1. 引言
飞凤山低中放固体废物处置场由边坡开挖形成，其位于龙门山构造带，地质背景复杂。研究区受多期次地质构造作用的影响，断层、褶皱、节理等构造发育，岩体破碎，地下水发育，泉点出露较多。为评价场地稳定性及工程设计提供水文地质参数，研究场地水文地质条件尤为重要。
示踪试验是水文地质研究的一种常用的方法，已被广泛应用于各个相关领域，如地下水运动途径和通道、水流流量、地下水的流速与流向、地下河流域面积、土壤中溶质传输、含水层的性质、水库渗漏途径等[1]-[4]。王开然[5]对桂林东区峰林平原岩溶地下水连通情况及岩溶含水层的结构特征研究中，使用荧光素钠作为示踪剂进行示踪试验；鲁程鹏在基于示踪试验求解岩溶含水层水文地质参数[6]的研究中指出示踪试验以探明地下水的水力联系、测定地下水流速为主要目标，并在研究中估算了含水层的渗透系数；尹尚先等[7]将示踪试验应用于矿井充水条件探查中。
本次示踪试验于该区域进入雨季后进行，主要研究飞凤山场地地下水流速、流向，为场地排水和污染评价提供基础资料。
2. 研究区概况
研究区位于平溪河下游右岸岸坡，区域地貌形态为低山丘陵剥蚀地貌，微地貌为侵蚀沟、缓坡、平台、陡坡地貌。处置场地势南高北低。
2.1. 工程地质特征
2.1.1. 地层岩性
研究区区域地层以古生界和中生界出露最为广泛，区内出露地层有奥陶系、志留系、泥盆–石炭系、侏罗系及第四系，以志留系下统的泥岩、粉砂泥岩分布最广。新生界则仅有中晚第四纪冲积、冲洪积、坡洪积、残积等零星分布。研究区主要有古生界奥陶系谭家沟组、宝塔组灰岩，志留系龙马溪组泥岩、罗惹坪组和纱帽组泥岩，泥盆系平驿铺组、观雾山组灰岩，石炭系总长沟组、黄龙组灰岩，二叠系阳新组灰岩；中生界侏罗系白田坝组、千佛岩组泥岩；新生界第四系砂、砾。
飞凤山处置场地层主要有第四系全新统人工填土(Q4ml)、滑坡堆积层(Q4del)、崩坡积层(Q4col+dl)，志留系下统龙马溪组第四段(S1lm4)泥质页岩、粉砂质页岩。
2.1.2. 地质构造
在区域上，研究区位于松潘–甘孜造山带[8]、秦岭大别造山带和扬子地台三个构造单元的结合部位(图1)，龙门山断裂带的北东端，大茅山复背斜的西南倾伏端。
龙门山断裂带(从北西到南东可划分为龙门山后山推覆带、龙门山中央推覆带、龙门山前陆推覆带)位于四川盆地的西北缘，北起广元，南达天全，全长约500 km，宽约30 km，该断裂带也是青藏高原的最东缘，断裂带以西为松潘–甘孜造山带，以东为扬子板块。受其影响，区域内褶皱及逆掩断层发育。从地震分布来看，龙门山地区处于南北地震带中部，它是中国大陆的主要地震活动区之一。
Figure 1. Location of the structure
图1. 大地构造位置图
研究区位于龙门山构造带北段前山断裂带，其区域构造主要涉及龙门山构造带。
飞凤山处置场在构造上位于平溪河倒转背斜的南东翼，受多期次不同方向力的作用，使得区内地质构造较为复杂，其主要表现为褶皱、小型断裂、节理等。针对处置场内节理做了大量调查、测量工作，并统计整理出节理走向玫瑰花图(图2)，由图2可看出，处置场节理优势走向为近南北向。
Figure 2. Rose diagram of joint trend
图2. 节理走向玫瑰花图
2.2. 水文地质特征
2.2.1. 区域水文地质单元划分
按照水文地质单元划分的基本原则，结合该区的地表水流域、区域分水岭和地层岩性等，将该区域水文地质单元划分为7个。包括：I盐水溪水文地质单元、II漂草湾水文地质单元、III杨家沟水文地质单元、IV燕子岩水文地质单元、V老林沟水文地质单元、VI岩背上水文地质单元、VII吴家沟及三堆镇水文地质单元。其中，研究区所处单元为II漂草湾水文地质单元。各水文地质单元见图3。
Figure 3. Distribution of hydrogeological units in Feifeng mountain region
图3. 飞凤山区域水文地质单元划分图
2.2.2. 地下水类型及特征
根据含水介质特征划分，将区域地下水划分为松散岩类孔隙水、基岩裂隙水及碳酸盐岩岩溶水。场地主要为基岩裂隙水，根据裂隙成因，可进一步将基岩裂隙水分为风化裂隙水和构造裂隙水。
该区地下水补给以大气降水为主。地下水补给量与补给强度受地貌、降水强度、植被发育情况等因素影响。水文地质单元内各类含水体还存在不同类型地下水之间的补给。其特征如下：
第四系松散岩类孔隙水主要分布于处置单元北侧，含水层岩性以粉质粘土夹碎块石为主，孔隙相对较大，第四系松散岩类孔隙水主要赋存于崩坡积物、人工填土的孔隙中。接受大气降水和溪沟水补给，地下水径流受地形地貌控制，循环交替条件良好，径流途径较短，向附近溪沟排泄或补给下伏含水层，局部因粘土层隔水作用，流动受阻，形成上层滞水，地下水整体透水性、富水性均较好。
