湖北某巖溶隧道巖溶水系統(tǒng)特征識(shí)別方法研究

張 潮

(湖北省地質(zhì)局 冶金地質(zhì)勘探大隊(duì),湖北 黃石 435004)

研究區(qū)位于湖北省襄陽市李廟鎮(zhèn),該處為線路穿越區(qū)(前老灣山脈擬修建隧道),隧道處于巖溶發(fā)育強(qiáng)烈區(qū)域,巖溶含水介質(zhì)以及巖溶地下水在空間和時(shí)間上的分布極為復(fù)雜,巖溶系統(tǒng)管道化、巖溶地下水河流化的特征十分明顯。因此對(duì)該區(qū)巖溶系統(tǒng)的深入認(rèn)識(shí)能夠有效地預(yù)防和避免施工過程中突涌水災(zāi)害的發(fā)生。

1 水文地質(zhì)條件

研究區(qū)地處亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū),雨量充沛,年平均氣溫為15.4～15.6℃。區(qū)內(nèi)潮濕多雨,年平均降雨量約為700～1 100 mm。降雨量實(shí)際差別較大,夏季雨量最多,冬季雨量最少。研究區(qū)屬蠻河流域,隧道區(qū)內(nèi)蠻河段為魚泉河,于隧道南側(cè)自西向東貫穿全區(qū),河床天然標(biāo)高為150～190 m,為本區(qū)地表水和地下水的區(qū)域排泄基準(zhǔn)面。本區(qū)地處鄂西北褶皺山地,山脈走向、地形地貌及巖溶和巖溶水特征主要受區(qū)域構(gòu)造線及地層巖性控制,大體呈北西西向展布,局部受新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響呈北東向,與區(qū)域構(gòu)造線走向基本一致,整體上地勢(shì)北高南低。隧道北側(cè)分水嶺地帶山頂高程為500～800 m,主要為峰叢洼地、峰叢槽谷地貌,隧道南側(cè)為巖溶低山峽谷地貌。根據(jù)區(qū)內(nèi)地形地貌特征,結(jié)合其成因、形態(tài)特點(diǎn),劃分為構(gòu)造溶蝕低山區(qū)、構(gòu)造侵蝕溶蝕低山峽谷區(qū)、構(gòu)造剝蝕丘陵區(qū)三種地貌類型。

隧道洞身圍巖全部由三疊系下統(tǒng)大冶組(T1dy)的巖層組成,三疊系下統(tǒng)大冶組地層巖性上段(T1dy3)為深灰色厚層、塊狀白云質(zhì)灰?guī)r、角礫狀白云巖夾灰?guī)r,中段(T1dy2)為灰色中厚層狀微晶灰?guī)r、蠕蟲狀灰?guī)r,底部為灰白色中—薄層微晶灰?guī)r,該段地層主要分布于魚泉洞一帶,為隧道洞身主要圍巖,下段(T1dy1)為灰—灰黃色薄層泥質(zhì)灰?guī)r夾頁巖。三疊系下統(tǒng)大冶組中段以及上段地層總體上為碳酸鹽巖,且連續(xù)厚度大,巖溶發(fā)育十分強(qiáng)烈,為強(qiáng)巖溶含水層(詳見圖1)。

隧道區(qū)地下水系統(tǒng)整體上受魚泉河控制,其補(bǔ)給區(qū)北邊界和西邊界主要受五渡溝—陳家場(chǎng)背斜的弱透水層控制,東邊界以砂石溝地表分水嶺為界,地下水接受大氣降水補(bǔ)給后,向魚泉河方向徑流。隧道區(qū)出露的巖溶泉點(diǎn)主要有黃龍洞和甘洞坪泉,據(jù)此將隧道區(qū)的巖溶水系統(tǒng)劃分為黃龍洞和甘洞坪泉兩個(gè)巖溶水系統(tǒng)。隧道位于巖溶臺(tái)地(補(bǔ)給區(qū))和魚泉河(排泄區(qū))之間的巖溶斜坡地帶,為區(qū)域巖溶地下水的“必經(jīng)之路”(徑流區(qū)),在平面上無法繞避黃龍洞巖溶水系統(tǒng)(見圖1)。因而查明黃龍洞巖溶水系統(tǒng)的空間分布,隧道平、剖面的空間關(guān)系等對(duì)隧道區(qū)涌水事故的防治有至關(guān)重要的意義。

