测

数据显示，PRB运行状态良好。

3. 成果意义

1∶5万冲洪积扇含水层水质调查方

法，可为我国开展新一轮区域地下水质

量或污染调查提供技术指导。冲洪积扇

水质调查及水源地污染风险调查成果，

可为该区地下水安全利用及地下水污染

防控提供科学依据。 PRB的成功示范，将

推动我国地下水污染修复技术向国产化、

工程化、规模化方向发展。

（自然资源部中国地质调查局水文地

质环境地质调查中心  蔡五田  吕永高

供稿） 

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