基于MODFLOW-CFP的贵州大井流域岩溶地下水数值模拟

贵州大井流域岩溶分布广泛,岩溶水是当地人民生产和生活的主要来源。由于对岩溶水资源的不合理开发利用,水资源短缺现象经常发生。大井流域水文地质条件复杂,管道−多孔介质双重介质特征明显。文章采用MODFLOW-CFP耦合模型对大井流域展开数值模拟,进而掌握大井流域地下水运动规律、准确评价岩溶水资源,促进其合理开发利用。结果表明：大井流域管道与多孔介质交换量为6 719.1 m³·a⁻¹,主要集中在上游和中游;总补给水量为10 977.3×10⁴ m³·a⁻¹,补给模数为133.495 m³·km⁻²·a⁻¹,其中降雨汇入量和降雨入渗量占总补给量的81.35%,而总排泄量为10 813.47×10⁴ m³·a⁻¹,主要在地下河出口排泄。     

岩溶区典型工业型城市地下水水化学特征及成因机制

文章以广西柳州市岩溶地下水为研究对象,在岩溶水文地质调查和样品采集测试的基础上,采用数理统计法、水化学方法（Piper图、Gibbs图、离子比值系数,矿物饱和指数计算）、因子分析法和模糊综合评价法,分析工业型城市岩溶地下水水化学特征及形成机制,开展岩溶地下水质量评价。结果表明,研究区岩溶地下水为中-弱碱性水,Ca²⁺、Mg²⁺、HCO₃⁻、SO₄²⁻是主要的阴阳离子,水化学类型以HCO₃-Ca型和HCO₃-Ca·Mg型为主,且城区的SO₄²⁻型水的比例远高于非城区。区内岩溶地下水水化学组分及演化主要受水－岩作用、工业污染、城镇生活污染和农业活动等主控因素的影响,贡献率分别为31.52%、25.15%、18.12%和10.74%。其中,城区的水化学组分受人类活动的影响程度大于非城区的。矿物饱和指数表明,区内方解石和绝大多数白云石为饱和状态,而石膏和盐岩均为溶解状态。不同功能区的水化学敏感指标有差异,工业区以重金属为主,农业区以三氮为主,生活区以K⁺、Na⁺、Cl⁻、SO₄²⁻为主。研究区整体水质较好,Ⅰ－Ⅲ类水的比例高达约87.39%;但不同区域的水质差异较大,其中城区的水质较差,超标因子主要为Al、Mn、Pb、Fe、Hg;非城区的水质较好,超标因子主要为三氮。研究成果可以为工业型城市岩溶地下水污染防治提供科学依据。     

乌蒙山以礼河流域岩溶地下水富集特征及供水意义研究

岩溶地下水是乌蒙山集中连片贫困区内居民生产生活的主要水源,归纳区内地下水富集特征并探讨岩溶地下水的供水意义对于当地地下水资源勘察和开发利用具有重要的现实意义。文章针对乌蒙山以礼河中上游区域,基于现场水文地质调查,对水样进行采样和测试,并结合地下水天然资源量的计算方法,归纳总结了研究区内岩溶地下水的富集特征,并结合富水程度、供水条件和水质特征三个方面探讨了岩溶水的供水意义。研究得到以下结论：（1）研究区内岩溶地下水的富集特征可归纳为五种类型：断裂导水带、断裂溶蚀谷、条带溶蚀谷、褶皱溶蚀谷、阻水接触带;（2）富水块段内地下水化学类型以Na-HCO₃型和Ca·Mg-HCO₃型为主,水质整体较好,I~III类水占比为79%,超标指标主要为硝酸盐和耗氧量;（3）各富水块段地下水的天然补给量和排泄量分别为329.7~14 512.4万m³·a⁻¹和4.6~1 308.4万m³·a⁻¹,排泄量占补给量比值为0.3%~15.5%,区内地下水资源剩余开发潜力较大;（4）断裂溶蚀谷、条带溶蚀谷和阻水接触带供水意义显著,其余富水块段在不同程度上受限于水资源时空分配不均、不具备供水条件、水质较差等情况,其供水受到影响。     

