人工示蹤技術(shù)在水文地質(zhì)勘察中的應(yīng)用探討

朱少斌

（江西省地質(zhì)局二六四大隊(duì)，江西 贛州 341000）

巖溶介質(zhì)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，并且部分地區(qū)還蘊(yùn)含豐富的地下水資源，在當(dāng)前水資源匱乏的背景下，為更好地滿(mǎn)足人們對(duì)水資源的需要，采用人工示蹤技術(shù)，對(duì)巖溶地區(qū)的水文地質(zhì)條件進(jìn)行勘察，已經(jīng)成為有效應(yīng)用地下水資源的關(guān)鍵點(diǎn)之一。

1 人工示蹤技術(shù)的應(yīng)用原理

在當(dāng)前的巖溶地區(qū)水文地質(zhì)勘察過(guò)程中，相關(guān)工作人員可以通過(guò)在水流中投入示蹤劑，并且在投放點(diǎn)下游位置觀(guān)察示蹤劑彌散情況，從而達(dá)到了解水文環(huán)境具體情況的目的。在實(shí)際應(yīng)用這一技術(shù)的過(guò)程中，相關(guān)工作人員需要先依據(jù)水文環(huán)境選擇合適的示蹤劑種類(lèi)，現(xiàn)階段，較為常見(jiàn)的示蹤劑包括熒光素、鹽類(lèi)以及漂浮物，示蹤測(cè)試的常用方法包括定量法、半量法以及定性法，在測(cè)試過(guò)程中，相關(guān)工作人員可以通過(guò)觀(guān)察示蹤劑投放點(diǎn)下游示蹤劑顏色、濃度等方面變化情況的方式，對(duì)巖溶地區(qū)水文地質(zhì)環(huán)境情況進(jìn)行勘定，在我國(guó)人工示蹤技術(shù)的主要應(yīng)用情況如表1所示[1]。

表1 我國(guó)人工示蹤技術(shù)的使用情況

2 人工示蹤技術(shù)的試驗(yàn)方法

現(xiàn)階段，在正式應(yīng)用人工示蹤技術(shù)之前，相關(guān)工作人員需要對(duì)所需勘察巖溶地區(qū)的地形地貌、水文條件等情況進(jìn)行初步的勘察，明確周邊是否存在洞穴、水流通道等環(huán)境，然后依據(jù)環(huán)境實(shí)際情況選擇合適的示蹤劑類(lèi)型、投放位置、取樣地點(diǎn)等內(nèi)容。

2.1 選擇合適的示蹤劑

為保證示蹤劑能夠充分發(fā)揮出自身的效果，相關(guān)工作人員需要在開(kāi)始示蹤實(shí)驗(yàn)之前，對(duì)所需勘察區(qū)域地下水情況進(jìn)行了解，并且明確此次檢測(cè)的具體實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，以便選擇合適種類(lèi)的示蹤劑[2]。比方說(shuō)，在進(jìn)行巖溶管道示蹤測(cè)試的過(guò)程中，相關(guān)工作人員可以選擇熒光染料、陽(yáng)離子穩(wěn)定示蹤劑等形式的示蹤劑作為本次實(shí)驗(yàn)的示蹤劑；在進(jìn)行地下水移動(dòng)示蹤測(cè)試的過(guò)程中，相關(guān)工作人員可以選擇曙紅、熒光素鈉等穩(wěn)定示蹤劑作為測(cè)試的具體指示劑。同時(shí)，在利用示蹤劑進(jìn)行巖溶區(qū)域水文地質(zhì)環(huán)境勘察的過(guò)程中，為了在保證勘察結(jié)果準(zhǔn)確性的同時(shí)，降低示蹤劑對(duì)區(qū)域環(huán)境的污染，相關(guān)工作人員可以依據(jù)公式M=1910-5（LQC）0.95對(duì)示蹤劑的使用量進(jìn)行計(jì)算，式中L指的是距離，單位為km；Q指的是流量，單位為L(zhǎng)s；C指的是預(yù)期峰值濃度，單位為gL，在地下水水流穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，相關(guān)工作人員可以利用示蹤劑輸入輸出與回收情況對(duì)巖溶網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行推斷，推斷示意圖如圖1所示[3]。

圖1 巖溶地區(qū)水文地質(zhì)情況勘探示意圖

2.2 示蹤劑的投放地點(diǎn)選擇

在當(dāng)前示蹤劑投放工作進(jìn)行過(guò)程中，為保證示蹤劑投放的合理性，相關(guān)工作人員需要先對(duì)巖溶地區(qū)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行細(xì)致勘查，并以勘查結(jié)果為基礎(chǔ)構(gòu)建相應(yīng)的巖溶管道網(wǎng)絡(luò)，參照巖穴水流情況合理選擇示蹤劑的投放點(diǎn)。需要注意的是，若在巖溶勘察過(guò)程中無(wú)法找出合適的示蹤劑投放點(diǎn)，那么相關(guān)工作人員則可以將示蹤劑直接放置在溶蝕裂隙或者巖溶豎井當(dāng)中，采用瞬時(shí)投放或者連續(xù)注入的方式完成示蹤劑的投放工作。具體來(lái)說(shuō)，若相關(guān)工作人員選用了瞬時(shí)投放的方式完成示蹤劑的投放，那么相關(guān)工作人員則需要在明確示蹤劑實(shí)際用量的基礎(chǔ)上，將其瞬時(shí)投入到地下水當(dāng)中，然后通過(guò)觀(guān)察示蹤劑顏色、濃度等特征的方式，確定水流特征的同時(shí)，預(yù)估污染物對(duì)地下水環(huán)境產(chǎn)生的影響；若相關(guān)工作人員選用了連續(xù)注入的方式完成示蹤劑的投放工作，那么采樣點(diǎn)位置示蹤劑的濃度將會(huì)得到有效的提升，從而達(dá)到降低相關(guān)工作人員數(shù)據(jù)采集分析難度的目的[4]。