2 巖溶發(fā)育規(guī)律

巖溶地貌的發(fā)育受控于地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、氣候和水動(dòng)力條件[1-5]。上述各要素作用的不同組合結(jié)果,形成了不同的巖溶地貌,調(diào)查區(qū)巖溶地貌又可以細(xì)分為巖溶臺(tái)地和巖溶斜坡。巖溶臺(tái)地主要分布在魚泉河兩側(cè),這種地貌的形成有兩種情況:一是由于其地勢(shì)較高,幾乎沒有外源地表水的補(bǔ)給,以大氣降水的就地溶蝕作用為主;二是由于魚泉河下切速度很快,巖溶發(fā)育來不及適應(yīng)新的排泄基準(zhǔn)面,巖溶以垂向發(fā)育為主。巖溶斜坡主要分布于魚泉河河床兩側(cè),是高原巖溶臺(tái)地與魚泉河河床之間的過渡區(qū)域,這種地貌區(qū)其早期經(jīng)歷了比較強(qiáng)烈的地表及地下巖溶作用,后期受地殼抬升,魚泉河及其支流等進(jìn)一步向分水嶺處的高原巖溶臺(tái)地溯源侵蝕、改造而成。該巖溶地貌區(qū)巖溶一般中等—強(qiáng)發(fā)育,在其地下水水平徑流帶存在隧道涌突水風(fēng)險(xiǎn)。在巖溶形態(tài)方面經(jīng)歷了長(zhǎng)期的溶蝕和侵蝕作用,研究區(qū)內(nèi)碳酸鹽巖地層形成了極為豐富的地表、地下巖溶形態(tài),主要為溶蝕裂隙、巖溶洼地等。

圖1 隧道區(qū)水文地質(zhì)圖Fig.1 Hydrogeological map of tunnel area1.河水;2.泉點(diǎn);3.Ⅰ碳酸鹽巖強(qiáng)富水性;4.Ⅱ碳酸鹽巖弱富水性;5.Ⅲ相對(duì)隔水巖組;6.地下水流向;7.隧道;8.巖溶洼地。

本區(qū)各類巖溶地貌和巖溶形態(tài)都是在特定條件下經(jīng)歷長(zhǎng)期巖溶化作用所形成的?？刂茙r溶發(fā)育的主要因素有:

(1) 地層巖性。從地層時(shí)代上本區(qū)下三疊統(tǒng)大冶組中上段巖溶最發(fā)育,為強(qiáng)巖溶含水巖組,區(qū)內(nèi)大型巖溶洼地、槽谷以及巖溶泉均分布在該地層之中;其次為下二疊統(tǒng)茅口組、棲霞組,屬于中等巖溶含水巖組,僅發(fā)育一些溶溝、石芽及少量溶洞,地表巖溶現(xiàn)象不發(fā)育;上二疊統(tǒng)—下三疊統(tǒng)大冶組下段巖溶發(fā)育相對(duì)較弱,為弱巖溶含水巖組,地表巖溶現(xiàn)象很少,僅發(fā)育一些小型巖溶泉水,流量一般<10 m3/d;志留系為非碳酸鹽巖地層,為相對(duì)隔水層。

(2) 地質(zhì)構(gòu)造。本區(qū)巖溶以及地表水和地下水的發(fā)育方向主要受層面裂隙和5°～15°、320°～330°走向的兩組構(gòu)造裂隙控制,本區(qū)規(guī)模較大的巖溶現(xiàn)象,通常都與這三組裂隙或在其基礎(chǔ)上發(fā)育的斷層有著密切的關(guān)系。例如,巖溶槽谷的長(zhǎng)軸方向與地層或斷層走向一致;巖溶洼地和溶洞的形成與發(fā)育受層面或構(gòu)造裂隙控制;落水洞洞口平面延伸方向常與裂隙走向一致。

