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2017年  第36卷  第5期

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水文地质
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
夏日元, 邹胜章, 唐建生, 梁彬, 曹建文, 卢海平
2017, 36(5): 599-608. doi: 10.11932/karst20170501
摘要:
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。
西南岩溶石山地区不同类型地下河开发利用模式探讨
曹建文, 夏日元
2017, 36(5): 609-617. doi: 10.11932/karst2017y27
摘要:
西南岩溶石山地区岩溶发育规律复杂, 给地下河的有效开发利用带来了困难。在近年来西南岩溶区地质调查成果的基础上,系统总结不同岩溶地貌类型区地形地貌条件、岩溶发育特征,提出了6种典型地下河开发利用模式:(1)峰丛洼地区地下河溶洼成库模式;(2)岩溶深切河谷区地下河堵洞成库模式;(3)岩溶槽谷区地表-地下联合成库模式;(4)岩溶垄脊褶皱区隧洞引水模式;(5)峰林平原(谷地)区地下河机井提引利用模式;(6)断陷盆地边缘地区地下河地表-地下联合成库模式。这6种模式的提出,为因地制宜、合理高效开发利用地下水资源,提供了切实可行的方法借鉴,可有效服务国家精准扶贫战略。
广西岩溶峰林区地下水赋存特征及钻探成井模式
覃小群, 宋开本, 黄奇波, 蓝芙宁, 黄春阳, 黄 辉
2017, 36(5): 618-625. doi: 10.11932/karst2017y28
摘要:
通过梳理广西岩溶峰林区近年来抗旱找水成井的钻孔资料,分析水文地质条件与成井的关系,结果表明:构造、岩性和岩溶发育层位是控制钻孔是否成井的主要因素。断层破碎带、向(背)斜以及含水层和相对隔水层的接触带等蓄水构造为有利的成井位置;石炭系地层(C1、C2)和上泥盆系地层(D3)为主要的成井地层,占成井总数的55.24%,平均单井出水量为261 m3·d-1,平均开采深度为37.67 m。通过对区内的岩溶水赋存特征及规律分析总结,归纳成6种钻探成井模式:压扭性断裂旁侧富水模式、相对隔水岩层阻水模式、挡水墙阻水模式、圈团褶皱蓄水构造模式、向/背斜轴部富水模式、自垩系红层盘地找水模式,并提出了几种常见的地形地貌特征找水标识。
滇东南岩溶区找水打井经验——以云南省广南县珠琳地区为例
张 贵, 周翠琼, 王 波, 顾维芳, 戴文敏, 张文鋆
2017, 36(5): 626-632. doi: 10.11932/karst20170504
摘要:
以1996-2012年期间抗旱打井实例,总结了找水技术方法、勘查工作流程,提出了滇东南高原斜坡地带岩溶区找水要点:分水岭弱径流带,主要目标是在古溶蚀台面上接近区域分水岭的地段、规模较大的溶蚀洼地中的扬起端寻找浅层岩溶水;缓坡区较强径流带,主要目标是寻找面积较大、产状较平缓的悬托弱透水层之上的滞水型岩溶水;斜坡区强径流带,主要应寻找暗河天窗、竖井中的岩溶水。确定井位应遵循区域调查分析+井位附近详细调查分析的工作程序,必要时配合开展物探准确定位;不宜在排泄区、强径流区、峰丛洼地区、大泉、地下河附近、负地形最低部位布井,物探成果应用须与水文地质调查成果紧密结合。
山西娘子关泉水及污染成因再分析
梁永平, 赵春红, 唐春雷, 申豪勇, 王志恒, 郭芳芳
2017, 36(5): 633-640. doi: 10.11932/karst20170505
摘要:
山西娘子关泉水是我国北方最大的岩溶泉水之一,也是世界著名大泉,上世纪80年代前多年平均天然流量12.6 m3/s。文章利用1∶5万娘子关泉域岩溶水文地质环境地质调查项目勘探调查成果,对以下2个问题开展再分析:(1)娘子关泉水的成因,勘探等资料表明绵河南岸五龙泉、苇泽关等泉组主要接收下部中、上寒武统含水岩组岩溶水的补给,而非前人研究来源于上部中奥陶至下奥陶含水岩组补给;(2)结合水文地质条件,采用同位素等方法分析,认为部分地区煤矿老窑水的出流是导致娘子关泉水近年来加速污染的主要原因。
