基于氡同位素示踪的洞庭湖区枯水期湖水与地下水交互作用研究

洞庭湖区水系发达,水文地质条件复杂,人类活动强烈,地表水和地下水的水力联系变化频繁,其研究的难度以及由此造成的研究不足影响了对湖区地下水赋存和运动规律的深入认识。本文以洞庭湖整体为研究对象,采用水位动态分析和氡(222 Rn)同位素示踪法,定性和定量研究枯水期洞庭湖区地表水与地下水的交互作用关系与交互通量。枯水期洞庭湖区水位和氡浓度空间分布特征指示研究区内地下水向湖水排泄,尤以东洞庭湖最为显著。氡箱模型计算结果显示枯水期地下水排泄222 Rn通量为455.09 Bq/(m^(2)·d),占总输入222 Rn通量的60.07%,地下水排泄总量为0.29×10^(8)m^(3)/d,平均排泄速率为56.27 mm/d,地下水排泄对湖水的贡献率为7.04%。敏感性分析表明:风速、地下水和湖水222 Rn浓度以及湖面面积等参数较为敏感,合理布置取样点并提高敏感参数测量准确度能提高模型计算结果的可靠度。氡同位素示踪法物理意义明确、操作过程简便,是研究复杂区域地下水补、径、排特征的有效方法。研究成果一定程度上提供了洞庭湖区水量均衡的更多认识,可为洞庭湖区地下水资源评价和管理提供参考。

基于氡同位素的平原湖荡枯水期湖水地下水补排通量

水是人类生存之源,而湖荡被称为地球之“肾”,是河湖水系连接的关键缓冲节点,与人类生存和发展息息相关。长三角平原水系众多,河流纵横,天然湖泊与人工沟渠遍布,平原湖荡湖水与周边地下水的水力联系较为频繁,而地下水对湖泊水均衡贡献尚不明确,对平原湖荡地下水赋存和运移规律的认识不足。本研究以苏州吴江区元荡湖为研究对象,选取氡同位素作为湖水和地下水水力交换过程的示踪剂,建立氡箱模型,揭示元荡湖不同区段与地下水的水力联系过程和补给关系,并通过水位动态验证分析湖水—地下水交互关系。枯水期元荡湖水位和氡浓度空间分布特征指示研究区内地下水向湖水排泄,其中以湖泊西侧较为明显,地下水入流补给的氡为7.137×10^(6)Bq/d,输入量源项占比为90%,地下水流入量为4540.801 m^(3)/d,地下水每日流入量对元荡湖水量的贡献率为2.551%。参数敏感性分析结果表明,风速与地下水^(222)Rn活度为特别敏感参数,取值差异较大时会导致计算误差急剧增大,改善测点布置和提高模型参数精度能有效提高模型计算结果的准确性和可靠程度。借助氡同位素示踪方法,建立湖泊氡箱模型,是研究平原湖荡内地下水补、径、排特征的有效方法。本研究在一定程度上加深了对平原湖荡区域水量均衡的认识,有助于了解平原湖荡水均衡和水循环机制,为平原湖荡水资源开发利用与环境保护提供数据支撑。

基于ARM的软件延迟符合法氡同位素分辨测量实验系统研制

本文探讨了一种基于嵌入式系统的软件延迟符合分辨测量氡同位素技术,建立基于ARM嵌入式微处理器试验装置,记录核脉冲序列的时序信息,利用氡同位素的短寿命子体钋半衰期不同的特性,用一种软件延迟符合测量法分辨测量了219 Rn和220 Rn源。实验结果表明,软件延迟符合系统能分辨测量低水平219 Rn和220 Rn,操作简便,达到了设计目的。

镭、氡同位素示踪调水调沙对黄河口水体运移及营养盐分布特征的影响

为研究调水调沙影响下的镭、氡同位素和营养盐在黄河口的分布特征,于2013年7月调水调沙期间在黄河口及其邻近海域进行了多点的连续观测。研究发现:(1)黄河口海域镭、氡同位素分布呈现明显的"分区"现象,南北两区分别为"调水调沙影响非显著区域"和"调水调沙影响显著区域",北部海域镭、氡同位素浓度高值主要来源于陆源输入(包括河流输入和海底地下水排放);(2)调查期间,北部海域水体年龄为(2.9±1.6)d,南部海域水体年龄为(5.0±2.1)d;水龄随潮汐变化表现出涨潮时水龄增大、落潮时水龄减小的波动趋势;(3)北部海域溶解无机氮(DIN)和溶解硅(DSi)含量明显高于南部海域,而溶解无机磷(DIP)在两个区域的含量相差不大。

