马宝强,王 潇,王彩彩,罗英福,刘德玉

(1.甘肃省生态环境科学设计研究院,甘肃 兰州 730020;2.甘肃省土壤环境保护与污染防治工程研究中心,甘肃 兰州 730020;3.甘肃省地质矿产勘查开发局,甘肃 兰州 730000)

地下水是水资源的重要组成部分,在全球变暖、极端干旱等气候变化的背景条件下,其作为保障饮用水水资源安全的重要性越来越凸显。为确保地下水资源符合饮用水等相关水质要求,需定期组织开展地下水环境状况调查工作,及时掌握地下水环境质量现状以及污染状况。影响地下水环境状况调查评估工作质量的关键主要在于重点调查对象的确定、地下水环境调查、采样点位布设、现场样品采集以及实验室分析测试和质量控制措施等几方面内容,其中野外现场样品采集是一项非常重要但往往比较容易忽视的工作。本文主要基于相关技术指南、规范要求,结合甘肃省历次地下水基础环境调查评估工作经验,主要针对地下水样品采集重点工作内容及关键技术要求作了全面的总结梳理,旨在为其他地区做好地下水环境状况调查工作或开展类似工作提供借鉴。

1 采样设备选择

地下水采样设备是获取高质量地下水样品的关键,不同采样设备的差异会影响样品的真实性和准确性[1]。目前,比较常用的地下水采样设备主要有贝勒管、潜水泵、低流速气囊泵等类型[2-3],其中贝勒管为人工采样设备,潜水泵、低流速气囊泵为机械采样设备。在现场开展地下水采样时,应根据不同监测要求和现场采样条件选择适宜的采样方法和设备。

1.1 贝勒管

贝勒管是一种应用广泛的敞口式地下水采样工具,不仅经济便携,而且操作简单,在规范清洗的前提下,可以重复使用,性价比较高。同时由于其具有直径小的特点,因此更便于采集窄口径的监测井水样。贝勒管材质通常分为聚氯乙烯(PVC)和聚乙烯(PE),两种材质性质均稳定,对地下水采样不会造成新污染,但是贝勒管采样难度容易受到采样深度的影响,对于深井采样以及需要采集较大量水样的情况,其采样往往比较费时费力。

1.2 潜水泵

潜水泵是一种重要的抽水工具,适用于从不同井深和不同井径抽取地下水。根据地下水现场采样条件,可选择不同流量、扬程和口径的潜水泵。潜水泵流速一般在15～500 L/min之间,扬程一般小于500 m,通常适用于针对监测井、水源井、灌溉井等不同类型的采样井获取一定深度的大部分地下水样品[4],但采样需携带发电机或外接电源,不易便携。在采集挥发性有机物、半挥发性有机物等特殊监测指标时,需在排水口安装流量控制阀。此外,潜水泵采样需根据实际条件控制流速,流速过大易导致井内水位降幅过大或出现快速抽干的问题。

1.3 低流速气囊泵

低流速气囊泵是一种低扰动式的地下水采样设备,采样过程不会产生曝气和交叉污染,且能减少水样混浊度和井内水位的大幅下降,因此适用于各类监测指标的采样,尤其适合挥发性有机物和半挥发性有机物等特殊监测指标的现场采样。在采集挥发性有机物等指标时,需将水流速度控制在0.1～0.5 L/min以内[5]。然而,气囊泵也存在一定的局限性,由于动力小,因此不适用于水位埋深偏大的监测井取样。

1.4 其他设备

除以上3中常用地下水采样设备以外,还有气提泵、离心泵、惯性泵、蠕动泵和packer分层采样技术[6]等采样设备或方法,针对不同采样条件,它们都具有各自的优点及适用性[7],其中packer分层采样技术可以实现对特定目标含水层的特定深度开展地下水分层采样。

2 采样工作准备

2.1 制定采样方案

在采样之前,采样单位应制定详细的采样工作方案,明确采样负责人和采样人员,压实责任分工,做好采样准备工作,提前对采样人员开展相关技术培训,熟练掌握采样各环节操作方法以及技术要求。采样工作方案主要包括采样时间安排、人员分工、点位布设情况、样品采集数量、监测指标、采集方法以及样品采集、保存、流转等环节的技术要求和样品采集内部质量控制措施等重点内容,同时在制定采样工作方案的过程中,应与样品分析测试单位加强沟通,确保样品采集、保存方式等满足检测实验室分析测试的要求。

