水文地质勘察（第2版）：利用指示剂或示踪剂确定成果

2023-09-18 理论教育版权反馈

【摘要】：把放射性示踪剂注入井内待测的深度,随着地下水的天然流动,示踪剂浓度在水流的上下游会产生差异,表现为不同方向的放射性强度产生变化,用流向探测器测得各方向放射性的强度,并将数据传输给地面的计算机。

5.6.2.1 多孔示踪法

根据已有的等水位线图或三点孔资料确定出地下水流向后,即可沿地下水的流向布置2个钻孔,如图5-30所示。上游1#孔为投试剂孔,下游2#孔为接收试剂主孔。为了防止指示剂绕过观测孔,可在观测孔两侧0.5～1.0m处各布置一个辅助观测孔(图5-30中的3#孔和4#孔)。投剂孔与接收孔之间的距离大小,取决于含水层的透水性,一般细砂为2.5m,粗砂砾石为5～10m,透水性很强的裂隙岩层为10～15m[1,2]。

所投指示剂的类型及方法,可参考表5-12[4]。

表5-12　地下水实际流速测定时常用的指示剂种类和检验方法(据杨成田,1981)

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最后根据试验观测资料,绘制出观测孔内指示剂随时间的变化曲线(图5-31)。

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图5-30　测定地下水流向的钻孔布置示意图

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图5-31　观测孔中指示剂含量变化过程曲线

一般情况下可选用指示剂浓度峰值出现的时间来计算流速,此时所求得的流速为地下水的实际平均流速。如以指示剂在观测孔中刚出现的时间计算,所求得的流速则为最大流速。地下水上述两个流速值均可按式(5-39)求得[1,2]:

式中:u为地下水的实际流速,m/h;L为投剂孔到观测孔的距离,m;ΔT为指示剂从投剂孔到观测孔所需的时间,h。

5.6.2.2 单孔示踪法

单孔示踪法是指把放射性示踪剂投入到钻孔或测试井中,再用放射性探测器测定该点的流速。常用的示踪剂为以NaI为载体的131 I放射性同位素(半衰期为8.07d),它能释放γ射线和β射线。

(1)流向测定的原理。把放射性示踪剂注入井内待测的深度,随着地下水的天然流动,示踪剂浓度在水流的上下游会产生差异,表现为不同方向的放射性强度产生变化,用流向探测器测得各方向放射性的强度,并将数据传输给地面的计算机。所测强度最大值与最小值方向的连线即为地下水动态流向,强度最大方向即为下游方向。

(2)测定流速的原理是:采用微量的放射性同位素131 I标记滤水管中的水柱,标记的地下水柱被流经滤水管的水稀释而浓度淡化,其稀释的速率和地下水渗透速度之间服从下面关系式[2]:

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式中:Vf为地下水的渗流速度,m/d;r1为滤管的内半径,mm;N0为同位素的初始浓度(t=0时)计数率;N为t时刻同位素的浓度计数率;α为流场畸变校正系数,由5-42式求得;β为校正系数,由下式求得[2]:

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式中:V为测量水柱的体积,m;VT为探头的体积,m3。

根据计算机在不同时刻t采集的计数率N,采用最小二乘法回归分析,即可计算出地下水的渗透速度。

流场畸变校正系数是由于透水层中钻孔的存在而引起在滤水管的附近地下水流场发生畸变而引入的一个参变量。其物理意义是:地下水进入或流出滤水管的两边线,在距离滤水管足够远处,两者平行时的间距与滤水管直径之比。如没有滤水管不填砾料的基岩裸孔,一般取α=2。单孔稀释法在实际应用中的关键是对α的确定。对于只有滤水管而没有填料的试验井,其值可以用下式来确定[2]:

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式中:k1为滤水管的渗透系数;k3为含水层的渗透系数;r1为滤水管的内半径;r2为滤水管的外半径。

当采用只有滤水管而没有填料的井孔时,也可选用经验公式进行近似估计:

式中:n为滤网的空隙率,%;Vf为地下水的渗流速度,m/d。

水文地质勘察（第2版）：利用指示剂或示踪剂确定成果

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