水文地质项目示踪技术运用

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在水文地质工程领域中，示踪技术可以解决众多的工程中的水文地质问题，可以测定水文地质参数，地下水渗透流速，地下水来源、年龄等一些地下水以及多孔介质、裂隙介质的参数和水流运动状态，还可以解决一些有关的渗漏问题，如大坝渗漏、基坑渗漏等问题，所采用的示踪剂也种类繁多。但示踪技术技术仍有很多问题没有解决，有着广阔的应用前景和发展空间。示踪药剂选择原则：无毒、自然成本低，不受围岩石干扰、化学性能稳定、不改变地下水运移方向、易检测、灵敏度高且成本相对低，至于各种示踪剂的用量要根据示踪剂种类的不同会有不同的选择标准。

1水文地质工程中常用到的示踪剂

1．1连通实验中使用的示踪剂

(1)固体颗粒。我国常用的有谷糠、木屑、黄泥浆等，国外也常用编码纸片。这些只适于大通道，而且它们与水的流动可有很大的差别。石松孢子也成功的得到了应用，食盐也是近来在连通实验中经常用到的一种固体颗粒的示踪剂。

(2)食用酵母菌。用食用酵母菌作示踪剂，在我国也获得成功的应用。

(3)小型定时炸弹。国外有成功的报道。它可随水漂流到一些人不可接近的地方爆炸，在地面接收它的显示，可判断通道途径。

(4)对无水或非充满水的通道，还可以用烟熏、放置烟幕弹等方法。这种方法一般只能作近距离实验。

l．2水同位素示踪中常用的示踪剂

目前，在地下水中常用的同位素有zH、sH、c、‘4c、8o、、、S等，随着科学技术的发展，不断有新的同位素应用于水循环研究中，如l、nB、6I．i等。目前，同位素技术主要用于研究地下水的形成机制、地下水储水能力和更新能力、地下水的渗漏、地下水污染源的判断等。

1．3一些其他的常用示踪剂

除了以上提到的一些水文地质工程还有其他的常用到的示踪剂，如有时候在多元示踪实验时经常用到钼酸铵、荧光素钠和氯化锌的组合，在渗漏问题中，温度也是一个很有效的示踪剂，还有一些其他的化学示剂在研究地下水运动过程以及一些其他相关问题中也是常用到的。

2水文地质中示踪技术应用的几种典型

2．1示踪技术研究工程中的渗漏问题

大坝、基坑等渗漏问题的示踪研究是解决这些渗漏问题的一种有效手段，也是示踪技术应用的相当多的一个方面，特别是同位素示踪技术也是近些年来在检查大坝渗漏问题中比较有效、可靠和广泛应用的一种方法。这里就简要介绍两种近年来广泛应用的同位素示踪方法：

2．1．1医用同位素，吖示踪技术检查渗漏问题放射性示踪剂的选择原则

(1)被周围介质吸附很少，易溶于水，且不沉淀；

(2)发射射线，且能量适中，适合现场直接探测；

(3)半衰期适应观测时的要求：

(4)毒性低，符合辐射防护卫生要求；

(5)容易得到，价格便宜。

原理介绍：含有能辐射射线的医用同位素6Wb的金属氧化物载体Y0溶解于酸，加水稀释后，就制成了示踪液。溶液中tYh的易于被土壤吸附。将示液均匀地喷射到水库待测区域的水中，示踪正离子在水中自由扩散。在渗漏区，入渗水流挟带着Yb动。流经入渗口时，附近的土壤吸附，停留在土壤表面上，使该点的核辐射强度高于周围境的辐射量。渗漏愈严重的区域，被吸附的放射性正离子累积量愈多，核辐射强度就会愈高。用核探测器在库底进行逐点扫描，找出计数率高的点，就可以准确地确定水库的渗漏位置。吖b是一种低能、无毒、半衰期适中(32d)且辐射谱线丰富的医用同位素。在使用时控制每平方米库底用量不超过50btci(微居里)，是不会造成对水质和鱼类污染的。因为这个剂量远低于我国颁布的防护标准GB4792—84中规定的饮用水允许剂量。检测过程和渗漏位置的确定：将示踪液加入料桶，装上四轮车或吊在小船船头上，在检测区域内均速运行。用氧气钢瓶加压，通过喷嘴把示踪液均匀地喷入水中，待其扩散、沉淀后，第二天开始检测。将核探测器固定在四轮车上，前后牵引，沿库(坝)坡下滑，记下起点座标。每隔2m测一条线，在每条测线上隔2m测一个点，记录下每个测点的计数率。选l0个最低计数率和平均值作本底。每个测点的计数率和本底的比值称为相对幅射强度，用N表示。根据所测各点的座标将其对应的N值填到方格纸上，把N值相同的点连成曲线，此即为渗漏曲线图。将这个图按座标位置和比例移置到水库平面图上，就绘出了水库渗漏位置图。实践中，N≤2的区域定为无渗漏区；2≤N<3的区域定为轻渗漏区；3≤N<4的区域定为渗漏区；4≤N<5的区域为较严重渗漏区；N>5的区域为严重渗漏区域或进水口。