软件延迟符合法分辨氡同位素的仿真研究

本工作以MATLAB软件仿真的方式,探索用软件方法实现延迟符合法分辨氡同位素;并改变延迟时间和开门时间寻找较好的分辨效果。结果显示,该方法可降低测量成本,延迟时间调整方便,并可用于低水平活度氡同位素测量。

基于氡同位素的河水与地下水水力交换研究

选取氡同位素(222 Rn)作为地表水与地下水水力交换过程的天然示踪剂,探明不同河段多水源水力关联关系及海陵区水循环特征。对新通扬运河海陵段进行河水及附近地下水采样,定性分析河水与地下水水力联系过程,建立河道氡一维稳定流模型及流量平衡模型,定量辨识地下水入流和河水渗漏机制。结果表明,新通扬运河海陵段的地下水补给主要发生在R3~R4、R7~R9河段,支流汇入、汇出对干流影响较小。模拟的地下水入流和河水渗漏结果显示河道中存在河水和地下水相互作用。利用河道氡一维稳定流模型得到详细的河水与地下水的水力联系情况,所得结果与定性分析结果一致。河道氡一维稳定流模型中,上下游流量为特别敏感参数,上下游河水内氡活度浓度为比较敏感参数。

延迟符合法氡同位素分辨系统的实验装置的研制

介绍延迟符合法氡同位素分辨系统实验装置,该实验装置可对低浓度氡同位素进行连续测量。采用精密定时器LM322用于对219Rn2、20Rn2、22Rn这三种同位素进行延迟符合,并且该系统能对符合的脉冲进行计数、数据处理、液晶显示,同时还提供了键盘接口、与微机的串口通信等功能。

基于氡同位素的闸塘渗漏检测研究

为拓展水利工程渗漏研究方法,研究利用氡同位素识别地下水入渗点,建立了氡箱模型估算地下水入渗量,并对模型参数进行了敏感性分析。针对盐城市东台养殖区闸塘渗漏进行了实例研究。结果表明:利用氡同位素进行示踪,可有效地识别地下水入渗点,同时可定量计算地下水入渗量;计算结果的不确定性主要来自于入渗地下水的氡活度。氡同位素在地下水入渗的勘查及定量计算中具有较好的应用前景。

黄河下游地下水中镭氡同位素的分布及影响因素研究

为研究黄河下游地下水中镭氡同位素的含量、分布及其影响因素,于2015年5月至2016年2月,按季度对黄河下游利津水文站至黄河口区间100 km河道内的地下水进行了5次调查,得到结论如下:(1)黄河下游地下水中3种镭同位素(223Ra、224Ra和226Ra)活度变化范围为0.4~5.9 dpm/100L、23.5~358.1 dpm/100L和11.2~49.4 dpm/100L;222Rn活度变化范围为8.2~700.5 dpm/L,除个别站位(如DP-#)地下水中222Rn浓度较高以外(608.8±105.0 dpm/L),其他站点222Rn浓度水平基本上保持在8~200 dpm/L之间。(2)远离河口的采样站位(LJ-#、YL-#和YW-#)地下水中镭同位素浓度的季节性特征不明显,而靠近河口的采样点(DP-#和KY-#)的镭同位素浓度季节性差别显著。随着向河口方向的延伸,地下水中镭同位素浓度呈现出逐渐增加的趋势,盐度是影响镭同位素活度的关键因素。(3)各采样点水体中222Rn浓度变化均呈现出夏季略低于冬季的分布特征,水体停留时间和黄河径流量变化是影响222Rn活度变化的主要原因。

基于同位素测氡的煤矿火区圈划方法对比研究

为确定基于同位素测氡的地下火区异常区域圈划的最优计算方法,首先,在分析3种常用区域数据处理方法(传统统计法、趋势面分析法及分形法)的原理基础上,应用这3种方法处理实际矿井地面的测氡数据;然后,利用3种方法圈划火区的结果,从强化弱异常的能力和异常下限的确定2方面对比分析3种方法的差异性;最后,通过选取代表性的钻孔,验证3种方法确定的异常区域。结果表明:传统统计法和分形法的氡异常下限分别为5982和7094 Bq/m^(3),趋势面分析法是通过正剩余分量确定异常区域的,没有具体的异常下限值;3种方法圈划的异常区域面积大小与强化弱异常能力的高低一致:趋势面分析法>分形法>传统统计法;通过对比钻孔验证的结果,确定以分形法所圈划的结果作为后期火区治理的依据。

