利用在线高分辨率示踪技术估算岩溶地下河形态特征.docxVIP

利用在线高分辨率示踪技术估算岩溶地下河形态特征 0 在线分辨率示踪技术已成为一种重要的试验方法,受水化学和地质学的影响 中国有丰富的岩石和地下水资源，但岩石和地下水的结构非常复杂，含水层介质不均匀，因此很难获得特征。摸清岩溶地下河形态特征、获取水文地质参数,这对岩溶地下河水资源的开发、管理与利用有着重要的作用。而示踪试验则常被用来作为探寻地下水补给源、污染源、水库和尾矿库渗漏的重要方法,也是水资源管理和获取水文模型物理参数的一个重要手段。随着示踪技术的发展,在线高分辨率示踪技术已经逐渐应用于水文地质研究领域,它克服了传统示踪试验方法存在的野外采样室内分析、试验成本高、劳动强度大、取样时间长、样品搁置时间久和取样时易污染等问题。目前利用在线示踪技术对岩溶管道的形态特征及其水文地质参数的研究甚少,本文利用野外在线高分辨率示踪技术自动监测示踪剂回收情况,通过分析示踪剂浓度历时变化曲线特征,结合研究区域地理空间信息来推测岩溶地下河形态特征并估算其水文地质参数。 1 下河系统发育及对比 青木关地下河位于重庆市境内,地处沙坪坝区、北碚区和璧山县的交界处。该区气候温暖湿润,年均气温16.5 ℃,属于亚热带季风气候区。区内年均降雨量1 250 mm,降水主要集中在5-10月份。 青木关岩溶地下河系统发育在川东平行岭谷区华蓥山帚状褶皱束温塘峡背斜中段,青木关背斜轴部。背斜呈NE走向(图1),且断层发育。背斜轴部地层为三叠系下统嘉陵江组(T1j)厚层块状灰岩、白云岩、白云质灰岩夹角砾状灰岩;背斜两翼为中三叠统雷口坡组(T2l)白云质灰岩、白云岩及泥灰岩夹角砾状灰岩及灰绿、黄绿色页岩和三叠系上统须家河组(T3xj)长石石英砂岩、泥质粉砂岩、泥岩并夹有煤层。区内岩溶较为发育,落水洞、岩溶洼地等广为分布。青木关地下河上游始于虎头山甘家槽,汇水以地表径流的方式通过岩口落水洞(洞口高程524 m)注入地下河;地下河下游主要出口为位于青木关镇袁家沟的姜家泉(高程320 m),河水从此出露注入青木溪。 2 试验计划和结果 2.1 试验设计 2.1.1 检测波长的选择 本次试验仪器使用瑞士Albillia公司生产的GGUN-FL30型野外自动化荧光仪, 利用示踪剂对不同波长的光具有选择性吸收的特点,仪器首先发出特定的激发光光束,经含示踪剂溶液的过滤作用,仪器接收到不同波长和强度的接收光,而接收光的光强度和示踪剂浓度成反比,从而根据二者之间的关系函数能计算得到示踪剂浓度。该型号野外荧光仪灵敏度极高,对荧光素的检测精度达到0.02 μg/L,采样时间间隔有2 s、3 s、10 s、30 s、60 s、120 s、300 s和900 s等八种选择。本次试验将仪器采样时间间隔设置为120 s,示踪剂选择极易溶于水、无毒、无味、自然含量极低、化学性质稳定且容易被仪器检测的荧光素钠。 2.1.2 设置投放点 示踪剂投放点选择容易操作,有较大径流的地方,岩口落水洞被认为是青木关地下河最大、最主要的入口,地表径流量较大,选择其作为投放点,利于示踪剂的溶解与运移。接收点选择青木关地下河的主要出口姜家泉,与投放点岩口落水洞水平直线距离7.4 km,此处修有规则的人工渠道,且建有水位监测站,不仅方便安放、保管仪器,而且能实时监测姜家泉水位,为定量计算提供可靠数据。 2.1.3 荧光素钠投放量的确定 青木关地下河一个重要的补给来源是由甘家槽汇水形成的地表径流通过岩口落水洞注入,因此示踪剂投放时间应选择适合操作的天气,且地表径流适中的时候。2012年6月24日到6月29日每天都有间歇性降雨,六天降雨量累计达到71.6 mm,6月30日到7月6日无降雨,甘家槽地表径流减小到适中流量,因此选择在7月6日投放示踪剂。首先将20 L的塑料桶装满水,然后将事先准备好的300 g荧光素钠取出三分之一(防止一次放入不能完全溶解而对实验结果造成影响)缓慢放入塑料桶中,边放边用搅拌棒搅拌,使荧光素钠充分溶解,接着缓慢倒入明流渠中;重复以上操作直至示踪剂完全投放完。开始投放的时间为14:38。 2.1.4 蓄电池电压检测 野外环境复杂,为确保仪器能正常工作,每隔两天用笔记本电脑当场采集数据,并对蓄电池电压进行测量,以保证足够电压。等示踪剂浓度恢复到背景值后,再连续监测一周,以判断示踪剂浓度是否会出现第二次变化,以确保试验的完整性。 2.2 示踪剂回收量计算 通过定期观察,示踪剂的浓度于2012年7月17日恢复到背景值0.27 μg/L,野外试验结束。示踪仪记录的荧光素钠浓度变化与姜家泉流量变化如图2所示。 此次试验共历时272 h,示踪剂初现时间为36.2 h,示踪剂浓度历经43.5 h达到第一峰值,183 h达到第二峰值。根据姜家泉水文站自动监测的流量,可以通过公式(1)计算示踪剂回收量。 Mo=tc∑