水文地質(zhì)工程中示蹤技術(shù)應(yīng)用分析

（河北昕佳工程勘查設(shè)計(jì)有限公司 河北石家莊050020）

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在當(dāng)今的水文地質(zhì)工程中，可以采用示蹤技術(shù)解決許多工程中的水文地質(zhì)問題，比如測量地下水滲透的流速、來源、計(jì)算多孔介質(zhì)和裂隙介質(zhì)的水文地質(zhì)參數(shù)、觀察水流運(yùn)動的狀態(tài)。

土地測繪技術(shù)測繪質(zhì)量控制

1 示蹤技術(shù)的具體作用和發(fā)展歷程

示蹤技術(shù)一方面能夠有效的確定大范圍里地下水的特征，另一方面還能夠?yàn)檠芯啃》秶锶苜|(zhì)運(yùn)移現(xiàn)象提供有效的技術(shù)支持。到目前為止，人工示蹤劑技術(shù)已經(jīng)有幾百年的發(fā)展歷史，具體表現(xiàn)在描繪地下水流動的路徑和測量地下水的流速。據(jù)猶太歷史記載：約公元10年，猶太人就已經(jīng)開始使用谷殼作為示蹤劑，有效的連接了約旦河的泉水源頭和旁邊的池塘。公元19世紀(jì)末到20世紀(jì)初，首次使用氯、氟和細(xì)菌等對歐洲規(guī)模較大的巖溶地區(qū)采取了定量化的示蹤劑測驗(yàn)。二戰(zhàn)結(jié)束之后，隨著化學(xué)測試技術(shù)的不斷進(jìn)步，從而使測量極低濃度的示蹤劑有了成為現(xiàn)實(shí)的可能，與此同時(shí)高頻率的取樣也比較方便經(jīng)濟(jì)。另外，隨著技術(shù)的進(jìn)步，也導(dǎo)致了許多物質(zhì)都能夠成為示蹤劑。

在歷史上，確定巖溶地區(qū)的地下水流動是水文地質(zhì)學(xué)中使用示蹤劑的重要原因。20世紀(jì)60年代，為了全面的熟悉與掌握地下水補(bǔ)給的主要因素，相關(guān)水文地質(zhì)專家在基礎(chǔ)研究中使用了人工示蹤劑，從而明顯的增加了對雨水到達(dá)潛水面時(shí)一系列流動過程的認(rèn)知。過去的三十年里，對放射性物質(zhì)的研究和開發(fā)利用有效地促進(jìn)了示蹤劑技術(shù)在多孔介質(zhì)與基巖裂隙含水層中溶質(zhì)運(yùn)移現(xiàn)象的應(yīng)用和研究。一些相關(guān)的科學(xué)實(shí)驗(yàn)有效地促進(jìn)了對區(qū)域內(nèi)地質(zhì)的非均質(zhì)性、大尺度范圍內(nèi)的水力傳導(dǎo)系數(shù)以及吸附作用與溶質(zhì)運(yùn)移的限速過程的分析和探究，相關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果目前已經(jīng)被使用于評價(jià)污染物運(yùn)移數(shù)值模型的建立。

示蹤技術(shù)是對水文地質(zhì)進(jìn)行研究的重要工具，近年來獲得了巨大的進(jìn)步與發(fā)展。目前，人工示蹤劑又取得了新的研究成果，能夠更深入地探索不同的運(yùn)移現(xiàn)象，包括膠體促使下的運(yùn)移和裂隙基質(zhì)控制的運(yùn)移等。雖然示蹤劑測試是一項(xiàng)行之有效的技術(shù)，可是也面臨著多種方面的挑戰(zhàn)，并且還存在著一定的局限性。尤其是針對成功的測試而言，要以合理恰當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)為技術(shù)支撐，并且還要有原始的水文地質(zhì)資料和初步的運(yùn)移模型。

目前的實(shí)際應(yīng)用過程里，由于實(shí)際條件和成本等限制了試驗(yàn)的時(shí)間與范圍，這就需要相關(guān)水文地質(zhì)學(xué)家對測試的結(jié)果進(jìn)行外推，從而有效的估量大尺度內(nèi)的溶質(zhì)運(yùn)移的結(jié)果。此外，在遇到多種運(yùn)移過程比較明顯的情況時(shí)，對示蹤結(jié)果的顯示會比較困難，針對這種情況需要采取復(fù)雜的數(shù)據(jù)解釋方法與手段。雖然示蹤方法需要面對多種挑戰(zhàn)并且在某些方面還存在著局限，可是在對水文地質(zhì)學(xué)里的一般場地調(diào)查與水文地質(zhì)基礎(chǔ)研究中，人工示蹤劑都有著比較長遠(yuǎn)的發(fā)展前途。

