| 标题 | 岩溶区渗漏通道的示踪试验 |
| 范文 | 陈亚峰 张强 赵瑞 廖小超 作者简介:陈亚峰（1990玻，男，安徽安庆人，主要从事水文地质、工程地质方面的研究。E瞞ail:376713591@qq.com 通讯作者：张强（1971玻，男，辽宁营口人，副教授，博士，从事水文地质、环境地质的教学和科研工作，E瞞ail:zhangqiang@cdut.cnDOI：10.13476/j.cnki.nsbdqk.2014.04.037 摘要：岩溶管道的发育是水利水电工程的重大安全隐患，所以查清渗漏管道的存在与否是岩溶区水利水电工程的一项重要的基础性工作。示踪方法在检测渗漏通道存在性方面占有着特殊的地位,因为这种方法能够证实各试验点连通关系并且直接了解地下水运动的过程。通过示踪试验对西部地区某一水电站左坝肩的进行调查研究，最终确定各试验点之间存在渗漏通道。 关键词：示踪试验；示踪剂；荧光素；分光光度计；示踪通道；水电工程；回收率 中图分类号：TV697.32文献标志码：A文章编号：16721683（2014）04016904 Tracer Experiment in Karst Seepage Channel CHEN Ya瞗eng,ZHANG Qiang,ZHAO Rui,LIAO Xiao瞔hao (Chengdu University of Technology,Chengdu 610059,China) Abstract:The development of Karst seepage channel is a major safety hazard to the hydropower projects,and therefore the identification of the presence or absence of seepage channel in the water conservancy and hydropower project is an important work.Tracer method is a popular method in terms of detecting the existence of seepage channel,because this method can detect the connection between each test points and then determine the process of groundwater movement.In this paper,tracer test was applied in the left abutment of a hydropower station in Western China,which detected the presence of seepage channel between each test points. Key words:tracer experiment;tracer;fluorescein;spectrophotometer;tracer channel;hydropower engineering;recovery rate 某一水电站工程区地处陕西省西南部，秦岭山脉腹地，东秦岭主峰——太白山东麓，坝址区可溶岩层发育。大规模、集中的岩溶洞穴的发育，对库坝区岩体的利用十分不利，且蓄水后对电站存在较大的岩溶渗透危害性。为调查确定库区的岩溶渗漏通道发育情况，本文拟采用示踪试验法进行调查研究各试验点渗漏通道存在性［12］。 坝址区的ZK51与ZK511钻孔资料揭示，在黑沟梁处，由于同组裂隙的剪胀效应导致局部扩容，产生大型的隐伏状溶蚀空间，由此推测黑沟梁存在较大规模的岩溶管道。同时ZK51东侧陡坎下部库内PD13，在库盆的外沿靠近库盆线的位置。内部蚀裂隙发育同时揭露大规模岩溶空腔，近东西走向，产状EW/S∠67°~72°，壁面波状起伏，石幔发育，钙膜厚度2~20 mm。裂隙最大张开约60 cm，局部充填岩块，见黄色次生泥。同时，在库内库外蓄水高程以下均存在地下水的天然出露点如泉点1、沟水1、泉点2和ZK35旁的沟水。 