水文地質工程中示蹤技術應用分析

（河北昕佳工程勘查設計有限公司 河北石家莊050020）

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在當今的水文地質工程中，可以采用示蹤技術解決許多工程中的水文地質問題，比如測量地下水滲透的流速、來源、計算多孔介質和裂隙介質的水文地質參數、觀察水流運動的狀態。

土地測繪技術測繪質量控制

1 示蹤技術的具體作用和發展歷程

示蹤技術一方面能夠有效的確定大范圍里地下水的特征，另一方面還能夠為研究小范圍里溶質運移現象提供有效的技術支持。到目前為止，人工示蹤劑技術已經有幾百年的發展歷史，具體表現在描繪地下水流動的路徑和測量地下水的流速。據猶太歷史記載：約公元10年，猶太人就已經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世紀末到20世紀初，首次使用氯、氟和細菌等對歐洲規模較大的巖溶地區采取了定量化的示蹤劑測驗。二戰結束之后，隨著化學測試技術的不斷進步，從而使測量極低濃度的示蹤劑有了成為現實的可能，與此同時高頻率的取樣也比較方便經濟。另外，隨著技術的進步，也導致了許多物質都能夠成為示蹤劑。

在歷史上，確定巖溶地區的地下水流動是水文地質學中使用示蹤劑的重要原因。20世紀60年代，為了全面的熟悉與掌握地下水補給的主要因素，相關水文地質專家在基礎研究中使用了人工示蹤劑，從而明顯的增加了對雨水到達潛水面時一系列流動過程的認知。過去的三十年里，對放射性物質的研究和開發利用有效地促進了示蹤劑技術在多孔介質與基巖裂隙含水層中溶質運移現象的應用和研究。一些相關的科學實驗有效地促進了對區域內地質的非均質性、大尺度范圍內的水力傳導系數以及吸附作用與溶質運移的限速過程的分析和探究，相關實驗結果目前已經被使用于評價污染物運移數值模型的建立。

示蹤技術是對水文地質進行研究的重要工具，近年來獲得了巨大的進步與發展。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移現象，包括膠體促使下的運移和裂隙基質控制的運移等。雖然示蹤劑測試是一項行之有效的技術，可是也面臨著多種方面的挑戰，并且還存在著一定的局限性。尤其是針對成功的測試而言，要以合理恰當的設計為技術支撐，并且還要有原始的水文地質資料和初步的運移模型。

目前的實際應用過程里，由于實際條件和成本等限制了試驗的時間與范圍，這就需要相關水文地質學家對測試的結果進行外推，從而有效的估量大尺度內的溶質運移的結果。此外，在遇到多種運移過程比較明顯的情況時，對示蹤結果的顯示會比較困難，針對這種情況需要采取復雜的數據解釋方法與手段。雖然示蹤方法需要面對多種挑戰并且在某些方面還存在著局限，可是在對水文地質學里的一般場地調查與水文地質基礎研究中，人工示蹤劑都有著比較長遠的發展前途。

2 示蹤劑作為水文地質研究的常用工具

根據上文可知，人工示蹤劑已經被廣泛使用在探析和研究巖溶水流動特征方面。與此同時，這種技術也慢慢成為描繪其他類型含水層的水文地質特征的重要手段，尤其是研究一些污染的場地，從而有效獲得有關含水層基本特征的信息，不斷的構建概念模型，來從中校正數值流動與運移模型以及評價和污染相關的風險。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特征在局部和空間上的變化情況，因此具有非常好的發展潛力與前景。

人工示蹤劑也慢慢被應用在環境評價修復項目中。比如，通常可以使用示蹤劑來對污染物的原位生物降解、電子受體/供體的利用率以及稀釋效應和生物降解技術的影響區域等進行有效的評價。出于對示蹤源進行長期的維護比較方便和經濟的特點，再加上比較低濃度的溶解性氣體示蹤劑很容易檢測出來，因此一些水文地質專家提出了利用示蹤劑來進一步的評價水力截獲與污染物堵截。在過去10年里，水文地質專家已經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。可是由于這種技術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，人工示蹤劑還可以用來詳細的描繪關鍵含水層中的具體水力特征，通過這種方式采用科學靈活的管理措施和方法，合理利用和保護地下水資源。

3 示蹤劑在水文地質研究中的具體應用

雖然到目前為止，科學家們已經對多孔介質里的溶質運移過程有了比較多的見解與認識，可是當面對非均質系統與基巖裂隙含水層中的運移時，仍然需要水文地質學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學里，對人工示蹤劑技術深入探究的比較長遠發展前景的方向之一。人工示蹤劑技術在過去的30年里，對多孔介質含水層中溶質運移過程得到了比較科學的認識和分析。采取較大規模的示蹤劑測驗能夠有效地幫助我們對野外條件下彌散與混合的全過程產生良好的認知，同時也為通過野外實驗數據來分析室內的實驗與數值模型提供了良好的基礎和技術支持。

在水文地質研究與分析過程中，還有一個特別引人矚目的領域是應用“智能化的”和其他一些專門的示蹤劑來研究焦點問題。例如，納米技術在水文地球化學方向產生了重大的影響，也是使其具有遠大發展前途的重要原因，同樣納米技術也適合應用于水文地質的研究。

4 結束語

從上文可以得知，對于水文地質工作而言，人工示蹤劑測試技術是進行研究的強大工具，從古至今已有擁有比較長的研究與應用歷史，尤其在溶質運移的研究中產生了非常重要的影響和作用。

[1]劉桂建，田榮和.梁寶寺區環境水文地質特征及其評價 [J].煤田地質與勘探，2010，（11）：41-45.

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

水文地質工程中示蹤技術應用分析

■郝云陽

P641.72[文獻碼]B

1000-405X（2016）-10-285-1