人工示踪技术在岩溶地区水文地质勘察中的应用

南京大学学报(自然科学版) ›› 2016, Vol. 52 ›› Issue (3): 503–511.

人工示踪技术在岩溶地区水文地质勘察中的应用

姜光辉*，郭　芳，汤庆佳，李　鑫，曾莘茹

出版日期:2016-07-02 发布日期:2016-07-02
作者简介: 中国地质科学院岩溶地质研究所/国土资源部岩溶动力学重点实验室，桂林，541004；
联合国教科文组织国际岩溶研究中心，桂林，541004
基金资助:
国家自然科学基金(41172231，41472239)，广西自然科学基金(2013GXNSFDA019024)，中国地质调查项目(1212011121166)，国家文物局(2011－735)

Application of tracer test techniques in hydrogeological survey in karst area

Jiang Guanghui*，Guo Fang，Tang Qingjia，Li Xin，Zeng Xinru

Online:2016-07-02 Published:2016-07-02
About author: Key Laboratory of Karst Dynamics，Institute of Karst Geology，Guilin，541004，China；
The International Research Center on Karst under the Auspices of UNESCO，Guilin，541004，China

摘要/Abstract

摘要： 人工示踪技术用来验证地下水流动的方向和追溯地下水的来源，在水文地质勘察、水利工程防渗、地质工程涌水处理和查明矿井涌水来源方面有广泛的应用．相比于国际上示踪试验的应用，国内虽然在仪器设备上不相上下，但是在应用的广泛程度上差距很大．近年来示踪剂的自动化监测技术的进步使示踪试验在一些新的领域开展，例如研究平原地区岩溶含水层的流场，以及与天然示踪剂联用进行岩溶水系统的水文过程研究．由示踪试验计算得到平原地区岩溶含水层中地下水的视流速在数量级上为10～102 m?d^－1，而地下河中的视流速为102～104 m?d^－1.尽管从富水性上显示平原地区岩溶含水层的地下水赋存比较均匀，但是示踪剂的运移被严格限制在主径流通道中，很难发生侧向的弥散．相比于地下河系统，平原地区含水层中缓慢的流速和很好的富水性结合会产生强烈的稀释作用，这是开展此类示踪试验需要注意的重点．为此建议在平原地区开展示踪试验的最远距离一般不宜超过1 km.鉴于示踪试验的重要性和南方大量地下河急需妥善管理，建议在水文地质普查中大量采用．

Abstract: Tracer tests in karst area are used to indicate the flow direction and look for recharge.It widely helps to protect water engineering，stop flood at tunnels and wells.Comparing with the progress in the world，China has much less application of tracer test in karst hydrogeology.In recent years new progress in tracer test leads to two points of development in karst hydrogeological methodology.One achievement is the multitracer technique that combines natural tracers with artificial tracer used to judge flow regime in karst drainage system.Another new achievement is the first experience of tracer test in karst aquifer of peak forest area.The tests results show that the apparent velocity of groundwater with 10～102 m?d^－1 in peak forest karst area，which is much lower than that in mountainous subterranean river in a range of 102～104 m?d^－1.It is probably because of low hydraulic gradient and winding flow line in plain area.Especially the tracer is limited within a narrow belt called as concentrated flow zone there，which probably is related to fractures in stratum.In this case solute transport is still considered as one dimension character.Because tracer will be diluted by rich groundwater in the aquifer，the distance between injection points and monitoring points should be no longer than 1 km for good test effect.Finally due to the increasing challenge of karst water protection from intensive pollution，tracer tests should be used widely and extensively.

姜光辉*，郭　芳，汤庆佳，李　鑫，曾莘茹. 人工示踪技术在岩溶地区水文地质勘察中的应用[J]. 南京大学学报(自然科学版), 2016, 52(3): 503–511.

Jiang Guanghui*，Guo Fang，Tang Qingjia，Li Xin，Zeng Xinru. Application of tracer test techniques in hydrogeological survey in karst area
[J]. Journal of Nanjing University(Natural Sciences), 2016, 52(3): 503–511.