(3) 地層結(jié)構(gòu)。下三疊統(tǒng)大冶組中上段強(qiáng)含水層與下段弱含水層構(gòu)成下弱上強(qiáng)的地層結(jié)構(gòu),受弱透水層的頂托其上方易形成巖溶強(qiáng)發(fā)育帶,及巖溶管道或地下水富集帶,因此在強(qiáng)、弱含水層接觸帶附近常發(fā)育溢流下降泉或接觸下降泉,區(qū)內(nèi)甘洞坪泉與黃龍洞均是在這種地層結(jié)構(gòu)控制下形成的,強(qiáng)巖溶含水層匯集的地下水往魚泉河徑流的過程中,前方受弱含水層的阻擋溢流成泉。

(4) 新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)。巖溶發(fā)育的方向隨地殼間歇性抬升而變換,同時(shí)在后期抬升過程中,早期巖溶將被破壞和改造,從而控制了本區(qū)巖溶地貌和形態(tài)的空間分布規(guī)律。

3 巖溶水系統(tǒng)特征的識(shí)別方法

巖溶水系統(tǒng)特征的識(shí)別內(nèi)容主要包括巖溶水系統(tǒng)邊界的確定、巖溶水系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、含水介質(zhì)的類型及組、巖溶管道的空間分布,及其與隧道的空間關(guān)系和水文地質(zhì)參數(shù)的確定[6-8]。巖溶水系統(tǒng)特征的識(shí)別應(yīng)該遵循野外調(diào)查與室內(nèi)分析相結(jié)合、地表調(diào)查與地下探測(cè)相結(jié)合以及定性分析與定量評(píng)價(jià)相結(jié)合的原則,充分利用遙感、野外水文地質(zhì)調(diào)查、物探、鉆探以及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)與監(jiān)測(cè)等技術(shù)手段所獲取的數(shù)據(jù),盡可能地提取反映巖溶水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、對(duì)降雨的響應(yīng)程度等水文信息。目前研究巖溶水系統(tǒng)特征常用的方法有以下幾種:

(1) 地質(zhì)測(cè)量法。即區(qū)域地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造及水文地質(zhì)的調(diào)查研究。巖溶發(fā)育受巖性、構(gòu)造、水動(dòng)力條件等控制,因此,區(qū)域水文地質(zhì)情況調(diào)查是研究巖溶發(fā)育的基礎(chǔ)。

(2) 地貌調(diào)查法。通過對(duì)區(qū)域巖溶地貌的發(fā)育歷史的研究及對(duì)地面上各種巖溶形態(tài)的觀測(cè),這是最常用的巖溶調(diào)研方法。但是巖溶發(fā)育不可能完全反映到地表,僅憑地貌調(diào)查,難以揭露巖溶發(fā)育的具體情況。

(3) 遙感法。運(yùn)用區(qū)域遙感方法,通過綜合概括遙感影像信息,分析影響地表巖溶發(fā)育的主要因素。遙感技術(shù)具有調(diào)查面積大、重復(fù)性好等特點(diǎn),在現(xiàn)代巖溶調(diào)查中被廣泛運(yùn)用。

(4) 物探法。采用各種地球物理勘探技術(shù)探測(cè)地下巖溶發(fā)育現(xiàn)象。物探方法具有成本低、工期短、效果好等優(yōu)點(diǎn),但受地形與地質(zhì)條件限制,須與鉆探方法結(jié)合才能收到較好的效果。

(5) 示蹤試驗(yàn)法。運(yùn)用地下水連通示蹤試驗(yàn)方法研究巖溶水系統(tǒng)特征,是目前比較常用的方法。相比其他方法,示蹤試驗(yàn)法能在一定工作日內(nèi)準(zhǔn)確、經(jīng)濟(jì)地探測(cè)出地下巖溶介質(zhì)類型及空間展布情況,因此被廣泛地運(yùn)用于巖溶水系統(tǒng)特征研究中。