风化裂隙水主要赋存于龙马溪组泥质页岩、粉砂质页岩风化裂隙孔隙中，在场地内以网状分布，接受大气降水和上覆第四系松散岩类孔隙水补给，地下水径流受地形地貌控制，径流条件一般，却利于汇水，径流途径较短，以泉或隐伏排泄方式排泄，或向下补给构造裂隙水。基岩渗透性在垂向上呈递减分布，地层整体富水性一般。
处置场内1#~2#处置单元后侧边坡位于漂草湾向斜核部，构造裂隙沿向斜轴部发育，构造裂隙水受构造控制赋存其中，呈脉状展布。构造裂隙水接受地表水、上覆第四系松散岩类孔隙水、风化裂隙水的补给，沿断裂或裂隙密集带径流，径流途径较远，可连通不同水文地质单元，地下水水量较大，通常以泉的方式排泄。
3. 试验目的与方法
3.1. 试验目的
7月~8月期间观察到飞凤山边坡地下水活动强烈，许多部位在降雨后，地下水以泉的形式大量涌出。处置场内地下水十分丰富，因此，查明场地地下水富集和运动特征显得尤为重要，为场地排水、污染评价提供重要基础资料。因此，提出对飞凤山场地进行水文示踪试验，主要目有三个：① 研究场地内地下水径流优势方向和流速；② 查明降水井地下水与场地地下水之间的水力联系；③ 为处置场场地地下水污染运移提供依据。
3.2. 试验方法
3.2.1. 示踪剂的选择
目前在实际工作中使用的示踪剂主要有以下4类[9]：① 化学染料示踪类；② 固形漂浮物；③ 放射性同位素类；④ 化学检测示踪类。其中化学检测示踪类包括食盐(NaCl)和钼酸铵[(NH4)6·MO7O24·4H2O]等。
根据场地地下水化学资料，场地地下水中Cl离子浓度本底值较低，本文选用NaCl作为示踪剂。除此之外，NaCl还具有以下优点[10]：① 具有很好的水溶性(溶解度仅决定于温度)；② 对环境基本没有污染；③ 不易被土壤吸附和生物降解；④ 便于野外检测，精度高；⑤ 测量成本低。
本次试验采用硝酸银容量法测定地下水样中Cl离子的含量，采用笔式电导率EC/矿化度TDS、温度℃测定仪对地下水样中电导率、矿化度和水温进行监测。
3.2.2. 示踪剂的投放与接收
示踪试验选择降水井为示踪剂投放点，主要原因有两点：① 降水井基岩破碎，裂隙发育，水位埋深较浅，水量丰富，地下水活动强烈，有利于示踪剂的迁移；② 降水井所处位置为1#和2#处置单元之间，对检查污染物的泄漏情况具有重大意义。在投放点下游一定距离的扇形范围内利用现有水文地质钻孔和天然出露泉点D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8、D9、D10、D11、D12、D13、D14、D15总共15个点作为示踪剂信号接收点(监测点)，示踪剂投放点和监测点位置如图4。
4. 试验过程与结果
4.1. 试验过程
示踪试验于6月27日8:00采取监测点水样，以获取地下水Cl离子背景值含量。
Figure 4. Distribution of tracer test drop and monitoring point
图4. 示踪试验投放点及监测点布置示意图
6月27日12:00，从降水井直接投入500 kg工业盐(NaCl浓度为95%，含量约475 kg)，直接融入井水，随后进行搅拌直至NaCl全部溶解，整个投盐过程持续半小时。
根据NaCl示踪剂投样点以及接收点的距离和场内水文地质特征，在不同时间不同区域分别进行取样及地下水综合指标测定。具体监测取样频率见表1。
Table 1. Groundwater sampling and monitoring frequency of tracer test
表1. 示踪试验监测孔地下水取样及监测频率
| 时间安排 |
监测项目 |
取样频率 |
| 投样7天 |
水位、水温、
电导、矿化度，取样 |
1次/1天 |
| 7～30天 |
水位、水温、
电导、矿化度，取样 |
1次/4天 |
| 30～60天 |
水位、水温、
电导、矿化度，取样 |
1次/5天 |
4.2. 试验结果
截至2015年8月26日，整个示踪试验已连续观测60天，在监测点D1、D2、D6、D13、D14、D15接收到明显的示踪剂信号，说明降水井地下水与之水力联系密切。其余监测点尚未接收到示踪信号，说明这些监测点与降水井地下水无水力联系或水力联系不明显，地下水中Cl离子浓度在0.5~8 mg/L范围内波动，监测点D5因位于原垃圾场下部，Cl离子浓度本底值较高，其浓度范围为21.5~41 mg/L。部分监测点地下水Cl离子浓度随时间变化曲线如图5~10。
Figure 5. Chloride concentration changes of D1 over time
图5. D1 Cl离子浓度随时间的变化
Figure 6. Chloride concentration changes of D2 over time
图6. D2 Cl离子浓度随时间的变化
