中国典型地区岩溶水资源及其生态水文特性

本文比较中国南北方岩溶水特性及其水资源。在中国南方主要岩溶地区,已知有3358条岩溶地下河系统,枯季流量有420×108m3/a,目前开发量只有8%~15%。而在中国北方岩溶地区主要形成平均流量在1~13m3/a、流域面积在几百至4000km2的近百个大的岩溶泉系统,其水资源开采量已达70%~80%。对一些典型中国岩溶生态水文特性,主要由6个方面,包括水环境、生态特性、母岩与土之间的特质、结构、生物—地质作用及孢粉等方面予以探讨。根据主要的生态条件和人工效应,对有关地质环境与石漠化予以评判。     

贵州后寨流域岩溶地下水资源评价及干旱特征分析

岩溶泉流量时间序列蕴含大量岩溶含水系统水动力特征信息,可为岩溶地下水资源量的确定及水文干旱分析提供重要途径。本研究基于长系列泉流量时间序列,推求流量理论频率曲线,通过拟合的理论频率曲线获得后寨岩溶典型小流域在95%、80%、50%、20%保证率下的岩溶地下水流量为0.25m3/s、0.23m3/s、0.39m3/s、0.57m3/s。在概率为80%的流量截取水平下,获得岩溶含水系统1991～1997的中最严重干旱为1993年,干旱历时为195d,缺水量为2.9×106m3。泉流量时间序列的理论频率分析能很好的应用于岩溶含水系统地下水资源计算和干旱特征分析,为岩溶含水系统水资源的合理优化配置提供依据。     

中国北方岩溶水变化特征及其环境问题

随着自然条件改变和人类活动强度的加大,我国北方岩溶水系统从输入、输出到结构、水资源要素转换关系均发生了巨大变化,在短短几十年内有近30%岩溶大泉断流,80%泉水流量大幅度衰减,区域岩溶地下水位每年以1~2m速度持续下降,同时,有20%以上的岩溶水系统主排泄带的水质在Ⅲ类以下且总体趋向恶化,此外,还存在着矿坑突水,岩溶塌陷、地裂,海水入侵,旅游功能降低,生态功能丧失等诸多的岩溶水环境问题,极大地加剧了水资源的紧张状况。本文根据前人成果和实地调查资料并采用一些典型事例归纳总结了岩溶水环境问题及其发展演化趋势,展示北方岩溶水面临的严峻形势,以引起社会各界对此问题的关注,加大岩溶水资源调查研究与保护力度,同时,也为广大学者开展相关立项与研究提供参考。      

西南岩溶地下水资源开发利用效应与潜力分析

西南岩溶地区面积78万km2,地下水系统包括裸露岩溶水系统和覆盖-埋藏型岩溶水系统两大类。由于降水丰富、地下岩溶发育,西南岩溶地下水资源丰富,在43万km2调查区内,具有地下水天然资源量1762.82×108m3/a,岩溶地下水允许开采资源量615.70×108m3/a。近年来,通过开展水文地质调查,在地下河、表层岩溶水和蓄水构造岩溶水打井开采方面均取得重要进展,产生了显著的经济和生态环境效应。但由于西南地区岩溶水开发难度大,区域经济落后,西南岩溶地下水的开发利用程度普遍较低,已开采量为98.32×108m3/a,仅占允许开采量的15.97%,剩余地下水潜力资源量517.38×108m3/a。     

山西省辛安泉域岩溶水资源量评价及合理配置

辛安泉是我国北方岩溶大泉,根据1956～2000年和1980～2000年两个水文系列,利用排泄量法对泉域的天然资源量进行了评价;采用最枯月水资源量分析法、泉水流量衰减法和频率分析法对可采资源量进行计算比较;同时采用补给量法对泉域岩溶水资源量进行了校核。经分析评价得出辛安泉域多年平均天然资源量10.25m3/s是有保证的,水资源可开采量为7.22m3/s,并对泉域水资源的合理配置提出了建议。     

