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摘要：本文以钼酸铵为示踪剂在寨底地下河塘子厄至东究段进行了示踪试验，对示踪试验所取得数据进行了详细的分析，推测出投放点G026至G030之间的含水介质结构，其中G026至G027段以管道介质为主，发育有一条主管道和四条支管道，可能存在三个溶潭，G027至G030段以管道介质和裂隙介质为主，发育有三条管道、大量构造裂隙和若干个溶潭。最后根据试验数据对各段地下水流速和回收率进行了计算。
关键词：地下河 含水介质结构 示踪试验
1． 引言
地下河含水介质结构一般较为复杂，其以地下管道、洞穴为主要介质[1]，通过对地下河含水介质结构分析，可以为地下河水循环机理、水资源评价和水质演变等方面研究提供依据。
对地下河含水介质结构研究目前主要通过物探和示踪试验，示踪试验成本较低，适合大区域含水介质结构研究，因此示踪试验仍是目前主要研究手段之一[2]。而目前示踪试验多以分析连通性为主要目的[3-6],对地下河含水介质结构分析较少，偶有分析也较为简单[7-10]。因此，本文通过对示踪曲线的详细分析，深入探讨了西南典型地下河含水介质结构特征，为同类型地下河含水介质结构分析提供参考依据。
2． 寨底地下河概况
寨底地下河流域，位于桂林市东部灵川县境内，汇水面积约33km2，主要受海洋暖湿季风影响，雨量充沛，年平均降雨量为1，601.1mm，年内分布不均，丰水期约占平均降雨量的68.15%，热量丰富，年平均气温17.5℃。
研究区构造上位于桂林弧形构造海洋—潮田—兴坪—福利向斜的北端，主要发育有北东、北西和近东西三组断裂，地貌形态上为峰丛洼地。
研究区含水组岩是泥盆系塘家湾组（D2t）、桂林组（D3g）、东村组（D3d）、额头村组（D3e）等，岩性为灰岩、白云质灰岩、白云岩，另外还包含部分泥盆系上统融县组（D3r）灰岩、石炭系尧云岭组（C1y）泥质灰岩、英塘组（C1yt）白云岩。由于上述地层灰岩、白云质灰岩或白云岩质纯，总体厚度大，其间没有发现具有相对隔水作用如：砂质泥岩白云岩或灰岩等夹层，也没有发现具有隔水的砂岩、页岩等夹层，因此岩溶极为发育，有多条地下河子系统和多个大泉出露。
3． 示踪试验
3.1示踪试验的目的
查明投放点与各个接收点之间的水力联系，进而分析塘子厄—琵琶塘—水牛轭—东究这条推测地下河的实际岩溶含水介质结构特征，并计算地下水运移速度和示踪剂回收率。
3.2示踪剂选择与检测方法
示踪剂的选择应该遵循如下几个原则：
（1）背景值较低，波动较小；
（2）易溶于水，便于现场操作；
（3）对投放地区的生态环境没有影响；
（4）在随地下水运移的过程中，不易与周围物质（如岩石、土壤等）发生反应；
（5）灵敏度较高，容易被仪器检测。
根据上述原则，结合试验区水文地质条件以及以往的示踪试验经验，选择钼酸铵（Mo6+）作为本次试验的示踪剂。
本次示踪试验选用JP-2型极谱仪结合标准曲线对比方法对Mo6+进行测定，此法最低检测量为0.001μɡ。
3.3投放点与接收点
根据试验目的和野外踏勘情况，选择塘子厄G026（溶潭）作为投放点，根据地下河的流向以及地下水出露情况，选择琵琶塘G027（岩溶泉）、水牛轭G030（地下河出口）和东究G070（岩溶泉）作为接收点。接收点概况见表1，投放点和接受点分布图见图1。
3.4监测时间
2011年10月18日15时，在塘子厄（G026）投放钼酸铵24.5kg，由于此次投放钼酸铵的化学式为：(NH4)6Mo7O24·4H2O，纯度为98.0%，因此Mo6+实际投放的离子数量为13.0536kg。
