定量示蹤試驗在地下水污染防治中的應用
——以福泉市龍井灣為例

吳志席，陳 立，戴柳珍

(貴州省地質礦產勘查開發局一一五地質大隊，貴州 貴陽 551400)

示蹤試驗為驗證地下水流動方向和巖溶巖溶管道介質的主要方法[1]。能夠直觀有效地反映地下水運動狀態[2-3]。目前，地下水示蹤試驗在查探巖溶地下水徑流管道、查找地下水補給來源以及污染源等方面得到較為廣泛的應用，示蹤距離從數十米到數十千不等[4-9]。本次研究區內龍井灣巖溶泉(S1)接收點距離示蹤劑投放點2 457.9 m，大井邊泉水接收點距離投放點455.76 m。以熒光素鈉作為示蹤劑，在巖溶洼地中的落水洞內投放實際，驗證其與龍井灣的連通情況及地下水補給情況，以期為龍井灣泉水污染防治提供科學依據。

1 研究區概況

研究區位于黔北臺隆遵義斷拱貴陽復雜變形區東緣，主要構造形跡為近南北褶皺、斷裂及近東西向斷裂[10]。研究區處于黃絲背斜之東、鳳山向斜之西間，地層產狀40°～120°∠14°～35°，一般60°～100°∠15°～30°，局部受地質構造影響，產狀變化較大。區內出露地層為下三疊統大冶組及安順組，上覆中三疊統關嶺組分布于研究區東部外圍，下伏上二疊統分布于研究區西部外圍。研究區北部煙科所溶洞 (W1)是該巖溶管道系統主要的補給來源之一，該巖溶溶洞所在的洼地匯集的大氣降雨入滲補給匯水面積約 1 km2，在茅草鋪組白云巖與三疊系大冶組三段交界面附近的大冶組三段灰巖極強巖溶含水層中由落水洞形式集中灌入式補給下伏巖溶管道系統。龍井灣巖溶管道系統位于研究區中部，巖溶管道發育于三疊系大冶組三段灰色中厚灰巖和茅草鋪白云巖中。

2 地下水示蹤試驗

2.1 試驗目的

為治理龍井灣污染水體，從煙科所溶洞(W1)投放試劑，在龍井灣大泉(S1)和大井邊泉(S2)接收試劑(圖1)，以查清龍井灣的巖溶地下水來源、徑流方向以及地下水流速和巖溶管道介質特征為目的。

圖1 示蹤試驗投放點接收點平面圖

2.2 試劑的選擇

本次研究在選擇示蹤劑時主要考慮以下幾個方面的問題：(1)本次調查區含水介質含水介質主要為巖溶管道，地下水量很大，選擇常規示蹤劑(如工業鹽)的投放量將很大，因此示蹤劑盡量選擇投放量很小，且易于監測的示蹤劑；(2) 易溶于水，可溶性強；(3)對環境基本沒有污染；(4)不易引起村民恐慌；(5)試劑穩定性能較好。綜合考慮選取了熒光增白劑作為本次示蹤試驗的試劑，該試劑檢測靈敏，最低檢測濃度可達1 ug,高濃度其為乳白色，后期肉眼不可見，對環境無污染。

2.3 地下水背景值

示蹤劑投放之前，首先確定路線區各地下水中示蹤劑的天然背景值，測量得龍井灣S1泉水熒光增白劑背景值為3.6 ug,大井邊S2泉水熒光增白劑背景值為1.9 ug。

2.4 示蹤劑投放與監測

為了查明地下巖溶管道系統的空間分布，4月21日至4月22日，在廠區北側煙科所積水溶洞投放熒光增白劑1 400 g，由于溶洞內有水潭，潭內水流交換極其緩慢，所投放示蹤 劑在水潭積滯近24小時才逐漸消去。進行示蹤試驗時為保證示蹤劑匯入地下，灌入6 L/s 的水流共持續7天。示蹤劑的檢測儀器采用瑞士 GGUN-FL Fluorometer 野外熒光分光光度計，該儀器可自動連續觀測，最低觀測間隔為2 min，檢測精度達到1 ug 濃度。試驗將儀器布置在龍井灣巖溶泉(S1)地下暗河出口(進行連續監測，觀測間隔 5 min。),同時人工采集北側大井邊巖溶泉(S2)水樣，每天一次，黑色塑料袋包裝，至試驗結束后儀器檢測。

3 試驗結果與分析

3.1 試驗結果

根據監測數據現將監測點熒光增白劑的濃度時間曲線繪制如圖2和圖3，依據監測情況統計表見表1。由圖2、圖3和表1可知：試驗期間，龍井灣巖溶泉(S1)、大井邊泉水 (S2)熒光增白劑的濃度均出現異常：