1试验设计 水库蓄水以后，水在适宜的地形、地质条件下，将会经过地下通道向库外渗漏，从而可能危及工程的安全或影响工程的效益。地下水示踪试验的主要目的是为查明库区内外地下水的水力联系，尤其库内与库区左岸附近各水点的水力联系，确定地下水的主导流向，计算地下水流速［3］。在这些渗漏通道中，岩溶渗漏是值得特别重视的。因为岩溶渗漏问题比其他问题更复杂，导水能力往往更强，也是水利水电建设中较为突出的水文地质问题。 1.1试验目的和内容 （1）探测查明ZK51、ZK50与库内库外地下水的天然出露点之间的水力联系，定性判断二者是否存在连通关系；（2）判定地下水流向；（3）定量计算的库内、库外地下水流量比例。 1.2试验点的选取 本次选取可能存在通道的地点作为投放和接收示踪剂的试验点，从而准确分析各个通道的连通情况。各试验点的信息见表1，在地形三维模型中的位置见图1。库内的试验点包括：泉点1、沟水1；库外的试验点包括：ZK35旁的沟水、ZK50、ZK51、ZK511、PD13和黑沟的泉点02。表1试验点的信息 Table 1Basic condition at each experimental point 试验点名称地理位置X/km地理位置Y/km高程/m流量/（L·s1）备注PD13558 376.9553 711 110.7981 450.1230.7投放点、接收点泉点1558 493.5533 711 064.2751 391.6131接收点黑沟外泉点2557 919.6453 711 182.4281 340.0000.5接收点沟水1558 529.2863 711 111.7831 381.2480.01接收点ZK51558 303.7923 711 138.9381 537.060注水0.22投放点ZK511558 303.4953 711 134.9551 537.060注水0.22投放点ZK50558 577.9343 711 218.0511 448.381未注水投放点ZK35旁沟558 760.1883 711 537.7561 175.5850.01接收点图1库区地形三维模型及各试验点 Fig.1Three瞕imensional terrain model and experimental points of the reservoir 1.3试验方法 示踪探测的原理是在质量守恒定律的基础上，根据示踪剂在不同类型不同结构地下水流场中的弥散规律识别和了解流场的面貌并计算各种流场参数的技术手段。 由于荧光光谱分析法比其他分析方法检测极限低1~2 个数量级［4］， 因此对于大型岩溶水流场的示踪探测,选用这种示踪剂,具有极高的可靠性和良好的经济性［57］。本次试验购买的示踪剂为四氯四碘荧光素二钠，其分子式为C20H2Cl4I4Na2O5；分子量：1 01764；蓝红色粉末，溶于水呈蓝红色无荧光；溶于浓硫酸呈棕色，稀释后有肉红色沉淀；其最大吸收波长会在室内试验室内通过光谱扫描得出为548 nm；性质较稳定，对环境无公害，在地质体中无天然赋存，且现场利用检测快捷方便。本次抽水蓄能电站左岸预测通道示踪连通试验采用国产精密仪器722S型分光光度计作为检测仪器［810］。 当某单色光通过溶液时，其能量就会被吸收而减弱，光能量减弱的程度与溶液中物质的浓度C有一定的比例关系，即符合Lambert睟eer(朗伯脖榷)定律。其关系式可表示为 A=K·C·L=logI/I0（1） 式中：A为光密度又称为吸光度；K为溶液的吸收系；C为溶液的浓度；L为溶液的光径长度；I为透射光强度；I0为入射光强度。 1.4试验设计 （1）将试验点PD13作为预测PD13和泉点1或沟水渗漏通道的投放点，分别在泉点1和沟水1处接收水样并检测。 （2）为了预测PD13与ZK51或ZK511的渗漏通道，从ZK51和ZK511分时段投放示踪试剂，在PD13内部溶蚀裂隙流出的地下水接收水样并检测。 （3）为了预测ZK50与ZK35旁沟的渗漏通道，从ZK50内投入示踪试剂，在ZK35旁的沟水处接收取水样并检测。 （4）为了预测泉点2与ZK51或ZK511的渗漏通道，在ZK51和ZK511分时段投放示踪试剂，并在黑沟外泉点2取样检测。 2示踪探测过程 第一天在投放点ZK50投示踪荧光剂，考虑ZK50与接收点ZK35的距离，在接收点ZK35旁的水沟分两个批次取样检测。