北京西山泉域岩溶水系统特征探讨
赵春红, 梁永平, 王维泰, 唐春雷, 申豪勇
2017, 36(5): 641-647. doi: 10.11932/karst2017y49
摘要:
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。
桂林毛村地下河流域雨季与旱季定量示踪分析
黄 芬, 尹伟璐, 胡晓农, 曹建华
2017, 36(5): 648-658. doi: 10.11932/karst2017y32
摘要:
以典型岩溶地区广西桂林市毛村地下河流域为例,基于在线高分辨率监测进行雨季与旱季定量示踪试验,精细刻画流域内含水介质特征。根据示踪试验研究及毛村地下河系统内地下水的径流和分布特征,可将毛村地下河系统划分为社更岩、扁岩地下河系统,大冲里-背地坪系统和大岩前落水洞-毛村出口系统。这三个子系统分布于毛村流域的上游和下游,其示踪剂浓度历时曲线为陡升陡降的尖峰,地下管道相对单一,无较大岔道和溶潭发育。各段地下河水动力作用以对流作用为主,且水流一般呈现为紊流流态。雨季流速快、流量较大,平均运移时间短,示踪剂回收率比旱季高。流域中游含水介质相对均匀,无管道发育,地下水主要赋存于溶蚀裂隙。
桂林甑皮岩地下水与地表水的水力交互作用
王紫燕, 姜光辉, 郭 芳, 苑晓雨, 曾莘茹
2017, 36(5): 659-667. doi: 10.11932/karst2017y34
摘要:
桂林甑皮岩遗址地处典型的峰林平原区,面临地下水运动破坏遗址区稳定性的问题。为掌握水塘岩溶渗漏过程特征,揭示遗址保护区岩溶地下水与地表水的相互作用,保护遗址区的稳定性,分析了遗址保护区地下水与地表水的水位动态特征,并根据岩溶地下水与地表水系统的水均衡要素建立水箱模型的基本物理结构和水塘水位衰减方程,将模拟水位与实际水位对比分析,量化地表水与降雨及遗址洞地下水之间的相互关系。水塘水位动态与地下水水位动态存在水位高差、上升起点、衰减速度和峰值滞后的差异性,两者动态过程的差异反映遗址区岩溶介质的沟通能力较强;地表水渗漏过程主要控制因素是水塘底部的岩溶渗漏能力;地下水补给地表水塘的方式以主径流带管道流集中补给为主。遗址区地下水与地表水的水力交互作用表现出强烈的动态模式,地下水与地表水互相转化特征显著。地下水与地表水的水力交互有利于削弱地下水潜蚀力,缓解地下水对覆盖层的侵蚀破坏。
广西百朗地下河大石围天坑段金属元素沉积记录
孔祥胜, 栾日坚, 洪 涛, 覃小群, 祁士华
2017, 36(5): 668-677. doi: 10.11932/karst2017y38
摘要:
研究测定了百朗地下河大石围天坑段沉积柱芯中金属元素和沉积有机质(SOM)浓度,结合210Pb定年和历史事件记载,恢复了1932-2007年间百朗地下河流域的污染历史。研究结果表明,地下河沉积柱中主要有毒重金属Cd、Hg分别超过广西土壤背景值3.4和0.6倍,超过中国土壤背景值11.2和2.7倍;1932年至2007年间;总体上沉积柱中各重金属元素的垂直分布趋势相似,呈现不同程度的上升趋势;并推演了历史上农民运动、抗日战争、大跃进、改革开放初期和经济快速发展期等事件是造成百朗地下河流域金属元素变化的主要原因;尤其是沉积柱中钙与镁的垂直变化显示了1983年以来流域岩溶石山地区进入一个新的建设高潮。相关性分析和聚类分析表明,Cr、Pb主要来源于自然环境;Fe、Cu、Ni、Zn、As、MgO来源为自然和人为混合源;Cd、Hg、Mn、CaO和SOM主要来源于人为污染源;与多环芳烃相关性分析显示Zn、Cd和As部分来源为人为的燃煤污染。因此沉积柱较好地记录了百朗地下河流域重金属污染历史。
新田县地下水锶富集环境及来源分析
苏春田, 黄晨晖, 邹胜章, 谢代兴, 赵光帅, 唐建生, 罗 飞, 杨 杨
2017, 36(5): 678-683. doi: 10.11932/karst2017y42
摘要:
为掌握新田县地下水锶富集环境及来源,对新田县富锶地下水及对相应地质剖面岩样进行采样分析。结果表明,富锶地下水赋存于泥盆系佘田桥组地层中,地下水锶元素含量具有泥盆系佘田桥组(D3s)>石炭系岩关阶(C1y)>泥盆系锡矿山组下段(D3x1)>泥盆系棋子桥组(D2q)的规律;下降泉、机井中锶元素含量平均值分别为376.57 μg·L-1、2 756.87 μg·L-1,分别是饮用天然矿泉水锶含量最低限值的1.88倍、13.78倍,机井锶元素平均含量远高于下降泉,是其7.32倍;佘田桥组地层岩性为中薄层浅灰色泥灰岩夹灰岩、页岩,岩石中锶含量普遍大于300 mg·kg-1,最高含量为838 mg·kg-1,是地下水中锶元素主要来源。地层平缓的产状、低的降水入渗系数、面状补给、分散渗流为富锶地下水的形成提供了水文地质基础。
岩溶地下水样品Ca2+、HCO3-野外测试值与实验室测试值对比研究
周长松, 邹胜章, 朱丹尼, 谢 浩, 陈宏峰, 俞建国
2017, 36(5): 684-690. doi: 10.11932/karst2017y33
摘要:
为了阐明岩溶区地下水中Ca2+、HCO3-质量浓度野外测试与实验室测试结果间的差异,于2011年至2013年先后在遵义、河池、娄底3个城市采集枯、丰水期地下水样品85组,通过比值法对3个地区干湿季节岩溶地下水样中Ca2+、HCO3-质量浓度野外与实验室测试结果进行对比。结果表明:85组样品中有88.2%的采样点存在Ca2+野外值(CaY)大于实验值(CaS),64.7%的采样点存在HCO3-的野外值(HCO3Y)大于实验值(HCO3S); (CaY/ CaS)平均值为1.11,主要集中在1.0~1.2之间(占总数的70%);(HCO3Y/ HCO3S) 平均值为1.02,主要集中在0.95~1.1之间(占总数的75%)。野外滴定过程中的人为随机误差是造成两种离子质量浓度野外测试值普遍高于实验室测试值的主要原因。
南川黄泥垭隧道工程对水文地质条件的影响分析
曹 锐, 吕玉香, 裴建国
2017, 36(5): 691-696. doi: 10.11932/karst2017y35
摘要:
隧道工程建设无疑对岩溶地区的水文地质环境地质带来巨大冲击。文章以重庆市南川区黄泥垭隧道工程为实例,采用地面调查、示踪试验、长观监测等方法进行综合研究,剖析隧道工程对隧址区水文地质环境的影响。研究结果表明:黄泥垭隧道工程改变了隧址区的地下水流场,疏干地表地下水、加剧干旱缺水程度,并随之出现新的人工水点——隧道涌水;同时隧道工程影响了水资源空间分配格局、降低了水资源利用率。
重庆市南川区南部岩溶地下水水文地球化学特征
樊连杰, 裴建国, 邹胜章, 杜毓超, 卢 丽
2017, 36(5): 697-703. doi: 10.11932/karst2017y61
摘要:
以重庆市南川区南部地区岩溶地下水为研究对象,通过野外调查和取样测试分析,对研究区内149件地下水样品进行水化学常规分析和微量重金属元素分析,结果表明:研究区内地下水化学类型以HCO3-Ca·Mg、HCO3-Ca和HCO3-SO4-Ca型为主。地下水中主要阴阳离子HCO3-、SO42-、Ca2+和Mg2+浓度均表现出与含水岩组相对应的关系,即碳酸盐岩类岩溶水>碳酸盐岩夹碎屑岩水>碎屑岩水。地下水中Mg2+ /Ca2+摩尔比值表明研究区内绝大部分地下水径流过程中以方解石和白云石的共同溶解为主。地下水中微量重金属元素含量整体偏低,绝大部分水质都在Ⅲ类水标准以内,只有极个别点受到污染导致部分重金属组分偏高
城镇化进程下裸露岩溶区地下河水质变迁——以贵阳上寨地下河系统为例
罗 维, 杨秀丽, 邹胜章, 宁黎元
2017, 36(5): 704-712. doi: 10.11932/karst2017y40
摘要:
为查明城镇化进程中裸露型地下河系统水质变化特征,以贵阳上寨地下河为例,基于历史水质监测数据,对比研究区城镇化进程,分析总结水质变化情况与成因。结果显示:上寨地下河水质随城镇化进程呈明显阶段性变化,1987年前基本未受影响,1988-1995年仅轻微影响,1996-2014年即城乡结合部期间污染最严重;无机超标组分历年贡献率以锰、氨氮、氟化物和亚硝酸盐最高,来源以养殖、生活、食品加工为主,冶炼、制造次之;有机污染物主要为苯系物和苯并[a]芘,2003年后开始有机污染物检出,2015年首次出现苯并[a]芘超标。从1981年至今研究区经历了从农村-城郊-城镇的发展过程,尤其是城乡结合部期间,区内人口、企业激增,但基础设施建设滞后,社会管理未能跟上,导致废水废渣无序排放,地表水体污染严重,加上裸露岩溶区地下河系统脆弱的防污性能,是地下河污染的主要原因。建议尽快开展区内排污管网建设、加强对生猪养殖场、食品工业园等污染源控制、启动区域地表水体污染的综合修复治理,以遏制上寨地下河的污染现状。
贵阳市岩溶地下水水质变化特征浅析
杨秀丽, 罗 维, 裴建国, 犹俊
2017, 36(5): 713-720. doi: 10.11932/karst20170515
摘要:
为了解长时间尺度岩溶地下水的水质变化特征,本文以贵阳市中心城区为例,选取1984年和2014年48组原位取样点的丰季水质数据,并结合地下水赋存环境和城市发展特征进行对比分析。结果显示:研究区地下水水质较好,整体有恶化的趋势;1984年仅有9处地下水水质超标,多数超标点为原生背景成因,2014年有14处水质超标,多数超标点为人类活动引起;地下水化学类型在30年间变化较大,近一半取样点地下水由HCO3型变成HCO3·SO4型水,研究区地下水硫酸盐化明显;新老城区地下水水质逐步好转,城乡结合部地带则是地下水污染的高发区,农业区因人类活动强度较低,地下水水质变化相对平缓。建议在岩溶城市的地下水资源开发和地下水环境保护工作中,应综合考虑不同区域的岩溶水文地质条件和人类活动特征,有的放矢的开展评价监测管理。针对工作区地下水硫酸盐化现象开展研究,并对城乡结合部开展综合整治,加强对农业区地下水环境的综合保护,以遏制区内地下水污染趋势,预防地下水污染事件的发生。
两种常用染色剂管道及淤泥条件下示踪及对比——以丁旗地下河连通试验为例
易连兴, 赵良杰, 卢海平, 王 喆
2017, 36(5): 721-726. doi: 10.11932/karst2017y46
摘要:
通过对丁旗地下河同一投放点同时开展二元示踪试验,探讨了当前被忽略的不同示踪剂应用对比及回收率合理性等问题。在淤泥沉积的地下河管道及流量和浊度稳定条件下,得出主要结论:(1)荧光素钠、罗丹明B回收率分别为53.91%和40.72%,前者比后者少损失13.19%;其中荧光素钠在主峰和缓慢衰减段排出量分别占85.03%和14.97%,罗丹明B则对应为65.88%、34.12%;(2) 荧光素钠对应峰值的回收强度为罗丹明B的2.95倍且最大峰值出现时间比后者提前2 h;(3) 罗丹明B由于吸附等形成的浓度曲线对管道结构分析有可能产生误导,荧光素钠则相对更准确。
基于钻孔抽水试验和示踪试验的岩溶地区含水层结构研究
吕全标, 胡晓农, 曹建华, 黄 芬, 朱 昊
2017, 36(5): 727-735. doi: 10.11932/karst2017y29
摘要:
岩溶含水层具有强异质性和各向异性特征,其空间结构的调查和认识是地下水流动和污染物迁移研究的重要基础。然而,岩溶含水层特殊的地质结构导致岩溶区水文地质调查非常困难。为了更好地掌握研究区岩溶含水层结构特征,本文在进行抽水试验的同时开展多示踪剂(荧光素钠、罗丹明、荧光增白剂)示踪试验。利用Theis标准曲线对比法分析抽水试验数据,计算试验场地渗透张量,根据示踪试验结果分析含水层结构性质。计算出研究区渗透张量主方向的导水系数分别为:0.297 m2·h-1和0.028 m2·h-1,给水度为1.19E-04,优势方向为东偏南18.47°。抽水条件下示踪试验获得3种示踪剂的回收率分别为:荧光素钠97.98%,罗丹明B47.34%,荧光增白剂39.54%;平均流速分别为:0.378 m·h-1、0.3 m·h-1和0.14 m·h-1,反映研究区岩溶孔隙、裂隙较小,示踪剂运移慢、时间长。荧光素钠和荧光增白剂的BTC曲线表现为单峰型,罗丹明B的BTC曲线表现为多峰型,表明研究区既发育优势流裂隙,又发育相对均匀裂隙。同时,示踪剂最大回收率方向与抽水实验所得渗透张量主方向相符。研究结果为岩溶含水层精细结构的刻画,水文模型物理参数的确定提供了方法和依据。