不同地质背景下北方岩溶作用强度研究

岩溶作用过程可形成碳汇是不争的事实,为进一步探索不同地质背景对岩溶作用的影响机制,选取典型北方岩溶泉域−济南趵突泉泉域补给区为研究区,采用标准溶蚀试片法进行野外现场试验。结果表明,下伏岩性为花岗岩、碳酸盐岩、黄土、页岩的各试点平均溶蚀速率分别为：3.49、0.26、0.11、0.09 mg·cm⁻²·a⁻¹;碳酸盐岩、黄土、页岩分布区溶蚀速率大气 > 地表 > 壤中,且壤中部分呈随深度增加而降低的趋势,而在花岗岩分布区则呈完全相反。分析发现,土壤水与溶蚀速率相关性远高于CO₂,是北方岩溶区岩溶作用进行的限制因子。本研究结果有助于认识半湿润气候条件下岩溶碳汇机制,为北方其他岩溶区乃至整个同类型岩溶区相关研究的开展积累了经验。     

岩溶区砂糖桔短期种植对土壤氮转化过程的影响

利用¹⁵N同位素成对标记法并结合MCMC数值模型,研究岩溶区乔灌地开垦种植砂糖桔4年后土壤氮转化特征。结果显示：乔灌地开垦种植砂糖桔后,土壤有机氮矿化速率由2.93 mg N·kg⁻¹·d⁻¹显著下降至0.60 mg N·kg⁻¹·d⁻¹,土壤无机氮的供应能力降低,土壤有机氮矿化速率与土壤有机碳、全氮和全钙含量呈显著正相关性,与铁、铝、钾和黏粒比例呈显著负相关性;土壤铵态氮微生物同化速率由1.76 mg N·kg⁻¹·d⁻¹显著降低为0.10 mg N·kg⁻¹· d⁻¹,在砂糖桔地铵态氮微生物同化速率与有机氮矿化速率的比值仅为0.17。乔灌地土壤自养硝化速率高达11.06 mg N·kg⁻¹·d⁻¹,而硝态氮微生物同化作用微弱,硝态氮异化还原速率仅为0.64 mg N·kg⁻¹·d⁻¹,导致硝态氮净产生速率达到10.42 mg N·kg⁻¹·d⁻¹。由于土壤铵态氮浓度的降低和施肥导致土壤酸化不利于硝化细菌的活动,自养硝化速率显著降低至1.68 mg N·kg⁻¹·d⁻¹。岩溶区乔灌地开垦种植砂糖桔4年后土壤氮转化速率呈下降趋势。     

广西果化龙何地区表层带岩溶水系统及其水资源特征

从区域岩溶水系统分析入手,详细论述了龙何地区表层带岩溶水系统的结构特征及水循环过程,并按水动力条件将区内表层带岩溶水系统划分为若干个汇流状或散流状表层带岩溶水子系统。在此基础上,通过表层岩溶泉长观数据的统计分析得出本区表层带岩溶水天然资源量为31. 9× 104m3 /a,约占本区年降水总量的9. 5%。在表层带岩溶水天然资源量中,表层岩溶泉的可开采资源量为5. 9×104m3 /a ,可有效利用资源量为7 732. 4m3 /a。      

我国南方表层岩溶带及其对岩溶水的调蓄功能

表层岩溶带是地表强烈岩溶化过程的产物,为表层碳酸盐岩各种岩溶个体形态和微形态组合构成的不规则带状的岩溶带,在我国南方岩溶区广泛分布。表层岩溶带对岩溶水的调蓄表现在两个方面: 一是增加入渗补给量;二是延缓降雨后雨水在岩溶水系统停留的时间,并形成了表层岩溶泉。表层岩溶带对岩溶水的调蓄功能大小主要与表层岩溶带的结构、岩层产状、地表覆盖情况和降雨性质有关。石漠化环境与森林环境的表层岩溶带对岩溶水的调蓄功能差异很大。石漠化地区,表层岩溶带泉的出流时间短,动态非常不稳定;表层岩溶带对岩溶管道泉调蓄能力弱,泉水动态与降雨动态一致。森林环境表层岩溶泉则多为常流泉,水文动态比较稳定。表层岩溶带形成的表层岩溶泉为开采深部岩溶水困难的峰丛山区的居民饮水提供了重要的水源,但只有恢复了岩溶石山区森林生态,才能实现表层岩溶泉应有的供水功能。      