第一批次在投下示踪荧光剂后取水样，第二批次在第二天取水样。与此同时，ZK51与ZK511投放点准备开始供水，直到ZK51和ZK511下部溶蚀空腔内部充水，使试验过程中的示踪剂荧光素能顺畅随着供水流动。在ZK51与ZK511供水条件未满足的条件下，第二天进行PD13与泉点1或沟水1的各点之间的渗漏通道示踪试验，PD13内部溶蚀裂隙出露地下水流，可以直接配对示剂进行试验。 （1）预测ZK50与ZK35旁的沟内有水力联系，由于ZK50距离ZK35旁边的沟外距离较远，对ZK35旁边的沟水的检测时间分为两段，在投下荧光素溶液后取5组水样后，隔一天后继续取样，取得样品十组，共十五组水样，利用分光光度计分析检测水样中荧光素浓度。 （2）由于试验前期ZK51和ZK511供水条件未得到满足，利用该阶段对PD13中的裂隙是否与泉点1和沟水1存在渗漏通道，再后期对ZK511及ZK51与PD13做出示踪判断，从而得出ZK511及ZK51与泉点1及沟水1的水力联系。PD13中的裂隙长时间渗水且流量约07 L/s，试验前段时间的降雨对PD13中裂隙渗水的流量有较明显的影响。PD13下方的泉点1出水量较大，约在1 L/s。 （3）供水条件满足后，首先向ZK511抽水，水流量在022 L/s，第一天供水8 h，ZK内未见水位，第二天供水40 min后可见ZK511水位，停止抽水后水位下降明显。根据ZK511内裂缝宽度和抽水的流量可判断ZK511内宽缝的体积约为7 m3。ZK51距离ZK511约5 m，在ZK511水满的情况下ZK51未见水位，开始对ZK51连续注水约7 h，但ZK51始终未见水位，说明ZK511与ZK51水力联系较弱。示踪试验过程中，首先对ZK511投入示踪荧光素溶液，在接收点未接收到荧光素反应的前提下，再对ZK51投入荧光素溶液，分别在PD13裂隙内和黑沟外的泉点2接收。 各试验点信息情况和完成情况及试验点回收率见表2。表2各示踪试验点示踪剂回收率 Table 2Tracer recovery rates at each experiment point 试验点名称投剂量/g时间历时/min回收点最大浓度/ppb回收率（%）渗漏流量/（L·s1）ZK5077月11日PD1327月12日ZK51147月14日ZK51107月15日760ZK35旁沟2103.550.01340泉点115078.60.78340沟水1///270泉点1///385PD1319021.420.14270黑沟外泉点229020.560.13试验结果 ZK50距离ZK35旁的沟较远，根据平面布置图的计算，投放点与接收点的距离为1 000 m，渗漏途径长且裂隙发育，所以对接收点ZK35旁边的沟水取样检测时间要更长痹诙訸K50投入7 g的荧光素溶液后，立即对ZK35旁的沟水取样。第一阶段取样时间为20 min每组，取样5组，间隔9个多h后进行第二段取样，同样为20 min一组，取10组样品共15组样品。结果表明，ZK35旁沟内所取得的水样中含有明显的荧光素反应，荧光素浓度波动也较为明显。该接收点发育在冲沟的一个小裂隙中，流量较小约001 L/s，经过取样检测计算得出该点的接收率为355%，若考虑冲沟的沟水水流量，估算约为02 L/s，可得整个沟水接收率为71%，由此可证明ZK50内水体与ZK35旁的沟水存在渗漏通道。 PD13投放点内，将示踪剂沿着裂隙水缓慢投放并即时在PD13下方的泉点1处进行取样检测，取样时间为340 min。取样分析得出的泉水水样中荧光素的浓度与时间的变化曲线见图2，最大浓度在90 min时候出现，并且有较明显的多波峰形态，而且经过340 min的测样，泉水中荧光素浓度逐渐减少并趋近于0，由泉点1流量以及检测得出的泉水浓度曲线与时间的关系经过计算得出本次检测过程中荧光素的回收率为786%，表明PD13中的裂隙与泉点1存在渗漏通道且较为畅通［1112］。 图2PD13投放泉点1接收水样荧光素浓度彩奔涔叵 Fig.2The concentration瞭ime diagram of fluorescein in the water sample at the spring point 1 of experimental point PD13 在对ZK51投放荧光素溶液之前，预先向ZK51内注水，注水两小时后向ZK51内开始投放荧光素溶液，投放量为10 g，分别在PD13内的裂隙处和黑沟外泉点2处接收。