参考文献

[1]　Goldscheider N，Drew D(Eds.)Method in karst hydrogeology.London：Taylor & Francis，2007，264.
[2] Field M，Nash S G．Risk assessment methodology for karst aquifers：(1)estimating karst conduitflow parameters.Environmental Monitoring and Assessment，1997，47：1－21.
[3] Field M．Risk assessment methodology for karst aquifers：(2)solute transport modeling.Environmental Monitoring and Assessment，1997，47：23－37.
[4] 薛禹群主编．地下水动力学．北京：地质出版社，1997，176－178.(Xue Y Q．Groundwater dynamics.Beijing：Geological Publishing House，1997，176－178.)
[5] 林仁惠．华南一水库喀斯特区的渗漏与防渗处理的研究．中国科学院地学部主编．全国喀斯特研究会议论文选集．北京：科学出版社，1962，139－141.(Lin R H．Study on leakage and seepage control in a reservoir in karst area，South China.Department of Earth Sciences.Chinese Academy of Sciences(Eds.)Symposium of karst study in China.Beijing：Science Press，1962，139－141.)
[6] 卢耀如，陈连禹，于　珉．南津关坝区喀斯特化地层的渗透性．中华人民共和国地质部水文地质工程地质研究所主编．水文地质工程地质论文集2(三峡专集)．北京：地质出版社，1959，156－168.(Lu Y R，Chen L Y，Yu M．Permeability of karst stratum in Guanba District，Nanjin.Institute of Hydrogeology and Engineering Geology(Eds.)The Second Proceedings of Hydrogeology and Engineering Geology.Beijing：Geological Publishing House，1959，156－168.)
[7] Quinlan J F，Ewers R O．Subsurface drainage in the Mammoth Cave area.In：White W B，White E L．Karst hydrology：Concepts from the Mammoth Cave area.New York：Reinhold，1989，65－103.
[8] Werner K．Tracer technique in geohydrology.Balkama.Rotterdam.The Netherlands，1998，581.
[9] Field M S．The QTRACER2 program for tracerbreakthrough curve analysis for tracer tests in karstic aquifers and other hydrologic systems.US：EPA，2002.
[10] 山东地矿局801水文地质工程地质大队．山东省济南市保泉供水水文地质勘探报告，1989.(801 Hydrogeology and Engineering Geology Team.Bureau of geology and mining of Shandong Province.Reports on hydrogeological survey of spring protection and water supply in Jinan，Shandong，1989.)
[11] 朱学愚，徐绍辉，司进峰等．示踪试验在淄博裂隙岩溶水污染治理中的应用．中国岩溶，1997，16(2)：131－1138.(Zhu X Y，Xu S H，Si J F，et al.Application of tracing test to the remediation of contaminated fracturekarst water in Zibo city.Carsologica Sinica，1997，16(2)：131－1138.)
[12] 邹国富，范柱国，朱春蓉等．云南普朗铜矿尾矿库喀斯特渗漏示踪试验研究．成都理工大学学报(自然科学版)，2009，36(3)：292－297.(Zou G F，Fan Z G，Zhu C R，et al.A tracing test of karst seepage of the tailing reservoir in the Pulang copper deposit，Yunnan，China.Journal of Chengdu University of Technology(Sciences & Technology Edition)，2009，36(3)：292－297.)
[13] 蔡五田，戴爱德，袁钢坤等．应用多种示踪剂研究岩溶泉系统的补给边界．中国岩溶，1988，7(4)：378－383.(Cai W T，Dai A D，Yuan G K，et al.Studying the recharge boundary of a karst spring system by means of tracers.Carsologica Sinica，1988，7(4)：378－383.)
[14] 杨平恒，罗鉴银，彭　稳等．在线技术在岩溶地下水示踪试验中的应用—以青木关地下河系统岩口落水洞至姜家泉段为例．中国岩溶，2008，27(3)：215－220.(Yang P H，Luo Q Y，Peng W，et al.Application of online technique in tracer test A case in Qingmuguan subterranean river system.Chongqing，China.Carsologica Sinica，2008，27(3)：215－220.)
[15] 鲁程鹏，束龙仓，苑利波等．基于示踪试验求解岩溶含水层水文地质参数．吉林大学学报(地球科学版)，2009，39(4)：717－721.(Lu C P，Su L C，Yuan L B，et al.Determination of hydrogeologic parameters of karst aquifer based on tracer test.Journal of Jinlin University(Earth sciences Edition)，2009，39(4)：717－721.)
[16] 汪进良，姜光辉，侯满福等．自动化监测电导率在盐示踪试验中的应用—以云南宝宝水库盐示踪试验为例．地球学报，2005，26(4)：371－374.(Wang J L，Jiang G H，Hou M F，et al.Application of electric conductivity to the tracing test：A case study of Babao Reservoir.Acta Geoscientica Sinica，2005，26(4)：371－374.)
[17] 孙继朝，郭秀红，刘满杰等．黄河龙口库区岩溶渗漏示踪试验研究．海洋地质动态，2005，11：40－44.(Sun J Z，Guo X H，Liu M J，et al.A tracing test of karst seepage in the area of Longkou Reservoir on the Yellow River.Marine Geology Letters，2005，11：40－44.)