(1)龍井灣巖溶泉(SZ9)的熒光增白劑濃度在示蹤劑投放約 111.2 h 后出現異 常，之后呈上漲趨勢，131 h 后示蹤劑濃度達到峰值，之后示蹤劑濃度逐漸衰減， 241 h后基本恢復至天然背景值。本次試驗投放點距離接收點直線距離約 2 457.9 m，由此計算地下水最快流速為22.1 m/h，最慢流速為10.2 m/h，主峰平均速度為18.8 m/d。

(2)大井邊泉水(SD012)的熒光增白劑濃度在示蹤劑投放約91 h后出現異常，之后呈上漲趨勢，141 h后示蹤劑濃度達到峰值，之后示蹤劑濃度逐漸衰減，307 h 后基本恢復至天然背景值。以示蹤劑初現時的流速為地下水的最快流速， 峰值出現時的流速為平均流速，本次試驗投放點距離接收點直線距離 約455.76 m，由此計算得出地下水最快流速為5.0 m/h，最慢流速為1.5 m/h，主峰平 均速度為3.2 m/h。

表1 示蹤試驗接收點各要素統計表

圖2 龍井灣(S1)熒光增白劑濃度歷

圖3 大井邊(S2)熒光增白劑濃度歷時曲線圖

3.2 示蹤分析

(1)廠區北側煙科所溶洞內(W1)投放的熒光增白劑在龍井灣巖溶泉(S1)和大井邊泉水(S2)都監測到濃度異常，表明煙科所溶洞內(W1)處的地下水與龍井灣巖溶泉(SZ9)和大井邊泉水(SD012)都存在水力聯系。

(2)煙科所溶洞內(W1)投放的熒光增白劑在龍井灣巖溶泉(S1) 接收后，所呈現濃度時間曲線總體呈單峰型曲線，但下降段曲線出現波動狀下降 特征，下降支明顯拖長，有拖尾現象，使該曲線成為鈍峰，由巖溶地下水管流場類型與示蹤曲線的對應關系分析可能是：煙科所溶洞(W1)與龍井灣巖溶泉(S1)之間的巖溶管道總體為單支巖溶管道，但中間可能串聯了多個地下溶潭。

(3)龍井灣巖溶泉(S1)接收點距離示蹤劑投放點2 457.9 m，大井邊泉水接收點距離投放點455.76 m，但其示蹤劑濃度峰值時間較為相近，僅相差10 h，是由于煙科所溶洞(W1)內地下水位的標高為970.70 m，龍井灣巖溶泉(S1)泉口標947.17 m，大井邊泉水(S2)標高 970.54 m，故煙科所溶洞內的地下水位與龍井灣巖溶泉(S1)泉處的地下水位間的水力梯度約為1%，而大井邊泉水處的地下水位與煙科所抽水井溶洞內地下水位間的水力梯度在同 條件下僅為0.03%。所以，出現了龍井灣巖溶泉(S1)接收點距離是大井邊泉水(S2)接收點距離的約為6倍的情況下，其濃度峰值時間極其接近的現象。

3.3 回收率的計算

根據示蹤劑回收率的計算公式：

(1)

其中：t1為開始收到試劑的時間；t2為收到試劑的結束時間；；Vc為試劑投放量(g)；C為接收點試劑過程曲線方程；Q為接收點的流量(L/s)

利用上述公式(1)計算兩點回收率，計算所得。龍井灣巖溶泉(S1) 接收點回收率為 10%，大井邊接受點回收率為65%。

4 結語

(1)由于煙科所溶洞內的地下水位與大井邊泉水的水位標高基本相同，在天然條件下，洞內地下水位與大井邊泉水標高基本保持一致，有少部分水流至大 井邊泉水，且流速十分小，暴雨后煙科所溶洞積水量劇增，水位迅速抬升，因此，煙科所積水溶洞積水主要通過大井邊泉點排泄，少部分流往龍井灣。

(2)大井邊地表溪溝由于切割比較淺，未全部排泄北部巖溶地下水，還有大部分地下水繼續向南徑流，經煙科所巖溶洼地、廠區，最終在龍井灣排泄。

(3)通過本次地下水示蹤試驗進一步確定了龍井灣地下暗河系統的邊界及匯水范圍，加深了對區內巖溶發育規律的認識，綜合來看廠區內巖溶管道由北向南展布，具體由龍昌鎮灣田洼地消水洞向龍井灣巖溶泉(S1)方向發育，依次穿過大井邊、煙科所洼地、廠區堆渣場，最后發育到龍井灣巖溶泉(S1)。煙科所溶洞至龍井灣泉巖溶帶發育高度和規模為下一步研究的重點。