在线技术在岩溶地下水示踪试验中的应用—— 以青木关地下河系统岩口落水洞至姜家泉段为例

在岩溶水文地质调查的基础上 ,采用高分辨率野外自动化荧光仪、人工取样和放置活性炭的方法 ,对青木关地下河系统投放的示踪剂荧光素钠接收情况进行检测。 结果表明: ( 1)姜家泉是青木关地下河系统的主要出口 ,岩口落水洞投放的示踪剂在姜家泉的回收量为 93. 9% ,初现时间为 33. 3h ,地下水最大视流速为222. 2m /h,平均视流速为 176. 6m /h,众数视流速为 172. 1m /h,说明本试验段内地下径流为典型的紊流流态 ,岩溶含水介质极不均匀 ,可能有规模较大且无岔道的岩溶管道存在 ; ( 2)岩口落水洞与大木水窝泉、纸厂泉没有直接的水力联系 ,出口姜家泉与纸厂泉也无直接的水力联系; ( 3)野外自动化荧光仪精度和自动化程度高 ,携带方便 ,大大节约了试验成本 ,在我国西南岩溶区的地下水示踪试验中具有较大的推广和应用价值。      

基于在线高分辨率示踪技术的岩溶泉污染来源及含水介质特征分析——以重庆黔江区鱼泉坎为例

在线高分辨率示踪技术以其精度高、成本低的特点在岩溶地下水文系统研究方面得到较为广泛的应用。重庆市黔江区鱼泉坎岩溶泉的污染问题导致蓬东乡、五里乡及其周边3 000居民饮水困难,为了确定水源地主要的污染源,选取荧光素钠、天来宝2种示踪剂,应用在线高分辨率示踪技术确定了重庆某畜禽养殖有限公司的化粪池与鱼泉坎泉之间存在水力联系。两种示踪剂的回收率均较低,分别为:荧光素钠3.51%,天来宝2.56%,且两回收曲线存在一定差别,可能与天来宝的水溶性较荧光素钠低有关。基于荧光素钠初现时间和首个峰值出现时间计算的地下水最大流速与平均流速分别为27.09 m/h、22.32 m/h,反映鱼泉坎岩溶孔隙、裂隙较小,化粪池污染渗漏缓慢、运移时间长。示踪剂质量浓度历时曲线表现为多峰型,推断化粪池至鱼泉坎泉段至少存在4条较大的径流通道,表明示踪段表层岩溶泉裂隙发育的相对均匀性。欲恢复鱼泉坎泉的水质,须对该养殖场进行防渗处理或勒令关闭。      

高精度地下水示踪技术及其应用——以毛村地下河流域为例

笔者以桂林毛村岩溶地下河流域的示踪试验为例, 探索高精度地下水示踪方法在岩溶水文地质研究中的应用。实践证明, 该方法较传统示踪方法具有较大优势。试验中, 从地下河主出口回收I号示踪剂为34%, 地下水平均流速为35.3 m/h, 全部回收率约为60%~70%。示踪结果证实毛村地下河流域具有典型河间地块特征, 存在多个排泄出口, 水文地质边界较复杂; 主出口处示踪剂浓度变化呈宽域多峰, 说明具有多管道、沿途多个较大溶潭特征; II号示踪剂在所有接收点都没有收到, 其原因较为复杂和不确定。枯季部分地下水有沿西南方向断层排泄迹象, 雨季是否存在较大径流, 还需用示踪试验来证实; 流量不均衡, 排泄区可能存在潜流。     

西南某岩溶区地下水系统示踪试验与解析

以西南某典型岩溶区为例,解析示踪试验在岩溶管道连通性以及获取水文地质参数中的应用。选择落水洞为投放点,分别从落水洞西侧和东侧寻找地下水出露点作为接收点,判别落水洞地下径流的实际去向以及落水洞与接收点之间的水力联系。结合Qtracer2软件对示踪试验成果进行定量解析,确定示踪剂回收率、地下水平均流速、最快流速,估算出岩溶管道结构特征和水文地质参数。结果表明:落水洞与接收点JS01、JS03之间不存在直接水力联系;落水洞与接收点JS02存在水力联系且岩溶管道极为发育,含水介质不均匀,地下水运移路径较为通畅,为典型的紊流流态;落水洞地下径流的主要方向是由西向东,但在丰水期雨量较大期间,接收点JS04能够接收到荧光素钠,说明丰水期水位上涨后两者间会有水力联系,导致部分水量向落水洞西侧排泄。     

