找水新技术在干旱缺水区的应用研究

我 国 的 地 下 水 勘 探 工 作 从 上 世 纪 50 年 代 初 开 始，至今己有 50 年，在此期间，物探找水有了很大的 发展，取得了一定成就。 我国的水文物探主要经历了 5 个发展阶段。 上世纪 50 年代和 60 年代，是我国水 文物探成长阶段.主要使用的方法有电阻率法、渗透 电场法、井中充电法、井中扩散法等；70 年代出现 了 一些新方法，如激发极化找水方法及音频大地电场法 等，物探技术上了一个新台阶；80 年代，从平原找 水 发展到山区基岩裂隙、岩溶找水，地震折射法、甚低频 法、二次时差法、频率域激发极化法、核物探方法、井 中的流速测定仪等许多方法进入水文物探领域，特别 是计算技术进入直流电法之后，使老方法以新的面貌 继续发挥作用；90 年代，水文物探稳定发展和相对成 熟阶段，在物探寻找地下水我国技术水平在世界上是 先进的；21 世纪， 传统的地球物理方法 一 直 得 到 应 用，但在地下水勘查工作中采用最多的是直流电阻率 法和激发极化法，已比单纯的水文地质分析法前进了 一大步， 但由于受地形影响及体积勘探效应的限制， 成井率很难再有提高。 瞬变电磁法(TEM)是近年来国 内外发展得较快地质效果较好的一种电法勘探分支 方法 ，地 面 核 磁 共 振(SNMR)找 水 方 法 是 在 近 二 十 多 年里发展起来的直接找水的物探新方法。下面介绍一 些在干旱牧区找水的一些技术和应用。
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李振刚 1 班长祥 2 刘 伟 1 赵义平 1 1.水利部牧区水利科学研究所;2.正镶白旗水利局
[摘 要] 牧区人饮安全供水存在的突出问题，主要是水源短缺问题，其涵义包括两个方面，其一由于水资 源禀赋的先天条件不足，造成该区域或地区真正缺水；其二是由于特殊的环境地质条件造成的区域地下水高矿 化度、高氟、高砷等，即有水不能饮的环境型缺水。 为此，解决牧区人饮安全供水有两个途径。 在水源难寻区，采 用先进的找水技术寻找符合人饮安全标准的水源，满足牧区供水需求，其次通过先进的水质处理与净化技术， 使苦咸水等达到安全饮水标准的要求。 因此，本文围绕牧区人饮安全供水，开展牧区找水新技术研究，为解决牧 区安全供水提供必要的技术支撑。
目 前 ，NUMIS 系 统 是 当 前 最 先 进 的 直 接 找 水 设 备，在世界上多个国家进行过实地应用，应用效果非 常理想，具有如下优点：MRS 找水方法的原理决定了 该方法能够直接找水，特别是找淡水。 在该方法的探 测深度范围内，只要地层中有自由水存在，就有 MRS 信号响应，反之则没 有 响 应 ；同 时 MRS 方 法 受 地 质 因素影响小。在淡水电阻率与其赋存空间介质的电阻 率无明显差异的情况下，电阻率法找水就显得无能为 力， 而核磁共振测深却能够直接探测出淡水的存在。 完成一个核磁共振深点的费用仅为一个水文地质勘 探钻孔费用的 1/10，并可以快速地提供出打井位置及 划定找水远景区，在干旱牧区具有非常广阔的应用前 景。
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不同频率的信号来探测不同深度，而不是象直流电法 那样，用增加供电导线的长度来测深的，这样就大大 的减小了劳动强度。
(2) 能 在 冬 季 施 工 ， 由 于 电 磁 波 的 穿 透 能 力 强 ， 不 受高阻屏蔽层的影响，因此能够穿透冻土层，探测冻 层以下的地层，而直流电法由于冻土层影响，在冬季 无法施工。 EH-4 仪器备有人工发射源来增强信号， 能在沙漠地区开展工作；直流电法，由于接地条件不 好造成信号微弱，有时在沙漠地区无法开展工作。