同位素测氡法在柳湾矿自燃火源位置探测中的应用

阐述了同位素测氡法的探测原理,介绍了该方法在柳湾矿自燃火源位置探测中的成功应用。实践证明,该方法是解决煤矿自燃火灾治理难题的关键技术,具有重要的推广价值。

同位素测氡法探测火源位置在柴里煤矿火区治理中的应用

介绍了使用同位素测氡法探测煤矿自燃火源位置的原理及应用效果。实践证明,该方法是解决煤矿自燃火灾治理难题的关键技术,由于投资少、精度高、软件处理直观可靠,有重要的推广价值。

同位素测氡技术在我国煤矿的研究应用

介绍了同位素测氡方法的基本原理以及近年来中国煤矿应用同位素测氡技术解决地质问题与安全问题的概况，对应用效果作了评价并指出有待进一步解决的问题。

基于普通克里金法的同位素测氡探火数据优化处理

为优化同位素测氡探火的数据分析方法,避免目前使用的最小曲率拟合法造成的插值失真,影响火源位置的准确判定,将地质统计学中的普通克里金插值方法引入氡浓度数据的分析中,以期优化测氡探火数据的处理方法。选取古书院煤矿张岭火区同位素测氡探火数据,通过箱形图剔除原始数据中人为因素造成的孤立异常值并获得表征自燃火区测点的氡浓度区间;通过探索性数据分析和正态性检验,获得氡浓度数据的正态分布统计特征,并基于统计特征选择数据转换方法;对转换后的数据进行变异函数建模,基于该模型实现对氡浓度数据的普通克里金插值;比较普通克里金法与最小曲率法所圈定的疑似火源位置并通过钻孔验证二者的准确性。结果表明:在对张岭火区地表氡浓度的分析中,相较最小曲率法所圈定的4处疑似火区、6个疑似高温火源点,普通克里金插值方法将其减少为2处疑似火区、4个高温火源点;钻孔验证结果与普通克里金插值方法所圈定的高温火源点一致,排除最小曲率拟合法所额外圈定的2处高温火源点,证明普通克里金插值法可提高同位素测氡法对火源位置判断的准确度,对煤自燃火灾的防治具有指导作用。

基于瞬变电磁法和同位素测氡法的煤层综合探测

为探明杨涧煤矿3^#、8^#煤层采空区、富水区、采空积水区的赋存情况,依据岩层电性特征、放射性特征、区域地质、煤层发育等地质-地球物理资料,实施瞬变电磁法和同位素测氡法对测区进行综合勘探。研究表明,通过获得3^#、8^#煤层各测线的视电阻率拟断面图、顺煤层等值线图及氡气浓度分布平面图,可推断3^#、8^#煤层中7处采空区、10处富水区、3处采空积水区的位置。

同位素测氡技术在矿井火区探测中的应用

针对补连塔煤矿煤层浅埋深、地表无植被的特点,选用了同位素测氡技术进行火源探测。对探测出的氡气异常区域采取井上下综合火区治理措施,采空区高温得到了有效治理,验证了同位素测氡法探测火区高温点的准确性,消除了补连塔煤矿采空区高温对矿井安全生产的影响。

地面同位素测氡法在探测火区中的应用

通过对白芨沟矿区、乌兰矿区等火区地面同位素测氡法探测,证明地面同位素测氡法能够较好的推断火区范围,取得行之有效、经济实用的良好效果。

同位素测氡技术在查找煤矿陷落柱中的应用

利用同位素测氡技术成功确定西曲矿南六盘区3个陷落柱平面分布位置，并得到生产矿井准确验证。

同位素测氡技术在老窑采空区隐蔽火源探测的应用研究

针对采空区煤炭自燃导致地表下陷以及引发居民房屋墙体裂缝产生和CO气体浓度超标的现象,选择采用同位素测氡法作为老窑采空区隐蔽火源探测的方法,阐述同位素测氡技术的原理和技术,并且研究该方法在老窑采空区隐蔽火源探测的具体应用。研究结果表明同位素测氡法能够有效探测出老窑采空区隐蔽火源位置,而且该方法准确度高,实际应用性强,对采空区隐蔽火源探测和治理提供理论支撑和实践意义。

同位素测氡法与瞬变电磁法相结合探测煤田火区燃烧位置

利用同位素测氡法来探查煤田煤层自燃的位置及范围,是目前煤田火区勘查工作中常用的方法 ,但对于煤火燃烧深度的确定,往往很难做出准确判断。利用煤层燃烧后物性上的变化,采用同位素测氡法结合瞬变电磁法,以实际应用为例,确定煤火燃烧的准确位置。