1、地下水化学影响的岩土工程勘察评价摘要: 结合工程实例，揭示了现状岩土工程勘察工作中，地下水化学性质分析观念的混乱及其影响评价技术手段的缺陷。提出了地下水化学性质样本统计分析的标准技术工作模式，并对实际运用中需要注意的问题给予了说明。阐述了依据样本真值和中值差等统计分析参数施行可靠性评价的意义、措施，并提出建议。 关键词: 地下水; 化学性质; 岩土工程; 样本真值; 腐蚀性 中图分类号： TU991.11+2 文献标识码： A 文章编号： 引言 地下水化学性质是岩土工程勘察的重要调查工作内容，针对如何整理和利用相关试验资料，科学运用可靠性分析理论评价地下水的化学作用及影响等专业性的技术工作，现
2、行规范或标准中仍缺乏具体的指导意见或说明。 1 、实验数据及样本真值 表 1、表 2 和表 3 分别标示了三项岩土工程勘察项目地下水样品化学检测报告的主要实验数据及原成果报告提供的分析结果。 此般结果，其逻辑关系上存在的矛盾是既然认定了同一评价单元地下水化学性质必然性的不一致，但同时却又是以个别样本值作为整个勘察场地的统一代表。如此分析势必会偏离或辜负相关标准和规范期冀的科学和公正的意愿。 产生不明确分析结果的一个主要原因是对实验数据样本值意义理解的偏颇。地下水样本采集是针对勘察场区范围内含水层水质总体条件调查的基础依据，作为抽样分析取得的个体化学检测数据是客观存在的地下水化学特性量值的实验表
3、现。根据误差公理，测量结果与真值之间总是存在无法准确得到或确切获知的测量误差2 。因此，地下水化学检测分析报告中的实验数据，实质是近似于被测量母体特性的观测值。 2 、分析模型及应用 经典统计分析理论将所推断出的代表性特征值称之为样本真值2，3 ，其意义并非简单认定勘察场区范围内地下水化学性质绝对的相同，而是期望充分依据所占有的样本值，推断出最有可能代表勘察场地范围内地下水化学总体性质的主体数据及其可能的概率分布特征，以实现可能发生的最大作用或影响的概率性判断。统计分析最为广泛应用的是正态分布概率模型，其具有计算工作简便易行的特点。同一母体一次性抽取样本估算真值的公式为: 本次估测的不确定性，
4、即样本真值的散度特征，用样本方差 V 表示。V 也称中值差: 式中，n 为子样的样本容量，即占有实验数据的数量; xi 为各项检测样本值。 显而易见，中值差 V 与通常岩土工程技术分析中的统计分析指标标准差 s 有如下关系: 不难理解，样本真值作为勘察场地范围内最具可能的代表值，适宜作为地下水化学类型的分析依据，但针对相关作用和影响的评价，还需依据散度特征评估对应承担的风险性综合确定。 结合地下水化学检测工作的特点，笔者建议采用已得到公众认同的 95% 的置信水平进行地下水化学性质标准值的定位计算: 公式中的推断计算符号 “ ”应视可靠性设计要求控制的不利条件分别选用。针对表 1表 3 实例的
5、统计分析结果已列入表中，其中除 HOC3 和 pH 两指标标准值的计算选用 “ ”外，其他均是 “+ ”。鉴于表 1 实例 J1、J2 归属于一件样本，故只取了其中的一件参与了统计分析，以避免人为性增加样本个体权重。统计分析得出表 2 实例 SO2- 4 离子含量标准值为 415. 0mg/L，说明原勘察成果选用的最不利实验数据 402. 0mg/L 并未充分获取所寄托的安全保证愿望。倘若 ZK19 样品 SO2- 4 离子的检测结果恰巧为 400. 0mg / L，这其中的 2. 0mg / L 差别完全符合实验室测定值精密度标准允许的误差范围4 ，因此这个假设是实际工作中极有可能出现的状况
6、，那么依据最不利数据的原则就会得出迥然的结论。而依据本文建议的分析方法，相关的评价结论依然能得以维持。由此可见，尽管本实例成果未曾贻误结论，但其意义鲜明地不相等同于统计分析的推断结果，后者概括了全部有效的抽检样本，不会产生感观上对个别实验数据的敏感性关注，避免或缓解了隐含在正常实验工作误差中的风险程度未知的极端认识。需要说明的是，限于正态分布模型自身存在尾部小概率估计失真的缺陷，因此，倘若分析计算HOC- 3( mmol/L) 或 pH 的标准值小于 0，尚应按 0 或依据实际检测资料中的最小值作为评价依据。 3、 地下水单元及样本容量 现状岩土工程勘察成果中，常有单纯依据岩土层勘探样本的室内
7、试验渗透指标作为隔水层评判依据的现象，针对现实工作中经常面对的第四系松散地层，就地下水的岩土工程作用和影响而言，决不可忽视相对隔水层并不影响含水系统中的地下水呈现统一水力联系5及由此产生相互间的水化学交换作用的客观事实。既然是 “相对” ，就必然存在着相对程度的差异。分隔作用的发挥，除受自身特性影响外，还与毗连地层间渗透性的差别相关。同时，层厚及层位稳定性和岩土体天然材料的均匀性等，均对实际的 “隔水”功效产生影响。地下水样本采集勘探点位还应结合岩土工程勘察等级和场区地形地貌等条件设计。 4 、异常试验数据及处理地下水化学性质样本值的差异，除与其代表性有关外，还受采集方式、样本封存和运输等技术
8、工作质量的影响，同时与测量环境及检测人员工作技能等因素有关。本文表 3 实例对异常数据的分布情况说明主张样本数量，适度充盈的勘察工作方案是可取的。与实验室检测误差的系统分量及随机分量相比，样本采集工作质量是样本值异常的主要因素，理论上应允许删除异常数据，但须事先对异常样本予以充分的分析或核实，其中包括地下水体可能受到的污染性及化学场背景递变等。鉴于地下水样本污染的结果通常是盐量加大，因此，遇地下水化学检测数据异常时，应首先将显现较高矿化度的样本作为甄别对象。如果勘察期间并未发现具有长期影响效应污染源的存在，就可判定检测出的高盐量属于临时性的污染致因，或是取样过程中人为性操作的随机性等因素造成的
9、。 5、结论及建议 明确地下水化学性质分析及其影响评估工作的专业指导标准和技术要求，是亟待完善的问题。基于全部有效样本统计分析的平均值是地下水图 1 地下水化学性质岩土工程勘察评价工作程序化学性质代表值，相应的标准值是评估地下水的化学影响的可靠性依据。建议规范地下水化学性质岩土工程勘察评价技术工作体系，将分层观测地下水位等相关调查内容，应同时列入地下水样本采集及化学性质分析工作技术标准。统一且绝对定额式的样本数量限定，不符合科学合理的原则，建议实际工作中按相对容量要求制定地下水样本数量技术标准，相应勘探点应能涵盖勘察场区，且布置间距不宜大于 75 150m。 参考文献: 1 中华人民共和国国家标准 岩土工程勘察规范 ( GB50021-2001) S 北京: 中国建筑工业出版社 2002 2 国家认证认可监督管理委员会 实验室资质认定工作指南(实验室资质认定评审准则宣贯教材) M 北京: 中国计量出版社，2007 3 中华人民共和国环境保护行业标准 地下水环境监测技术规范 ( HJ/T1642004) 2004