2011年10月18日11时开始，在G027、G030和G070开始进行人工取样，结束时间分别为11月5日10时、11月22日22时和11月28日22时。在不同时段内，根据实测Mo6+浓度来确定具体的取样频率，在取样前期采取重点监测，取样密度较大（每2小时一次），在取样后期取样密度较小，各接收点取样频率的变换时间根据实际情况而定。
在投放示踪剂前五天，对各接收点的背景值进行了三次测定，得到G027、G030和G070的Mo6+背景值的均值分别为0.00275mg/L、0.0008mg/L和0.0010mg/L。
4． 示踪试验结果与讨论
4.1 岩溶含水介质结构分析
根据检测所取水样中Mo6+的浓度，绘制了G027点Mo6+浓度变化过程曲线（图2）。从图2中可以看出，示踪试验前期，Mo6+浓度一直在背景值附近变化，到19日16时Mo6+浓度突然增大，于10月20日0时达到主峰值1.842mg/L，随后Mo6+浓度分别在21日10时、22日12时、23日0时和25日2时四次来到峰值，但峰值浓度则是逐渐降低，分别为0.8565 mg/L、0.4425 mg/L、0.2171 mg/L和0.1780 mg/L。试验进行到11月2日17时，Mo6+浓度基本回归到背景值。
通过下面对G027点Mo6+浓度变化的分析，表明G026至G027段以管道介质为主，其中可能发育有一条主管道和四条支管道，并存在三个溶潭。
从曲线中可以看出，出现了五个峰值，其中第一峰值浓度最高，为主管道，出现时间也最早，因此主管道中的水流最先到达G027点，其他四个峰值各代表相应的支管道，其出现时间的前后，代表了各支管道水流到达接收点的顺序，产生多个峰值的原因主要是四支条管道的弯曲程度，宽窄和长短各不相同，导致示踪剂在四条支管道中运移的时间不同，到达G027点的时间也不一致。
图2中还有三处浓度变化缓慢段。第一处是20日14时-22时，Mo6+浓度为0.9932 mg/L-1.038 mg/L，浓度相对比较平稳，与前后Mo6+浓度相差较大，推测有溶潭发育，根据其出现的时间，溶潭可能在主管道上；第二处是23日2时-24日18时，这期间浓度下降缓慢，相邻点浓度差平均值为0.006mg/L，出现了“拖尾”现象，推测有溶潭发育，可能在第三条支管道上。第三处是25日2时以后，出现了更长时间“拖尾”现象，经历了约5天时间回到背景值，推测此处有溶潭发育，可能在第四条支管道上。 对比三处浓度变化缓慢段所经历的时间可以看出，主管道上的溶潭规模最小，第三支管道上的溶潭规模居中，而第四支管道上的溶潭规模最大。
示踪试验进行到28日10时，G030点Mo6+浓度开始出现异常，在11月1日10时达到前锋值0.142mg/L，随后Mo6+浓度在11月3日6时至5日14时和6日6时至8日0时这两个时间段内，开始震荡式波动，形成了稳定的夷平“峰丛”段，震荡波动过后，浓度开始缓慢下降，于11月22日22时回到背景值。
前锋值的出现说明了在夷平“峰丛”段出现之前，有一部分水流从主水流分离出来，经过另一支管道，比主水流率先到达G030点。而随后出现两段夷平“峰丛”则反映出另有两条规模较大的管道从G027通向G030，且管道内部与构造裂隙并联相接。
形成夷平“峰丛”的原因是G027至G030段地下水水力坡度较小，构造裂隙较为发育，形成了管道流与溶蚀裂隙流交织而成的网状地下水系，在此类地下水系中，由于在管流运移的过程中，有数量众多的裂隙流与之并联相接，加之管流本身所携示踪剂较多，而裂隙流短而小所携示踪剂较少，故产生了一系列的小波峰，且波峰基座较高，又因为裂隙流中的示踪剂浓度相对较均匀，故形成了“夷平”峰丛状示踪曲线。