济南市岩溶水化学特征及基于模糊评价法的水质评价

岩溶地下水是济南泉群的重要补给来源,其水质直接影响着济南市保泉工作成效。本次研究于5月和9月在济南市长孝岩溶水系统、趵突泉岩溶水系统及白泉岩溶水系统采集水样并进行水质检测。通过运用数理统计、相关性分析、Piper三线图、Gibbs模型等方法,对研究区内地下水水化学特征进行分析,利用模糊评价方法,对研究区地下水的质量进行综合评价。结果表明：三个岩溶水系统中地下水均为弱碱性水,硬度较小,TDS值均<1 000 mg·L^-1。阴阳离子浓度表现为：HCO₃^->SO₄^2->Cl^->NO₃^-,Ca²⁺>Na⁺>Mg²⁺>K⁺。模糊评价的结果显示,三个岩溶水系统地下水总体水质良好,可用作生活饮用水,且长孝、趵突泉及白泉的岩溶水水化学类型大致相同,离子来源相似,故水力联系较强。     

桂林典型岩溶峰丛洼地碳储量功能研究

为了揭示不同发展模式下土地利用变化对碳储量的影响,以桂林市阳朔县兴坪镇西塘村的岩溶峰丛洼地为对象,采用InVEST模型对岩溶峰丛洼地的碳储量进行评估,并模拟2种情境（生态保护模式、经济发展模式）下植被类型对碳储量的影响。结果表明：研究区碳储量总量是16 641.68 t,碳密度是221.30 t·hm⁻²,经济总价值是1 997.00 万元,单位面积价值是26.56 万元·hm⁻²;人工林、自然林、经济林生态系统碳储量分别是339.38 t·hm⁻²、261.79 t·hm⁻²、150.34 t·hm⁻²,经济价值分别是40.72 万元·hm⁻²、31.42万元·hm⁻²、18.04万元·hm⁻²,且土壤碳储量是生态系统中最大碳库;自然林和经济林中土壤是最大的碳汇,而人工林中土壤和地上植被的碳汇较大;生态保护模式下研究区碳储量经济价值是2 252.14 万元,相比于现状增加了254.89 万元;经济发展模式下研究区碳储量经济价值是1 595.30 万元,相比于现状损失了401.95 万元。该研究成果为桂林漓江风景名胜区核心景区和桂林喀斯特世界自然遗产地确定未来发展模式和石漠化治理提供参考。     

济南岩体周边裂隙岩溶水水化学特征与离子来源研究

济南岩体是山东省中部典型的中生代地质体,其周边裂隙岩溶水发育,查明济南岩体周边裂隙岩溶水水化学特征及主要离子来源,对裂隙岩溶水的开发利用具有重要意义。以济南岩体周边裂隙岩溶水为研究对象,通过研究地层岩性、裂隙岩溶发育特征、主要离子含量及变化特征、水化学类型等,利用Pearson相关性分析、Gibbs图解、主要离子比例分析、Mg/Ca摩尔比分析等方法推断离子来源。研究发现：区内裂隙岩溶水中Ca²⁺、Mg²⁺、Na⁺、SO₄^2-、Cl^-、TDS含量,从岩体南、东、西3侧至齐河—天桥一带,再到桃园—鸭旺口一带,为逐渐增加的趋势,HCO₃^-变化趋势与之相反;水化学类型有5种,存在由岩体南侧HCO₃-Ca型,至东、西2侧的HCO₃-Ca·Mg型,到齐河—天桥一带的SO₄-Ca型,再到桃园—鸭旺口一带的SO₄·Cl—Na·Ca型不断溶滤的...     

