人工示蹤技術(shù)在巖溶地區(qū)水文地質(zhì)勘察中的應(yīng)用

裴旭

摘要：人工示蹤技術(shù)，作為驗證地下河水流動方位和尋找其發(fā)源地的主要試驗方法，在我國軌道交通工程和地質(zhì)工程進行水處理時有非常關(guān)鍵的作用。這些年來，我國的人工示蹤技術(shù)已經(jīng)有了很大的進步，和其他國家相比，試驗儀器的先進程度也處于領(lǐng)先水平，但其使用程度仍比較低，為了擴大其使用范圍，必須對其的具體應(yīng)用有更加深入的研究和認識，故本文就巖溶地區(qū)水文地質(zhì)勘察中人工示蹤技術(shù)的相關(guān)運用做了簡要介紹，希望能給相關(guān)人員提供一些參考意見。

關(guān)鍵詞：人工示蹤；巖溶地區(qū)；地質(zhì)勘察

巖溶結(jié)構(gòu)和其所處地下水運動非常密切，使得巖溶地區(qū)水文地質(zhì)的勘察工作受到了相關(guān)工作人員的廣泛關(guān)注，我國的巖溶分布非常廣泛，巖溶水也被大量運用在城市人們生活當中。而當巖溶區(qū)域的地質(zhì)出現(xiàn)問題時，很容易發(fā)生巖溶水被污染和干旱現(xiàn)象，使得城市居民的正常生活受到影響，故對巖溶區(qū)域進行水文地質(zhì)勘察是非常有必要的，工作人員必須加大對人工示蹤技術(shù)的研究，使其能夠滿足水文勘察的要求。

一、人工示蹤技術(shù)試驗原理

在巖溶地區(qū)進行人工示蹤技術(shù)試驗，其主要原理是利用人為投放的示蹤劑，通過示蹤劑的反映，工作人員就可得知地下水流動的方向和其發(fā)源地。當前市面上常見的示蹤劑主要有三種，分別是漂浮物、鹽類與熒光素類。當采用可溶性材料制作的是示蹤劑時，這種示蹤劑會隨著地下水的流動而發(fā)生彌散和對流現(xiàn)象，然后工作人員在投放點的下游接收投放的示蹤劑，再分析地下水的顏色和示蹤劑的濃度，依據(jù)相關(guān)標準判斷地下水流動的方向和其發(fā)源地。

示蹤試驗有定性、半定量與定量三個階段，在定量分析階段，工作人員需要對示蹤劑的濃度和流量進行測量，并依據(jù)測量結(jié)果繪制穿透曲線，然后再進行地下水流速、回收率與介質(zhì)參數(shù)等的計算，最后再根據(jù)測量結(jié)果建立示蹤劑的位移模型。在理想狀態(tài)下，無摩擦管道通的紊流狀態(tài)下的均勻流，在流動時不會產(chǎn)生吸附和解吸現(xiàn)象，其溶質(zhì)運動軌跡符合孔隙介質(zhì)中的相關(guān)方程，但多數(shù)的示蹤試驗當中，其溶質(zhì)的運動軌跡并不滿足這些方程[1]。

二、人工示蹤技術(shù)在巖溶地區(qū)水文地質(zhì)勘察中的應(yīng)用

（一）應(yīng)用歷程

我國是世界上巖溶分布最廣泛的國家，早在徐霞客的游記當中，就記錄了很多和巖溶相關(guān)的現(xiàn)象，不過這些記載都沒有一定的系統(tǒng)性，準確的說。直到新中國成立之前，都沒有對巖溶進行詳細描述的記載。在新中國成立之后，我國軌道交通工程項目越來越多，也使得巖溶水文地質(zhì)的研究得到了越來越高的關(guān)注。在1961年的巖溶大會上，就有相關(guān)人員提出了利用食鹽來進行地下水流動速度的計算，該方法也被運用到了三峽水文地質(zhì)的勘察過程中。而也正是由于這種方法的使用，使得人工示蹤技術(shù)逐漸進入我國地質(zhì)勘查人員的視野當中。濟南以泉城聞名世界，其市區(qū)第四紀覆蓋層下廣泛分布著寒武紀可溶性灰?guī)r，溶洞發(fā)育強烈，自上世紀90年代就因為巖溶通道調(diào)查不清會影響泉水噴涌問題導(dǎo)致軌道交通建設(shè)一再擱置，后濟南市政府組織專家及優(yōu)秀勘察團隊進行專項勘察，并運用人工示蹤技術(shù)初步查明巖溶通道提供可靠依據(jù)推動軌道交通建設(shè)。在國外，人工示蹤技術(shù)被應(yīng)用得更早，其技術(shù)也相對完善，被國外地質(zhì)勘查人員廣泛的運用到巖溶水文地質(zhì)勘查過程中。

