北方岩溶大泉地下水系统的圈划:以太原盆地东西山地区为例

运用地下水系统分析理论, 以山西省太原盆地东西山地区为实例, 利用GIS技术对区内岩溶大泉地下水系统进行了圈划.运用岩相古地理、地质构造和水文地质分析方法, 首次提取了研究区岩溶含水系统的区域隔水底板等高线、边山断裂两壁投影图及岩溶水系统图等定量或半定量水文地质信息, 圈划出了东西山岩溶水系统的局部饱水带、饱水带和碳酸盐岩非饱水带.研究结果表明, 西山地区兰村泉、晋祠泉属于同一个岩溶子系统; 西冶泉岩溶子系统是相对独立的岩溶水系统; 东山基岩山区大部分属于娘子关泉岩溶子系统, 且东山岩溶水子系统与盆地地下水有密切水力联系而与兰村泉-晋祠泉岩溶子系统无直接关系.这些为模拟盆地地下水系统和评价北方岩溶地下水资源提供重要的科学依据, 对前人就太原盆地边山岩溶水系统边界的确定和内部结构的划分提法有了新的认识.      

北京西山泉域岩溶水系统特征探讨

北京西山地区岩溶地下水主要以相对独立的岩溶地下水系统进行循环,其水文地质条件、系统结构模式及其水资源的重要性等,在北方具有代表性。文章主要以北京西山鱼谷洞泉域岩溶水系统、黑龙关泉域岩溶水系统、玉泉山泉域岩溶水系统为研究对象,从岩溶含水层结构、地下水循环、地质构造等方面,总结出北京西山泉域岩溶水系统特征主要为:双层含水层结构、多个子系统构成且多点排泄、系统内岩溶水转化关系复杂多样、岩溶水富集带及系统边界集中在逆冲断层处。      

古堆泉岩溶地下水系统特征及系统圈划

古堆泉是汾河流域内唯一的中低温地热泉,研究其水文地质特征、划定岩溶地下水系统边界是进行岩溶地下水资源评价和地热水成因研究的基础。通过对古堆泉岩溶地下水系统的地质结构特征、水文地质结构特征和岩溶地下水循环演化规律分析,初步圈划了古堆泉岩溶地下水系统及其子系统。研究结果表明：系统内地质结构复杂、火成岩侵入和隐伏断裂发育,总体上可以将其概括为南北和东西向均"三隆三陷"的地质格局;古堆泉岩溶地下水主要接受塔儿山、二峰山及中条山碳酸盐岩裸露区的降水入渗补给,南梁泉和海头泉是系统内2个岩溶地下水的局部排泄点,古堆泉是最终排泄点。根据水文地质结构特征和岩溶地下水循环特征确定了古堆泉岩溶地下水系统边界及其水文地质性质,圈定的古堆泉岩溶地下水系统面积为2 942 km²,并进一步将其划分为4个相对独立的岩溶地下水子系统：塔儿山-九原山古堆泉岩溶水子系统、佛岭山-高显海头泉岩溶水子系统、中条山南梁泉岩溶水子系统、侯马盆地深循环岩溶水子系统。     

香溪河岩溶流域几种岩溶水系统的地质结构特征

香溪河流域位于湖北鄂西地区,属于中国南北岩溶过渡带。通过在香溪河岩溶流域开展1∶5万水文地质调查研究,不仅查明了调查区内基础地质及水文地质条件,且针对调查区地质结构的独特性,确定了香溪河流域岩溶水系统划分和岩溶水系统模式分类的原则,在此基础上划分了四类具有代表性的岩溶水系统结构模式:震旦-寒武双层分散排泄型、震旦单层分散排泄型、寒武-奥陶单层集中排泄型、二叠-三叠单层集中排泄型,并阐述了其地质结构特征和岩溶水的基本循环模式。研究结果对探索鄂西岩溶山区水资源量准确评价和解决当地岩溶干旱地区水资源开发利用问题具有重要意义。     

鄂尔多斯盆地地下水勘查

鄂尔多斯盆地矿产资源丰富，生态环境脆弱，地下水资源分布不均，水质复杂。在研究盆地周边岩溶区岩溶发育规律，地下水富集规律，地下水的补给、径流、排泄条件的基础上，将周边岩溶区划分为9个岩溶水系统，进一步划分为25个岩溶水子系统。白垩系自流盆地初步揭示了深部赋存有丰富的地下水，地下水受岩相古地理、地下水补径排条件等控制，水质差异较大。总结了东部黄土覆盖区的地下水类型及开发利用模式。     