此次對(duì)巖溶水系統(tǒng)的研究采用的基本識(shí)別方法為地下水示蹤試驗(yàn)法,并在地下水示蹤試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,采集隧道區(qū)地下水樣品進(jìn)行室內(nèi)水化學(xué)組分測(cè)試,通過分析地下水的化學(xué)特征判斷區(qū)內(nèi)地下水泉點(diǎn)之間及其與隧道揭露的巖溶管道中地下水的水力聯(lián)系,即采用地下水示蹤試驗(yàn)和地下水化學(xué)特征分析相結(jié)合的識(shí)別方法。

此次主要研究對(duì)象是黃龍洞巖溶水系統(tǒng),黃龍洞是魚泉河左岸大型巖溶泉,從前述巖溶發(fā)育規(guī)律分析,黃龍洞巖溶水系統(tǒng)是以溶隙—巖溶管道為主的含水介質(zhì),且?guī)r溶管道與隧道洞身在平面上相交[9-10]。根據(jù)該巖溶泉的出口標(biāo)高和區(qū)域地下水水力梯度推算,巖溶管道發(fā)育的標(biāo)高與隧道洞身標(biāo)高接近,隧道施工進(jìn)入該巖溶水系統(tǒng)內(nèi)存在巖溶突涌水的威脅。因此確定管道空間展布、匯水范圍以及與隧道的空間位置關(guān)系,黃龍洞與魚泉洞、娘娘洞等巖溶水系統(tǒng)之間的水力聯(lián)系等是未來分析隧道突涌水條件和涌水量預(yù)測(cè)的重要前提,為此本次研究專門開展了地下水示蹤試驗(yàn)以及地下水水樣采集與化學(xué)組分測(cè)試等工作,對(duì)黃龍洞巖溶水系統(tǒng)特征進(jìn)行詳細(xì)識(shí)別,各泉點(diǎn)位置見圖2。

圖2 隧道區(qū)巖溶泉位置圖Fig.2 Karst spring location in tunnel area

3.1 巖溶地下水示蹤試驗(yàn)

地下水示蹤試驗(yàn)是在地下水系統(tǒng)的某個(gè)部位投放能隨地下水運(yùn)動(dòng)的物源標(biāo)記,在預(yù)期能達(dá)到的部位進(jìn)行示蹤劑的接收,根據(jù)示蹤劑監(jiān)測(cè)結(jié)果分析地下水系統(tǒng)特征的一種分析方法。本次試驗(yàn)的主要目的是查明隧道進(jìn)口處巖溶管道與魚泉洞及黃龍洞之間的水力聯(lián)系。該溶洞發(fā)育于大冶組下段薄層—中厚層灰?guī)r中,地層產(chǎn)狀110°∠84°,受層面裂隙控制呈110°方向發(fā)育,最高處位于掌子面中部,高約5 m,溶洞側(cè)壁有潮濕淤泥沉積,無礫石堆積,因此在暴雨時(shí),初步估計(jì)該溶洞為有壓全充水管道,是巖溶管道的一部分。設(shè)置將該溶洞為本次示蹤試驗(yàn)的投放點(diǎn),主要是考慮到本區(qū)含水介質(zhì)為巖溶管道,地下水量很大,選擇常規(guī)示蹤劑(如工業(yè)鹽)進(jìn)行投放其投放量將很大,因此本次試驗(yàn)采用羅丹明作為示蹤劑。本次示蹤試驗(yàn)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)在黃龍洞、娘娘洞及魚泉洞,示蹤劑投放前,各個(gè)溶洞的示蹤劑天然背景值如表1。采用可以自動(dòng)連續(xù)監(jiān)測(cè)的野外熒光分光光度計(jì)進(jìn)行示蹤劑的監(jiān)測(cè),該儀器最低觀測(cè)間隔為2 min,檢測(cè)精度達(dá)到1×10-9濃度。

表1 示蹤劑背景值檢測(cè)結(jié)果Table 1 The background value of tracer

根據(jù)本次對(duì)黃龍洞、娘娘洞和魚泉洞的示蹤劑監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),繪制示蹤劑的濃度—時(shí)間變化曲線,如圖3、圖4所示。