岩溶管道结构影响泉流量变化的数值模拟研究
焦友军, 潘晓东, 曾 洁, 任 坤
2017, 36(5): 736-742. doi: 10.11932/karst2017y48
摘要:
采用MODFLOW-CFP建立管道流数值模型,模拟岩溶含水系统在暴雨期的响应过程,以泉口流量峰值作为因变量,分别对控制管道结构的4个参数以及落水洞集中补给比例进行调整,研究管道结构如何控制泉流量变化过程。结果表明:管道直径、管壁渗透系数和落水洞补给比例对泉口流量峰值均表现为正相关,其中管壁渗透系数影响最大;管道弯曲度值较小时其增大促进出口流量峰值变大,当径流途径变长引起的流量减小幅度超过管壁面积变大引起的流量增大幅度时,流量峰值逐渐变小;管壁粗糙度在达到两个相对应的雷诺数临界值时水流状态发生突变,导致流量峰值也表现为两次突变。
岩溶区矿山污染地下水的水生植物修复初步研究
张连凯, 覃小群, 黄奇波, 刘朋雨, 单晓静
2017, 36(5): 743-750. doi: 10.11932/karst2017y47
摘要:
选取黑藻(Hydrilla verticillata Royle)和水绵(Spirogyra communis,Hassall)作为研究对象,分析其对某铅锌矿尾矿库重金属废水的富集能力,综述重金属在黑藻和水绵体内的富集机制,探讨了利用黑藻和水绵进行岩溶矿山重金属污染水修复的应用前景。结果表明:黑藻和水绵体内的重金属绝对含量较高,并且植株长势良好,生物量大,说明这两种水生植物对重金属有避性或耐性。分析测试发现,在黑藻和水绵体内,重金属的富集系数较高,其中Pb最大,其后依次是As>Co>Mn>Cu>Cd>Zn>Ni>Cr,富集系数最少的是Hg,水绵体内的富集系数要大于黑藻。对比研究发现,这两类藻类体内的重金属含量和富集系数均高于非岩溶区。黑藻对重金属的富集机制主要有3种,即重金属作用下抗氧化酶活性增强、被动吸收和离子交换作用,而水绵特殊的分子生物结构可能是其吸附重金属的重要机制。黑藻和水绵在南方岩溶区广泛分布,利用黑藻和水绵修复重金属污染的岩溶水具有较好前景。
济南市玉符河多水源回灌岩溶水水质风险评价
李凤丽, 王维平, 徐巧艺, 吴 深, 张郑贤
2017, 36(5): 751-758. doi: 10.11932/karst2017y30
摘要:
济南以泉城而闻名,保泉和供水安全问题是其面临的巨大挑战,利用多水源进行岩溶水回灌是解决问题的有效措施之一,但是补给水源水质相对岩溶水而言较差,回灌到地下可能存在一定健康和环境风险,需要对回灌系统的水质进行风险评价。本文对比地下水质量标准和地下水水质背景值,重点选择地表源水超标和劣于背景值的风险源监测指标,借鉴澳大利亚含水层补给管理指南,对玉符河多水源回灌岩溶含水层工程运行期的水质风险进行评价。2015年对黄河水、卧虎山水库两种水源多次回灌期间的源水、孔隙水和岩溶水的22项指标进行水质监测和指标分析,风险残余评价结果表明黄河水回灌补源期间,平均浊度的标准指数源水是1.4,孔隙水1.7,岩溶水0.93,硫酸盐平均含量的标准指数源水是0.93,孔隙水0.9,岩溶水0.73,氯离子虽没有超过地下水III类标准,但是在源水中含量是地下水含量的2倍多;卧虎山水库水回灌补源期间,平均浊度的标准指数源水是2.4,孔隙水1.1,岩溶水0.43,硫酸盐平均含量的标准指数在源水0.75,孔隙水0.84,岩溶水0.66,氨氮的平均含量的标准指数源水1.14,孔隙水1.47,岩溶水1.35。因此,浊度、硫酸盐和溶质在裂隙岩溶含水层迁移较快为两种水源玉符河回灌补源工程的共同高风险项和关键控制点。此外,黄河水补源还需注意盐度,卧虎山水库水补源还需控制营养物的污染风险。基于以上评价,还提出了限制回灌量占区域岩溶水资源量比例等建议。

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《中国岩溶》编辑部
2022年4月20日