2.EH4 找水技术 Stratagem EH - 4 连续电导率成像系统通过发 射和接收地面电磁波来进行电阻率测深，可由连续的 测深点阵形成地下二维电阻率剖面，能够探测地下浅 至几米深及千余米的地层结构，在地下水勘察领域适 用于寻找构造裂隙水。 大地电磁法是属于物探技术中的交流电法技术， 又称大地电磁测深法，主要是通过接收不同频率的大 地电磁场信号，来探测地下地质体的特征。 大地电磁 测深法，在水利行业中的代表性仪器为美国产 EH 4 型连续电导率剖面仪。 大地电磁测深法的工作原理 是，通过仪器接收不同频率的大地电磁场信号，来探 测不同深度地质体的埋深、厚度、产状等地质参数，通 过用专用软件对探测数据解释， 得出地下地层的岩 性、厚度、颗粒大小，地质构造的产状等物探成果资 料。 进一步对物探成果资料进行分析解释，可以推断 地下不同地层的富水性、厚度、埋深、分布范围，或者 推断出地下矿体的厚度、产状、品位，以及地质构造的 分布范围、深度及产状。 EH4-4 连续电导率剖面仪， 有其优点如下: (1) 设 备 轻 便 ， 由 于 是 测 量 大 地 电 磁 场 ， 为 天 然 场 测量，一般情况下，不需人工激发源，免除了大型、沉 重的供电设备，只需 12 伏小电瓶给仪器供电就行；特 殊情况下，其备用的发射机很轻便。 测量电极采用 20 米长的细电缆， 连接 4 个不锈钢小电极和 2 个小磁 棒，测 1 个测点时只布设 1 次，不用跑极工。因其通过
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找水。 在有地下水活动的地段，就有 MRS 信号响应， 利 用 NUMIS （ 或 NUMISρLS 或 NUMISLis） 系 统 配 备 的软件对采集的信号进行处理和解释，就给出了各含 水层的深度、 厚度。 在没有地下水活动的地段，MRS 方法则无响应。 其信号振幅直接反映地下水的含水 量，衰减时间反映地下水岩层的平均孔隙度，信号相 位反映岩层电阻率，最大探测深度可达 150 米。
[关键词] 牧区 找水 新技术 研究
DOI:10.14070/ki.15-1098.2015.03.079
一、引言 由于特殊的地理位置和环境气候条件，牧区存在 的主要问题是干旱少雨、水资源短缺，常表现为资源 性缺水和环境型缺水。 地表水资源要么严重短缺，要 么水质矿化度较高或为苦咸水，故干旱牧区人饮水源 多选择为地下水，可是地下水水质亦多为高矿化度水 或高氟水，水质严重超标，属于贫水区，水源难寻，这 样使得干旱牧区水源问题表现的尤为突出，是牧区人 饮问题的最大难题之一。 目前，干旱牧区供水水源多为管井、大口井、辐射 井、渗渠、截伏流、泉室、水窖等取水构筑物，取水水源 主要是浅层地下水和局部地表水。如有些牧区居民采 用自制筒井，井浅水少，水质差，易污染；有些居民利 用溪流、泉水、河道集水坑、雨水集水窖等，供水可靠 性较差，不安全。 总体而言，干旱边远牧区的牧民，由 于自然条件差，居住分散，交通不便，能源短缺，经济
总之，牧区供水规模普遍较小，水源条件较差，且 供水方式落后、安全性和可靠性较差、保障程度很低， 严重影响牧区生活的改善和牧民的身心健康，一直是 牧区人饮安全供水的重点和难点，下面重点从找水方 面进行探讨，以期寻求适合牧区安全供水的找水新技 术。