曲线中还有一些浓度变化缓慢段，如10月29日12时-30日2时和11月2日6时至14时，浓度变化缓慢，推测存在溶潭。而11月8日4时之后出现了大量的浓度平缓段反映出可能有大量的溶潭串联在一起。
总体来说G027至G030段以管道介质和裂隙介质为主，其发育有三条管道、大量构造裂隙和若干个溶潭。
由于G070点Mo6+的浓度一直为背景值水平，说明G070与投放点G026、G027和G030均无水力联系。
4.2 地下水流速和回收率
在示踪试验的过程中，地下水平均径流速度一般用峰值出现时的流速来表示，由于此段地下河含水介质为多管道型，本次只计算各段主管道地下水平均流速。根据峰值历时时间和到投放点距离，得出投放点G026到G027之间主管道的地下水平均速度为17.31m/h，而G027点到G030点之间主“峰丛”管道的地下水平均速度为4.09 m/h。
回收率也是示踪试验分析的内容之一，其计算公式如下：
式中：M回为示踪剂回收量，M投数量为示踪剂投放量，t1为示踪试验起始时间，t2为示踪试验回归背景值时的时间，Q为瞬时流量，C为当时浓度，η回为示踪剂回收率。
根据上式，本次示踪试验G027点和G030点的回收率分别为52.00%和28.40%。
5． 结论
（1）示踪试验表明，塘子厄G026与琵琶塘G027和水牛轭G030存在水力联系，而与G070则不连通。
（2）从G027点Mo6+质量浓度变化过程曲线可以看出，G026至G027段岩溶含水介质主要由一条主管道和四条支管道构成，其中可能存在三个溶潭。而G030点Mo6+浓度曲线出现了特有的夷平“峰丛”段，表明G027至G030段的含水介质极不均匀，以管道与构造溶蚀裂隙并接相接为主，其间发育有多个溶潭。
（3）根据相关计算公式得出G027点和G020点的回收率以及下水平均流速分别为17.31m/h、52.00%和4.09 m/h、28.40%。这些参数也可以从侧面推测各段地下河的含水介质结构。
（4）无论是Mo6+质量浓度变化过程曲线，还是回收率和地下水平均流速，这些只能大体上反映出各段地下河的含水介质结构，如果要详细的刻画岩溶含水介质结构，如溶潭发育的位置，管道规模大小等，则需要借助物探、钻探等方法进一步的确定。
参考文献：
[1] 孙恭顺，梅正星.实用地下水连通试验方法[M].贵阳：贵州人民出版社，1988.4.
[2] 易连兴，张之淦，胡大可，等. 三元连通试验在岩溶渗漏研究中的应用[J].水文地质工程地质，2006，6：38-41.
[3] 刘兴云，曾昭建. 地下水多元示踪试验在岩溶地区的应用[J].岩土工程技术，2006，20(2)：67-70.
[4] 陈建生，董海洲，凡哲超，等. 示踪法对小浪底坝区绕坝渗漏通道的研究[J].长江科学院院报，2004，21(2)：14-17.
[5] 蔡荣，梁媛，马亿刚，等. 横河煤矿底含放水孔与井田内供水井连通试验研究[J].吉林大学学报(地球科学版)，2004，34(1)：102-105.
[6] 裴建国，谢运球，章程，等.湘中溶蚀丘陵区示踪试验—以湖南新化为例[J].中国岩溶，2000，19(4)：366-371.
[7] 邓振平，周小红，何师意，等.西南岩溶石山地区岩溶地下水示踪试验与分析—以湖南湘西大龙洞为例[J].中国岩溶，2007，26(2)：163-169.
[8] 邓振平，周小红，邹胜章，等.在线监测仪在岩溶地下水示踪实验中的应用—广西临桂县罗锦地下水示踪试验[J].水资源保护，2009，25(2)：75-78.
[9] 杨平恒，罗鉴银，彭稳，等.在线技术在岩溶地下水示踪试验中的应用—以青木关地下河系统岩口落水洞至姜家泉段为例[J].中国岩溶，2008，27(3)：215-220.