圖3 黃龍洞的羅丹明濃度—時(shí)間的變化曲線Fig.3 The variation curve of rhodamine concentration-time in Huanglong cave

從圖3、圖4中數(shù)據(jù)可以看出:魚泉洞沒有接受到羅丹明,該監(jiān)測(cè)點(diǎn)的羅丹明濃度一直在0.06×10-9～0.7×10-9范圍內(nèi)波動(dòng),與地下水天然背景值一致;黃龍洞的羅丹明濃度隨時(shí)間逐漸上升,達(dá)到峰值后開始消退,直至基本恢復(fù)至背景值;娘娘洞沒有檢測(cè)到羅丹明異常。

圖4 魚泉洞的羅丹明濃度—時(shí)間的變化曲線Fig.4 The variation curve of rhodamine concentration-time in Yuquan cave

地下水示蹤試驗(yàn)的結(jié)果表明:

(1) 該溶洞屬于黃龍洞巖溶水系統(tǒng),魚泉洞與該溶洞無水力聯(lián)系,是黃龍洞巖溶地下水系統(tǒng)西部巖溶管道中的一段。

(2) 從黃龍洞羅丹明濃度曲線形態(tài)為單峰形曲線,可以推斷該溶洞與黃龍洞之間為單一巖溶管道。

(3) 在投放示蹤劑后,黃龍洞中羅丹明濃度在45 h上漲,在63 h達(dá)到最高;該溶洞到黃龍洞的距離為640 m,地下水平均流速為244 m/d。

(4) 根據(jù)該巖溶管道主控結(jié)構(gòu)面(層面裂隙)及隧道區(qū)上游地表巖溶發(fā)育情況分析,隧道進(jìn)口處巖溶管道主要接受來自下埫巖溶洼地匯集的大氣降水補(bǔ)給,最后通過黃龍洞排出地表,屬于下埫—黃龍洞巖溶

管道中的一小段。根據(jù)該管道的發(fā)育特點(diǎn)分析:左側(cè)溶洞發(fā)育標(biāo)高將逐漸減低;右側(cè)溶洞發(fā)育標(biāo)高(或地下水水位標(biāo)高)要略高于目前隧道底板高程(274 m)。

(5) 根據(jù)示蹤劑濃度以及出口流量,本次示蹤劑回收率達(dá)90%,因此,該巖溶管道的主要特征為單只巖溶管道,黃龍洞是其地下水的唯一排泄點(diǎn)。

通過地下水示蹤試驗(yàn),基本確定了黃龍洞巖溶水系統(tǒng)的范圍及其與隧道溶洞之間的關(guān)系。然而,娘娘洞、魚泉洞與隧道和黃龍洞之間的水力聯(lián)系如何仍未能解決,為此筆者進(jìn)一步開展了隧道區(qū)巖溶地下水化學(xué)特征的調(diào)查。

3.2 巖溶地下水化學(xué)特征

地下水化學(xué)成分是在一定的自然地理和地質(zhì)環(huán)境下,經(jīng)過漫長(zhǎng)的地質(zhì)歷史過程的產(chǎn)物,因此,對(duì)地下水化學(xué)特征的分析能夠得到不同區(qū)域地下水化學(xué)類型,揭露各點(diǎn)的水力聯(lián)系,為巖溶水系統(tǒng)的識(shí)別提供依據(jù)。本次地下水化學(xué)特征調(diào)查的目的:在地下水示蹤試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,采集隧道區(qū)地下水樣品進(jìn)行室內(nèi)水化學(xué)組分測(cè)試,通過分析地下水的化學(xué)特征判斷區(qū)內(nèi)地下水泉點(diǎn)之間及其與高家坪隧道揭露的巖溶管道中地下水的水力聯(lián)系。根據(jù)上述研究目的,分兩次采集,采集時(shí)間間隔3個(gè)月,在研究區(qū)不同溶洞采集了7組水樣進(jìn)行水化學(xué)簡(jiǎn)分析,測(cè)定水樣的溫度、pH值、TDS、電導(dǎo)率、溶解氧,并進(jìn)行室內(nèi)水化學(xué)全分析測(cè)試,測(cè)定各水樣的水化學(xué)類型(表2)。

