感应电磁技术在复杂背景场地调查中的应用

周子琛

(上海元易勘测设计有限公司，上海 201203)

随着城市化进程和城市产业布局提升的不断加快，原位于郊区的农村村落演变成位于城市建成区但仍实行村民自治和农村集体所有制的村庄——城中村[1]。在城中村发展过程中，土地利用方式由宅基地和农田向宅基地、工业用地和商业用地混合利用转变，大量的小微企业和作坊生产入驻场地。在城中村改造过程中，地块内的生产型企业和生产作坊进行搬迁拆除工作，但原有的工业活动已造成地块土壤和地下水的污染，最终遗留污染地块。

城中村地块在再开发利用前，急需开展土壤污染状况调查、风险评估和修复治理，以保证地块土壤和地下水环境质量满足规划用途，并符合人体健康和安全的要求[2]。而地块污染的识别工作是土壤污染状况初步调查的核心，是决定现场调查采样工作中布点采样和检测分析的关键。但城中村的内部一般没有统一的规划和管理，生产作坊和小微企业管理混乱和资料的缺失导致污染识别存在不确定性，严重影响调查评估的准确度。

感应电磁法是一种利用磁偶源向地下发送一次场，测量地下介质导体产生的感应磁场(二次场)，从而测定场地视电导率、同化率等参数的方法。感应电磁法技术已在土壤盐渍化、土壤含水率、污染筛查和填埋场渗滤液等地质和环境信息快速定性和半定量研究中广泛利用[3-7]。在土壤污染状况初步调查中，感应电磁法技术可以探测地下储罐、管线等地下设施[8]；在前期调查(现场踏勘、人员访谈和资料收集与分析)的基础上，辅助疑似污染区域的识别工作；并对前期调查未发现的污染情况进行查漏补缺。从而提高点位布设和土壤污染调查整体工作的准确度[3]。

此次采用感应电磁法物探的技术对上海某“城中村”改造地块进行场地全覆盖扫描。通过结合前期调查结果和感应电磁法，进行潜在污染源和疑似污染区域的识别，并根据前期调查和识别的结果设计采样方案，进行点位布设和检测分析，从而判定此次“城中村”地块土壤和地下水环境质量。本文旨在结合“城中村”项目的特点，简述本次感应电磁法在生产企业规模小、数量多和资料缺失严重的地块土壤污染状况调查中的应用。

1 工作方法和原理

1.1 场地概况

此次“城中村”改造项目地块位于上海市浦东新区，地势平坦；气候受海洋影响明显，变化复杂，是东亚季风盛行的地区，常年四季分明；周边河网稠密；地基土属第四纪沉积物，主要由黏性土、粉性土及砂性土组成，地层结构主要为第①层填土层，第②层灰黄色粉质黏土层和第③层灰色淤泥质粉质黏土层。

地块总面积约97 615 m2，1990年之前均为农田和宅基地，1990—2015年陆续入驻近40家小微企业，其中20家为生产型企业，涉及多种行业，部分为“12+3”行业企业。2015年底企业签订拆迁协议，2016—2018年进行搬迁拆除工作，2018年底基本拆迁完毕。

1.2 前期调查

根据《上海市建设用地土壤污染状况调查、风险评估、风险管控与修复方案编制、风险管控与修复效果评估工作的补充规定(试行)》沪环土〔2020〕62号和《建设用地土壤污染状况调查技术导则》(HJ 25.1—2019)，前期调查工作主要由资料收集、现场踏勘和人员访谈组成，并进行相关分析。资料收集主要包括地块及相邻地块的利用变迁、环境、有关政府文件等资料；现场踏勘主要内容包括地块、相邻地块以及周边区域的现状与历史情况和区域水文地质条件；人员访谈主要是对已有信息和资料的补充和考证。

1.3 感应电磁法

(1)设备和原理(图1)。使用CMD系列感应电磁扫描雷达，工作频率10 kHz，最大探测有效深度为6 m。使用位于仪器一段的发射探头作为具有垂直偶极方向的谐波磁场Bp的激励源来工作，初级磁场在地表以下的导电材料中感应出涡流，涡流循环产生次级磁场。通过比较原生磁场和次生磁场之间的相位偏移/延滞，从而计算出场地土壤/其他介质的视电导率[3]。

图1 感应电磁法工作原理Fig.1 Principle of induction electromagnetic method

(2)现场工作。根据地块范围和地块内现有构建物、地形等信息，确定现场仪器扫描范围和移动路径。现场按照2 m×2 m网格进行单点数据采集，深度范围模式选择6 m(地下6 m范围内综合电导率)，同时使用仪器自有的GPS定位系统同步读取每个点的空间位置坐标。

(3)数据处理。此次使用数据处理工具Excel对点位电导率数据进行收集和整理，数据处理主要包括感应电磁法物探点位数据整理和GPS坐标转换为上海城市坐标。采用图形化软件Surfer 15.0绘制视电导率的等值线图。

1.4 点位布设

根据《上海市建设用地土壤污染状况调查、风险评估、风险管控与修复方案编制、风险管控与修复效果评估工作的补充规定(试行)》(沪环土〔2020〕62号)规定，初步调查监测点位布设方法优先采用专业判断布点法，根据第1阶段的前期调查结果筛选出疑似污染区域，并在每个疑似污染区域设置监测点位。