基于迟滞排泄水箱模型模拟岩溶断流泉水文过程

传统的连续排泄水箱难以模拟岩溶泉断流现象,通过将表层岩溶带调蓄水箱对管道水箱的补给设置为迟滞排泄模式,模拟岩溶断流泉水文过程,并应用于丽江市黑龙潭岩溶泉域。研究结果表明,该模型较好地模拟了泉群流量动态及断流现象;当降雨量明显增大时,通过表层岩溶带调蓄水箱进入裂隙水箱的水量变幅不明显,而管道水箱的分配水量迅速增加,反映了集中补给的大气降水在岩溶系统中形成快速流的过程;黑龙潭泉群水量的绝大部分（82%~95%）来自于管道水箱,岩溶水流在时间和空间上分配的不均匀性易导致泉群断流。该研究提供了将水箱模型应用于岩溶断流泉模拟的参考,有助于理解该类型岩溶水系统的水文过程。     

岩溶水库渗透破坏型渗漏勘察与评价

以重庆市南川区肖家沟水库蓄水多年之后库首右岸发生的岩溶渗漏为例,探讨了岩溶水库长期运行过程中防渗体系因高压渗透破坏产生的岩溶渗漏的勘察与评价方法。通过地质分析、渗漏历史调查、钻孔、水文地质测试、物探及连通试验等方法,查明了水库右岸岩溶渗漏的范围及原因。水库渗漏边界清晰,渗漏范围主要是右岸可溶岩区的630 m高程以上,防渗体渗透破坏是水库产生渗漏主要原因。其渗漏途径一是沿原封堵堵头的薄弱区域或溶洞封堵体周边发生渗透破坏产生新的通道向下游溶洞出口集中的渗出,二是穿过右岸防渗线绕过右岸坝肩后沿岩体溶蚀裂隙或管道汇入下游右岸岸坡溶洞集中的渗出地表。通过此工程实例,提出了岩溶水库防渗体渗透破坏型渗漏的勘察与评价方法,宜以历史资料分析为基础,初判渗漏成因及范围,采用勘探、试验及物探等多种手段进行验证,为防渗处理提供可靠依据。     

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。     

西南地区岩溶水源地类型及开发技术条件

明确了岩溶水源地的定义,并提出了新的岩溶水源地分类方案。首先按岩溶含水层的埋藏分布、岩溶水出露状态,将岩溶水源地划分为天然出露的岩溶水源地及隐伏的岩溶水源地两大类。然后再根据岩溶水源地的岩溶含水介质特征（导水和赋水空间形态、结构及水动力特征）进一步将天然出露的岩溶水源地划分为暗河、泉、表层泉三个亚类,将隐伏的岩溶水源地划分为饱水带富水块段、表层带富水块段两个亚类。并研究评价了各个类型的岩溶水富集规律、动态特征、岩溶水资源、开发技术条件。     

济南岩溶地区小岭重点渗漏带补源试验

为了解济南趵突泉泉域重点渗漏带下伏可溶性岩补源渗漏特征、影响因素及对泉水的影响,以小岭重点渗漏带为研究对象,采用野外调查、地球物理勘探、钻探、补源试验、模型评估等方法,分析小岭重点渗漏带下伏可溶性岩石岩性、厚度、岩溶发育情况、影响因素及补源渗漏量,评估补源效果。结果表明：小岭重点渗漏带下伏岩层为炒米店组,岩性主要为中厚层微晶灰岩、薄层状灰岩、泥质条带灰岩,厚度自东向西从7.6 m向56.3 m增厚,岩溶发育较弱,受千佛山断裂影响,发育规模大的断裂带两侧岩溶越发育,岩溶发育带越宽,补源渗漏能力越强。在钻孔补源条件下,小岭重点渗漏带断裂两侧精准补源地段炒米店组地层补源渗漏量为20 023 m³·d⁻¹。在综合考虑其他补源措施的情况下枯水期补源量为15 000 m³·d⁻¹、补源时长1个月对泉水的影响值为2 cm。     

鄂西南岩溶地区表层岩溶带发育强度变化规律研究

鄂西南岩溶地区表层岩溶个体形态复杂多样,表层岩溶带发育与鄂西南地区岩溶地质环境条件及岩溶发育演变的历史过程密切相关.因此,通过野外地质调查与收集"沪蓉西"高速公路勘察资料.采用系统工程地质分析为主的方法,研究了表层岩溶带在不同的地质构造部位、地层岩性、地形地貌部位及深部岩溶水补径排区的发育强度及其变化规律.详细论述了表层岩溶带的空间发育强度.首次定量界定了该区表层岩溶带的最大发育深度为56.54m,最浅为4.5m,阐明了表层岩溶带从山顶、山脊到山脚、沟谷由弱到强的总体变化规律.     

