敦煌月牙泉域地下水流向示蹤實驗

施　錦，張江帆

(1.甘肅省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院，甘肅 蘭州 730050；2.甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第二地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，甘肅 蘭州 730050)

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敦煌月牙泉域地下水流向示蹤實驗

施錦1，張江帆2

(1.甘肅省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院，甘肅 蘭州 730050；2.甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第二地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，甘肅 蘭州 730050)

通過在月牙泉湖周圍地區(qū)利用鉬酸銨做示綜劑進行地下水流示蹤試驗，對泉域地下水流動方向進行探索性試驗研究。試驗結果表明月牙泉湖周圍地下水流方向主要從鳴沙山前的黑山咀子向東部的月牙泉方向徑流。該成果對即將實施的月牙泉湖地質(zhì)環(huán)境綜合治理具有重要的指導作用。

月牙泉；示蹤試驗；地下水流向

月牙泉地處敦煌盆地南部鳴沙山前。黨河洪積扇與西水溝洪積扇之間的風蝕沙漠洼地,因地形低洼風蝕切割至地下水水位，形成下降泉，泉水與盆地地下水為連續(xù)統(tǒng)一水體，泉水位動態(tài)與區(qū)域地下水位動態(tài)變化一致[1]。古往今來以“山泉共處，沙水共生”的奇妙景觀著稱于世，被譽為“塞外風光之一絕”。據(jù)第四紀地層學分析，可推測月牙泉形成于新世與全新世的過渡時期，距今約12 000 a[2]。

1　實驗目的

通過分析實驗區(qū)尤其是黨河及黨河南部地下水與月牙泉的水力聯(lián)系，確定該范圍地下水的主導流向，為月牙泉的恢復治理工程提供科學、合理的水文地質(zhì)參數(shù)依據(jù)。

2　示蹤劑的選擇

由于鉬離子在地下水中屬于痕量元素，含量很少，背景值很低，且檢測方法操作簡單、技術成熟、結果可靠、測定靈敏度高，受其它離子干擾性很小，可以實現(xiàn)現(xiàn)場精密監(jiān)測。

投放鉬酸銨示蹤劑后，在不同時間間隔對觀測孔進行取樣，在試驗室采用催化示波極譜法測定，觀測樣品中鉬離子濃度(以峰電流顯示)的變化情況，當觀測井水樣鉬離子濃度從初始值達到峰值并且逐漸降低到背景值時即終止試驗。

3　試驗數(shù)據(jù)

本次示蹤實驗2012年9月24日開始，在黑山咀子的Y1投放示蹤劑，在下游的Y2、月牙泉4#水源井、Y9、Y12及月牙泉各監(jiān)測孔進行取樣監(jiān)測，各監(jiān)測孔情況見表1。

3.1Y2監(jiān)測孔試驗情況

在Y1投藥后30 min開始取樣，投藥255 min時達到峰值。其濃度變化較明顯，開始取樣時Ip值為19.55 uA，峰值時達到43.58 uA。試驗持續(xù)675 min，最終Ip值降至21.43 uA，整個變化曲線如圖1所示。

表1　示蹤試驗投放井與觀測井情況一覽表

3.24#監(jiān)測孔試驗情況

在投藥前取水樣測得Ip值為2.12uA，作為試驗的背景值。4#觀測井試驗過程持續(xù)435min，整個過程鉬離子濃度變化不大，Ip值最大達到7.78 uA，其變化曲線如圖2所示。

3.3Y9監(jiān)測孔試驗情況

在投藥前取水樣測得Ip值為2.01 uA，作為試驗的背景值。投藥1 230 min時達到峰值。其濃度變化較明顯，開始取樣時Ip值為2.01 uA，峰值時達到66.36 uA。試驗持續(xù)1 815 min，最終Ip值降至10.90 uA，變化曲線如圖3所示。

圖1　Y2監(jiān)測孔Ip變化曲線

圖2　4#監(jiān)測孔Ip變化曲線

圖3　Y9監(jiān)測孔Ip變化曲線

3.4月牙泉周圍監(jiān)測孔試驗情況

泉域周邊共有4個觀測點，分別為泉域西頭的水坑(泉水出露點)、泉西側長觀井SK2、泉北側長觀井SK3、泉東側長觀井SK1。

1)泉水出露點

此觀測點從24日下午16:30開始取樣，持續(xù)至23:20結束當日的試驗，25日早晨 6:25繼續(xù)取樣測試，試驗持續(xù)了2 850 min，在整個過程中Ip值基本沒有出現(xiàn)明顯變化，最大為6.91 uA。變化曲線如圖4。

圖4　泉西側水坑Ip變化曲線

2)泉西側監(jiān)測孔SK2

此觀測點從25日下午15:10開始取樣，其Ip值一直在100uA左右波動，由于離投放點的距離大于之前的觀測點，濃度不可能達到這么高的范圍內(nèi)，且在2009年9月此井作為另一示蹤試驗的投放井投放過一定量的示蹤劑，因此認為此觀測井的數(shù)據(jù)偏大，且一直降不下來，因此不能作為此次試驗的最終數(shù)據(jù)，不予采用。