由于隧道區(qū)分布的地層主要為碳酸鹽巖,區(qū)內(nèi)地下水和地表水的水化學(xué)特征整體上均為HCO3-Ca型水(表2),但是賦存于不同地層、不同徑流長(zhǎng)度的地下水,其水化學(xué)特征又會(huì)表現(xiàn)出一定的差異,因此本次研究結(jié)合相關(guān)分析法來判別區(qū)內(nèi)各巖溶泉點(diǎn)之間及其與高家坪隧道之間的水力聯(lián)系。

表2 水樣全分析成果表(mg/L)Table 2 Results of water analysis

(1) 黃龍洞與娘娘洞的聯(lián)系:采用相關(guān)分析方法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,3組水樣之間的關(guān)聯(lián)程度如表3所示。從表中可以看出娘娘洞與黃龍洞相關(guān)系數(shù)達(dá)到1,而娘娘洞與魚泉洞相關(guān)系數(shù)只有0.144,說明娘娘洞與黃龍洞具有相同的補(bǔ)給來源,與魚泉洞無水力聯(lián)系,且是同一個(gè)巖溶水系統(tǒng)。根據(jù)區(qū)內(nèi)水文地質(zhì)條件分析,娘娘洞的高程低于黃龍洞,應(yīng)該是區(qū)域地殼抬升后,侵蝕基準(zhǔn)面下降,從而巖溶向深部發(fā)育,目前娘娘洞管道仍在發(fā)育初期,管道規(guī)模較小,尚未完全襲奪黃龍洞。

表3 第一次水樣相似度矩陣表Table 3 Similarity matrix of the first samples

(2) 隧道涌水與區(qū)內(nèi)地下水之間的關(guān)系:可以看出高家坪隧道水樣與黃龍洞的各項(xiàng)指標(biāo)的測(cè)試結(jié)果十分接近,而與魚泉洞和甘洞坪泉之間的差異較明顯。為了分析它們之間的相關(guān)性,采用相關(guān)分析法對(duì)第二次采集的4組水樣的常規(guī)組分及微量元素組分測(cè)試結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,各組水樣之間的關(guān)聯(lián)程度如表4所示。從表中可以看出,高家坪隧道水樣與黃龍洞水樣相關(guān)系數(shù)達(dá)到1,而與魚泉洞和甘洞坪泉的相關(guān)系數(shù)均<0.3,分析結(jié)果從地下水化學(xué)特征的角度進(jìn)一步說明隧道涌水來源于黃龍洞巖溶水系統(tǒng),與魚泉洞、甘洞坪泉無水力聯(lián)系,這也映證了地下水示蹤試驗(yàn)的結(jié)果。

表4 第二次水樣相似度矩陣表Table 4 Similarity matrix of the second samples

黃龍洞、娘娘洞為同一巖溶水系統(tǒng)的兩個(gè)不同排泄點(diǎn),該巖溶水系統(tǒng)為多入口、多分枝的復(fù)雜樹枝狀地下巖溶管道系統(tǒng),主要補(bǔ)給源為各處巖溶洼地和巖溶槽谷匯集的大氣降水,其中下埫—黃龍洞巖溶管道等與隧道平面上相交,存在隧道巖溶突水、突泥的風(fēng)險(xiǎn)。

4 結(jié)論

此次巖溶水系統(tǒng)特征識(shí)別采用的方法為運(yùn)用地下水示蹤試驗(yàn)查明巖溶管道與各地下水出露點(diǎn)的水力聯(lián)系,初步劃定巖溶水系統(tǒng)的范圍,在示蹤試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,采用地下水化學(xué)特征分析研究區(qū)各地下水出露點(diǎn)的水化學(xué)特征,進(jìn)一步判定區(qū)內(nèi)地下水泉點(diǎn)之間及其與巖溶管道中地下水的水力聯(lián)系,從而對(duì)該巖溶水系統(tǒng)特征有了詳細(xì)認(rèn)知,為后面進(jìn)行巖溶管道涌水量預(yù)測(cè)提供依據(jù)。