2 示蹤劑作為水文地質(zhì)研究的常用工具

根據(jù)上文可知，人工示蹤劑已經(jīng)被廣泛使用在探析和研究巖溶水流動特征方面。與此同時(shí)，這種技術(shù)也慢慢成為描繪其他類型含水層的水文地質(zhì)特征的重要手段，尤其是研究一些污染的場地，從而有效獲得有關(guān)含水層基本特征的信息，不斷的構(gòu)建概念模型，來從中校正數(shù)值流動與運(yùn)移模型以及評價(jià)和污染相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)。對于單井示蹤劑測試方法而言，其比較容易操作而且成本較低，可用來獲取地下水流速以及其它水文地質(zhì)特征在局部和空間上的變化情況，因此具有非常好的發(fā)展?jié)摿εc前景。

人工示蹤劑也慢慢被應(yīng)用在環(huán)境評價(jià)修復(fù)項(xiàng)目中。比如，通?？梢允褂檬聚檮﹣韺ξ廴疚锏脑簧锝到狻㈦娮邮荏w/供體的利用率以及稀釋效應(yīng)和生物降解技術(shù)的影響區(qū)域等進(jìn)行有效的評價(jià)。出于對示蹤源進(jìn)行長期的維護(hù)比較方便和經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，再加上比較低濃度的溶解性氣體示蹤劑很容易檢測出來，因此一些水文地質(zhì)專家提出了利用示蹤劑來進(jìn)一步的評價(jià)水力截獲與污染物堵截。在過去10年里，水文地質(zhì)專家已經(jīng)使用了相位分離示蹤劑，來不斷的量化地下非水相液體體積與界面范圍?？墒怯捎谶@種技術(shù)成本比較高并且具有很大的不確定性，所以要在一定程度上限制了其使用的范圍。

與此同時(shí)，人工示蹤劑還可以用來詳細(xì)的描繪關(guān)鍵含水層中的具體水力特征，通過這種方式采用科學(xué)靈活的管理措施和方法，合理利用和保護(hù)地下水資源。

3 示蹤劑在水文地質(zhì)研究中的具體應(yīng)用

雖然到目前為止，科學(xué)家們已經(jīng)對多孔介質(zhì)里的溶質(zhì)運(yùn)移過程有了比較多的見解與認(rèn)識，可是當(dāng)面對非均質(zhì)系統(tǒng)與基巖裂隙含水層中的運(yùn)移時(shí)，仍然需要水文地質(zhì)學(xué)家考慮到一些比較重要的問題，這一方面的研究是水文地質(zhì)學(xué)里，對人工示蹤劑技術(shù)深入探究的比較長遠(yuǎn)發(fā)展前景的方向之一。人工示蹤劑技術(shù)在過去的30年里，對多孔介質(zhì)含水層中溶質(zhì)運(yùn)移過程得到了比較科學(xué)的認(rèn)識和分析。采取較大規(guī)模的示蹤劑測驗(yàn)?zāi)軌蛴行У貛椭覀儗σ巴鈼l件下彌散與混合的全過程產(chǎn)生良好的認(rèn)知，同時(shí)也為通過野外實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來分析室內(nèi)的實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模型提供了良好的基礎(chǔ)和技術(shù)支持。

在水文地質(zhì)研究與分析過程中，還有一個(gè)特別引人矚目的領(lǐng)域是應(yīng)用“智能化的”和其他一些專門的示蹤劑來研究焦點(diǎn)問題。例如，納米技術(shù)在水文地球化學(xué)方向產(chǎn)生了重大的影響，也是使其具有遠(yuǎn)大發(fā)展前途的重要原因，同樣納米技術(shù)也適合應(yīng)用于水文地質(zhì)的研究。

4 結(jié)束語

從上文可以得知，對于水文地質(zhì)工作而言，人工示蹤劑測試技術(shù)是進(jìn)行研究的強(qiáng)大工具，從古至今已有擁有比較長的研究與應(yīng)用歷史，尤其在溶質(zhì)運(yùn)移的研究中產(chǎn)生了非常重要的影響和作用。

[1]劉桂建，田榮和.梁寶寺區(qū)環(huán)境水文地質(zhì)特征及其評價(jià) [J].煤田地質(zhì)與勘探，2010，（11）：41-45.

[2]陳法正.古河道砂巖型鈾礦水文地質(zhì)找礦研究 [J].鈾礦地質(zhì)，2012，（8）：78-83.則論述 [J].水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2010，（11）：41-45.

水文地質(zhì)工程中示蹤技術(shù)應(yīng)用分析

■郝云陽

P641.72[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2016）-10-285-1