一种采用示踪技术确定径流区水平渗流通道的方法技术

本发明专利技术公开了一种采用示踪技术确定径流区水平渗流通道的方法，该方法基于岩溶地区水文地质条件认识的基础上，首先选取区域内已有水文地质观测孔，进行水位统测，绘制地下水流场，确定各孔之间的水力联系，进而布置示踪试验，计算区域内的水平视流速；然后有针对性的选取代表性钻孔进行地下水温度、电导率指标的长期监测，判断孔内地下水运动的拐点，确定水平渗流通道的赋存深度，计算钻孔内垂向上地下水的流速；最后综合分析垂向与水平方向上流速的差异来确定渗流通道。本发明专利技术为岩溶水系统的保护及岩溶水资源管理提供科学依据和决策支持。

【技术实现步骤摘要】
一种采用示踪技术确定径流区水平渗流通道的方法
本专利技术涉及水文地质
，具体地说是一种采用示踪技术确定岩溶水系统水平渗流通道的方法。
技术介绍
岩溶地下水赋存的不均一性对水源地开发、岩溶水污染防控、工程建设及矿区安全生产造成重大的危害。由于岩溶裂隙发育不均，目前尚缺乏准确查找岩层中不同深度处存在地下水渗流通道的技术方法。因此，判断精准确定岩溶地区渗流通道的位置成为国内外岩溶水科学与工程领域研究的难点问题之一。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提供了一种采用示踪技术确定径流区水平渗流通道的方法，该方法原理科学、方法简单、易操作，数据容易获取，且具有较强的实用性。本专利技术解决其技术问题所采取的技术方案是：一种采用示踪技术确定径流区水平渗流通道的方法，包括以下步骤，第一步，根据水文地质图，对研究区域内所有钻孔的结构进行调查，确定孔深、含水层岩性、止水段深度、钻孔坐标和高程；第二步，逐一观测第一步中各钻孔内的水位，绘制研究区域内的地下水流场图，确定各钻孔间的水力联系；第三步，布置示踪试验，计算水平视流速，并根据水平视流速确定渗流通道的水平延伸方向；3.1根据第二步绘制的地下水流场图确定投源点，以投源点为中心，四周布置水位观测点，以投源点为中心，在地下水流向的下游，呈扇形布置水质观测点；3.2选取示踪剂；3.3对步骤3.1中确定的水质监测点进行取样，确定各个水质监测点的示踪剂背景值；3.4计算示踪剂投放量；3.5向投源点内投放示踪剂；3.6观测水位监测点和水质监测点的水位，每天一次，观测三天，并根据观测到的水位绘制等水位线图，然后观察绘制好的等水位线图，判断在水质监测点的附近是否存在降落漏斗，若存在降落漏斗，则对该水质监测点进行标记。3.7按照由近及远的顺序对水质监测点进行取样监测，记录示踪剂的浓度及出现的时间，并根据监测数据和步骤3.6中确定的降落漏斗情况调整采样频率；3.8根据步骤3.7监测的结果绘制示踪剂扩散速度等时线及运移路径，然后计算水平视流速；3.9根据步骤3.8的计算结果计算研究区域内的平均流速；第四步，计算垂向流速，确定渗流通道的垂向赋存深度。4.1根据步骤3.9的计算结果选取流速大于平均流速的水质监测点，并在该水质监测点上的钻孔内每隔1m监测温度和电导率；4.2根据步骤4.1的监测结果绘制各个水质监测点的温度曲线图和电导率曲线图；4.3针对某一水质监测点计算垂向上的地下水流速；4.3.1根据步骤4.2绘制的温度曲线图和电导率曲线图确定该水质监测点的温度拐点和电导率拐点出现的深度，确定该水质监测点处水平渗流通道的赋存深度；4.3.2计算步骤4.3.1确定的各拐点深度上的地下水的垂向流速；4.4重复步骤4.3的操作，计算步骤4.1中确定的各个水质监测点的地下水垂向流速；第五步，根据第三步和第四步的结果，在地质剖面的基础上，绘制渗流通道空间分布地质剖面图。进一步地，布设的水位监测点和水质监测点均应包含研究区域内的所有含水层。进一步地，所述的示踪剂应满足无毒、化学性质稳定、不易被吸附和降解、溶解度高、背景值低和灵敏度高的要求。进一步地，在步骤3.3中，同一水质监测点取样2-3次，并以测得的示踪剂浓度的平均值作为该水质监测点的背景值浓度。进一步地，在步骤3.5中，若投源点存在多个含水层，则以最上层含水层作为示踪剂的投放目的层。