PD13内取样为即时取样，而黑沟外泉点2取样时间为投样90 min以后开始。 PD13接收点的取样起始浓度就显示为较高浓度，这与该接收点与ZK51距离近且水力坡度大有关，在此两个接收点接收的水样中开始都含有高浓度的荧光素，且在长时间的检测中，PD13所取得水样中的荧光素浓度变化起伏较黑沟外泉点2明显，表现为多波峰的状态，PD13接收点在投放示剂后即时取样检测得出，PD13接收点在有效接收时间内接受率2142%。而黑沟外泉点2接收点，由于地形条件的限制，在投样后90 min后开始取得第一个水样，取样总时间为270 min，较之PD13接收点的取样总时间略短，检测计算后得出该接收点的荧光素接收率为2056%，在相同时间内黑沟外泉点2取得水样中的荧光素浓度比PD13中取得水样的荧光素浓度要高。由此可说明ZK51与PD13中所处裂隙以及黑沟外的泉点2拥有渗漏通道，且ZK51中的水体向黑沟外排泄的水量更多，裂隙的畅通性更好。由上也可知在试验接收时间段内所取水样的总接收率为4198%。通过对上述两幅图的延展趋势分析得出PD13接收点的荧光素浓度约在6 h后趋近于0，而黑沟外泉点2接收点处的荧光素浓度约在3 h候趋近于0，对其延展性分析计算得出PD13点的总接收率约为3213%，同时黑沟外泉点2的总接收率约为3084%，在有效的测试时间内两个接收点总的接收率约为6297%，反映或有其他地下水分散出露点未被检测接收、或者该溶蚀宽缝具有较大的储水空间。 4结语 （1）本次试验选用萤光素为其作为复杂岩溶水环境示踪剂，其良好的肉眼可见性，可以发现事先未估计到的连通点，从而避免重大的失误。尤其是经抗吸附和提高溶混性能处理的萤光素，是很好的示踪材料。 （2）利示踪试验法勘察岩溶区渗漏通道时，试验前期准备工作要十分充分，特别是应首先预测渗漏通道，再设计投放点与接收点。 （3）本次试验结果证实，利用荧光素示踪剂试验能够确定渗漏通道，更为重要的是根据示踪剂排放量与接收量的比例以及示踪剂随时间的变化曲线，可以分析渗漏通道的渗漏量的大小。 参考文献（References）： ［1］袁道先,李彬,刘再华.中国岩溶［M］.桂林:广西师范大学出版社,1996.(YUAN Dao瞲ian,LI Bin,LIU Zai瞙ua.China Karst［M］.GuiLin:Guangxi Normal University Press,1996.(in Chinese)) ［2］卢耀如.岩溶地区主要水利工程地质问题与水库类型及其防渗处理途径［M］.水文地质工程地质,1982.(LU Yao瞨u.The Main Hydraulic Engineering Geological Problems in Karst Areas with Impermeable Reservoir Types and their Treatment Approach ［M］.Hydrogeology and Engineering Geology,1982.(in Chinese)) ［3］工程地质手册编写委员会.工程地质手册［K］.2版.北京:中国建筑工业出版社，1992.(Engineering Geology Handbooks Committee.Engineering Geology Handbook［K］.Edition.BeiJing:China Building Industry Press，1992.(in Chinese)) ［4］戴树桂.仪器分析［M］.高等教育出版社，1984 .(DAI Shu瞘ui.Instrumental Analysis ［M］.Higher Education Press，1984(in Chinese)) ［5］李敬兰,李益民.广西龙布排泥库地下水多元示踪试验研究［J］.安全与环境工程,2004(11) :59 62.(LI 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