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2015年  第34卷  第5期

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水文地质
基于泉流量过程线的管道流与裂隙流识别
柯婷婷, 束龙仓
2015, 34(5). doi: 10.11932/karst20150506
摘要:
??根据岩溶含水系统的双重特性,岩溶含水系统出口处泉流量可分为三个组成部分—前期蓄水量,快速径流和慢速径流,将快速径流和慢速径流视为两线性并联水库,经过系统的调蓄作用,得到一个单位降雨脉冲下快速流和慢速流的响应函数,建立了前期降雨和瞬时单位线之间的识别函数,识别降雨在岩溶不同空隙类型中的水量分配系数。将该函数模型应用到后寨河岩溶小流域,通过参数识别,结果表明从上游到下游前期蓄水量呈现增加的趋势,而水量进入到管道中的分配系数呈现递减的趋势,说明岩溶裂隙结构越往下游越发育,这一研究结果和实际情况相符,说明该模型有一定的适应性,但由于模型假设岩溶系统是线性变化的,所以该模型不适用于大流域以及长期的泉流量预测。
喀斯特洼地石灰岩水平溶蚀凹槽研究
李玉辉, 丁智强, 覃 娜, 俞筱押, 陈兴波, 周天秀, 刘澄静, 何 能
2015, 34(5): 421-430. doi: 10.11932/karst20150501
摘要:
以云南石林喀斯特洼地灰岩水平凹槽为模拟对象,用氧化钙粉柱(CaO)和岩盐柱(NaCl为主)进行水平凹槽发育实验。实验结果表明,在流动湖水、水渠、静水湖泊和湿地中形成了半环形颈状水平凹槽、环形颈状水平凹槽、倾斜凹槽、双层水平凹槽,湖岸高坡土层中不发育凹槽。岩盐柱溶蚀水平凹槽深度发育速度(1.2~4.56 cm/h)大于钙粉柱水平溶蚀凹槽发育速度(0.000 4~ 0.008 9 cm/h)。相同成分岩石的水平凹槽发育速度在流水和静水中的差值为3~22倍,水中发育速度是土层中的2倍。石林地区喀斯特洼地石灰岩凹槽类型多样。实验和调查结果对比,发现能指示湖泊湿地水位变动凹槽类型主要有半环形颈状水平凹槽、环形颈状水平凹槽、环形半曲面凹槽,分别对应湖泊岸坡、湖泊、湿地中心。实测水平凹槽平均深度63.95±33.40 cm。用碳酸盐岩综合侵蚀率(化学溶蚀率的1.5倍,135 mm·ka-1)与气岩界面溶蚀率(5.2 mm·ka-1)的差值(129.8 mm·ka-1)为水平溶蚀凹槽发育速率,算得到石林喀斯特洼地石灰岩水平凹槽持续发育时间为4.92±2.573 ka。据此推断,约5 000年前,石林喀斯特洼地石灰岩底部开始发育水平凹槽,湖泊湿地密度16%(0.15km2/km2),属高原喀斯特湖泊湿地区,现今湖泊湿地密度不到0.5%。这有可能表明研究区从5 000年前的湿润降雨丰沛期转向了现代干湿季气候与人类强烈活动干扰,湖泊湿地面积发生深刻变化。
玉泉山泉九龙山-香峪向斜的水文地质意义
唐春雷, 梁永平, 韩 凯, 纪轶群, 王维泰, 赵春红, 申豪勇
2015, 34(5): 431-437. doi: 10.11932/karst20150502
摘要:
玉泉山岩溶水是北京市城市用水的主要水源。玉泉山泉水的补给,多数人认为来源于鲁家滩区、河北镇区以及军庄区岩溶水共同补给。岩溶水从军庄区(含永定河水的渗漏量)到达玉泉山要越过中间九龙山-香峪向斜。目前其向斜内钻孔所揭露的奥陶系碳酸盐岩顶板最大埋深1 669 m。就军庄区岩溶水是如何穿越九龙山-香峪向斜并补给玉泉山泉的,目前存在以下两种认识:岩溶含水层导水观点、军庄(永定河)断裂导水的观点。本文通过地质结构、地下水流场、岩溶发育机理以及水质组分含量的分析认为,军庄区岩溶水通过岩溶含水层越过深陷向斜到达玉泉山一带的径流路径存在较大的疑问,进而提出了首先通过上覆永定河松散层潜流过向斜轴部,而后在南部岩溶含水层隆起的红庙岭—八大处背斜轴通过断裂破碎带二次进入岩溶含水层并向玉泉山补给的另一种可能路径。