[10] 何师意，Michele L，章程，等.高精度地下水示踪技术及其应用—以毛村地下河流域为例[J].地球学报，2009，30(5)：673-678.
关键词：地下河 含水介质结构 示踪试验
1． 引言
地下河含水介质结构一般较为复杂，其以地下管道、洞穴为主要介质[1]，通过对地下河含水介质结构分析，可以为地下河水循环机理、水资源评价和水质演变等方面研究提供依据。
对地下河含水介质结构研究目前主要通过物探和示踪试验，示踪试验成本较低，适合大区域含水介质结构研究，因此示踪试验仍是目前主要研究手段之一[2]。而目前示踪试验多以分析连通性为主要目的[3-6],对地下河含水介质结构分析较少，偶有分析也较为简单[7-10]。因此，本文通过对示踪曲线的详细分析，深入探讨了西南典型地下河含水介质结构特征，为同类型地下河含水介质结构分析提供参考依据。
2． 寨底地下河概况
寨底地下河流域，位于桂林市东部灵川县境内，汇水面积约33km2，主要受海洋暖湿季风影响，雨量充沛，年平均降雨量为1，601.1mm，年内分布不均，丰水期约占平均降雨量的68.15%，热量丰富，年平均气温17.5℃。
研究区构造上位于桂林弧形构造海洋—潮田—兴坪—福利向斜的北端，主要发育有北东、北西和近东西三组断裂，地貌形态上为峰丛洼地。
研究区含水组岩是泥盆系塘家湾组（D2t）、桂林组（D3g）、东村组（D3d）、额头村组（D3e）等，岩性为灰岩、白云质灰岩、白云岩，另外还包含部分泥盆系上统融县组（D3r）灰岩、石炭系尧云岭组（C1y）泥质灰岩、英塘组（C1yt）白云岩。由于上述地层灰岩、白云质灰岩或白云岩质纯，总体厚度大，其间没有发现具有相对隔水作用如：砂质泥岩白云岩或灰岩等夹层，也没有发现具有隔水的砂岩、页岩等夹层，因此岩溶极为发育，有多条地下河子系统和多个大泉出露。
3． 示踪试验
3.1示踪试验的目的
查明投放点与各个接收点之间的水力联系，进而分析塘子厄—琵琶塘—水牛轭—东究这条推测地下河的实际岩溶含水介质结构特征，并计算地下水运移速度和示踪剂回收率。
3.2示踪剂选择与检测方法
示踪剂的选择应该遵循如下几个原则：
（1）背景值较低，波动较小；
（2）易溶于水，便于现场操作；
（3）对投放地区的生态环境没有影响；
（4）在随地下水运移的过程中，不易与周围物质（如岩石、土壤等）发生反应；
（5）灵敏度较高，容易被仪器检测。
根据上述原则，结合试验区水文地质条件以及以往的示踪试验经验，选择钼酸铵（Mo6+）作为本次试验的示踪剂。
本次示踪试验选用JP-2型极谱仪结合标准曲线对比方法对Mo6+进行测定，此法最低检测量为0.001μɡ。
3.3投放点与接收点
根据试验目的和野外踏勘情况，选择塘子厄G026（溶潭）作为投放点，根据地下河的流向以及地下水出露情况，选择琵琶塘G027（岩溶泉）、水牛轭G030（地下河出口）和东究G070（岩溶泉）作为接收点。接收点概况见表1，投放点和接受点分布图见图1。
3.4监测时间
2011年10月18日15时，在塘子厄（G026）投放钼酸铵24.5kg，由于此次投放钼酸铵的化学式为：(NH4)6Mo7O24·4H2O，纯度为98.0%，因此Mo6+实际投放的离子数量为13.0536kg。
2011年10月18日11时开始，在G027、G030和G070开始进行人工取样，结束时间分别为11月5日10时、11月22日22时和11月28日22时。在不同时段内，根据实测Mo6+浓度来确定具体的取样频率，在取样前期采取重点监测，取样密度较大（每2小时一次），在取样后期取样密度较小，各接收点取样频率的变换时间根据实际情况而定。