进一步地，在步骤3.7中，对水质监测点的示踪剂进行检测时，以背景值浓度的5倍作为示踪剂的检出标准。进一步地，步骤3.7中，采样频率的调整原则为，当水质监测点检出示踪剂时增加采样频率，并同时对下一批较远处的水质监测点进行监测；当水质监测点检出的示踪剂浓度低于峰值时，降低采样频率；当水质监测点检出的示踪剂浓度达到背景值时，采样结束；当水质监测点附近存在降落漏斗时，对该水质监测点要进行加密监测。进一步地，步骤4.1中监测频率遵循的原则为，在2-7月份、9—12月份每月测试3次，在1月和8月增加测试频率为每月测试5次，雨后加密测试3天，每天一次。本专利技术的有益效果是：1、原理科学、方法简单、易操作，数据容易获取，具有较强的实用性。2、可借助已开展的地质钻孔、水文地质或工程地质钻探工作开展水位观测，无需投入专项地下水流网勘察，节约了时间、提高效率，具有较高技术经济性。3、对于水平视流速而言，采用示踪技术，并以取样点检测的示踪剂峰值为依据，便于理解，取得的成果符合野外实际具有科学性。4、对于垂向上的流速检测而言，以钻孔内不同深度的实测温度、电导率为依据，计算结果便于解释、且不存在多解，取得的成果符合野外实际，具有科学性。5、在水平流速和垂向流速准确的基础上，综合分析垂向与水平方向上流速的差异来确定的渗流通道也更加准确，科学，能够为岩溶水系统的保护及岩溶水资源管理提供科学依据和决策支持。附图说明图1为济南泉域径流区的地下水流场图；图2为示踪剂扩散速度等时线及运移路径；图3为水质监测点J2井的温度曲线图；图4为水质监测点J2井的电导率曲线图；图5为地温分布曲线；图6为地层中存在水平渗流通道时的地温分布曲线；图7为济南泉域径流区渗流通道空间分布地质剖面图。具体实施方式一种采用示踪技术确定径流区水平渗流通道的方法包括以下步骤。第一步，钻孔调查。根据水文地质图，对研究区域内所有钻孔的结构进行调查，确定孔深、含水层岩性、止水段深度、钻孔坐标和高程。在这里所述的钻孔包含但不限于钻孔和机井，凡是可对水文地质进行研究的孔均包含在其内。第二步，绘制研究区域内的地下水流场图。逐一观测第一步中各钻孔内的水位，绘制研究区域内的地下水流场图，然后根据绘制的地下水流场图，水位高低、孔内地层岩性、止水位置等信息确定各钻孔间的水力联系。作为一种具体实施方式，本实施例中所述的研究区域为济南泉域径流区，并绘制该区域的地下水流场图如图1所示。第三步，布置示踪试验，计算水平视流速，并根据水平视流速确定渗流通道的水平延伸方向。3.1根据第二步绘制的研究区域内的地下水流场图确定投源点，然后以投源点为中心，四周布置水位观测点，以投源点为中心，在地下水流向的下游，呈扇形布置水质观测点，且布设的水位监测点和水质监测点均应包含研究区域内的所有含水层。在这里，所述的水位监测点和水质监测点可以是同一监测点，也可以是不同监测点。作为一种具体实施方式，本实施例中所述研究区域内的投源点确定为兴济河，确定的水位监测点和水质监测点布置如图1所示。3.2选取示踪剂，且所述的示踪剂应满足无毒、化学性质稳定、不易被吸附和降解、溶解度高、背景值低和灵敏度高(即容易被仪器检测到)的要求。作为一种具体实施方式，本实施例中所选取的示踪剂为钼酸铵。3.3对步骤3.1中确定的水质监测点进行取样，确定各个水质监测点的示踪剂背景值。为了防止出现人为污染，同一水质监测点取样2-3次测定示踪剂的浓度，并以其平均值作为该水质监测点的背景值浓度。3.4计算示踪剂投放量示踪剂投放量的计算公式为：M＝a(TQC)b式中：M—为投放量；a,b—为经验系数，通过查手册可得；T—为投放点到接收点的运移时间；Q—接收点的岩溶水流量；C—预设的接收点的示踪剂浓度峰值。式中投放点到接收点的运移时间，有两种获取方式：(1)根据以往已有的试验得到岩溶水的流速，然后运移距离除以岩溶水流速得到运移时间。