昆明吴家营岩溶水系统边界的水文地球化学分析
于磊磊, 漆继红, 许 模
2015, 34(5): 438-444. doi: 10.11932/karst20150503
摘要:
西南岩溶水系统边界条件复杂,其中水头隔水边界在水动力条件改变的情况下具有不稳定的隔水特性。文章以昆明吴家营岩溶地下水系统为例,通过水化学组分动态序列图解法、数理统计法及水文地球化学模拟等方法对研究区边界特性进行了研究。研究结果表明该岩溶水系统水动力条件丰水季优于枯水季,并存在与边界外发生水力联系的越流通道;丰水季时岩溶槽谷区地下水在高水力梯度的驱动下向下绕过玄武岩隔水层,通过下部阳新灰岩对系统内岩溶水进行越流补给,枯水季受深部滞流阻水影响,越流补给现象不明显;由此得出此类水头边界的隔水特性会随水动力条件的改变而具有动态响应特征。研究成果对当地岩溶水资源量的评价和合理开发利用提供科学依据。
昆明市黑龙潭岩溶泉氢氧稳定同位素分析
黄华诚, 刘 宏
2015, 34(5): 445-451. doi: 10.11932/karst20150504
摘要:
黑龙潭位于昆明市北缘的五老山山麓,沿黑龙潭东支断裂带出露地表,该区分布三个岩溶泉,分别是:清水潭、浑水潭、小水潭,文章运用氢氧稳定同位素方法对它们进行连续的观测研究。通过对大气降水和泉水氢氧稳定同位素特征进行分析,揭示研究区岩溶泉水的来源及泉域含水层特征。得出以下结论:(1)通过大气降水δ18O -δD 关系建立当地大气降水线,大气降水线和泉水的稳定同位素分析表明泉水来源于大气降水,而且主要来源于夏季降水。(2)高斯混合模型分析结果表明,清水潭的补给不仅来源于野猫山地区,还包括径流过程中的入渗补给,而且入渗补给量并不小。浑水潭旱雨两季补给类型有所区别。小水潭除受北部二叠系灰岩含水层补给之外,很有可能也受东北部玄武岩山地的孔洞裂隙水补给。
静水和滴水条件下碳酸盐岩溶解与主要元素释放规律初步研究
龙 偲, 陈中吉, 周运超, 张春来
2015, 34(5): 452-459.
摘要:
为进一步了解在静水和滴水条件下碳酸盐岩溶解与主要元素释放规律,文章选取在贵阳市花溪区贵州大学南校区、将军山、花溪水库三地分别采集的白云岩、灰质白云岩、石灰岩三类碳酸盐岩石为样本进行静水浸泡和动水滴溅试验,测定了静水与滴水条件下碳酸盐岩石的钾、磷、钙、镁四种主要元素的溶解量,结果表明:(1) 在相同室温25 ℃,浸泡时长到达20 d时,白云岩中四种元素溶解量均为最高,钾元素溶解量为0.001 38 μg/cm3、磷元素溶解量为0.000 6 μg/cm3、钙元素溶解量为199.75 μg/cm3、镁元素溶解量为70 μg/cm3,且三种碳酸盐岩石的钙元素溶解量分别为白云岩199.75 μg/cm3,灰质白云岩148.42 μg/cm3,石灰岩137.88 μg/cm3,远远高于其他三种元素的溶解量;(2)经过不同温度浸泡24 h后,三类碳酸盐岩石中钾元素的溶解量随温度的升高而增大,并且在10~20 ℃条件下钾元素溶解速率最大,但温度的变化对于磷元素的溶解量影响不大;岩样养分含量中白云岩的钾元素与石灰岩的磷元素含量最少,但是随着温度的升高,它们的溶解量却是最大的;(3)静水浸泡状态下白云岩中元素的溶解量多数较高,而在动水滴溅状态中除白云岩的镁元素比石灰岩和灰质白云岩的镁元素溶解量高,试验的其他三种元素钾、磷、钙元素中都是石灰岩溶解量高;在动水滴溅的作用下,随着滴溅时间的增加,石灰岩的钙元素溶解量仅1 h的滴溅时间就增加了2.55倍,超过了白云岩的钙元素溶解量。
重庆温泉研究进展
张 宇, 杨平恒, 王建力, 谢世友, 罗顺清, 樊新庆
2015, 34(5): 468-478. doi: 10.11932/karst20150507
摘要:
文章通过综述当前重庆温泉研究的相关文献,总结了前人在重庆温泉形成的地质背景、分布状况、类型、水化学特征及形成机制等方面的研究现状,并分析了重庆温泉研究和开发利用中存在的问题。重庆温泉中人工揭露较自然出露多,温度以中低温为主,泉口流量集中于10~50 L/s,色度、浊度小,水化学类型受围岩性质影响,以SO4-Ca型为主。其形成过程为:大气降水在大巴山脉及川东褶皱带背斜顶端碳酸盐岩出露区域渗入地下深部,被地温加热后沿褶皱带背斜轴部向南移动,在河谷深切处或断裂构造处出露形成温泉。重庆温泉的开发利用存在环境污染、资源利用不合理、开发不力等问题,认为应当加强温泉形成机理、温泉资源评价与保护、温泉水系统数值模拟、温泉废水处理等方面的研究,以确保温泉水资源的可持续利用。
气候环境
岩溶洞穴次生碳酸盐沉积铀及其同位素组成古气候环境研究进展
陈 琼, 陈 琳, 黄嘉仪, 刘淑华, 杨 亮, 米小建, 周厚云
2015, 34(5): 479-485. doi: 10.11932/karst20150508
摘要:
洞穴沉积铀含量及其同位素初始234U/238U[(234U/238U)0]变化均与过去气候环境变化关系密切。文章分别对石笋中U含量和(234U/238U)0的气候意义进行统计分析发现,多数研究认为洞穴沉积U含量和(234U/238U)0可能指示土壤湿度和有效降水变化。然而,不管是对洞穴沉积的U含量还是(234U/238U)0,其气候环境意义解读还存在两种观点。但无论如何,这些研究成果都显示了洞穴沉积的U含量和(234U/238U)0是研究过去气候环境变化的重要替代指标。在未来的研究中,除了土壤环境和过程,还应关注U来源的相对贡献变化和其他微量元素与U元素的关系。这一指标可能在对东亚地区的大气粉尘活动和冬季风演化、地表生物量的变化研究等方面发挥重要作用。
中国西南季风区不同水体稳定同位素特征分析——以重庆市北碚区为例
刘梦娇, 王 勇, 张耀华, 李 果
2015, 34(5): 486-494. doi: 10.11932/karst20150509
摘要:
通过对重庆市北碚区大气降水和马鞍溪上游龙滩子水库水的氢氧同位素进行的一个水文年(2014年)的样品采集监测,研究了降水与水库的水的氢氧同位素之间的变化特征和规律。结果表明:(1)北碚区大气降水线方程为δD=8.82δ18O+18.97,r=0.99,n=101,P<0.01,δD、δ18O相关性极为显著,该区大气降水线斜率和截距大于全球大气降水线和中国大气降水线,表明研究区主要受西南季风和东南季风双重影响所致;(2)大气降水中δD、δ18O具有明显的季节变化,夏半年偏负,冬半年偏正;(3)大气降水中的δD、δ18O与降水量及温度呈现负相关关系,降水量效应显著,并且该效应远远掩盖了温度效应;(4)水库中水的δD、δ18O具有极好的相关性,其δD、δ18O样点落于全球大气降水线和区域大气降水线附近,并且水库中水d的变化趋势与降水d基本一致,表明前者主要补给来源是降水,而水库中水的δD、δ18O和d的变化幅度远远小于降水,表明前者不仅受降水补给,还受土壤水和地下水的补给。
灾害地质
山东省泰莱盆地岩溶塌陷发育特征及形成机理
王延岭, 陈伟清, 蒋小珍, 管振德
2015, 34(5): 495-506. doi: 10.11932/karst201505y01
摘要:
泰莱盆地位于山东省中部,截止2013年底,盆地内共发生有记录岩溶塌陷97处,161点次,严重威胁人民生命财产安全。文章在总结前人研究基础上,结合最新调查、监测成果,研究了泰莱盆地岩溶塌陷的分布特征、地质结构模式及其形成机理。结果表明:盆地内岩溶塌陷点多集中分布于岩溶地下水降落漏斗及其影响范围内;塌陷点分布受构造控制明显;塌陷区第四系厚度一般小于30 m,下伏基岩主要为奥陶纪灰岩;80%以上的塌陷集中发生于汛期。根据岩溶塌陷点土层结构、地下水动力条件的不同,建立了3种岩溶塌陷的基本地质模式:单层、双层和多层结构土层岩溶塌陷,其中单层结构土层岩溶塌陷的形成历经“真空吸蚀-崩解剥落-塌陷”3个阶段;双层土层结构岩溶塌陷形成演化过程可概括为“渗透变形-崩解垮塌-塌陷”或“真空吸蚀-渗透变形-塌陷”3个阶段;多层结构土层岩溶塌陷历经“真空吸蚀-渗透变形-崩解垮塌-塌陷”4个阶段。
南宁市坛洛镇岩溶塌陷群成因机制分析