明月峡背斜南部张关—排花洞岩溶水系统地下水径流模式解析

川东明月峡背斜地下岩溶发育的强烈非均质性造就了独特的地下水径流模式,孕育出区域复杂的岩溶工程水文地质问题,查明明月峡背斜南段地下水径流模式对指导区内隧道工程选址及建设具有重要意义。文章在已有研究基础上,以“张关—排花洞”岩溶水系统为研究区,通过系统厘清区内水文地质条件,深入剖析区内地下水水文地球化学特征及水动力条件,明确区内岩溶含水介质不均一性控制下的地下水小尺度径流规律。结果显示:研究区地下水在平面上表现为形似“扫帚状”的径流模式:在补给、径流区,三叠系下统嘉陵江组一段（T₁j1）、嘉陵江组三段(T₁j3)地层（强岩溶化）与嘉陵江组二段（T₁j2）、嘉陵江组四段 （T₁j4）地层（弱岩溶化）呈间互状分布的特点导致相邻地层之间水力联系较弱,以地层为单位形成多个相对独立的岩溶水子系统;在研究区排泄区,受控于势汇最强的T₁j3内部管道流对其他地层地下水持续的袭夺效应,地下水统一汇聚至排花洞暗河出口向御临河排泄,各岩溶水子系统最终整合为一个岩溶水系统。      

丁家寨水源地岩溶地下水系统分析及其问题讨论

本文运用系统论的观点，对瓮安丁家源地岩溶地下水系统微观及宏观结构的组合形式及空间分布规律，地下水流场，动态与均衡进行了系统分析，对岩溶地下水系统进行了条件概化，建立了水文地质概念模型及数值模型，对岩溶地下水系统的转换功能特征进行了分析探讨，在系统分析的基础上，进行了子系统的划分，并对丁家寨－白水河子系统及草塘子系统的Ｆ４边界进行了分析讨论，提出了系统局部分水岭及Ｆ４不确定边界预报处理方法存在某些问     

基于地下水开发的岩溶地下水系统类型划分方案探讨

岩溶山区多年的地下水开发利用实践证明,传统的岩溶地下水系统划分不利于指导岩溶山区勘查找水和地下水资源的开发。为了更好地指导岩溶山区地下水资源的勘查和开发,文章从有利指导岩溶山区地下水勘查和开发利用的角度,在继承传统划分方法的基础上,提出了一种新的以地下水的赋存条件、富集条件,以及开发条件三个层次组合的地下水系统综合划分方法:根据岩溶地下水系统与供水目标在空间上的关系划分为“高位”和“低位”两种类型,根据控制地下水富集的水文地质结构划分为“开放”和“封闭”两个亚类,根据地下水的水动力和排泄特点划分为集中（地下河、岩溶泉）和分散排泄三类系统,并给出了“高位”型地下水系统开发成本低、“封闭型”地下水系统资源丰富,“封闭型地下水系统”是缺水区勘查找水的主要目标,合理的岩溶水系统的开发利用应按照“高位封闭型”、“高位开放型”、“低位封闭型”的顺序进行规划部署,“低位开放型”地下水系统则因富水性差、开发利用成本高可作为储备水源地的建议。      

贵州典型岩溶区岩溶地下水污染评价

本文选取贵州三个岩溶典型类型,即地下水集中排泄类型,地下水集中开采区类型和城镇区岩溶地下水类型,根据各类型岩溶区的岩溶发育特征,水文地质条件,地下水污染类型和方式,分别用集中参数模型和分布参数模型,对地下水污染进行了评价,所得结果均拟合良好。     

昆明大板桥岩溶地下水系统污染边界及其防污性能研究

大板桥岩溶地下水系统是滇东断陷盆地区较典型的裸露—覆盖型岩溶地下水系统,文章中定义了岩溶地下水系统污染边界,进行了大板桥岩溶地下水系统分级,即大板桥裸露—覆盖型岩溶水一级系统及横山—龙泉寺裸露型子系统和大板桥—阿地村覆盖型子系统两个二级子系统,确定了大板桥岩溶地下水系统侧向边界、裸露区顶界、裸露型子系统与覆盖型子系统的边界及覆盖区顶界四种裸露—覆盖型岩溶地下水系统污染边界,并对边界防污性能进行了研究,认为裸露区顶界防污性能弱、裸露型子系统与覆盖型子系统的侧向边界防污性能较弱,覆盖区顶界防污性能强。      