贺州市合宝地下河系统的定量示踪试验与分析

在岩溶水文地质调查中,示踪试验的应用是较为广泛且行之有效的方法。为确定地下河系统的岩溶含水介质结构,采用高精度在线监测技术在广西壮族自治区贺州市合宝地下河主管道上进行示踪试验。试验采用的示踪剂为荧光素钠,在线监测设备为GGUN-FL30野外荧光分光光度计。试验结果显示: 合宝地下河入口S₁与出口S₄之间地下河以管道流为主要特征,结构相对简单,不存在溶潭等地下储水体; 示踪剂回收率为63.18%,说明该地下河还有其他排泄途径,很有可能为地下潜流。基于Qtracer2数据分析可知,合宝地下河枯季水流的最大流速为156.00 m/h,平均流速48.09 m/h,岩溶管道储水量26 714 m³,管道过水断面面积13.70 m²,平均直径4.18 m,弥散系数0.505 m²/s,纵弥散度37.81 m,摩擦系数0.178,雷诺数48 937,舍伍德数1 875.4,施密特数1 140。合宝地下河岩溶极其发育,含水介质不均一性强,为规模较大的单一管道系统。地下水流态呈紊流型,且局部具备承压特征。研究数据及成果为建立地下河系统数值模型提供了依据。     

示踪试验在岩溶大泉修复中的应用——以丽江黑龙潭为例

为查明云南丽江黑龙潭泉域九子海洼地补给区地下水与周边泉水的连通关系,提供泉水修复的科学依据,采用人工化学示踪方法,选取碘化钾作为示踪剂,开展了一次大型地下水示踪试验。根据试验数据计算地下水渗流速度,并分析黑龙潭泉域地下水系统结构特征。结果表明:九子海洼地补给区地下水与黑龙潭泉群和古城泉群具有显著的连通关系,与清溪泉群和白浪花泉群不存在连通关系,九子海至黑龙潭和古城的地下水渗流速度分别为405.86~1 077.84 m·d-1、349.96~629.09 m·d-1。九子海洼地为黑龙潭泉域地下水系统的主要补给区,同时也可作为黑龙潭泉水修复的有效注水点,接受补给后,主要通过深层岩溶管道向南运移至黑龙潭—古城方向,其中黑龙潭泉群为系统的排泄天窗。      

贵州后寨流域岩溶地下水资源评价及干旱特征分析

岩溶泉流量时间序列蕴含大量岩溶含水系统水动力特征信息,可为岩溶地下水资源量的确定及水文干旱分析提供重要途径。本研究基于长系列泉流量时间序列,推求流量理论频率曲线,通过拟合的理论频率曲线获得后寨岩溶典型小流域在95%、80%、50%、20%保证率下的岩溶地下水流量为0.25m3/s、0.23m3/s、0.39m3/s、0.57m3/s。在概率为80%的流量截取水平下,获得岩溶含水系统1991～1997的中最严重干旱为1993年,干旱历时为195d,缺水量为2.9×106m3。泉流量时间序列的理论频率分析能很好的应用于岩溶含水系统地下水资源计算和干旱特征分析,为岩溶含水系统水资源的合理优化配置提供依据。     

桂林东区峰林平原岩溶地下水示踪试验与分析

为查明桂林东区峰林平原地下水系统的结构特征,在岩溶水文地质调查的基础上,通过人工取样并采用高分辨率野外荧光仪,对桂林东区峰林平原区投放的示踪剂荧光素钠的接收情况进行检测。结果表明：峰林平原区地下水的出露比较多,主要以沟渠、湖塘、民井等为主,其中1号点初现时间为第22天,最大视流速为19.5 m/d,平均视流速4.9 m/d,说明本试验段内地下径流为典型的面状流态,岩溶含水介质比较均匀。峰林平原区岩溶含水层结构岩溶化程度很高,呈网络状,存在统一的地下水位,岩溶发育较均一,同时也存在较大的裂隙甚至较大规模的管道和地下河系统,容易形成岩溶地下水优先流。     

