综合技术手段在刁江流域某溶洞水文地质勘查中的应用研究_李智.pdf

：综综合合技技术术手手段段在在刁刁江江流流域域某某溶溶洞洞水水文文地地质质勘勘查查中中的的应应用用研研究究李智，张晓鹏，赵建强（天津华北地质勘查总院，天津）摘要喀斯特老矿区地下水污染问题已成为地下水环境污染防治工作中的重点，查明治理区水文地质条件是地下水环境污染防治工作的基础。以刁江流域某溶洞为例，基于历史水文地质研究工作成果，对水文地质测绘、洞穴测量、示踪试验、动态观测和水样测试等多种综合技术手段在溶洞区水文地质勘查中的应用进行阐述，查明研究区水文地质条件。结果认为：溶洞位于地下河系统的排泄区，地下河主要接受鲁塘、绿阴塘和南丹组溶洞 溶蚀裂隙含水层（）补给；溶洞地下河和附近地表水体存在水力联系，地下水流速较快，运移路径较通畅，岩溶仍在发育，地下水排泄基准面也在不断下切；两组试验示踪剂回收量均与投放量基本相等，说明地下河只有一个出口，无其它地下水排泄通道。且 组样品水质状况均为劣类，溶洞地下河受工业企业影响，呈现重度污染。研究结论为后期水污染防治及岩溶地区水文地质勘查提供借鉴。关键词水文地质测绘；示踪试验；动态观测；洞穴测量中图分类号；文献标识码文章编号 （）收稿日期 作者简介李智（），男，河北唐山人，水工环工程师，主要从事水文地质、地下水建模方面工作。引言某溶洞是刁江支流平村河的源头，是 年环保部环境规划院对刁江流域车河、拉么、大厂、五圩 个矿区的土壤污染状况和刁江流域河道沉积尾砂采样调查项目中的重要调查部分，是刁江的重点污染源头区域，开展研究区的水文地质调查，对开展污染状况调查，摸清家底，针对性的提出风险管控措施，实现源头区域的污染防控，改善区域土壤环境质量，意义重大。本研究在以往水文地质研究工作的基础上，有针对性开展勘查工作，综合运用水文地质测绘、洞穴测量、示踪试验、动态观测、水样测试等多种手段，详细查明了研究区水文地质条件，为后期水污染防治工作打下了坚实的基础。概况 自然条件研究区位于云贵高原的东南边缘，地势北高南低，海拔标高 ，相对高差在 ，属中低山区，为岩溶地貌区；亚热带的山地气候；年平均降雨量为 ，年平均蒸发量为 ，平均气温为。地质研究区地处南华准地台桂中台陷与右江再生地槽的交接部位，丹池褶断带中段，地层岩性组合较复杂，断裂构造发育，地球物理及地球化学异常显示突出，蚀变及矿化较强，是丹池锡铅锌铜多金属成矿带的中段。出露地层主要为泥盆系、石炭系、二叠系。泥盆系主要为泥灰岩、泥岩、灰岩、硅质岩，夹少许碎肩岩，代表浅海台地 深海海槽沉积环境。石炭系以海相碳酸盐岩为主，其次为海陆交互相碎肩岩，局部为硅质岩。二叠系为浅海相燧石灰岩、灰岩、硅质岩。区域内矿产资源丰富，矿种繁多、矿床类型复杂；矿体规模巨大且储量集中等特点，主要金属矿产有锡、锌、铅、银、铜、钨等。岩溶地质研究区 内 灰 岩 的 主 要 矿 物 成 分 为 方 解 石，含 氧 化 钙 ，氧 化 镁 ，酸 不 溶 物 。由于沉积环境不同，灰岩的成分、结构、构造不同。厚层质纯的灰岩，具有粗晶结构的灰岩，氧化钙与氧化镁比值高和酸不溶物含量低的灰岩，可溶性良好，岩溶发育。反之，岩溶不发育。灰岩中的构造破碎带和裂隙带，地下水富集，岩溶也比其它部位发育。受断裂构造控制，岩溶发育一般不均匀，形不成统一的地下水位，地下水赋存于相对独立的岩溶系统中。灰岩裸露区位于山间盆地中的，汇水条件良好，地下水循环交替强烈，岩溶发育。地表多见溶沟、溶槽。主要研究手段 水文地质测绘水文地质测绘的主要目的是查明研究区水文地质条件、岩溶发育特征，并分析地下河成因。测绘区域为某溶洞地下河系统流域补给区、径流区和排泄区，调查比例尺为 ，调查面积 。研究区位于大厂和平河水文地质单元，地下水主要接受大气降雨直接补给，主要以下降泉形式出露地表排泄，部分以矿坑排水形式排泄及以地下河形式向外部排泄。