2.3 采樣點(diǎn)與采樣方法的選擇

相關(guān)工作人員在選擇采樣點(diǎn)與采樣方法的過(guò)程中，需要合理選擇待檢測(cè)巖溶地區(qū)水文地質(zhì)因素、示蹤實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)等因素，并且可以選擇洞穴水流、觀(guān)測(cè)井以及抽水井等作為采樣點(diǎn)，并且在確定示蹤劑的投放位置后，相關(guān)工作人員可以選擇存在滴水、滲水等情況的隧道、地下洞穴作為包氣帶采樣點(diǎn)，從而進(jìn)一步提升檢測(cè)工作的質(zhì)量。同時(shí)，在完成合適示蹤劑投放點(diǎn)選擇工作后，相關(guān)工作人員需要確定示蹤劑的采樣點(diǎn)，并且對(duì)采樣點(diǎn)進(jìn)行采樣分析，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，加強(qiáng)對(duì)地下水上游情況的控制，從而達(dá)到了解示蹤劑實(shí)際濃度的目的。

2.4 數(shù)據(jù)分析方法

在利用示蹤劑進(jìn)行巖溶區(qū)域水文地質(zhì)勘察工作的過(guò)程中，由于實(shí)驗(yàn)從示蹤劑投放到最終的數(shù)據(jù)分析過(guò)程中都可能出現(xiàn)一定的誤差，現(xiàn)階段，為切實(shí)降低誤差對(duì)勘察工作最終的影響，相關(guān)工作人員可以通過(guò)選擇合適的取樣點(diǎn)、嚴(yán)格把控取樣時(shí)間、避免樣本受到污染等方式，盡可能保證勘查工作的有效性[5]。同時(shí)，在示蹤實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的過(guò)程中，相關(guān)工作人員可以對(duì)采樣點(diǎn)示蹤劑的濃度進(jìn)行持續(xù)性的監(jiān)測(cè)，并通過(guò)構(gòu)建示蹤劑濃度—時(shí)間變化曲線(xiàn)的方式，準(zhǔn)確掌握巖溶區(qū)域水文環(huán)境的具體變化情況。

3 人工示蹤技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用

3.1 人工示蹤技術(shù)在巖溶含水層勘察中的應(yīng)用

現(xiàn)階段，巖溶地區(qū)含水系統(tǒng)主要是由巖溶裂隙水、溶洞水以及地下河水共同組成，在應(yīng)用人工示蹤技術(shù)的過(guò)程中，示蹤實(shí)驗(yàn)對(duì)于不同類(lèi)型水的使用效果有著一定的差別。具體來(lái)說(shuō)，大部分巖溶地區(qū)巖溶水的含水量都比較大，并且水流具備良好的貫通性，地下管網(wǎng)結(jié)構(gòu)也比較復(fù)雜，若輸水管道中水流動(dòng)量比較大，那么該地區(qū)可能會(huì)出現(xiàn)地下河。此時(shí)在應(yīng)用人工示蹤技術(shù)對(duì)該區(qū)域的水文地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行勘察的過(guò)程中，相關(guān)工作人員可以對(duì)該區(qū)域內(nèi)抽水降落漏斗形態(tài)特征、鉆孔用水量等情況進(jìn)行細(xì)致分析的方式，明確地下水的具體分布情況[6]。

3.2 在確定地下水成庫(kù)條件與滲漏方向的前提下應(yīng)用

我國(guó)巖溶區(qū)域含水系統(tǒng)間往往存在著較為明顯的差異，現(xiàn)階段，在開(kāi)展示蹤實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，不同區(qū)域的實(shí)驗(yàn)結(jié)果間存在著較大的差距。具體來(lái)說(shuō)，若所需勘察的巖溶區(qū)域水分布較為均勻，那么此時(shí)可以將其看作是含水層，這種區(qū)域一般分布在盆地、平原等地區(qū)。若所選勘察的區(qū)域即將形成降落的漏斗形態(tài)，或者相鄰鉆孔用水量差異不大，那么則說(shuō)明該區(qū)域巖溶水分布較為均勻，但若是所選區(qū)域未能形成漏斗形態(tài)或者相鄰鉆孔用水量相差較為明顯，那么則說(shuō)明該勘察區(qū)域巖溶水分布的不夠均勻，此時(shí)，利用示蹤法進(jìn)行區(qū)域勘察將會(huì)得到準(zhǔn)確度相對(duì)較高的結(jié)果[7]。

4 結(jié)論

總而言之，隨著人們用水量的不斷增加，為切實(shí)滿(mǎn)足人們對(duì)水資源的需要，開(kāi)展巖溶地區(qū)水文地質(zhì)條件勘察，成為了一項(xiàng)極為重要的工作?，F(xiàn)階段，在開(kāi)展水文地質(zhì)勘察工作的過(guò)程中，人工示蹤技術(shù)的應(yīng)用不僅能夠明確巖溶地區(qū)地下水的流量、溶質(zhì)移動(dòng)參數(shù)等因素，還能為后續(xù)地下水資源的利用提供參數(shù)支持。