在投放示踪剂前五天，对各接收点的背景值进行了三次测定，得到G027、G030和G070的Mo6+背景值的均值分别为0.00275mg/L、0.0008mg/L和0.0010mg/L。
4． 示踪试验结果与讨论
4.1 岩溶含水介质结构分析
根据检测所取水样中Mo6+的浓度，绘制了G027点Mo6+浓度变化过程曲线（图2）。从图2中可以看出，示踪试验前期，Mo6+浓度一直在背景值附近变化，到19日16时Mo6+浓度突然增大，于10月20日0时达到主峰值1.842mg/L，随后Mo6+浓度分别在21日10时、22日12时、23日0时和25日2时四次来到峰值，但峰值浓度则是逐渐降低，分别为0.8565 mg/L、0.4425 mg/L、0.2171 mg/L和0.1780 mg/L。试验进行到11月2日17时，Mo6+浓度基本回归到背景值。
通过下面对G027点Mo6+浓度变化的分析，表明G026至G027段以管道介质为主，其中可能发育有一条主管道和四条支管道，并存在三个溶潭。
从曲线中可以看出，出现了五个峰值，其中第一峰值浓度最高，为主管道，出现时间也最早，因此主管道中的水流最先到达G027点，其他四个峰值各代表相应的支管道，其出现时间的前后，代表了各支管道水流到达接收点的顺序，产生多个峰值的原因主要是四支条管道的弯曲程度，宽窄和长短各不相同，导致示踪剂在四条支管道中运移的时间不同，到达G027点的时间也不一致。
图2中还有三处浓度变化缓慢段。第一处是20日14时-22时，Mo6+浓度为0.9932 mg/L-1.038 mg/L，浓度相对比较平稳，与前后Mo6+浓度相差较大，推测有溶潭发育，根据其出现的时间，溶潭可能在主管道上；第二处是23日2时-24日18时，这期间浓度下降缓慢，相邻点浓度差平均值为0.006mg/L，出现了“拖尾”现象，推测有溶潭发育，可能在第三条支管道上。第三处是25日2时以后，出现了更长时间“拖尾”现象，经历了约5天时间回到背景值，推测此处有溶潭发育，可能在第四条支管道上。 对比三处浓度变化缓慢段所经历的时间可以看出，主管道上的溶潭规模最小，第三支管道上的溶潭规模居中，而第四支管道上的溶潭规模最大。
示踪试验进行到28日10时，G030点Mo6+浓度开始出现异常，在11月1日10时达到前锋值0.142mg/L，随后Mo6+浓度在11月3日6时至5日14时和6日6时至8日0时这两个时间段内，开始震荡式波动，形成了稳定的夷平“峰丛”段，震荡波动过后，浓度开始缓慢下降，于11月22日22时回到背景值。
前锋值的出现说明了在夷平“峰丛”段出现之前，有一部分水流从主水流分离出来，经过另一支管道，比主水流率先到达G030点。而随后出现两段夷平“峰丛”则反映出另有两条规模较大的管道从G027通向G030，且管道内部与构造裂隙并联相接。
形成夷平“峰丛”的原因是G027至G030段地下水水力坡度较小，构造裂隙较为发育，形成了管道流与溶蚀裂隙流交织而成的网状地下水系，在此类地下水系中，由于在管流运移的过程中，有数量众多的裂隙流与之并联相接，加之管流本身所携示踪剂较多，而裂隙流短而小所携示踪剂较少，故产生了一系列的小波峰，且波峰基座较高，又因为裂隙流中的示踪剂浓度相对较均匀，故形成了“夷平”峰丛状示踪曲线。
曲线中还有一些浓度变化缓慢段，如10月29日12时-30日2时和11月2日6时至14时，浓度变化缓慢，推测存在溶潭。而11月8日4时之后出现了大量的浓度平缓段反映出可能有大量的溶潭串联在一起。
总体来说G027至G030段以管道介质和裂隙介质为主，其发育有三条管道、大量构造裂隙和若干个溶潭。