3)泉北側監(jiān)測孔SK3

此觀測點共取2組水樣，取樣時間為26日早晨9:30和下午15:00，測得Ip值分別為18.94 uA和12.97 uA。

4)泉東側監(jiān)測孔SK1

此觀測點共取2組水樣，取樣時間為26日早晨9:30和下午15:00，測得Ip值分別為11.21 uA和11.18 uA。

4　實驗分析

從以上試驗結果可以看出，在8個監(jiān)測孔及月牙泉中，位于示蹤劑投放點Y1下游的Y2、月牙泉4#供水井、Y9、SK1、SK3和月牙泉中均監(jiān)測到鉬離子(通過峰電流Ip顯示)，且其值遠大于背景值。而位于北部的Y12號監(jiān)測孔沒有監(jiān)測到鉬離子。

從以上監(jiān)測結果可以看出，在上游的黑山咀子投放示蹤劑后，在不同時間，位于中部的4#水源井、Y9號監(jiān)測孔以及位于下游的月牙泉與周邊監(jiān)測孔均監(jiān)測到鉬離子，而位于北部的Y12監(jiān)測孔沒有監(jiān)測到鉬離子，說明在示蹤試驗區(qū)(主要為黨河南部)地下水流向主要從鳴沙山前的黑山咀子向東部的月牙泉方向徑流。

對比各監(jiān)測孔監(jiān)測數(shù)據(jù)的峰值可以發(fā)現(xiàn)，在7個監(jiān)測到鉬離子的監(jiān)測孔中，Y2峰值為Ip=43.58 uA，4#水源井峰值為Ip=6.94 uA，Y9監(jiān)測孔峰值為Ip=66.36 uA，泉西側水坑峰值為Ip=6.91 uA，SK1與SK3均監(jiān)測到鉬離子，SK1監(jiān)測孔Ip最大11.21 uA，SK3監(jiān)測孔Ip最大18.94 uA。

從以上各監(jiān)測孔峰值或最大值可以看出，同樣位于示蹤劑投放點Y1下游的Y2峰值較月牙泉4#水源井大36.64 uA，說明在試驗上游段地下水主要沿著南部的Y1-Y2方向流動，向4#水源井地下水流量較少。Y2與4#水源井出現(xiàn)2～3個峰值，說明含水層中有不間斷的粘土或膠結稍好相對隔水的地層，地下水在流向這兩個監(jiān)測孔的過程中部分以直流方式前進，部分以繞流方式徑流，徑流方式的不同導致流速不同，流速的差異導致鉬離子出現(xiàn)第一個峰值后，遇到繞流而來的鉬離子，相互疊加出現(xiàn)第二、第三個峰值。在中游的Y2-Y9段，南部的Y9出現(xiàn)最大峰值，而北部的Y12沒有監(jiān)測到，說明在該段地下水主要沿著南部Y2-Y9方向流動。Y9曲線顯示為單峰值，說明該段地下水沿一個主要通道徑流。在下游段的Y9-月牙泉段，在月牙泉及周圍監(jiān)測孔中均監(jiān)測到鉬離子，且最大值達到18.94uA，說明該段地下水流向Y9-月牙泉。

示蹤試驗已經(jīng)成為查明地下水水力聯(lián)系、確定地下水主流方向最為常用的技術手段之一。由上可見，示蹤試驗進一步證明了試驗區(qū)鳴沙山前地下水流向為自西南(黑山咀子)向東(月牙泉)徑流。

5　結語

(1)通過示蹤實驗基本查明了月牙泉域的地下水流向。

(2)確定在示蹤試驗區(qū)(主要為黨河南部)地下水流向主要從鳴沙山前的黑山咀子向東部的月牙泉方向徑流。

[1]楊俊倉，張川.月牙泉滲流場數(shù)學模型及治理方案研究[J].西北水資源與水工程.2003，(3):26.

[2]許朋柱，秦伯強．太湖湖濱帶生態(tài)系統(tǒng)退化原因以及恢復與重建設想[J].水資源保護.2002,18(3):31-36.

Tracing Test for Groundwater Flow Direction of Crescent Lake in Dunhuang

SHIJin1，ZHANG Jiang-fan2

(1.Gansu Institute of Geo - Environmental Monitoring, Lanzhou, 730050, China；2.Second Institute Geological and Mineral Exploration of Gansu provincial Bureau of Geology and Mineral Resources, Lanzhou, 730050,China)

By the groundwater flow tracing test using ammonium molybdate in the area around crescent lake, the paper studied the groundwater flow direction in the area. By the tests we knew that the groundwater flow from Heishanzuizi front of Mingsha mountain to Crescent Lake in eastern. The result has important guiding role for comprehensive management of Crescent Lake geological environment on the future.

Crescent Lake；Tracing Test；Groundwater Flow Direction

2016-03-08

施錦(1963-)，女，甘肅蘭州人，工程師，主要從事水文地質(zhì)、工程地質(zhì)方面的工作。

P641.74

B

1004-1184(2016)04-0013-02