典型石漠化地区岩溶水系统循环演化分析

由于岩溶地区特有的地上地下二元水文结构,其岩溶水系统循环演化具有特殊性,因而水不仅会携带土壤发生地表流失,而且会发生地下漏失,造成该地区土壤流失量大,岩溶石漠化现象突出,治理难度大。本文以贵州贞丰-关岭花江高原峡谷石漠化治理示范区为研究区域,通过野外调查、水样分析及数值模拟方法,对该区岩溶水系统的补、径、排特征,水化学特征和水均衡量等进行分析模拟计算出地下水位、地下暗河流量变化情况,得到该区岩溶水均衡量,其结果基本反映了实际地下水系统排泄量变化及地下水流向特征,初步阐明该区域岩溶水系统循环演化特征,为岩溶石漠化地区的土壤地表流失和地下漏失的趋势研究及防治提供理论依据。     

Geochemical evolution of groundwater in carbonate aquifers in Taiyuan, northern China

Thirty-nine samples of both cold and thermal karst groundwater from Taiyuan, northern China were collected and analyzed with the aim of developing a better understanding of the geochemical processes that control the groundwater quality evolution in the region’s carbonate aquifers. The region’s karst groundwater system was divided into three geologically distinct sub-systems, namely, the Xishan Mountain karst groundwater subsystem (XMK), the Dongshan Mountain karst groundwater subsystem (DMK) and the Beishan Mountain karst groundwater subsystem (BMK). Hydrochemical properties of the karst groundwaters evolve from the recharge zones towards the cold water discharge zones and further towards the thermal water discharge zones. In the XMK and the DMK, the hydrochemical type of the groundwater evolves from HCO₃-Ca·Mg in the recharge - flow-through zone, to HCO₃·SO₄-Ca·Mg/SO₄·HCO₃-Ca·Mg in the cold water discharge zone, and further to SO₄-Ca·Mg in the thermal water discharge zone. By contrast, the water type changes from HCO₃-Ca·Mg to HCO₃·SO₄-Ca·Mg in the BMK, with almost invariable TDS and temperatures all along from the recharge to the discharge zone. The concentrations of Sr, Si, Fe, F⁻ and of some trace elements (Al, B, Li, Mn, Mo, Co, Ni) increase as groundwater temperature increases. Different hydrogeochemical processes occur in the three karst groundwater sub-systems. In the XMK and the DMK, the geochemical evolution of the groundwater is jointly controlled by carbonate dissolution/precipitation, gypsum dissolution and dedolomitization, while only calcite and dolomite dissolution/precipitation occurs in the BMK without dedolomitization. The hydrogeochemical data of the karst groundwaters were used to construct individual geochemical reaction models for each of the three different karst groundwater sub-systems. The modeling results confirm that dedolomization is the major process controlling hydrochemical changes in the XMK and the DMK. In the thermal groundwaters, the dissolution rates of fluorite, siderite and strontianite were found to exceed those of the cold karst groundwater systems, which can explain the higher concentrations of F⁻, Fe and Sr²⁺ that are found in these waters.     

Hydrological modeling in the karst area,Rižana spring catchment,Slovenia

Karst aquifers are known for their heterogeneity and irregular complex flow patterns which make them more difficult to model and demand specific modeling approaches. This paper presents one such approach which is based on a conceptual model. The model was applied in a karst area of the catchment of Rižana spring (200 km2). It is based on the MIKE SHE code and incorporates the main hydrological processes and geological features of the karst aquifer (diffuse and concentrated infiltration, allogenic recharge, quick and slow groundwater flow, shifting groundwater divides and groundwater outflow from the catchment area). Modeling of evapotranspiration and flow in the upper part of the unsaturated zone is more detailed. For the modeling of groundwater flow in the karst aquifer, a conceptual model was applied which uses drainage function for the simulation of groundwater flow through large conduits (karst channels and large fissures). The model was calibrated and validated against the observed Rižana spring discharge which represents a measured response of the aquifer. The results of validation show that the model is able to adequately simulate temporal evolution of the spring discharge, measured by Nash–Sutcliffe coefficient (0.82) as well as overall water balance.     