主要含水层分布及其特征见表，简易水文地质图见图。示踪试验示踪试验主要目的是确定地下河与附近地表水之间的水 年 月第 卷 第 期 地下水o ，o.力联系，查明地下河的主要补给来源及地下河管道结构特征，验证工业废水和生活污水的排泄通道是否唯一。勘查工作共开展了 组示踪试验。依据水文地质调查结果和研究区实际情况，选取工业废水和生活污水汇合处即洞口处作为示踪剂投放点，在地下河出口处设置接收点。因地下河补给来源鲁塘和绿荫塘水量变化较大，选取流量较大和较小的时候，分别进行示踪试验，第一组投放试剂 ，第二组投放试剂 ，两组试验相互检查印证。示踪剂浓度 时间曲线如图 所示。表 研究区主要含水层特征名称代号主要岩性富水性第四系全新统松散岩类孔隙含水层亚砂土、亚黏土弱茅口组溶洞 溶蚀裂隙含水层燧石灰岩、灰岩中等栖霞组溶洞 溶蚀裂隙含水层灰岩夹燧石灰岩中等南丹组溶洞 溶蚀裂隙含水层灰岩、结核灰岩中等鹿寨组溶洞 溶蚀裂隙含水层页岩、粉砂岩中等五指山组溶洞 溶蚀裂隙含水层 扁豆状、条带状灰岩弱榴江组溶洞 溶蚀裂隙含水层硅质岩弱泥盆系中统罗富组隔水层泥岩、泥灰岩弱图 简易水文地质图图 示踪剂浓度 时间曲线设采集的示踪剂浓度 时间曲线为（），接收点流量为，接收示踪剂的总量为，则有公式：（）（）采用网格法计算图 两组曲线与 轴包围的面积分别为 和 ，试验当天地下河平均流量分别为 和 ，代入上式，求得分别为 和 。第一组试验浓度曲线为单波峰形态，为一个管道；第二组试验浓度曲线为双波峰形态，表明地下河系统发育有两个支管道。两次试验差异可能由于水流量大小造成。流量较小时（第二组试验期间）地下河分成两股，分别向下游排泄；流量大时，水位较高，河水连成一股，整体向下游排泄。溶洞测量溶洞测量的主要目的为查明溶洞规模大小、形态特征和尾矿堆积等情况，对地下河管道进行探测，查明其结构特征。首先沿洞穴走向拉导线，在变化明显处测量洞穴几何参数，获得长度、宽度、高度等数据，同时进行简易水文地质编录和手绘素描图。然后依据洞穴数据绘制图件，包括平面图（图）和纵断面图（图）。图 溶洞平面图图 溶洞纵断面图 动态观测河流动态观测主要工作内容为定期观测地下河上、下游流量。调查工作在地下河入、出口，和中下游共布设了 个河流监测断面。采用流速仪进行观测，保证了观测手段的一致性，确保了所取数据的可利用性。观测时间于 年 月 日起至 年 月 日，观测频率每 观测一次，示踪试验期间加密观测，累计观测 点次。表 溶洞地下河水质定性评价分级表序号河段取样地点水质状况主要影响元素绿荫塘支流劣类、溶洞地下河上游段鲁塘支流劣类、地下河入口劣类、溶洞内洞内与地下河交汇处劣类、溶洞下游段地下河出口劣类、水样测试水质样品采集主要工作内容为在地下河上、下游进行水样采集，并送至实验室测试，了解研究区水质现状、水文地球化学特征、地下水环境的演化规律，了解地下水迁移、运动规律，判断地下地下河主要补给来源。勘查工作共采集全分析水样 组，分别位于在鲁塘支流，绿荫塘支流，地下河入口处，溶洞内和地下河出口处。测试项目为：、砷、汞、铅、镉、铁、锰、锑、锌、铜、总磷，共 项。水分析项目的采集、送检和检验方法，按地下水质检验方法（）、地下水质量标准（下转第 页）第 卷第 期地下水 年 月结束后，路基固结度达到 ，第 级堆载开始后，路基固结度达到 ，并保持稳定状态，说明此时路基沉降过程已结束，固结度满足工程要求。将数值模拟结果和规范计算结果对比可知，各计算点固结度最大差值为 ，最小差值为 ，两者计算结果较为一致，说明数值模拟结果具有较好的准确性，可用于该类型路基沉降固结度的计算。图 路基固结度规范计算结果结语本文以某公路软土地基为例，通过有限元数值模拟和规范法计算软基沉降固结度随时间变化情况，主要结论如下：（）数值计算结果表明，路基在堆载 时，路基中心线两侧孔隙水压力约在 ，路基整体固结度达到 ，满足工程设计要求。