水文地质工程中示踪技术应用田俊花

田俊花田小伟

河北省地矿局第四水文工程地质大队061000

摘要：水文地质工程中，往往会采用示踪技术来解决水文地质问题，而一般会通过测量水文地质的具体参数、多孔介质的参数、水流运动的状态以及地下水渗透的流速、来源等来解决问题。本文中以示踪技术为切入点，详细分析该技术在水文地质工程中的应用，以供借鉴。

关键词：水文地质；示踪技术；应用要点

引言

随着经济的发展，各种工程也逐渐增多，在工程开始前的地质勘察工作十分重要，一旦没有做好就容易引发安全隐患。而水文地质是地质勘察中的重要组成部分，它主要研究的内容是工程周围地下水的分布情况。如果没有做好勘查工作，在工程建设时，没有做到合理处置地下水，就很容易给工程带来许多安全隐患。

1、水文地质问题的重要性

在开始一项工程之前需要对工程周围的水文地质性况进行规范的调查，否则容易出现相关安全问题，例如基坑工程等。在很大程度上，一项工程的地质情况都是与其周围的水文地质相关。这是因为，在岩土中含有地下水，而地下水对于岩土有着十分重要的影响。很多时候，一项工程安全性与其周围的水文地质条件密切相联。然而目前来说，很多勘察单位对于水文地质的勘察工作并不是理解或到位，有些在进行勘察时，仅仅是勘察了表面内容，而对于地下深层次的部分没有做到很好地勘察，这也使得水文地质的勘察质量大打折扣，或是流于形式，这样的失误所引发的危害是巨大的，很容易造成地下水对工程建设产生了不利影响。因此，为了保障工程建设的合理性、经济性和安全性，需要对各类项目的水文地质问题进行合理的勘察工作。

2、示踪技术及特点分析

示踪技术应用范围十分广泛，在水文地质工程中有很大的用途。通常技术人员会选用人工示踪剂，人工示踪剂指的是有人类意识参与的非天然成分的示踪剂，在现下众多测量方法中占得一席之地，主要是因为该种方法不仅能够把运移参数量化，还能叫清楚地描绘地下水的众多特征。

人工示踪剂还能够直接进行原位检验，能够探索一些极为特殊的作用过程。一般情况下，利用示踪剂进行测试的方法取得的特殊参数能提供一种准确实用的方法与途径，甚至是在某些特殊情况下，可以成为唯一可靠的调查技术或手段。示踪技术不仅能有效的确定大范围里地下水的特征，还能为小范围里溶质运移现象的研究提供技术支撑。迄今为止，人工示踪剂技术已经有几百年的历史了，主要表现在流动的路径和测量地下水流速等方面。

3、示踪剂的特点阐述

人工示踪剂被广泛应用于探索和研究岩溶水流动等特征方面。同时，该种技术也逐渐发展到其他领域，如描绘其他类型含水层的水文地质特征，尤其是对一些污染场地的研究，以此来获得有效的相关含水层的水文特征信息，构建概念模型，从而对数值的流动和运移模型的评价与污染风险进行校正。相较于其他示踪方法，现在广为流传的是单井示踪剂测试方法，因为此种方法不仅成本小，操作也比较简单，能清楚描绘出地下水流速和其他水文地质特征在空间和局部等地的变化情况。

随着时间的流逝，人工示踪剂也逐渐应用于评价修复政策和工程系统具体性能之中。例如，采用示踪剂对污染物的原位生物进行降解，并对电子受体或者是供体的利用率以及释放效应和生物降解的影响区域等进行评价。示踪剂对于示踪源的维护既方便又经济，而且比较低浓度的溶解性气体示踪剂更易被检测出来，所以在评价水力截获与污染物堵截等方面示踪剂更受水文地质学家的青睐。在过去的10年里，水文地质学家发明并使用了相位分离示踪剂，将地下非水相液体体积与界面范围不断量化。但是这种方法技术成本比较高而且具有很大的不确定性，所以在某些程度上限制了它的使用范围。