基于MODFLOW-CFP的岩溶水模型降雨非线性入渗补给研究——以湖南省香花岭地区为例

利用MODFLOW-CFP建立湖南省香花岭渗流-管道流耦合模型,并使用降雨量系数法实现非线性入渗过程,以探讨此方法在模型中的适用性。通过人工试错反演参数,得出6个不同降雨强度区间的降雨量系数;非线性入渗处理后,地下河流量模拟结果的纳什系数提高至0.91。结果表明:降雨量系数法可使该模型更好地模拟地下河流量变化,此方法也适用于一些岩溶小流域的数值模拟工作。      

济南明水泉域岩溶地下水数值模拟及泉水水位动态预测

应用地下水模拟软件GMS建立山东济南明水泉域的三维地下水流数值模拟模型,对泉域内岩溶地下水进行数值模拟和水平衡分析,评价了泉域岩溶地下水资源总量和在保持泉水常年喷涌条件下的岩溶地下水可采资源量。在此基础上,应用时间序列分析法对泉水水位动态进行了预测。结果表明:明水泉域多年（2003-2014年）地下水补给量为1.23×108 m3·a-1,排泄量为1.36×108 m3·a-1,均衡差为-1.30×108 m3·a-1;模型预测未来20年泉水最低水位为55.65 m,最高水位为68.72 m,平均泉流量为34.6×104 m3·d-1。      

川藏铁路格聂山和察雅段构造岩溶发育规律及岩溶地下水循环模式研究

Construction of the Sichuan-Tibet Railway may face significant geological safety risks of water inrush and mud inrush in the plateau tectonic karst region. It is of great scientific and practical significance to carry out research on the evolution regularity of the plateau tectonic karst and the relevant karst groundwater circulation mode for the early prediction and identification of the water inrush and mud inrush disaster in the railway tunnel to be built. Based on the field survey and published literatures, this paper makes an in-depth analysis and draws some conclusions. The tectonic karst development shows obvious sequence characteristics and elevation zonation. The first level to fourth level karst development areas were formed before Miocene, late Miocene to Pliocene, Pliocene and Pliocene to Pleistocene, and occur in the elevation range of 4900?5300 m, 4000?4300 m, 3700?3800 m and 2900?3200 m, respectively. Active faults obviously control the distribution and enrichment of karst groundwater. Since the late Pleistocene, active faults have connected different karst areas and formed unique storage conditions for the tectonic karst groundwater in the plateau region. Karst groundwater system can be divided into high recharge area, remote pipeline flow area and concentrated discharge area. The high recharge area occurs in the first-level karst evaluation area, and the third-level and fourth-level are the concentrated discharge area which generally contain the outcropping springs with a discharge of more than 100 L/s. The groundwater system is appropriately divided into shallow and deep groundwater flow system. Karst springs are mainly supplied by ice and snow melting water, and exhibits the dynamic characteristics of the high water pressure, long flow path and deep water groundwater circulation. High CO₂ saturation concentration of the melting water and the salt effect of sulfate promote the formation of high TDS sulfuric acid karst groundwater of low temperature.     

北京西山黑龙关泉域岩溶水系统边界与水文地质性质

北方岩溶水系统具有固定补给范围和资源要素,是岩溶地下水进行独立循环的基本单元,控制了岩溶水的运移富集、水化学演化特征、资源构成以及环境地质问题。开展岩溶水系统研究的首要任务是确定系统边界位置及其水文地质性质。以北京西山黑龙关泉域岩溶水系统为研究对象,采用地质学、岩溶动力学、流体动力学、水文地球化学、地球物理勘探等方法,确定黑龙关泉域岩溶水系统是由南部大石河背斜岩溶水子系统和北部百花山向斜南翼岩溶水子系统2个次级系统组成;其含水岩层分别为蓟县系铁岭组、雾迷山组和青白口系景儿峪组、奥陶系、寒武系碳酸盐岩。根据边界的水文地质性质可以划分为地表分水岭边界、地下分水岭边界、隔水边界、岩溶含水层深埋滞流性边界等类型。     

泉域地下水数值模拟及泉流量动态变化预测

本文对位于岩溶地区的小南海泉泉域地下水进行了数值模拟和水平衡分析，全面分析了降雨、河、渠、库地表水系入渗对地下水动态变化的影响，模拟了泉流量动态变化与区域地下水关系。在此基础上，分析了不同气候条件和开采方案对泉流量的影响。模型计算结果表明，小南海泉流量多年平均相对变化率与降雨量多年平均变化率基本一致，减少泉域地下水开采量，特别是矿坑排水可有效地增加枯期泉流量。