（二）示蹤技術(shù)在巖溶含水層中的進度分析

當巖溶地區(qū)中的含水系統(tǒng)不同時，示蹤試驗往往會表現(xiàn)出不同的效果。在地勢比較平坦的平原以及盆地區(qū)域，其巖溶水一般都比較均勻，該部分往往被稱為含水層。當巖溶水通過巖溶管道時，就會形成地下河。和水質(zhì)均勻的地下河相比，水質(zhì)不均勻的地下河中示蹤試驗的效果要更加好，故大部分是中試驗，都是運用在水質(zhì)不均勻的含水層當中。水文地質(zhì)勘查專家，通過對貴林盆地的示蹤試驗和濟南巖溶區(qū)域的示蹤試驗進行分析可知，不均勻水質(zhì)轉(zhuǎn)移溶質(zhì)的能力更強，而在均勻水質(zhì)當中，介質(zhì)容易被稀釋，且在短距離和小范圍的地下水中非常明顯，從而導(dǎo)致示蹤試驗沒能取得很好的效果。

由于地下水流入到巖溶地區(qū)時，會有不一樣的徑流和交匯方式，地表水可能進入盆地水或巖溶的含水層當中，故在何處投放示蹤劑是一個需要重點關(guān)注的問題。由于在枯水季，水位會比地表要低，且經(jīng)常性的會在某些點位發(fā)生滲出現(xiàn)象，在這種情況下對溶洞投放失蹤劑，示蹤劑就能穩(wěn)定進入地下水當中，也減少了靜水現(xiàn)象的發(fā)生[2]。

（三）巖溶成庫條件及滲漏方向上示蹤技術(shù)的應(yīng)用

在示蹤試驗當中，對水庫在巖溶中的成庫條件以及水庫滲漏問題的勘察是其重要應(yīng)用領(lǐng)域。隨著時代的發(fā)展，我國很多軌道交通工程已經(jīng)建成，還可以修建水庫的區(qū)域比較少，故地質(zhì)勘查人員很少再運用示蹤技術(shù)進行水庫建成條件的勘查。而在一些已經(jīng)建成的水庫當中，由于自身結(jié)構(gòu)和周圍環(huán)境的影響，經(jīng)常性的發(fā)生滲漏現(xiàn)象，影響其正常使用，有一些甚至需要進行重新的構(gòu)建，故需要使用示蹤技術(shù)對這些地區(qū)進行水文地質(zhì)的勘查。在這類勘查過程中，勘察人員主要利用示蹤技術(shù)進行水流邊界以及滲漏點位的確定。

（四）示蹤技術(shù)在地質(zhì)普查中的作用

在進行巖溶地區(qū)的土地資源普查時，調(diào)查人員需要確定水資源對土地資源的影響，故也需要進行示蹤試驗來分析地下水和土地地質(zhì)之間的關(guān)系?？辈槿藛T可以利用示蹤試驗的結(jié)果來得到多項數(shù)據(jù)，然后根據(jù)這些數(shù)據(jù)來確定地下水與點位之間的關(guān)系。不過值得一提的是，當前的示蹤技術(shù)沒能很好的完成這項工作，其主要原因是我國目前的水文調(diào)查沒有很好的規(guī)范指標，使得示蹤技術(shù)沒有被充分使用在很多啊，在很多地質(zhì)調(diào)查過程中，勘查人員都利用地面測繪的方法來代替示蹤技術(shù)。

在利用人工示蹤技術(shù)進行地質(zhì)普查時，勘察人員一定要注意地下河出入口和天窗的位置，由于這些點位可能有多處，勘察人員必須經(jīng)過多次勘察，在確定最好的點位之后，再進行示蹤劑的投放。在目前的地質(zhì)普查當中，人工示蹤技術(shù)的應(yīng)用也沒有得到很多投資，我國有關(guān)部門應(yīng)該加大對其的支持力度[3]。

三、結(jié)束語

進行巖溶地區(qū)的開發(fā)和利用，能夠很好的解決我國當前資源緊缺的狀況，相信在相關(guān)人員的努力下，人工示蹤技術(shù)會得到更好的優(yōu)化和更多的利用，讓其在巖溶地區(qū)的水文地質(zhì)勘察過程中，發(fā)揮更顯著的作用。

參考文獻：

[1]徐尚全，王鵬，焦杰松，等.高精度在線示蹤技術(shù)在巖溶地下水文調(diào)查中的應(yīng)用[J].工程勘察，2013，41（2）：40-44.

[2]蒙榮兵.水磨鉆在巖溶地區(qū)孔樁施工中的應(yīng)用與研究[J].建材發(fā)展導(dǎo)向，2016，14（19）：47-48.

[3]張勁松，楊玫.人工示蹤試驗方法在巖溶地下水調(diào)查中的應(yīng)用[J].地質(zhì)論評，2016（s1）：335-336.

（作者單位：北京城建勘測設(shè)計研究院有限責任公司）