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种采用示踪技术确定径流区水平渗流通道的方法，其特征在于：包括以下步骤，第一步，根据水文地质图，对研究区域内所有钻孔的结构进行调查，确定孔深、含水层岩性、止水段深度、钻孔坐标和高程；第二步，逐一观测第一步中各钻孔内的水位，绘制研究区域内的地下水流场图，确定各钻孔间的水力联系；第三步，布置示踪试验，计算水平视流速，并根据水平视流速确定渗流通道的水平延伸方向；3.1根据第二步绘制的地下水流场图确定投源点，以投源点为中心，四周布置水位观测点，以投源点为中心，在地下水流向的下游，呈扇形布置水质观测点；3.2选取示踪剂；3.3对步骤3.1中确定的水质监测点进行取样，确定各个水质监测点的示踪剂背景值；3.4计算示踪剂投放量；3.5向投源点内投放示踪剂；3.6观测水位监测点和水质监测点的水位，每天一次，观测三天，并根据观测到的水位绘制等水位线图，然后观察绘制好的等水位线图，判断在水质监测点的附近是否存在降落漏斗，若存在降落漏斗，则对该水质监测点进行标记。3.7按照由近及远的顺序对水质监测点进行取样监测，记录示踪剂的浓度及出现的时间，并根据监测数据和步骤3.6中确定的降落漏斗情况调整采样频率；3.8根据步骤3.7监测的结果绘制示踪剂扩散速度等时线及运移路径，然后计算水平视流速；3.9根据步骤3.8的计算结构计算研究区域内的平均流速；第四步，计算垂向流速，确定渗流通道的垂向赋存深度。4.1根据步骤3.9的计算结果选取流速大于平均流速的水质监测点，并在该水质监测点上的钻孔内每隔1m监测温度和电导率；4.2根据步骤4.1的监测结果绘制各个水质监测点的温度曲线图和电导率曲线图；4.3针对某一水质监测点计算垂向上的地下水流速；4.3.1根据步骤4.2绘制的温度曲线图和电导率曲线图确定该水质监测点的温度拐点和电导率拐点出现的深度，确定该水质监测点处水平渗流通道的赋存深度；4.3.2计算步骤4.3.1确定的各拐点深度上的地下水的垂向流速；4.4重复步骤4.3的操作，计算步骤4.1中确定的各个水质监测点的地下水垂向流速；第五步，根据第三步和第四步的结果，在地质剖面的基础上，绘制渗流通道空间分布地质剖面图。...

【技术特征摘要】
1.一种采用示踪技术确定径流区水平渗流通道的方法，其特征在于：包括以下步骤，第一步，根据水文地质图，对研究区域内所有钻孔的结构进行调查，确定孔深、含水层岩性、止水段深度、钻孔坐标和高程；第二步，逐一观测第一步中各钻孔内的水位，绘制研究区域内的地下水流场图，确定各钻孔间的水力联系；第三步，布置示踪试验，计算水平视流速，并根据水平视流速确定渗流通道的水平延伸方向；3.1根据第二步绘制的地下水流场图确定投源点，以投源点为中心，四周布置水位观测点，以投源点为中心，在地下水流向的下游，呈扇形布置水质观测点；3.2选取示踪剂；3.3对步骤3.1中确定的水质监测点进行取样，确定各个水质监测点的示踪剂背景值；3.4计算示踪剂投放量；3.5向投源点内投放示踪剂；3.6观测水位监测点和水质监测点的水位，每天一次，观测三天，并根据观测到的水位绘制等水位线图，然后观察绘制好的等水位线图，判断在水质监测点的附近是否存在降落漏斗，若存在降落漏斗，则对该水质监测点进行标记。3.7按照由近及远的顺序对水质监测点进行取样监测，记录示踪剂的浓度及出现的时间，并根据监测数据和步骤3.6中确定的降落漏斗情况调整采样频率；3.8根据步骤3.7监测的结果绘制示踪剂扩散速度等时线及运移路径，然后计算水平视流速；3.9根据步骤3.8的计算结构计算研究区域内的平均流速；第四步，计算垂向流速，确定渗流通道的垂向赋存深度。4.1根据步骤3.9的计算结果选取流速大于平均流速的水质监测点，并在该水质监测点上的钻孔内每隔1m监测温度和电导率；4.2根据步骤4.1的监测结果绘制各个水质监测点的温度曲线图和电导率曲线图；4.3针对某一水质监测点计算垂向上的地下水流速；4.3.1根据步骤4.2绘制的温度曲线图和电导率曲线图确定该水质监测点的温度拐点和电导率拐点出现的深度，确定该水质监测点处水平渗流通道的赋存深度；4.3.2计算步骤4.3.1确定的各拐点...

【专利技术属性】
技术研发人员：邢立亭，迟光耀，邢学睿，李常锁，邢学韬，相华，赵振华，
申请(专利权)人：济南大学，
类型：发明
国别省市：山东,37