[18] 刘人太，李术才，张庆松等．示踪试验分析方法在地下工程水害治理中的应用研究．岩石力学与工程学报，2012，31(4)：814－821.(Liu R T，Li S C，Zhang Q S，et al.Research on application of tracer experiment analysis method to water hazards management in underground engineering.Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2012，31(4)：814－821.)
[19] 邓振平，周小红，何师意等．西南岩溶石山地区岩溶地下水示踪试验与分析—以湖南湘西大龙洞为例．中国岩溶，2007，26(2)：163－169.(Deng Z P，Zhou X H，He S Y，et al.Analysis and tracingtest to karst groundwater in Southwest China karst rocky mountain area：A case study in Dalongdong，Western Hunan.Carsologica Sinica，2007，26(2)：163－169.)
[20] 袁道先．论岩溶水的不均匀性．岩溶地区供水水文地质工作方法．北京：地质出版社，1979，1－10.(Yuan D X．Discussion on heterogeneity of karst water.Working Methods of Water Supply Hydrogeology in Karst Areas.Beijing：Geological Publishing House，1979，1－10.)
[21] 王开然，姜光辉，郭　芳等．桂林东区峰林平原区岩溶地下水示踪试验与分析．现代地质，2013，27(2)：452－457.(Wang K R，Jiang G H，Guo F，et al.Karst groundwater tracer test and analysis of peak forest plain area in Eastern Guilin.Geoscience，2013，27(2)：452－457.)
[22] 贺庆昌．济南泉域西部岩溶水系统水力联系研究报告．桂林：地质矿产岩溶地质研究所，1992，52－73.(He Q C．Report on hydraulic connection of karst water system in west of Jinan.Guilin：Institute of Karst Geology，1992，52－73.)
[23] Ford D C，Williams P W．Karst hydrogeology and geomorphology.Wiley，Chichester，2007，562.
[24] 易连兴，夏日元，唐健生等．地下水连通介质结构分析—以寨底地下河系统实验基地示踪试验为例．工程勘察，2010，11：38－41.(Yi L X，Xia Y Y，Tang J S，et al.Analysis on the connecting medium structure of groundwatertaking the tracer tests in the experiment base of Zhaidi Groundriver system as an example.Geotechnical Investigation & Surveying，2010，11：38－41.)
[25] 何师意，Michele L，章　程等．高精度地下水示踪技术及其应用—以毛村地下河流域为例．地球学报，2009，30(5)：673－678.(He S Y，Michele L，Zhang C，et al.A high precision underground water tracing test technique and its applications：a case study in Maocun karst system，Guilin，Guangxi.Acta Geoscientica Sinica，2009，30(5)：673－678.)
[26] 徐尚全，王　鹏，焦杰松等．高精度在线示踪技术在岩溶地下水文调查中的应用．工程勘察，2013，2：40－44.(Xu S Q，Wang P，Jiao J S，et al.Application of highprecision online tracer technique in the hydrogeological investigation of karst groundwater.Geotechnical Investigation & Surveying，2013，2：40－44.)
[27] 陈长生，王家祥，张海平等．示踪试验在复杂岩溶区工程中的应用．水电与新能源，2015，1：22－25.(Chen C S，Wang J X，Zhang H P，et al.Application of the tracer test in engineering project in complex karst area.Hydropower and New Energy，2015，1：22－25.)
[28] 裴建国，谢运球，章　程等．湘中溶蚀丘陵区示踪试验—以湖南新化为例．中国岩溶，2000，19(4)：366－371.(Pei J G，Xie Y Q，Zhang C，et al.Tracing test in corrosional hill areaa case study of Xinhua County，Hunan Province.Carsologica Sinica，2000，19(4)：366－371.)
[29] 姜光辉，郭　芳，林玉石等．岩溶管道流示踪试验的定量解析．水文地质工程地质，2008，增刊：384－387.(Jiang G H，Guo F，Lin Y S，et al.Quantitative analysis of tracer test in karst conduit flow.Hydrogeology and Engineering Geology，2008，supplementary issues：384－387.)
[30] 于正良，杨平恒，谷海华等．基于在线高分辨率示踪技术的岩溶泉污染来源及含水介质特征分析—以重庆黔江区鱼泉坎为例．中国岩溶，2014，33(4)：498－503.(Yu Z L，Yang P H，Gu H H，et al.Application of highresolution online tracer technique in distinguishing the contaminant source of water resources in karst area：A case study of Yuquankan Spring in Qianjiang county，Chongqing.Carsologica Sinica，2014，33(4)：498－503.)
[31] 邓振平，周小红，邹胜章等．在线监测仪在岩溶地下水示踪实验中的应用—广西临桂县罗锦地下水示踪试验．水资源保护，2009，25(2)：75－78.(Deng Z P，Zhou X H，Zou S Z，et al.Application of online monitor to tracing test of karst groundwater：A case study in Luojin of Lingui County，Guangxi Province.Water Resources Protection，2009，25(2)：75－78.)
[32] Jiang G H，Guo F，Polk J S，et al.Delineating vulnerability of karst aquifers using hydrochemical tracers in Southwestern China.Environmental Earth Sciences，2015，74：1015－1027.
[33] Worthington S R H，Smart C C．Determination of tracer mass for effective groundwater tracer tests.Carbonates and Evaporite，2013，3：1－8.

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