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文丨吐不满的痰娱
编辑丨吐不满的痰娱
前言
供水商面临气候变化和人口增长等重大挑战，为了为未来做好准备，需要详细了解水资源，在德国南部，国有供水商提供从复杂的喀斯特和冲积含水层系统以及多瑙河获取的饮用水。
使用了不同的追踪技术，目的是对含水层系统进行多尺度表征，并获得有关流向多瑙河谷提取井的地下水流的更多知识，为了进行小规模表征，使用单井稀释测试对选定的地下水监测井进行了检查，通过这些测试，可以记录各种流动行为
国家供水地下水保护区
国家供水地下水保护区是德国最大的地下水保护区之一，它位于巴登-符腾堡州东部，是为多瑙河谷的开采井而建立的，从第四纪冲积含水层或直接从岩溶含水层抽取水，每个井场都有自己的泵站，将抽取的水泵送到自来水厂。
施瓦本阿尔布的侏罗纪地层厚度缓慢向东南倾斜，研究区发育层状相和礁灰岩，其中礁灰岩岩溶作用最强，在地下水监测区的西北部，石灰岩顶部的渐新世和中新世磨拉石沉积物很少或完全不存在，向东南方向，糖蜜覆盖层随着厚度的增加而增加。
在多瑙河谷地区，石灰岩几乎完全被覆盖，糖蜜被第四纪砾石和沙子覆盖，厚度可达11m，最年轻的单元大多是被有机沉积物覆盖的重新分布沉积物和河流沉积物。
石灰岩形成了一个大容量的岩溶含水层，其下方是低渗透性的下启莫里阶泥灰岩，构成了流域岩溶的底部，邻近地区的示踪剂测试显示出高度的非均质性，喀斯特化程度较高，主要流向泉水，但渗透率较低的地区流速较低，传播时间较长。
地下水补给主要归因于降水通过浅层土壤和表层岩溶的扩散渗滤或沉入燕洞的小水道，水流向东南方，大量岩溶地下水流入由道贝河谷第四纪砾石和沙子组成的冲积含水层。
位于低渗透磨拉石沉积物被侵蚀的区域，岩溶地下水可以通过磨拉石层的裂缝上升到冲积含水层中，喀斯特地下水上升的区域可以通过温度异常或化学分析来定位。
在地下水保护区的西北部，只有一处大型泉水，即孤泉，根据氚年龄测定，孤泉水的平均停留时间为22年，泉水注入孤河。
孤河河谷自西向东横穿流域，但由于有多个燕洞，河床大部分干涸，只有在强降雨或融雪期间，水才会到达胡尔布河，距离孤泉仅几公里，以及污水处理厂进水口以外的部分持续含水，
瑙泉是流域内最重要的泉水，位于施瓦本阿尔布和多瑙河谷交界处的朗格瑙镇，沿镇区东西轴线分布的大量水源，概括为八个泉群，部分排出向东南方向流动的岩溶地下水，最西端的泉群也使用氚进行了测年，这项测年调查显示平均停留时间为47年。
单钻孔稀释测试方法和区域多示踪剂测试
单钻孔稀释测试方法基于在钻孔或井的饱和区注入示踪剂，然后通过测量多个浓度分布来观察流出情况，单钻孔稀释测试可以在整个饱和长度上进行均匀注入，为整个井或钻孔提供结果，对于某一特定深度的详细信息或垂直流的研究，可以使用点注入。
大多数均匀注射是使用细粒氯化钠和渗透性注射袋进行的，以在井中实现均匀的示踪剂浓度，其他方法则使用软管方法进行，该方法包括将软管放入井中，填充示踪剂溶液，然后以恒定速度将其拉出以获得均匀的注入。
点注射是使用新开发的注射探针进行的，该探针含有示踪剂溶液，并通过沿线下降重物来打开，在所有注射之后，在根据记录的变化选择的时间间隔内测量电导率的多个分布，描述了进一步分析数据的方法。
单钻孔稀释测试的目标是确定区域示踪剂的可能注入点，确定流经监测井和监测井内的地下水流量，评估与含水层的连接，并检测流入和流出层位以及垂直流，根据多口井的结果，目标是开发含水层及其流动条件的整体水力特征。
在集水区内确定了可能的示踪剂注入点和地下水监测井，为了测试地下水监测井与含水层的连接，在选定的井中进行了统一的单钻孔稀释测试，除了流动条件外，还考虑了与污染风险增加的区域或工业的接近程度。
示踪剂测试前在井中进行的两次单钻孔稀释测试显示出水位和深度之间的流出区，在该区域下方，井仅显示少量流出，为了切断井的非活动部分，在深处安装了液压封隔器。
一座污水处理厂将水排入燕子洞存在潜在风险，如果处理过程中出现技术问题，污染物可以在不到1小时内被输送到含水层中，由于有多座海狸水坝，吞水洞并不活跃，但在与当地政府协商后，水坝被稍微打开，导致持续几个小时的稳定渗透。