管道流模型参数敏感性分析及其在许家沟泉域的应用

在岩溶含水系统中,作为主要排水通道的管道对泉流量动态具有一定的控制作用,而管道特征参数对流量变化亦有影响。为确定管道各参数的影响,前人以管道发育的岩溶水系统为研究对象,进行了短时间序列泉流量响应的分析探讨,而对岩溶管道不十分发育的岩溶水系统的研究较薄弱。为此,本研究结合北方岩溶水系统的发育特征,借助CFP管道流模型对管道各参数对岩溶系统流量和流态的影响程度及各参数的敏感性进行了分析,而后基于河南鹤壁许家沟泉域岩溶水文地质特征构建了泉域的MODFLOW-CFP模型,对泉域岩溶地下水渗流进行了模拟,并对不同降水保证率下的泉流量进行了预测。结果表明:管道流量与管壁渗透系数、管道坡度和管径呈正相关,而随弯曲度和埋深的增加管道流量呈先增大后减小的趋势。管壁粗糙度对流量的影响较小,且呈现出一定的波动性,尤其是当管壁粗糙度较小时,波动比较明显。经敏感性分析发现,管壁渗透系数和埋深的敏感性最高,其次为弯曲度和管道坡度,而管道直径和管壁粗糙度敏感性最低。许家沟泉域在25%降水保证率下,年最大泉流量为0.45 m3/s,平均泉流量为0.36 m3/s;在75%降水保证率下,年最大泉流量为0.41 m3/s,平均泉流量为0.31 m3/s,与实际情况吻合。该法可为我国北方岩溶区水资源评价及泉域水资源开发保护提供借鉴。     

龙涧泉岩溶水系统特征

文章以地下水系统理论为指导,对龙涧泉岩溶水系统的边界条件、人工干预条件下地下水动力场演化特征等方面进行了系统的研究。根据区域地质、构造、地形地貌和水文地质条件,探究了龙涧泉岩溶水系统,圈定了系统的范围、边界性质、流动系统内部及其与外部系统之间的关系,确定龙涧泉为系统的唯一天然排泄口,龙涧泉岩溶水系统与白浪岩溶水系统无直接水力联系。龙涧泉岩溶水系统岩溶水补给来源主要是大气降水、河流入渗及侧向径流补给,现状条件下总补给量为864.42万m3/a,多年平均补给量为836.81万m3/a;排泄主要是水源地开采和矿山排水,现状开采量为4 117.2万m3/a。由于开采量大于允许开采量,并超过了总补给量,区内岩溶水一直处于超采状态。2004—2008年矿区岩溶水实测年均下降1.61 m/a,多年（1984—2008）水位平均降幅为5.68 m/a,最大降幅17.42 m/a。此外还讨论了岩溶水系统的补给、排泄条件,提出了龙涧泉岩溶水开发、保护、复泉与管理龙涧泉岩溶水系统的建议。      

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。      

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。      

中国北方岩溶地下水补给研究进展

地下水补给研究是进行地下水资源评价、制定水资源可持续利用方案、开展水资源管理的基础,也是建立地下水模型、进行环评的关键。从地下水补给量的评价方法、地下水补给的时空分布规律以及地下水补给的过程和机理等方面入手,综述了国内外有关地下水补给研究方面进展及发展趋势。同时,针对中国北方岩溶地区的岩溶发育特征和岩溶地下水赋存规律,对岩溶地下水的补给研究现状及存在的问题进行了阐述,分析了当前研究不足,并提出了如下建议:开展北方典型岩溶区入渗补给过程和机理研究,揭示不同地质条件和气候条件下的入渗补给机制;研究降水入渗补给系数的时空变化规律,探讨降水入渗补给系数的变值问题;开展碳酸盐岩裸露区巨厚层包气带的水文功能研究,加强入渗补给滞后性和有效入渗补给量确定方面的研究;探讨岩溶地区植树造林的水文效应。为中国北方岩溶区地下水补给定量化研究提供新的思路,为揭示岩溶区地下水补给机制和岩溶地下水可持续利用提供科学依据。     