石树静, 张勤军, 康志强
2015, 34(5): 507-514. doi: 10.11932/karst201505y02
摘要:
岩溶塌陷是岩溶区较为常见的地质灾害,对其成因机制的研究有助于针对性的进行综合防治。为了弄清2012年6月在广西南宁市坛洛镇连续发生的岩溶塌陷的成因及发育机制,在塌陷群发生地区开展了现场调查、地球物理勘探、水文地质工程地质钻探、地下水动态长期监测、岩土样测试等多项工作。结果表明,坛洛岩溶塌陷群是各种不良因素共同作用的产物。其致塌因素主要包括特殊的“水-土-岩”组合及人为活动。研究区地下水位埋深较浅,土体结构以粘性土为主,渗透系数较低且易崩解,地下岩溶极为发育。高强度的人工地下水开采活动是坛洛岩溶塌陷的诱因。深入分析其发育机理,认为塌陷群是渗流潜蚀效应、增荷失托效应和水位波动产生的气压差效应等3个力学效应综合作用下发生的,其致塌模式是重力致塌、潜蚀致塌、真空吸蚀致塌和冲爆致塌等4种模式的相互结合。根据岩溶塌陷的发生顺序推断坛洛镇岩溶塌陷群的发育过程可分为缓慢发育—塌陷诱发—塌陷集中爆发3个阶段,各阶段的主要地质营力有所不同。
浅谈岩溶塌陷的影响因素与模型研究
赵博超, 朱 蓓, 王弘元, 赖柄霖
2015, 34(5): 515-521.
摘要:
文章分析了国内外岩溶塌陷形成机理的研究现状,指出岩溶塌陷机制的多样性以及成因的复杂性;介绍了岩溶塌陷的三个基本条件,以及分析了岩溶发育、地下水位降低、地下水补给、岩土性状、地质构造、人类活动等重要因素对岩溶塌陷的影响机理;介绍了岩溶塌陷的相关数学模型研究的理论和方法,以及相关物理模型现阶段进展。展望岩溶塌陷的进一步研究方向,应着眼于结合多领域综合分析,完善定量研究体系和模型试验的功能。如今岩溶地区地下资源开采日益增多,通过对岩溶塌陷的形成机理和预测技术的基础性研究,深度了解岩溶塌陷的特征规律,既是社会发展需求,也具有推进相关领域学术研究的意义。
综述
基于AHP法的喀斯特洞穴导游解说词内容构建研究
向 旭, 杨晓霞, 石定芳
2015, 34(5): 522-528. doi: 10.11932/karst20150513
摘要:
喀斯特洞穴景观与环境蕴含的科学性与专业性,导游解说词在洞穴旅游中具有极其重要的作用。文章在构建喀斯特洞穴导游解说词内容指标体系的基础上,通过对游客和洞穴专家进行问卷调查,并运用AHP法计算出导游解说词各指标的权重。结果表明:(1)喀斯特洞穴导游解说词的撰写应全面、系统,包含“欢迎词”、“游览须知”、“洞穴概况”、“洞穴景点讲解”、“欢送词”5部分;(2)喀斯特洞穴导游解说词的内容应加大对“游览须知”的阐述,注重对游客的引导和教育;(3)喀斯特洞穴导游解说词的“洞穴概况”和“景点讲解”都应以洞穴科学知识为主线,适当穿插相关神话故事,兼具科学性与趣味性。
国内外洞穴旅游安全研究综述
蒙歆媛, 杨晓霞, 向 旭, 石定芳
2015, 34(5): 529-537. doi: 10.11932/karst20150514
摘要:
安全是洞穴旅游的生命线,是洞穴旅游活动正常开展的前提和保障。利用CNKI、维普数据、Springer Link、Elsevier SDOL、EBSCO、SAGE JOURNALS、Wiley等中外文数据库并结合纸质文献,共获得与洞穴旅游安全相关的文献79篇。通过文献梳理发现:洞穴旅游安全是一个研究时间短暂的新兴学术领域,至今仅有25年的研究历史;研究成果较为分散,主题不突出,现有研究成果多属于洞穴或洞穴旅游研究中的“捎带”成果,至今尚无以洞穴旅游安全为主题的独立研究成果;现有研究成果主要涉及洞穴旅游安全的表现、影响因素以及对策等领域,研究内容限于浅表层次;研究尺度以微观为主。洞穴旅游安全作为洞穴旅游的新分支,是一个新的研究领域,在未来应综合运用洞穴学、安全学、旅游学等的相关理论与方法,从确保洞穴旅游环境、旅游者、旅游从业者等安全的角度出发,扩展洞穴旅游安全研究的内容;近期可着重对其理论架构、安全认知、安全风险评估以及安全救援体系等展开研究。