2.2 准备采样器具

采样前,应查阅相关技术规范要求,且要与检测实验室做好沟通,准备好采样容器和现场检测仪器。采样容器应符合规范要求,确保性能正常。现场检测仪器主要为多参数水质检测设备,在采样前,应做好设备校正工作,确保监测数据误差在合理范围内。同时要根据现场采样条件,准备好洗井以及采样设备等工具。

2.3 筛选采样点位

地下水采样点位与地表水明显不同,只能在建有监测井或泉水出露的地点采样,应尽可能选择专业的地下水环境监测井。为准确识别污染源的污染扩散情况和便于后期开展污染状况评价,应在污染源的上下游以及两侧位置选择适宜的监测井进行采样,当现有采样点位不能满足本次采样要求时,应委托正规的水文地质钻探单位按照相关技术规范要求建设专业的地下水环境监测井。此外,当在枯水期开展地下水环境状况调查时,若发现调查区域内无地下水存在时,应在丰水期再次开展地下水水位测量,若存在地下水,则应该开展地下水补充采样工作,当丰水期也无地下水存在时,则应选择在合理位置分层采集深层土壤样品,采样孔深度原则不超过[8]15 m,若周边存在地表水体等敏感点时,还应采集地表水样。

2.4 测量水位、井深

采集地下水样品前,应先测量水位和井深。采用测绳等手工法测量地下水水位时,当连续两次静水位测量数值之差不大于±1 cm/10 m时,则测量合格,否则需要重新测量。每次测量水位时,应调查并记录监测井是否抽过水,以及是否受到附近开采井的抽水影响。

2.5 洗井作业

地下水采样前需进行洗井,一般当洗井抽出水量为井管内水体积的3～5倍时[9-10],可结束洗井。此外,可以使用便携式水质检测仪对抽出水的pH、电导率、浊度等水质参数进行现场快速测试分析,检测频率每次间隔[11]5 min,当pH连续三次测定的变化在±0.1以内,电导率连续三次测定的变化在±10%以内、浊度小于或等于10 NTU时或者当浊度连续三次测定的变化在±10%以内,则可以结束洗井。此外,洗井作业原则应确保井口出水达到水清砂净为止。

3 采样技术要求

3.1 采样容器

根据各类指标的理化性质,采样容器主要包括玻璃瓶、塑料瓶(材质主要为聚乙烯)两类,其中玻璃瓶包括硬质玻璃瓶、VOA棕色玻璃瓶、棕色玻璃瓶。硬质玻璃瓶通常用以采集重金属、普通无机物指标;VOA棕色玻璃瓶为专门用以采集挥发性有机物的玻璃瓶;棕色玻璃瓶通常用以采集半挥发性有机物、硫化物指标;塑料瓶通常用以采集普通无机物指标;细菌类指标通常用灭菌袋或灭菌瓶采集。此外,为保障样品运输过程安全,在与检测实验室沟通的前提条件下,可采用专门塑料袋采集部分一般指标和普通无机物等指标。选择的采样容器应满足4个条件:(1)质量符合采样要求,不会引发新污染;(2)容器壁不应吸收或吸附某些待测组分;(3)容器不应与待测组分发生反应;(4)能严密封口,且易于开启,保证水样不外溢、不挥发。

3.2 采样顺序

《地下水质量标准》(GB/T 14848-2017)中的地下水监测指标共为93项,其中常规指标39项、非常规指标54项,除气温、水温、pH、电导率、氧化还原电位、溶解氧、浑浊度、色、嗅和味、肉眼可见物等10项指标为现场测试指标以外,其他指标在采样过程中,应根据各类指标的理化性质及其保存要求,按照相关技术规范要求进行采样。根据《地下水环境监测技术规范》(HJ 164-2020)及相关文献[12],通常地下水各类监测指标应当按照挥发性有机物、半挥发性有机物、稳定有机物、微生物、重金属、普通无机物和放射性的顺序采集,各类指标具体分类及采样顺序详见表1所示。