岩溶动力学的理论探索与实践

国土资源部岩溶动力学重点实验室的研究群体自1990年以来连续成功实施了3个国际岩溶对比计划项目,包括IGCP299、IGCP379、IGCP448,在岩溶形成、碳循环、岩溶生态和水资源等领域,为国际岩溶学术界提供了共同解决岩溶地区资源环境问题的机会,将地球系统科学思想引入现代岩溶学,建立岩溶动力学理论,有力地推动了国际岩溶学科的发展.目前正在执行的IGCP513"岩溶含水层与水资源"项目继续引领国际岩溶地质研究方向.相关成果为在中国桂林建立联合国教科文组织"国际岩溶研究中心"(IRCK)奠定了坚实基础.由此回顾了20多年来岩溶动力学理论在中国的发展过程.概述了其主要的科学成果和应用前景.指出了地球系统科学的引入、全球视野的研究和及时将理论用于解决岩溶地区的资源环境问题在现代岩溶学发展中的重要意义.经过20余年的不断探索,形成了岩溶动力学理论的基本思路,并创造性地总结了一套捕捉碳、水、钙循环的行踪的工作方法.通过全球对比,提出"岩溶形态组合"概念,将岩溶形态组合与岩溶形成环境条件建立对应关系,解决异质同相、同质异相这一令岩溶学者迷惘的问题.将岩溶学引入伞球变化研究,一方面把岩溶作用与全球碳循环紧密的联系在一起,通过对CO2H2O-CaCO3系统(岩溶动力系统)的定位观测,发现全球最大的碳库-碳酸盐岩体在伞球碳循环中仍甚活跃;另一方面,岩溶动力系统(KDS)对环境变化十分敏感,响应及时,其相关沉积物可记录全球变化.将岩溶地质过程与生态学联系在一起,将现代岩溶学理论的研究推向应用,与生产实践结合.在岩溶动力系统运行机制和运行规律、我国岩溶动力系统的类型划分和分布规律、在表生岩溶系统碳循环与大气CO2源汇关系、利用石笋记录重建古气候、古环境变化过程及中国西南岩溶生态系统研究等方面均获得了突出成果,如首次估算了我国和全球因碳酸盐岩溶蚀回收大气CO2的量,中国为1.774×107t/a,而全球为6.08×105t/a;证实了西南岩溶区典型表层岩溶泉水化学的季节、日变化与暴雨动态,表层岩溶泉水化学取样的频率需要重新审定,而且水文水化学的连续监测对于岩溶作用强度和岩溶作用碳循环的高精度评价是十分必要的;要了解岩溶系统水化学的变化,仅考虑水-岩相互作用是不够的,我们还必须重视CO2气体对岩溶系统中水化学变化的影响,即岩溶系统水化学动态的变化是CaCO3-H2O-CO2三者相瓦作用引起的,水-岩-气相互作用的概念必须引入岩溶水化学的研究中;揭示了过去0.16 Ma来亚洲季风和低纬度地区降雨变化的特征,说明太阳辐射强度增高,驱动了盛间冰期的出现,重建了荔波地区2.3 ka来古气候环境的演变历史,贵州董哥洞石笋提供了低纬度、低海拔地区,可较好定年,更接近水汽来源区的古气候变化的替代指标;石笋记录发现末次冰期以来存在有多次冷事件-Heinrich冷事件H1～H5跃变事件,新仙女木事件在我国南方的洞穴沉积物中具有显著的反映.对西南8省区市岩溶县、石漠化严重县统计和空间分布特征的分析研究表明地质地貌条件对岩溶区资源、环境和社会经济具有制约作用,认为西南岩溶区石漠化综合治理首先要在岩溶地质条件的基础上,结合气候、水文和社会经济状况,才能深入分析岩溶区石漠化的成因、危害和类型.划分出岩溶区石漠化综合治理区域8大区成为"西南岩溶石漠化综合治理规划大纲"编写的重要基础.     