微生物与化学示踪岩溶地下水补给源和途径

在重庆岩溶地下河系统,进行两次高分辨率示踪试验,分析地下含水介质的类型;以硝化、反硝化细菌作为微生物指示因子,根据Cl-和流量聚类分析划分雨、旱季,分析其与NO2-、NO3-的相关性,判断地下水补给途径。两次示踪试验中示踪曲线均为单峰型,无拖尾,示踪剂回收率分别为93.94%、27%,最大视流速与平均视流速之比为1.26、1.12,说明该岩溶槽谷区存在大型的岩溶管道含水介质,水流畅通,无大型溶潭或岔道。聚类分析结果为:旱季(10月~次年4月)地下河出口S2处硝化细菌与NO3-、反硝化细菌与NO2-相关系数达0.9290、.811,与土壤渗透水性质类似;雨季(5~9月)时,微生物与NO2-、NO3-无相关性,R均低于0.5,与上游落水洞D1处地表水类似。说明旱季时地下水主要是地表下渗的裂隙水补给,流经与暗河连接的岩溶裂隙途径,雨季时为经落水洞流入地下河的地表径流补给岩溶管道。     

管道流模型参数敏感性分析及其在许家沟泉域的应用

在岩溶含水系统中,作为主要排水通道的管道对泉流量动态具有一定的控制作用,而管道特征参数对流量变化亦有影响。为确定管道各参数的影响,前人以管道发育的岩溶水系统为研究对象,进行了短时间序列泉流量响应的分析探讨,而对岩溶管道不十分发育的岩溶水系统的研究较薄弱。为此,本研究结合北方岩溶水系统的发育特征,借助CFP管道流模型对管道各参数对岩溶系统流量和流态的影响程度及各参数的敏感性进行了分析,而后基于河南鹤壁许家沟泉域岩溶水文地质特征构建了泉域的MODFLOW-CFP模型,对泉域岩溶地下水渗流进行了模拟,并对不同降水保证率下的泉流量进行了预测。结果表明:管道流量与管壁渗透系数、管道坡度和管径呈正相关,而随弯曲度和埋深的增加管道流量呈先增大后减小的趋势。管壁粗糙度对流量的影响较小,且呈现出一定的波动性,尤其是当管壁粗糙度较小时,波动比较明显。经敏感性分析发现,管壁渗透系数和埋深的敏感性最高,其次为弯曲度和管道坡度,而管道直径和管壁粗糙度敏感性最低。许家沟泉域在25%降水保证率下,年最大泉流量为0.45 m3/s,平均泉流量为0.36 m3/s;在75%降水保证率下,年最大泉流量为0.41 m3/s,平均泉流量为0.31 m3/s,与实际情况吻合。该法可为我国北方岩溶区水资源评价及泉域水资源开发保护提供借鉴。     

宜万铁路野三关隧道“8.5”突水事故成因分析

2007年8月5日宜(昌)万(州)铁路野三关隧道发生了重大的岩溶突水事故.在岩溶水文地质调查的基础上,对野三关隧道所处流域两个主要岩溶洼地以NaCl为示踪剂进行了充水水源和充水途径的示踪试验.两次示踪试验结果查明水洞坪岩溶洼地是"8.5"突水事故的主要水源,茅口组灰岩中发育的周家包暗河被F18断裂切割,将暗河水导入隧道形成突水事故.稻子坪的水在隧道突水段西以渗-涌水的形式进入隧道.水洞坪示踪实验得出二叠系栖霞-茅口组岩溶含水层中的地下水流速为50 m/h.稻子坪示踪试验得到茅口组灰岩含水层中的地下水流速为45.5 m/h;大冶组灰岩含水层中的地下水流速为10.8 m/h.本示踪结果为宜万铁路野三关隧道的后期恢复施工和防渗工作提供了依据,并为岩溶地区深埋隧道的设计和施工提供了试验和分析工作的实例参考.     