Figure 7. Chloride concentration changes of D6 over time
图7. D6 Cl离子浓度随时间的变化
Figure 8. Chloride concentration changes of D13 over time
图8. D13 Cl离子浓度随时间的变化
Figure 9. Chloride concentration changes of D14 over time
图9. D14 Cl离子浓度随时间的变化
Figure 10. Chloride concentration changes of D15 over time
图10. D15 Cl离子浓度随时间的变化
5. 讨论
结合图4分析，处置场内地下水存在两个优势流向。投样点与监测点D1、D2、D13、D14连线近东西向展布，在各监测点都不同程度接收到示踪剂信号，表明场地地下水存在由西向东径流的优势方向(图11)，该流向的地下水主要为松散岩类孔隙水，水位埋深较浅，主要赋存于崩坡积物、人工填土的孔隙中，局部因粘土层隔水作用，流动受阻，形成上层滞水。投样点与监测点D1、D6、D15连线近南北向展布，表明场地地下水存在由南向北径流的优势方向(图11)。该流向的地下水为基岩裂隙水，径流受地形地貌及节理裂隙控制，流速较快。结合处置场场地具有南高北低的地势，综合分析，处置场地下水主要径流方向为近南北向，最终排向平溪河。
Figure 11. Groundwater movement direction of site
图11. 场地地下水径流方向示意图
D1、D2距离降水井较近，两钻孔地下水位埋深较浅，属上覆第四系松散岩类孔隙水，地下水通过第四系松散岩类孔隙介质径流，径流速度相近，因D1、D2距离投样点距离不同(图10)，导致其地下水中Cl离子浓度分别在投样后13天、投样后20天突然升高，由于地形平缓，扩散缓慢，试验得出，示踪剂随地下水在第四系松散岩类孔隙中的平均流速为1.43~1.94 m/d (表2)。
Table 2. Tracking parameters of tracer test reception points
表2. 场地示踪试验各接收点的示踪参数
| 监测点 |
距离/m |
峰值时间/d |
平均速度/(m·d−1) |
| D1 |
15.7 |
11 |
1.43 |
| D2 |
36.8 |
19 |
1.94 |
| D3 |
69.3 |
— |
— |
| D4 |
153.6 |
— |
— |
续表
| D5 |
482.1 |
— |
— |
| D6 |
259.6 |
11 |
23.60 |
| D7 |
266.9 |
— |
— |
| D8 |
181.1 |
— |
— |
| D9 |
246.4 |
— |
— |
| D10 |
265.2 |
— |
— |
| D11 |
349.1 |
— |
— |
| D12 |
326.5 |
— |
— |
| D13 |
134.3 |
35 |
3.84 |
| D14 |
193.6 |
40 |
4.84 |
| D15 |
28.1 |
11 |
2.55 |
D13、D14位于降水井东侧，D13地下水中Cl离子浓度自投样后20天开始呈持续增加的趋势，在投样后36天达到峰值，而后Cl离子浓度降低，但仍未恢复到本底范围，所以监测将持续进行。距离投样点相对较远的监测点D14地下水中Cl离子浓度在投样后28天开始也呈现上升趋势。地下水主要属于松散岩类孔隙水，示踪剂随地下水通过松散孔隙介质径流，试验得出其平均流速为3.84~4.84 m/d (表2)。
D6为基岩裂隙水的地表出露泉点，地下水通过基岩裂隙介质径流，投样后11天便接收到示踪剂信号，实验得出，示踪剂随地下水径流平均流速为23.60 m/d (表2)。
D15为新挖降水井兼施工临时储水井，因施工等人为因素的干扰，促使D15地下水在投样后11天便接收到示踪剂信号。然而，在每日反复抽灌水工作的影响下，示踪剂在地下水中弥散，自身被稀释，导致地下水中Cl离子浓度大致稳定在3~6.5 mg/L的范围内。人为干扰下的示踪剂随地下水径流平均流速为2.55 m/d (表2)。
6. 结论
通过对飞凤山场地地下水示踪试验的研究，得出以下结论。
1) 飞凤山场地地下水通道发育，存在两个优势流向，近东西向和近南北向，其介质不同、流速不同。综合分析，近南北向为处置场场地地下水的主要径流方向，地下水最终排向平溪河。
2) 第四系松散岩类孔隙水水位埋深较浅，主要赋存于崩坡积物、人工填土的孔隙中，局部因粘土层隔水作用，流动受阻，形成上层滞水，受地形及松散孔隙介质的控制，地下水流速较慢，且流速不一，表现为1.43~1.94 m/d及3.84~4.84 m/d；基岩裂隙水受地形地貌及节理裂隙控制，平均流速为23.60 m/d。