广西都安三只羊地区地下水资源分布与开发潜力研究

通过对广西都安三只羊地区的岩溶发育特征、水文地质条件的分析,结果表明北部丁峒谷地一带,岩溶化程度较高,地下河发育,降雨入渗总量达13. 2×106m3 /a ,水资源较为丰富; 西南部岩溶发育相对较弱,溶洞发育规模不大,仅在局部地区见有表层岩溶泉水出露,水资源较为缺乏。水资源计算表明,全区水资源总量193. 5× 106m3 /a ,而现有开发量仅为3. 2× 104m3 /a ,因此还有较大的开发潜力。在总结水资源开发历史经验的基础上,提出了以堵、引与机井相结合的综合开采方式,以提高资源的利用率。      

典型溶蚀丘陵系统岩溶发育特征及其水资源开发条件分析—— 以湖南省新化县桑梓镇为例

我国典型溶蚀丘陵型岩溶发育区主要分布于湘中的新化县-涟源县一带。受中国大陆梯级地形、复杂地质背景、气候水文等内外环境因子的联合作用,发育了一系列独具特色的不同类型的岩溶地貌及形态组合。宏观岩溶地貌主要有四种类型: 丛丘谷地、丘岭谷地、峰丛洼地谷地和峰丘谷地。不同单元岩溶发育特征差异明显。溶蚀速度在10. 26～ 30. 04m3 /km2· a,总体上侵蚀作用大于溶蚀作用,以流水溶蚀- 侵蚀形态为主导特征。开发利用岩溶水应从地貌差异和岩溶水系统多层多块结构特点出发,因地制宜,蓄、引、提、堵等多种开发方式相结合。      

中国北方岩溶水系统划分与系统特征

中国北方岩溶水以相对独立单元进行循环, 构成一系列规模不等的岩溶水系统。本文重点阐述两方面的内容: 第一从基本概念出发, 划分出119个岩溶水系统, 这些系统以高度开放, 环境质量脆弱, 发育规模大, 资源要素构成多、各要素间转化关系复杂, “水煤共存”为特点; 第二从岩溶水系统地质结构与岩溶水流场的叠置关系出发, 将119个系统归结为5种系统模式, 各种模式在分布与发育规模, 岩溶地下水循环、富集, 岩溶地下水流场形态和主要岩溶水文地质环境问题等方面具有鲜明的特征。     

中国岩溶作用产生的大气CO2碳汇的分区计算

根据中国岩溶碳汇计算的需要,将我国岩溶地区划分为南方岩溶区、北方岩溶区、青藏高原岩溶区和埋藏岩溶区4种类型区,各区的岩溶面积分别为56.48万km2、32.58万km2、55.60万km2和200.1万km2。各区岩溶水的径流模数和岩溶作用强度存在差异,南方岩溶区比其他区的岩溶作用强度明显大得多。以取得的调查监测和统计资料为依据,对4种类型区和中国的岩溶碳汇量进行了重新计算,南方岩溶区、北方岩溶区、青藏高原岩溶区和埋藏岩溶区岩溶碳汇量分别为1909.9万tCO2/a、600.5万tCO2/a、580.1万tCO2/a、608.6万tCO2/a,由此获得中国岩溶碳汇总量为3699.1万tCO2/a。该结果比前人的研究更全面地反映了当前我国岩溶地区碳水钙无机循环产生的大气CO2汇量。      