屋顶雨水回灌裂隙岩溶含水层连通示踪试验

雨水回灌后对岩溶水的影响分析和效果需要对回灌井和下游的观测井监测数据说明。由于岩溶含水层中岩溶发育极不均匀,在测定地下水位并判定出地下水流向的基础上,连通示踪试验是选择与回灌井相对应的观测井的有效办法。用氯化钠作为示踪剂,监测不同测井不同埋深地下水电导率随时间变化的方法确定了岩溶水观测井选址、岩溶含水层的结构及水文地质条件。示踪试验结果表明,3#观测井(西院井)可用来监测雨水回灌效果,并计算出该地区的地下水势流速在9 m/h～20 m/h之间。该成果对北方地区岩溶含水层回灌和环境评价具有重要的参考价值。     

岩溶区某磷石膏堆放场渗漏特征分析

磷石膏堆场特别是岩溶区堆场渗漏对地下水和地表水水质影响较大。根据现场连通试验、物探及钻探揭示资料分析,研究区主要有三种渗漏类型:裂隙型（双眼井泉）、裂隙-管道型（发财洞岩溶管道）和管道型（鸭草坝岩溶管道水系统）。天然不防渗条件下,库水通过地表落水洞、溶缝和溶隙等入渗地下水,产生岩溶渗漏。入渗补给独田地区的S1号泉、杨花冲地区的S23号泉、下摆郎地区的S13、S14号泉。其它泉水受隔水层的阻隔及地下水的补、排条件所限,没有受到污染。独田堆场运行后堆场存在渗漏情况,但是,防渗系统运行后渗漏的污染情况较之前有较为明显的下降。     

湾河粉煤灰堆场岩溶渗漏评价

湾河粉煤灰堆场位于黔中典型的峰丛洼地中,存在严重的堆场废水渗漏。为确切评价其渗漏特征,在堆场及其周围开展了相应的水文地质勘探及连通试验。结果表明,堆场地下水位低于邻近的波玉河水位6.5 m,堆场废水不可能向波玉河发生渗漏,而是越过灰场北西侧峰丛地带沿F1断层向西距堆场约3 km以外的邻谷的S2潭、S3泉渗漏。渗漏点为堆场洼地中分布的串珠状落水洞,渗漏为裂隙管道型,地下水流速为57.2 m/h,渗漏水动力条件复杂。堆场废水污染渗漏治理不仅要解决堆场中串珠状落水洞的防渗,而且要保证堆场北侧山体包气带岩溶的防渗,因此建议采用水平防渗方案。      

基于在线示踪技术的岩溶地下河流场反演与水文地质参数估算

以青木关岩溶地下河为例,利用在线高分辨率示踪技术获取基础数据来探寻岩溶地下河形态特征,估算水文地质参数。试验中示踪剂回收率高达99 %,示踪剂历时浓度曲线有两个孤峰,前后峰值浓度分别为37.63 μg/L和1.21 μg/L, 两个孤峰的偏度和峰度均大于0,据此推测青木关岩溶地下河并无较大溶潭发育,且地下河流态为紊流流态。根据试验所得数据结合地下河地理空间信息,以经验公式估算得到地下河平均流速、摩擦系数、雷诺数、舍伍德数、施密特数等水文地质参数,分别为204 m/d、0.26、127 980、4 165、1 140,表明青木关地下河管道内部结构复杂,地下水环境比较脆弱,且估算得到的雷诺数所表征的地下河水流态与示踪剂历时浓度曲线得到的结果一致。      