（）根据规范法计算结果，在第 级堆载结束后，路基沉降固结度为 ，最后稳定在 。（）数值模拟法与规范法计算得到的固结度结果较为接近，两者最大差值为 ，最小差值仅 ，数值模拟方法可较好的用于该类路基沉降固结计算。参考文献黄朝煊，袁文喜，胡国杰 成层软土地基预固结处理后桩基水平承载力估算方法 岩土力学 （）：宁博，王龙华，张学喜 堤防软土地基固结沉降预测模型研究与应用 治淮 （）：郭勇，顾长存 软土地基排水板堆载联合预压数值模拟研究 粉煤灰综合利用 （）：贾恺，杨光华，汤连生，等 软土地基堤围稳定性计算方法北京科技大学学报 （）：王二兵，徐良，沈强儒，等 软土地基条件下的公路工程施工技术研究 公路工程 （）：刘光庆，葛红斌，刘海旺，等 软土地基填海机场堆载预压沉降预测分析方法 工业建筑 （）：江杰，张探，欧孝夺，等 软土地基基坑开挖对坑底桩受力与位移影响的时效分析 科学技术与工程 （）：郭勇，顾长存 软土地基排水板堆载联合预压数值模拟研究 粉煤灰综合利用 （）：塑料排水 板处 理软土 地基的 影响 因素分 析 工程 建设（）：潘春雷，孙韬，陈垍欢 塑料排水板处理唐曹铁路软基数值模拟分析 路基工程（）：盛文治 基于塑料排水板处理的软土地基沉降规律研究 四川建材 （）：（上接第 页）（）、地表水环境质量标准（）执行。勘查成果评价（）依据水文地质测绘成果并分析区域水文地质资料，基本查明了地下河系统的补给、径流、排泄条件，宏观上掌握了地下河系统单元的边界条件。溶洞位于地下河系统的排泄区，地下河主要接受鲁塘、绿阴塘和南丹组溶洞 溶蚀裂隙含水层（）补给。（）通过示踪试验和河流动态观测等手段，查明了溶洞地下河和附近地表水体存在水力联系。从地下水运移特点来看，地下水流速较快，地下水运移路径较通畅。溶洞地下河中下游段为双支管道结构，说明本区岩溶仍在发育，地下水排泄基准面也在不断下切。两组试验示踪剂回收量均与投放量基本相等，说明地下河只有一个出口，无其它地下水排泄通道。（）通过溶洞测量，基本查明：溶洞为一个自然岩溶洞穴，是地下河的上层管道；受构造抬升影响，本区区域地下水不断下切，导致地下河发育了上下 层管道，但上层管道宽大为主管道、下层管道较小，上层管道目前仍有地下水流动，尤其是雨季时下层管道因排泄能力小大部分地下河水仍然从上层管道排泄。（）勘查共采集全分析水样 组，分别位于在鲁塘支流，绿荫塘支流，地下河入口处，溶洞内和地下河出口处。采用地表水环境质量评价办法（试行）中的“河流水质评价方法”进行评价，组样品水质状况均为劣类，溶洞地下河受工业企业影响，呈现重度污染。结语喀斯特老矿区地下水污染问题已经成为地下水环境污染防治工作中的重点难点，查明治理区水文地质条件是地下水环境污染防治工作的基础，本研究以刁江流域某溶洞为例，在以往水文地质研究工作的基础上，有针对性开展勘查工作，综合运用水文地质测绘、洞穴测量、示踪试验、动态观测、水样测试等多种手段，详细查明了研究区水文地质条件，取得了良好的效果，为后期水污染防治工作打下了坚实的基础，也为今后岩溶地区水文地质勘查提供借鉴。参考文献覃政教，林玉石，袁道先，等 西南岩溶区矿山与水污染问题探讨及建议 地球学报 （）：张亮，陈植华，周宏，等 典型岩溶泉水文地质条件的调查与分析以香溪河流域白龙泉为例 水文地质工程地质（）：刘光尧，陈建生 同位素示踪测井 南京：江苏科学技术出版社：易连兴，赵良杰，卢海平，等 两种常用染色剂管道及淤泥条件下示踪及对 比以 丁 旗 地 下 河 连 通 试 验 为 例 中 国 岩 溶（）：史文强，罗书文，邓亚东 岩溶洞穴调查的技术规范体系初探 中国岩溶 （）：李曦滨 综合勘查技术方法在喀斯特地区煤矿酸性矿井水污染勘查的应用以贵州省凯里市鱼洞河流域龙洞泉水污染勘查为例 中国煤炭地质 （）：第 卷第 期地下水 年 月