石期河流域岩溶水系统及其水资源构成分析

在深入研究石期河流域岩溶水系统含水介质结构特征、水资源形成的基础上,通过对流域岩溶水总排泄口流量动态长观资料系列的分析,选择2005年丰水期内最后一次洪峰(年内最大洪峰)后的流量衰减过程,根据该过程的数据资料建立本流域岩溶水总排泄口的流量衰减方程,并利用该流量衰减方程对流域岩溶水资源的构成进行定量分析研究。结果表明,石期河流域岩溶水系统在2005年最大洪峰状态下,可自然排泄的岩溶水资源总量为69 469.95×104 m3, 其中:流域坡面产流占3.64%,赋存于大型溶洞或管道中的溶洞-管道水占4.53%,赋存于小型管道或强岩溶化裂隙中的管道-裂隙水占74.10%,赋存于细小溶蚀裂隙中的溶隙水占17.73%。从衰减期的初始时刻起,它们各自可供消耗(可作为有效利用岩溶水资源)的时效分别为2日、8日、35日和126日以上。      

缅甸岩溶地质概况

缅甸岩溶地质研究正处于快速发展阶段,系统综合的岩溶地质资料有助于从宏观上了解缅甸岩溶情况。文章在系统收集资料的基础上,综合多种尺度地质图、水文地质图、构造图及其遥感资料,编制1∶100万缅甸岩溶地质分布图,从地质演化过程、岩性组合、气候环境等方面综合剖析岩溶作用的背景条件,以此总结缅甸岩溶分布规律和岩溶景观特征,为“全球岩溶地质”数据库提供基础支持。缅甸的岩溶分布面积达7×10⁴ km²,是东南亚岩溶分布面积第二大的国家,厚层的古生代碳酸盐岩地层、复杂的构造运动、温润多雨的气候、活跃的生物活动等均有利于岩溶作用的发生,其发育峰林、峰丛、洞穴岩溶景观,岩溶景观资源潜力巨大,具有全球最高的生物多样性,但同时也面临着生态被破坏、干旱、洪涝等地质环境问题。     

杭州市西部岩溶山区地面塌陷及地下水资源开发初步研究

杭州市西部岩溶山区因开采地下水引发了近20起岩溶地面塌陷(变形)现象,造成人员伤亡和经济损失,成为西湖风景区的主要地质环境问题.由于岩溶水水质优良,可达到Ⅰ级(饮用)水标准,其允许开采资源量512.7×104 m3/a,其中,环西湖山区开采量366.7×104 m3/a.为充分利用优质岩溶水的饮用水功能,既要保护地质环境、防止地面塌陷的发生,又要充分利用岩溶水资源,做到资源开发与环境保护的协调统一.为此,提出合理开发岩溶水资源、防止地面塌陷的对策措施.     

滇东断陷盆地南洞岩溶地下水系统地下河水文动态特征与资源量评价

本文对滇东断陷盆地南洞岩溶地下水系统各地下河的水文动态特征进行了分析,推断了南洞岩溶地下水系统的结构特征.根据岩性构造、地下河发育以及补径排关系,将其划分为四个子系统.分别采用降雨入渗系数法和径流模数法对南洞岩溶地下水系统的天然资源量进行计算,计算结果分别为35610.7万m3/a和33460.2万m3/a.用枯季径流...     

南方岩溶地区1∶5万水文地质环境地质调查技术要点分析

通过总结南方岩溶地区水文地质环境地质综合调查和地下水开发利用示范6个方面成果,得出南方岩溶地区水文地质环境地质条件具有10个特性:岩溶发育受层组结构类型、地质构造格局和水动力条件等因素控制的综合性,岩溶地下水分布的非均一性,岩溶含水介质由孔、隙、缝、管、洞构成的多重性,岩溶地下水流运动的多相性,岩溶地下水动态变化的剧变性,岩溶水资源时间分布的季节性,干旱与洪涝的交替性,岩溶地下水污染的隐蔽性,岩溶地下水的深埋性,岩溶地下水与生态经济的相关性;论述了对碳酸盐岩层组结构类型、构造演化与岩溶发育期次、岩溶形态组合关系、表层岩溶带、岩溶地下水系统、岩溶地下河、主要环境地质问题和岩溶水资源开发利用条件8个关键科学问题调查研究的技术要点。