本文感应电磁法辅助疑似污染区域的识别工作，经前期调查地块内村民住宅区域历史上为农田，可作为感应电磁法视电导率的背景值区域。其他区域视电导率高于背景值区域视电导率最大值2倍以上或低于最小值50%以上，判定为信号异常点，需结合前期调查资料和区域现状进行疑似污染区域判定。

1.5 实验室检测

土壤分析指标主要参考《土壤环境质量 建设用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB 36600—2018)中的基本项目和其他项目。其中，基本项目为必测项；对其他项目地块特征污染物进行选测。地下水检测指标与土壤一致。土壤样品检测方法参考《土壤环境质量 建设用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB 36600—2018)。

2 结果与分析

2.1 地块前期调查结果

现场踏勘期间，地块内为闲置状态，地块内遗留少量村民住宅；原企业已基本拆除完毕，大部分区域为地坪，部分区域覆盖有少量建筑垃圾，已无明显污染痕迹。通过现场调查和电话访谈，发现 20世纪90年代左右企业开始入驻地块，之前均为农田和村民住宅；获得企业产品、主要工艺流程、三废处置和布局等重要信息。

项目涉及地块调查范围内，历史上曾入驻有汽修厂、床垫厂、家具厂、塑料加工厂、紧固件厂、钢结构件厂、服饰加工厂、机械设备厂和煤饼加工场等20家疑似生产企业，分布于地块18个区域内。特征污染物类型包括重金属、挥发性有机污染物、半挥发性有机污染物、有机农药和石油烃。通过生产工艺和特征污染物分析，判定18个区域中，14个为疑似污染区域。

由于企业搬迁早和均为微小企业等原因，造成相关资料不全或缺失。虽然采用人员访谈方法补充了缺失信息，但无法通过对比分析验证访谈结果的准确度。且地块内原有车间均已拆除，无法追溯原有生产和三废处置情况。污染识别工作仍具有一定的不确定性。

2.2 感应电磁法物探结果与分析

受现场条件影响，遗留建筑区域(东北角和西南角)感应电磁法物探工作范围未能全面覆盖。地块整体视电导率如图2所示。

图2 10 kHz视电导率Fig.2 Apparent electrical conductivity under 10 kHz

地块整体电导率变化不大，说明20家生产型企业的经营活动对地块土壤和地下水环境影响较小。

村民住宅主要集中在地块东北侧和中部，该地块地下6 m范围综合视电导率背景值范围在20～100 mS/m。部分区域(地块内西南角、东侧和东北角)电导率在100～260 mS/m，并且在企业区域和村民住宅区普遍存在且电导率近似。通过现场踏勘发现这些区域地坪破碎和表层土内分布有较多的钢筋，最终导致该区域电导率变化明显。

地块内北侧(图2中a区域)存在异常点位(电导率>420 mS/m)。区域原企业为管件制造厂，与前期访谈中生产区域相一致；但所在地坪经过加厚处理，钢筋的加密可能引起视电导率异常。综合考虑，此区域判定为疑似污染区域。

根据感应电磁法物探结果，地块内基本无线型和面型视电导率异常点。通过前期调查发现，地块内企业均为小微企业，不涉及化工生产，并通过人员访谈，从而确定地块无地下储罐和有毒有害物质运输管线。

2.3 检测结果

根据第1阶段调查和感应电磁法物探结果，地块内共布设38个土壤采样点。其中，20个为水土复合采样点，另在场外无扰动区域布设1个对照水土复合点。现场通过PID和XRF快速筛选土壤样品，分别采集表层(0～50 cm)、深层(50 cm～初见水位)和饱和带(初见水位以下)样品送至实验室进行样品检测。

土壤样品pH值检出值范围为7.62～9.03；检出镉、铜、铅、镍、砷、汞、铍、钒、钴、锑、二氯甲烷、1，1，2-三氯乙烷、邻苯二甲酸二(2-乙基己基)酯、苯并[a]蒽、1，2-苯并菲、苯并[a]芘、苯并[b]荧蒽、苯并[k]荧蒽、茚并[1，2，3-cd]芘、滴滴涕和C10-C40；其余指标均未检出。所有检出值均低于《土壤环境质量 建设用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB 36600—2018)中第一类用地筛选值。

地下水样品pH值检出值范围为7.08～8.63，检出6价铬、铜、铅、镍、铍、钒、钴、锑和总石油烃(C10-C40)；其余指标均未检出。所有检测值均低于《地下水质量标准》(GB/T 14848—2017)Ⅳ类限值和《上海市建设用地地下水污染风险管控筛选值补充指标》第一类用地筛选值。

根据检测结果，布设在区域a的水土复合井土壤和地下水样品中重金属和无机物检出值与对照点检出值相当，有机污染物均未检出。说明此区域视电导率异常值是由于地坪加厚、钢筋加密等非污染因素导致的。

3 结论

地块虽然曾入驻20家生产型企业，但通过前期调查和检测分析结果发现，地块土壤和地下水环境质量满足住宅用地的开发利用要求。通过分析感应电磁法视电导率分布变化情况和地块现状，发现除部分区域受地坪和钢筋影响外，地块整体电导率无明显变化；结合地块企业情况，确认地块无地下储罐和有毒有害物质运输管线。说明地块土壤和地下水环境受生产活动影响较小。通过结合感应电磁法物探技术与地块前期调查，提高了土壤污染状况初步调查工作中污染识别的准确度。

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