由于G070点Mo6+的浓度一直为背景值水平，说明G070与投放点G026、G027和G030均无水力联系。
4.2 地下水流速和回收率
在示踪试验的过程中，地下水平均径流速度一般用峰值出现时的流速来表示，由于此段地下河含水介质为多管道型，本次只计算各段主管道地下水平均流速。根据峰值历时时间和到投放点距离，得出投放点G026到G027之间主管道的地下水平均速度为17.31m/h，而G027点到G030点之间主“峰丛”管道的地下水平均速度为4.09 m/h。
回收率也是示踪试验分析的内容之一，其计算公式如下：
式中：M回为示踪剂回收量，M投数量为示踪剂投放量，t1为示踪试验起始时间，t2为示踪试验回归背景值时的时间，Q为瞬时流量，C为当时浓度，η回为示踪剂回收率。
根据上式，本次示踪试验G027点和G030点的回收率分别为52.00%和28.40%。
5． 结论
（1）示踪试验表明，塘子厄G026与琵琶塘G027和水牛轭G030存在水力联系，而与G070则不连通。
（2）从G027点Mo6+质量浓度变化过程曲线可以看出，G026至G027段岩溶含水介质主要由一条主管道和四条支管道构成，其中可能存在三个溶潭。而G030点Mo6+浓度曲线出现了特有的夷平“峰丛”段，表明G027至G030段的含水介质极不均匀，以管道与构造溶蚀裂隙并接相接为主，其间发育有多个溶潭。
（3）根据相关计算公式得出G027点和G020点的回收率以及下水平均流速分别为17.31m/h、52.00%和4.09 m/h、28.40%。这些参数也可以从侧面推测各段地下河的含水介质结构。
（4）无论是Mo6+质量浓度变化过程曲线，还是回收率和地下水平均流速，这些只能大体上反映出各段地下河的含水介质结构，如果要详细的刻画岩溶含水介质结构，如溶潭发育的位置，管道规模大小等，则需要借助物探、钻探等方法进一步的确定。
参考文献：
[1] 孙恭顺，梅正星.实用地下水连通试验方法[M].贵阳：贵州人民出版社，1988.4.
[2] 易连兴，张之淦，胡大可，等. 三元连通试验在岩溶渗漏研究中的应用[J].水文地质工程地质，2006，6：38-41.
[3] 刘兴云，曾昭建. 地下水多元示踪试验在岩溶地区的应用[J].岩土工程技术，2006，20(2)：67-70.
[4] 陈建生，董海洲，凡哲超，等. 示踪法对小浪底坝区绕坝渗漏通道的研究[J].长江科学院院报，2004，21(2)：14-17.
[5] 蔡荣，梁媛，马亿刚，等. 横河煤矿底含放水孔与井田内供水井连通试验研究[J].吉林大学学报(地球科学版)，2004，34(1)：102-105.
[6] 裴建国，谢运球，章程，等.湘中溶蚀丘陵区示踪试验—以湖南新化为例[J].中国岩溶，2000，19(4)：366-371.
[7] 邓振平，周小红，何师意，等.西南岩溶石山地区岩溶地下水示踪试验与分析—以湖南湘西大龙洞为例[J].中国岩溶，2007，26(2)：163-169.
[8] 邓振平，周小红，邹胜章，等.在线监测仪在岩溶地下水示踪实验中的应用—广西临桂县罗锦地下水示踪试验[J].水资源保护，2009，25(2)：75-78.
[9] 杨平恒，罗鉴银，彭稳，等.在线技术在岩溶地下水示踪试验中的应用—以青木关地下河系统岩口落水洞至姜家泉段为例[J].中国岩溶，2008，27(3)：215-220.
[10] 何师意，Michele L，章程，等.高精度地下水示踪技术及其应用—以毛村地下河流域为例[J].地球学报，2009，30(5)：673-678.