二、干旱缺水区找水新技术 水源是牧区供水的关键问题之一。在干旱牧区通 常取用地下水，然而用常规的方法找到符合生活饮用 水水质标准的地下水源是非常困难的，而且找水成功
3.激发极化法 激发极化法又称激电法，是以地下不同地层在人 工电场作用下发生的物理和电化学反应的差异为基 础的一种电法勘探方法。此种方法先通过两个供电电 极向地下供电， 使两测量电极之间的电位差逐渐增 大，直到饱和，然后断开供电电流，测量电极之间的电 位差逐渐衰减至零。这样附加电场会随着充电放电而 逐渐变化，这种现象称之为激发极化现象(又称激电 效应)， 激发极化法就是以不同地层激电效应的差异 为基础，通过观测研究大地激电效应，检测地下地质 情况的一种方法。 激发极化法与其他电法勘探方法相比有一些显 著的优点:①利用它不仅可以发现地质矿产，还能寻 找不同地质构造的地下水； ②根据异常的明显程度， 可以区分常是电子导体还是离子导体引起的，确定地 下水矿化度的相对大小；③激发极化法受地形影响也 比其他电法小，当起伏地形下有矿体存在时，仅使异 常强度和形态发生改变，但异常不会消失；④对岩溶 裂隙水的水位埋深和相对富水带反映比较直观，比较 适合在山区找水。 在水文地质调查中，通常将激发极 化法和电测深法结合起来运用， 即所谓激电测深法。 目前， 常用的激发极化仪器有 CTE-2 型智能激发极 化仪，SY/T 6532-2002 激发极化仪。 4.瞬变电磁法 瞬 变 电 磁 法 也 称 时 间 域 电 磁 法 (Time domain
1.核磁共振找水技术 核 磁 共 振 技 术 （MRS） 是 目 前 世 界 上 唯 一 的 直 接 找水的地球物理新方法。 它应用核磁感应系统 （MRS），通过由小到大地改变激发电流脉冲的幅值和 持续时间，探测由浅到深的含水层的赋存状态，是一 种无损监测。 它可以快速圈定找水远景区、区分 ρs 低 阻区段异常性质， 即用 MRS 方法区分储水构造内是 否有水，有自由水存在，就有 MRS 信号响应；同时可 以在 MRS 方法确定的有水范围内，结合 ρs 异常的特 点确定井位；而且能够区分水质，利用电阻率值的大 小来区分出咸水或淡水；并且结合激发极化法异常特 点，圈定烃类（含有氢核）污染水的污染范围和程度 等。 核 磁 共 振 技 术 （MRS） 通 过 测 量 地 层 水 中 的 氢 核 来直接找水，主要是通过测量地层水中的氢核来直接
落后，大部分地区还依靠畜驮马拉的方式到几公里甚 至十几公里外的地方取水， 水源没有净水和消毒措 施 ， 基 本 不 符 合 《生 活 饮 用 水 卫 生 标 准 GB 57492006》 的 要 求 ； 加 之 干 旱 牧 区 地 处 偏 远 、 输 水 距 离 长 、 供水量小等，且无常规能源动力，使得牧区供水特殊 而困难，这也是牧区饮水安全的又一突出问题。
率；通 过 对 籽 粒 产 量 （用 水 分 仪 测 水 求 14%重 量 ）和 生物产量等数据的测定和比较，对生物产量和籽粒产 量相关性进行评价；分析平均穗重；平均株产量，结合 实际密度和株型对增产性进行分析评价；对室内考中 所得理论产量进行验证；根据玉米和秸秆市场价格进 行经济效益分析。
结果与分析项目中还可对品种的抗病性进行观 测分析。
一篇质量过硬、经得起推敲的试验报告首先需要 科技人员要有端正的态度； 同时要从试验方案设计、 实施、田间管理、数据采集、考种、数据处理、撰写总结 等方面做到环环相扣，步步到位；田间试验的方法和 做法要符合规范，采集数据最好是由同一（组）人在特 定时间进行，每一项数据都要保证真实准确；对试验 结果进行详尽分析、讨论；如此才不枉费一年的辛劳。