對(duì)于巖溶水系統(tǒng)的特征識(shí)別方法常用的方法有地質(zhì)測(cè)量法、地貌調(diào)查法、遙感法、物探法、示蹤試驗(yàn)法。其中,地質(zhì)測(cè)量法和物探法所需人力物力較大,研究成本較高,且結(jié)果無法得到精確的數(shù)據(jù)驗(yàn)證;地貌調(diào)查法和遙感法主要是對(duì)地表巖溶發(fā)育情況進(jìn)行調(diào)查說明,由于巖溶發(fā)育不可能完全反映到地表,僅憑地貌調(diào)查,難以揭露巖溶發(fā)育的具體情況;示蹤試驗(yàn)法對(duì)降雨量等天然因素要求較高,對(duì)于復(fù)雜的地質(zhì)情況僅僅憑示蹤試驗(yàn)難以調(diào)查清楚,應(yīng)結(jié)合其他方法進(jìn)行進(jìn)一步分析,從而提高分析的準(zhǔn)確度。

相較于之前的傳統(tǒng)方法,這種是采用地下水示蹤試驗(yàn)和地下水化學(xué)特征分析相結(jié)合的巖溶水系統(tǒng)特征識(shí)別方法,即理論分析與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相結(jié)合的一種新穎的分析方法。其中地下水示蹤試驗(yàn)?zāi)茉谝欢üぷ魅諆?nèi)準(zhǔn)確、經(jīng)濟(jì)地探測(cè)出地下巖溶介質(zhì)類型及空間展布情況,因此被廣泛地用于巖溶水系統(tǒng)特征研究中。許多的試驗(yàn)結(jié)果表明,示蹤試驗(yàn)對(duì)于分析地下水系統(tǒng)間的水力聯(lián)系,研究巖溶管道發(fā)育類型,求取水文地質(zhì)參數(shù)是行之有效的,因此地下水示蹤試驗(yàn)方法對(duì)巖溶水系統(tǒng)的研究具有較高的可靠性;而地下水化學(xué)特征分析是一種基于化學(xué)測(cè)試的分析方法,地下水的化學(xué)組分是地下水與環(huán)境長(zhǎng)期相互作用的產(chǎn)物,地下水化學(xué)特征與地下水賦存介質(zhì)的巖性、地下水徑流途徑長(zhǎng)短、水循環(huán)交替條件等因素有關(guān),因此地下水的化學(xué)特征具有重要的水文地質(zhì)指示作用。通過系統(tǒng)采集不同類型地下水樣品,利用現(xiàn)代先進(jìn)的分析測(cè)試技術(shù)測(cè)定地下水中的常量離子以及微量組分,利用地下水化學(xué)組分的水文地質(zhì)指示作用,來分析不同水樣之間水力聯(lián)系的空間關(guān)系。到目前為止,地下水化學(xué)特征分析技術(shù)已在水資源評(píng)價(jià)、地下水演化過程分析、污染物運(yùn)移等方面被廣泛應(yīng)用并取得了較好的效果,地下水化學(xué)特征分析技術(shù)在水文地質(zhì)相關(guān)研究中已具有很高的可靠性。因此,地下水示蹤試驗(yàn)和地下水化學(xué)特征分析已具備較高的可靠性,利用兩種分析方法相結(jié)合相較于單獨(dú)一種分析法,分析結(jié)果的精確度得到了很大程度的提高,其結(jié)果的可靠性也得到了很大程度的提高。

通過區(qū)域巖溶發(fā)育規(guī)律分析,結(jié)合野外巖溶水文地質(zhì)調(diào)查、地下水多元示蹤試驗(yàn)以及地下水化學(xué)組分和微量元素測(cè)試技術(shù)等多種手段,查明了隧道區(qū)巖溶水系統(tǒng)的邊界和匯水面積,確定了各巖溶水系統(tǒng)之間的水力聯(lián)系及其對(duì)隧道施工的影響,對(duì)區(qū)域水文地質(zhì)條件取得了新的認(rèn)識(shí)。