基于钻孔抽水试验和示踪试验的岩溶地区含水层结构研究

岩溶含水层具有强异质性和各向异性特征,其空间结构的调查和认识是地下水流动和污染物迁移研究的重要基础。然而,岩溶含水层特殊的地质结构导致岩溶区水文地质调查非常困难。为了更好地掌握研究区岩溶含水层结构特征,本文在进行抽水试验的同时开展多示踪剂（荧光素钠、罗丹明、荧光增白剂）示踪试验。利用Theis标准曲线对比法分析抽水试验数据,计算试验场地渗透张量,根据示踪试验结果分析含水层结构性质。计算出研究区渗透张量主方向的导水系数分别为:0.297 m2·h-1和0.028 m2·h-1,给水度为1.19E-04,优势方向为东偏南18.47°。抽水条件下示踪试验获得3种示踪剂的回收率分别为:荧光素钠97.98%,罗丹明B47.34%,荧光增白剂39.54%;平均流速分别为:0.378 m·h-1、0.3 m·h-1和0.14 m·h-1,反映研究区岩溶孔隙、裂隙较小,示踪剂运移慢、时间长。荧光素钠和荧光增白剂的BTC曲线表现为单峰型,罗丹明B的BTC曲线表现为多峰型,表明研究区既发育优势流裂隙,又发育相对均匀裂隙。同时,示踪剂最大回收率方向与抽水实验所得渗透张量主方向相符。研究结果为岩溶含水层精细结构的刻画,水文模型物理参数的确定提供了方法和依据。      

贵州盘县乐民河流域三股水岩溶泉水文地质条件分析

三股水岩溶泉为贵州碳酸盐岩山区典型的岩溶大泉,周边煤企广布,排污现象普遍,岩溶地下水系统较为脆弱,分析岩溶泉形成的水文地质条件是地下水污染防治的基础。在环境水文地质调查的基础上,对岩溶地下水系统边界及补给、径流、排泄特征进行了分析。地表岩溶形态调查及物探成果显示,盘关向斜东西两翼各发育1条岩溶管道,并在三股水一带相互贯通。示踪试验成果表明,平关及小果郎河一带的降雨及地表水与三股水岩溶泉存在水力联系,三股水岩溶地下水系统中的岩溶含水介质以裂隙-管道型为主,裂隙的大量发育使该岩溶地下水系统具备较强的调蓄能力。     

娘子关泉流量衰减原因的初步定量化分析

以娘子关泉为例,从水资源系统观点出发,通过系统水资源要素间转换关系的分析,对引起娘子关泉流量的衰减原因进行了初步量化计算。结果表明,在娘子关泉1956- 1979年和1980- 2000年前后两个系列平均流量所减少的4. 07m3 /s中,由于降雨减少、气温升高引起的泉流量减少量为1. 28m3 /s; 泉域西部采煤等导致的水环境变化引起的泉流量减少量为0. 84m3 /s;岩溶地下水直接开采引起的泉流量减少量为1. 48m3 /s。      

重庆市金佛山台原岩溶地下水系统结构特征分析

为了查明金佛山各洞穴之间的地下水力联系,探讨岩溶地下水系统结构特征,于2016年12月进行了多元示踪试验。将罗丹明B作为示踪剂,从药池坝附近消水洞（S01）投入,验证消水洞与北坡水源（水房泉）（S02）之间存在水力联系。结果显示,示踪剂历时曲线为多峰型,推测地下过水通道可能由单管道型演变为多管道型通道;将荧光素钠投入金佛洞地下水流动处（S05）和将罗丹明B、荧光增白剂投入羊口洞地下水流动处（S03）,利用高分辨率荧光光度计,于燕子洞（S04）在线监测。结果显示,金佛洞、羊口洞分别与燕子洞之间存在水力联系,且示踪剂历时曲线均为跳跃型,推测地下过水通道可能为发育有一定规模溶潭的多管道型。      

人工示踪试验方法在岩溶地下水调查中的应用

正示踪试验主要用于确定岩溶区地下连通性、泉域范围、污染物来源和归宿,最基本的水流示踪试验由上游示踪剂投放和下游示踪剂监测组成。岩溶区一般在伏流投放示踪剂,在岩溶泉开展示踪剂监测,以确定地下连通情况、岩溶泉域范围、地下分水岭,以及岩溶管道的分布、形态和水力特征。水文地质学意义上的示踪剂包括水中任何能获取地下水流和物质运移信息的物质或特征参数,最初使用的示踪剂主要有谷壳和锯末等,直到1871年,荧