地下水监测井的位置靠近危险材料储存单元和旧垃圾填埋场，覆盖的深度范围很大，并且在整个长度上显示出快速的流出，通过在注入过程中上下移动软管，示踪剂分布在整个井中。
测试结果和成因分析
通过单钻孔稀释测试，可以记录保护区内地下水监测井的各种不同的流动行为和流出时间，其中先前的均匀注入表明与含水层的连接良好并且快速流出，示踪剂羽流有明显的向上运动，根据这两项测试确定了流入和流出。
由于点注入过程中盐量的减少可以忽略不计，直到羽流到达顶部因此其间不存在其他明显的流出，地下水监测井中的单钻孔稀释测试显示，在流域的较高部分，已经存在具有不同水头的多个管道水平，较深的流动层中较高的水头导致井内向上流动。
通过所有单钻孔稀释测试，可以记录流域西部水井的广泛行为半衰期，虽然冲积井通常表现出比岩溶井更快的流出速度，但后者中的一些井，也表现出与含水层的极好的连接以及示踪剂量的快速下降。
测试井显示垂直流动，这在岩溶含水层中是大多数人所期望的，主要补给区地下水监测井显示了垂直和水平流动的组合，这符合区域模型，但也可能是由当地条件引起的，在岩溶含水层被低渗透磨拉石覆盖之前，岩溶地下水在该地区上升，并流向泉水或直接流入冲积含水层。
由于地下水保护区特殊的水文地质环境，岩溶地下水上升至冲积含水层，所有测试的冲积层地下水监测井均记录到垂直流，向上运动的两口井很可能位于岩溶地下水上升的地区，而其他井的向下运动是由补偿运动引起的。
地下水监测井检测与泉水检测之间的时间差距可以通过该地区的地质环境来解释，伊红通过岩溶管道输送到泉水，该管道在泉水之前被低渗透性沉积物堵塞，这导致曙红向泉水的进一步传输被减速，解释了直到第一次检测和静止之前的异常长的传输时间。
曙红的特点是浓度低且波动剧烈并且是特定设置的结果，泉水覆盖了一个大的流域，具有不同的流动时间，萘磺酸钠的快速到达就证明了这一点，导致示踪剂到达采样点之前排放条件和稀释度发生变化。
异质流域也解释了降水量与示踪剂浓度之间不可能存在相关性的原因，由于曙红在直接源和采样点之间暴露在阳光下，紫外线辐射引起的轻微示踪剂降解可能会导致波动，由于流动条件和天气的变化，这种影响无法量化。
注射后62天，在地下水监测井中检测到铀浓度，它们全部位于预期的流动方向，在接下来的采样过程中，它们有可能连接到将铀输送到东南部的管道系统，延迟检测很可能是由于注入井和岩溶管道之间的流速较低，但随后在管道系统内快速传输。
尚不能排除未来在泉水或提取井中检测到铀的可能性，长距离加上低渗透性沉积物可能堵塞管道可能会导致到达泉水或井的时间极度延迟，自注入以来，低流量条件占主导地位，导致水力梯度非常低。
在该项目范围内进行的大规模示踪剂测试覆盖了很长的距离，多瑙河谷的注入井和抽取井之间长达18.5公里，并且显示出非常长的传播时间，在斯图加特下方的自流喀斯特含水层和斯洛文尼亚也观察到了类似的结果。
萘磺酸钠注入造成的快速到达和高流速证实了发育良好的岩溶管道，该管道必须直接通向池塘，尽管距离较小，但由于低渗透性沉积物堵塞了管道，伊红到达的时间要晚得多，导致朝向泉水的运输路径更加分散。
40%的井检测到垂直流，部分原因是多瑙河谷喀斯特地下水上涨，与含水层连接良好的几个地下水监测井被确定为使用钻孔稀释测试进行大规模示踪剂测试的可能注入点。通过大规模示踪剂测试，记录了可变流量系统和不同的水力连接。
结语
结合不同的示踪技术，对一个对供水具有超区域重要性的复杂岩溶和冲积含水层系统进行了表征，对于小规模结果，进行了单孔稀释测试，进行了区域多示踪剂测试，以调查更大规模的地下水流。
尽管提取率很高，但在多瑙河谷的提取井中没有检测到示踪剂浓度，这证实了较长的停留时间以及现有保护概念的有效性，所有结果都必须考虑水力情况和低流量条件，所选择的方法已被证明适用于复杂含水层系统的检查，可以记录由地质环境引起的明显异质性。
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