4、水文地质工程中示踪技术应用

4.1投放地点选择

在进行示踪试验的时候，应依据工程现场的具体情况，选择合适的投放地点，确保示踪剂能够被注入到重要的天然水流存在的钻孔内部。①应通过对工程现场的实地勘察后掌握周围地下水的流向情况，宜选用上游作为示踪剂的投放地点。②因为示踪剂的投放地点要求具备较高的透水性能，因此在进行示踪试验之前，必须对投放地点的灵敏度进行测试，依据测试的结果选择透水性能最佳的地点作为投放孔。③示踪剂的投放数量应依据试验仪器的灵敏度以及测量现象的水流规模进行综合考虑。

4.2选择投放方式

示踪剂的投入方式主要有连续注入法和瞬时注入法两种。连续注入法要求的试验精度比较高，所需要的示踪剂的数量较多，因此可以用于实验室内模拟试验或者用以研究流速较快且范围比较小的区域；而瞬时注入法则广泛用于广阔的施工现场。所谓连续注入法主要是在投放地点中以中等速率连续投放示踪剂，然后在测量的期间，确保流量匀速，并且在下游合理的检测位置，确保示踪剂能够和水流充分的进行混合。连续注入法获得的示踪剂浓度能够呈现出较为规整的曲线，便于进行试验数据的计算，连续注入示踪剂需要消耗大量的示踪剂，施工成本相对较高；瞬时注入法则是将已知浓度的示踪剂在短时间内注入到钻孔内部，并在下游测试地点测试其浓度，投放的时间尽量短，以便于形成一个高浓度团并随着地下水的流动而移动。

4.3取样

在进行示踪试验过程中，示踪剂投放之后需要立刻记录对应的时间，并对检测点进行取样，等到所有的测量点的示踪剂的强度都降到本底值为止。一般而言，取样过程周期相对较长，一般为1周甚至是高达几十天，具体的时间间隔应遵循以下要求：①若示踪剂到达检测点的用时较短，则取样的时间间隔也比较短；若用时较长，则取样的间隔时间也相对较长。②因受到施工现场测量情况的影响，对部分重要的观测孔，检测的密度应适当放大，对应的取样间隔时间缩短。

4.4示踪剂的检验

示踪剂投放完毕之后应对预定的检测点开始跟踪检测，待检测仪器无法捕捉到示踪剂的强度为止。如果是针对一些重要的观测点，为了确保试验结果的精确度，需要对示踪剂的时间浓度曲线的全过程进行检测指导，直到试验彻底结束为止。

5、示踪技术发展趋势

截止到今日，科学家对孔介质的溶质运移现象已有大量的见解和认识，但是并非所有领域都那么游刃有余，对于非均质系统与基岩裂隙含水层中的运动位移，水文地质学家要思考的问题还有很多，而对于这一方面要运用到的人工示踪技术将成为未来几年内水文地质学家的主要研究方向之一。

在过去的30年里，人工示踪技术对于多孔介质含水层中溶质运动位移过程的测试有了较为全面科学的认识和分析。尤其是在CapeCod和Made场地里，对其采用的大规模示踪剂测验，这两次测验为我们对野外条件下弥散与混合的全过程提供了良好的认知经验，同时也给通过野外水力来传递资料、随机分析室内实验与数值模型提供了技术支持。

在对水文地质的研究分析中，科学家发现了一个重要领域就是“应用的智能化”。纳米技术在对水文地球化现象上的刻画和发展起到了重要的推动作用，也是其发展的主要因素之一。在现实生活中已经被科学家应用到生物医学产业中，此外纳米技术也同样适用于水文地质研究。

6、结语

总而言之，在水文地质工程中，示踪技术正发挥着巨大的作用。人工示踪技术已经具备了较长的发展历程，尤其是对于岩溶地质、大坝渗漏等水文地质的研究起到了极为重要的作用。做好具体研究工作具有现实意义。

参考文献：

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