ABSTRACT

CONTENTS Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

Background . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 The Importance of Environmental Site Characterization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 Historical Problems with Environmental Site Characterization . . . . . . . . . . . . . . . . 41

The Problem of Heterogeneity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 The Problem of Sample and Data Representativeness . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

Objectives of Environmental Site Characterization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 Data Required from an Environmental Site Characterization Program . . . . . . . . . . 54

Approaches to Environmental Site Characterization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 The Conventional or Traditional (Phased) Approach . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

Phase I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 Phase II and Beyond . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

Improved Approaches to Environmental Site Characterization . . . . . . . . . . . . . . . . 66 Background . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 Descriptions of Improved Approaches to Environmental

Site Characterization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 Accelerated Site Characterization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 Expedited Site Characterization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 The Triad Approach . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 Dynamic Field Activities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 Other Improved Approaches to Environmental Site Characterization . . . . . . 78

Elements of an Environmental Site Characterization Program . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 Systematic Project Planning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 Selecting Key Project Personnel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 Identifying Project Goals and Objectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 Defining Decisions to be Made . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 Establishing DQOs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 Reviewing Existing Site Information . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89

Types of Information . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 Sources of Information . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 Methods of Collecting Existing Information . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97

Traditional Literature Searches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 Computer Literature Searches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99 Review of Aerial Photography and Imagery . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 Fracture Trace Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109 Review of State and Local Regulatory Agency Files . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111 Review of Site Owner and Operator Files . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113 Review of Other Available Records . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113

Interviews . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114 Conducting Site Reconnaissance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114 Developing an Initial CSM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121 Designing a Data Collection Program . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135 Evaluating and Selecting Site Characterization Field Methods . . . . . . . . . . . . . . . . 137

Sample Collection Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138 DP Technologies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138 Sonic Drilling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143 Conventional Drilling Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143

Sample Analysis Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148 Field-Based Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148

Other Investigation Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151 Surface Geophysics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151 Soil-Gas Surveys . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153

Dynamic Work Plans . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154 Adaptive Sampling and Analysis Plans . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161 Supporting Work Plans . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166

Sampling and Analysis Plan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166 Quality Assurance Project Plan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168 Health and Safety Plan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169 Data Management Plan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170

Data Analysis, Evaluation, and Interpretation: Revising the CSM . . . . . . . . . . . . . 172 Preparing a Final Report . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175

Field-Based Analytical Technologies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176 The Role of Regulatory Agencies in Adopting the Use of Field

Analytical Technologies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177 Advantages of Generating Real-Time Data through Field Sample Analysis . . . . . 178 Limitations to Developing Strategies that Rely on Real-Time Data . . . . . . . . . . . . . 179 Development of an Effective Field Analytical Program . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179

Field Analysis QA/QC Programs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180 Calibration Standards . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181 Method Blanks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181 Instrument Blanks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182 Duplicate Samples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182 Matrix Spikes and Surrogate Spikes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182 Control Samples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183 Confirmatory Samples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183

Selection of Field Analytical Technologies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183 Summary of Available Field Analytical Technologies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185

Reagent Test Kits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185 Field-Portable X-Ray Fluorescence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190 Headspace Screening, GC, and GC/MS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192

References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197

Background

The use, storage, handling, and disposal of organic chemical compounds such as halogenated solvents, mixtures such as petroleum products, additives such as methyl tertiary

and Ground-Water

butyl ether (MTBE), and inorganic materials such as heavy metals and perchlorate have resulted in thousands of cases of surface and subsurface contamination during the last few decades. Causes of this contamination have included leaking underground storage tanks (USTs) and associated piping (Figure 2.1); accidental spills during storage, handling or transportation of chemicals (Figure 2.2), or during filling of USTs; discharges from industrial and municipal sewer systems (Figure 2.3); and past storage and waste disposal practices that were either considered acceptable industry standards at one time or simply unregulated (Figure 2.4).