2．1．2利用渗漏严重区垂向速度快的特性检测渗漏的同位素方法

渗漏带、渗漏点及裂隙、岩溶、断层等导水构造通道的测定，是测坝基、水利工程渗漏等勘察研究中十分重要的物探工作。将放射性同何素投放到井中，用示踪仪进行追踪测量，可查出主要渗漏点、渗漏带、渗漏方向等。在渗漏较重的地段，垂向流速很快，示踪仪跟踪测量也很困难。选用具有吸附特性的同位素如nⅡ、”I(AgI化合物)等，就能容易地找到渗漏点。这是其它水文物探方法所无法取代的。

2．1．3渗漏问题的一些其他方法

在渗漏问题中，温度示踪方法也是一种很有效的方法，温度是地卜水运动的天然示踪剂，正常地层温度的分布是连续且规律的，在季节气温影响点(如钻孔温度曲线上的拐点)以下深郎地层的温度将随着深度的增加而上升。但由于地下水的运动影响，会产生温度分布的异常现象。分析钻孔中由于地下水流动对温度曲线的影响，根据地层中温度的异常变化判定地层渗流的分布情况，利用温深曲线的异常来提取地下水渗流场的有关信息，如确定地层的渗透性、强渗漏带、集中渗漏通道以及地下水的补给关系等。以此来确定渗漏区。还有一些常规的处理方法如坝面导渗、基岩帷幕灌浆等方法，不过方法上都存在一定的缺陷。

2．2示踪技术测定水文地质参数、示踪地下水活动、水利联系的应用

(1)在测定水文地质参数方面，单井同位素示踪法是目前用的最多的、非常有效的一种方法，具体原理介绍如下：先采用示踪剂单井稀释方法测定地下水流速，在示踪物沿垂向浓度均匀分布的前提下，计算出的弥散值亦可获得满意的效果；条件允许时，再使用群井实验的方法，测量出流向流速和二维弥散系数。其中单井稀释方法是关键的一个步骤，一定量的示踪剂随地下水流动方向逐渐被稀释，稀释的速度与地下水流速成正比。根据示踪剂稀释的曲线和其他补充参数，可以计算出地下水的实际流速。采用地下水流向流速仪，可以同时测量地下水的流向和流速。采用仪器测量地下水流向时，是以地下罗盘为参照定向，对8个方向测量值以作图法求出的。对于瞬时注源方式，可用下列公式计算地下水渗透速度：

(2)调查水力联系以及地下水流经的具体途径问题。连通实验是调查水力联系以及地下水流经途径的一种有效的方法，在连通实验中，一般是采用示踪实验法来完成。实验是利用地下水(或一些地表水)露头，投放和观测指示剂或其他方式完成的。所采用的示踪剂有食盐、荧光粉、高锰酸钾等，采用的方法主要有单点投源多点接收，多点投源多点接收，在地质条件以及实验条件不是很复杂的情况下可以得到良好的效果。但有时在接收点前如果有干扰因素，如接收点前有人员在旌工，容易影响实验结果的可靠性。

2．3示踪实验的一些其他应用

示踪实验在水文地质领域应用的十分广泛，除了以上几种应用最多的方面，还有很多其他的应用，如包气带水分运移的研究、氟里昂示踪地下水的年龄、环境同位素示踪地下水活动等，示踪剂技术在油田开发中也有很好的应用。总之，示踪技术已经成为一种有效的、可靠的、应用非常广泛的研究水文地质问题的手段。3示踪技术在水文地质领域中的应用发展示踪技术是快速发展的一门技术，在未来的发展主要有以下几个方面：

(1)各种各样的新的示踪剂被应用到水文地质领域的研究中去，示踪剂的类型也会变多，借鉴其他领域中使用的示踪剂，如医用、化工领域等中所使用的一些示踪剂。

(2)同位素示踪方法作为一种现在应用很多的示踪方法，将会在水文地质领域得到更广阔的应用与研究，众多的同位素将被用到水文地质领域中去。

(3)对于示踪过程的研究，如在连通实验中，现在只能做到在投源点投源，在接收点接收，而示踪剂在投源点到接收点之间的运动路径和运动过程都是观测不到的，能做到对于示踪剂的实时的监测，对于示踪剂运动过程的研究，从而减少实验中的一些不可知因素和一些盲目性，是今后示踪技术研究的一个重要方面和努力的方向。

(4)示踪设备、相关实验方法的完善和规范，以及实验成本的控制。