3.3 样品保存

样品采集后,应根据各类监测指标的保存条件,添加符合规范要求或检测实验室要求的保存剂,各类指标的保存剂添加情况具体如表1所示。为避免样品检测误差,保存剂应确保为不含其他杂质的超纯化学试剂。同时需要冷藏的监测指标在采样现场应专门储存在保温箱内,且需内置冰冻蓝冰或具有其他保温条件,确保恒温保存。根据保存期限的不同,各类指标一般可分为时效性样品和非时效性样品,时效性样品主要包括总大肠菌群、菌落总数、挥发性酚类、氰化物,其中总大肠菌群、菌落总数要求在4 h内送至实验室检测,挥发性酚类、氰化物要求在24 h内送至实验室监测。

3.4 采样记录

地下水采样应现场记录采样井位置、地理坐标、成井深度、井径、井的结构、水位埋深、井的用途、保护现状等基础信息,同时应对采样时间、监测指标、采样方法、保存方法等做好记录[14]。

3.5 样品标签

地下水采样过程中,为便于采样人员清点样品和实验室检测人员快速识别样品,应在采样瓶中粘贴采样标签。采样标签内容一般应包括采样编号、采样日期、采样人员姓名、采样单位、监测指标、样品保存方法等内容。

3.6 采样注意事项

样品采集是非常关键的环节,若采样方法选择不当,很容易造成人为操作误差,且采样误差有可能远大于实验室分析测试误差,因此采样过程中应严格按照相关技术规范要求操作。应重点注意几方面关键事项:(1)采样人员应全程佩戴手套、口罩等防护用品;(2)地下水采样原则要采集清澈的瞬时水样,若水样浑浊应进一步洗井,确保采样井出水保持水清砂净;(3)为能够获取反映含水层水质现状的真实水样,需做好洗井工作,确保采集来自井管四周含水层的新鲜水样;(4)样品采集各关键环节应留存照片、视频、文本等记录资料,以备质量审核和抽查;(5)挥发性有机物和半挥发性有机物的采样应优先使用气囊泵或低流量潜水泵,将水流速度控制在0.1～0.5 L/min,且采集水样必须注满采样容器,上部不留空隙或气泡[5,9-10],若采用贝勒管采集样品时,应在贝勒管下端出水口安装流量控制阀调节流速;(6)采样完成后,应立即将采样瓶或采样袋盖紧、密封,贴好标签,同时做好样品清点工作,若有错误或漏采,应立即重新采样或补充采样。

4 样品采集质量控制

采样工作需严格按照样品采集质控工作要求执行。质控人员应对样品采集过程及采样质量按照一定比例开展全过程质量检查,若发现质量问题,应及时反馈给采样单位予以整改落实。采样质量检查主要包括资料检查和现场检查[15],其中省级、国家级资料检查抽查比例分别不应低于30%、10%;省级、国家级现场检查抽查比例分别不应低于10%、5%。在正式开始采样前,质控单位应督促采样单位对采样器具按照3%的比例进行质量抽查,抽查合格后方可使用;同时要对保存剂的纯度和等级进行检验,保证其质量不会影响样品本身测试精度。为加强采样质量控制,项目内部质控和外部质控在样品采集现场需采集平行样、运输空白、全程序空白样等质控样品,每批次质控样品采集比例应不少于10%,若每批次样品数量较少,应至少采集1个现场平行样和全程序空白样。此外,还可以在每批次样品中加入密码样或盲样,促进实验室提高分析检测质量。

5 结语

(1)地下水采样设备主要包括贝勒管、潜水泵、低流速气囊泵等类型,应根据水质监测要求和现场采样条件,选择适用的采样设备,避免采样设备选择不当造成采样误差。

(2)地下水样品采集工作开展之前,应做好充分准备工作。为确保采样工作有序进行,应制定具体的采样方案,准备好采样器具,在筛选适宜采样点位的前提条件下,测量采样井水位、井深,并按照相关技术规范要求做好洗井工作。

(3)地下水采样关键技术要求方面,要注重采样容器的选择,根据各类指标的采样顺序、保存方法进行样品采集和保存,同时要做好采样记录,按照要求粘贴采样标签。此外,为确保样品采集质量,应做好样品采集质量控制措施。