大藤峡水库岩溶塌陷预防的安全调度研究

水库运行容易在库区诱发滑坡、岩溶塌陷等地质灾害。通过水库运行的安全调度,可有效减少库区地质灾害的发生。本文以在建的大藤峡水库武宣防护区为例,分析计算了岩溶塌陷预防的安全调度水位、排蓄水速度;并根据现场调查,查明了研究区岩溶塌陷发育的地质背景和发育现状,建立了岩溶塌陷发育机理模式。为了分析水库运行改变地下水动力条件对岩溶塌陷发育的影响,运用Modflow软件,建立研究区数值模拟模型,通过数值模拟运算,预测了大藤峡水库不同蓄水水位引起的地下水位变化,以及不同排蓄水速度引起的地下水流速变化;探讨了包气带、潜水层和承压水层区域岩溶塌陷发育的可能性。结果表明：研究区岩溶塌陷预防的水库安全水位高程为51～62 m,蓄水水位安全上升速度为0～1.0 m·d-1和排水水位安全下降速度为0~3.0 m·d-1。     

泰安旧县水源地地下水位动态特征及可开采量研究

泰安市城区水资源供需矛盾突出,地下水资源开采引发了岩溶塌陷等地质环境问题,亟需查明岩溶塌陷生态水位约束下水源地的允许开采量,确定水源地最优取水方案。以旧县水源地1980—2021年的地下水位、年降水量、地下水开采量、岩溶塌陷等数据为基础,探讨人类活动对水源地地下水位的演变的影响因素,分析发生岩溶塌陷的地下水临界水位。基于Modflow-GWM软件构建泰安城区−旧县岩溶水系统流动与管理耦合模拟模型,探讨防止岩溶塌陷发生的地下水允许开采的资源量。结果表明：（1）孔隙水水位年内动态受降水影响明显,呈现“降水−补给”型特点;岩溶水水位变化呈“枯低丰高”的特征,水位动态变化属降水入渗−开采型;（2）旧县水源地地下水位自1980—1990年呈现大幅下降,1990—2003年岩溶地下水位基本呈现波动下降,2004年后水源地地下水位上升较为明显;（3）研究水位动态与岩溶塌陷关系得出,防止发生岩溶塌陷的水源地临界水位为108 m,处于岩溶含水层顶板以上2 m;（4）通过地下水管理模型,确定在临界水位时模拟区岩溶水可开采量为8.2~8.5 万m^3·d⁻¹,其中旧县水源地可开采资源量为3.2~3.5万m^3·d⁻¹。     

基于探地雷达解译的喀斯特坡地表层岩溶带空间分布特征研究

表层岩溶带作为喀斯特关键带区别于其他区域地球关键带的近地表岩土结构标志层,对于水分和养分下渗、赋存、滞留、植被水分养分利用等方面具有重要作用,是岩石-土壤-植被系统中生物地球化学过程最为活跃的关键地带。描述和认识表层岩溶带对认知喀斯特关键带结构信息、研究水土物质循环过程、揭示表层与地下水资源利用规律等方面具有十分重要的理论和现实意义。本文利用探地雷达技术,探测黔中高原黔西县东南部喀斯特坡地,共计测线35条,测点799个,提取表层岩溶带发育厚度并分析空间分布特征,得到以下结论：喀斯特高原峰丛地貌区表层岩溶带发育较好,发育厚度集中在2~8m之间,最深可达18.8m。表层岩溶带发育空间分布异质性强,坡地表层岩溶带厚度发育异质性变化强于坝地。地面物质组成和表层岩溶带发育厚度关系密切,坡地石质化比例提高,表层岩溶带发育较深,地面物质组成可作为高原型喀斯特坡地反映表层岩溶带发育程度的综合代用性指标。本次研究还指示了喀斯特坡地土地石质化是表层岩溶带地质历史时期不断溶蚀发育演化、土壤地质历史持续漏失的结果。表层岩溶带的发育为水土漏失提供了空间基础,水土漏失也进一步加剧了岩土界面的水岩反应过程,促进了表层岩溶带的进一步发育以及地表土体下沉、基岩裸露、土地石质化景观的出现。