,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,Fundamentals of Hydrogeoloy,水文地质学基础,第十二章 岩溶水,Karst water,Fundamentals of Hydrogeoloy水文,1,本章内容,12.1,岩溶发育的基本条件,12.2,岩溶水系统的演变,12.3,岩溶水的特征,12.4,实习岩溶水的发育规律,本章内容 12.1 岩溶发育的基本条件,2,岩溶水,(,Karst water,),岩溶对大多数人来说都不陌生，,岩溶现象,对许多人来说是很神秘的（含部分专业人员），岩溶现象的壮观奇特，岩溶水的神出鬼没，有着,积极的一面,：,济南泉城,世界著名：,蕴育滋养了该城文明与发展,山西自北向南沿太行山脉的名泉：,晋祠泉，娘子关泉，洪山泉，郭庄泉，广胜寺胜泉，龙子祠泉，是山西盆地的工农业发展的主要支柱,广西桂林山水甲天下，奇特岩溶景观,云南的路南石林，壮观与气势，让游人流涟忘返,岩溶水(Karst water)岩溶对大多数人来说都不,3,山水甲天下的桂林,山水甲天下的桂林,4,岩溶水的奇特又使人无可耐何,消积不利,华北的大多数煤层，下伏,O,2,灰岩水承压水头之高，带来开采风险巨大,云南、广西、贵州省岩溶山区，缺水严重，阻碍发展，生活赤贫现象,岩溶区的库水渗漏，处理困难,在基本建设中，地下施工，燧道施工困难重重,岩溶水的奇特又使人无可耐何消积不利华北的大多数煤层，下,5,12.1,岩溶发育的基本条件,岩溶：是水与可溶岩发生化学作用和岩土机械破坏的结果,（思考：与溶滤作用的不同与区别？）,一、发育的基本条件（水与岩土两大类）,1、可溶岩层的存在：,碳酸盐岩：灰岩、白云质灰岩、灰质白云岩、白云岩；,结构：豹皮灰岩，生物碎屑灰岩，厚层状，薄层状,2、可溶岩必须透水,裂隙发育（初始裂隙）岩溶系统断层发育决定了,溶洞形成,3、水具侵蚀性,？,从开放体系中的平衡（碳酸）过程来分析,12.1 岩溶发育的基本条件岩溶：是水与可溶岩发生化学作用和,6,开放体系中的方解石溶解的基本物理化学模式,开放体系中的方解石溶解的基本物理化学模式,7,12.1,岩溶发育的基本条件,在上述模式中：,第一条途径（水与气）增加,H,+,第二条途径则产生,CO,3,2-,结果：增加,Ca,2+,HCO,3,-,CO,2,的参与是岩溶发育的另一重要前提，也是影响因素之,CO,2,来源：浅层大气与土壤层，深部来源尚无定论,4.,水的流动性,地下水的循环交替是岩溶发育的充分必要条件,其作用：不断更替补充具侵蚀性的水；将溶解与侵蚀的物质带走-留下空洞（岩溶）,二、影响因素（略）,自学P126-127,12.1 岩溶发育的基本条件 在上述模式中：,8,12.2,岩溶水系统的演变,12.2.1,地下水流对介质的改造（机理）,岩溶水与孔隙水裂隙水最大的不同，就是其介质可以被改造，水流特征不断变化，介质特征也不断变化,从系统动力学角度-正反馈过程,12.2 岩溶水系统的演变 12.2.1 地下水流对,9,12.2.1,地下水流对介质的改造,过程,水流愈来愈集中在少数通道中，少数通道则优先发展为溶洞,介质改造过程也称为差异性溶蚀改造过程，其结果水流不断集中从而构造成为岩溶水系统地下河系化,在这样的过程中，中后期伴随着机械破坏过程,溶蚀破坏与失稳破坏-,垮塌物质部分由水流携带而走,大型溶洞形成中机械破坏起重要作用,岩溶洞穴形成,12.2.1 地下水流对介质的改造过程岩溶洞穴形成,10,溶洞的扩张示意图,介质改造过程,差异性溶蚀,地下河系化,溶洞的扩张示意图 介质改造过程,11,12.2.1,地下水流对介质的改造,结果,1、介质改造愈强烈，机械破坏也愈强,2、介质改造后，地下岩体中出现各种规模洞穴,3、地表形成溶斗，落水洞以及各种规模的洼地，汇集降水,4、介质导水能力增加，地下水位总体下降，水面以上岩体或洞穴失去进一步发展的水动力条件,5、地下河系发生袭夺，河系归并，地下河系的流域不断扩大,12.2.1 地下水流对介质的改造 结果,12,12.2.2,岩溶水系统演变过程,与介质改造同步,四个过程,1、岩溶发育初期流动系统,2、局部岩溶水系统形成,3、岩溶水系统的袭夺,4、统一的地下水河系的形成,发育,：垂直落水洞溶斗过水溶洞(无水)常年有水地下河道,演变过程图示,12.2.2 岩溶水系统演变过程 与介质改造同步,13,岩溶水系统演变过程,岩溶发育初期,b),局部岩溶水系统,发育阶段,岩溶水系统演变过程岩溶发育初期,14,岩溶水系统演变过程,c),岩溶水系统,的袭夺,d),统一,地下河系,的形成,岩溶水系统演变过程c)岩溶水系统的袭夺,15,12.3,岩溶水的特征,岩溶水系统是一个能够通过水与介质相互,作用,不断自我演化,的动力系统；,演化初期快速发展停滞衰亡阶段；,不同演化阶段的岩溶水具有不同的特征；,1.,岩溶水的运动特征,2.,岩溶水的补给、排泄与动态特征,3.,岩溶水系统的边界特征,12.3 岩溶水的特征 岩溶水系统是一个能够通过水,16,12.3.1,岩溶水的运动特征,岩溶水系统空隙网络的强烈非均质的特性所决定：,岩溶管道、岩溶洞穴、岩溶裂隙、,岩溶裂缝和岩溶孔隙等,层流与紊流共生,有压与无压共存,运动方向的不同步（局部与整体不一致）,缺乏统一的区域地下水水位,岩溶结构图示,运动特征图示,12.3.1 岩溶水的运动特征 岩溶水系统空隙网络的强,17,典型岩溶水系统结构概化图,典型岩溶水系统结构概化图,18,岩溶介质中的地下水流动,(a)旱季情况下 (b)雨季情况下,岩溶介质中的地下水流动 (a)旱季情况下,19,12.3.2,岩溶水的补给、排泄与动态,补给源,大气降水是岩溶水的主要、甚至是唯一的补,给源，基本来自上边界的各种补给，但表现多种方式：,补给条件：,（,1,）面状补给或渗入式补给,;,（,2,）点状集中补给,灌入式；,入渗系数大（,6080%,南,方，北方,30%,）,（,3,）,南方岩溶地下水与地表水,常常互为一体，互为转换，,相互补给。,12.3.2 岩溶水的补给、排泄与动态 补给源,20,12.3.2,岩溶水的补给、排泄与动态,排泄,北方岩溶水集中以岩溶大泉形式排泄；,南方岩溶水主要以地下暗河、泉、基流形式排泄。,地苏地下河出口,地苏地下河出口附近落水洞,12.3.2 岩溶水的补给、排泄与动态 排泄地苏地,21,南方的岩溶地下河排泄成为地表水之源,南方的岩溶地下河排泄成为地表水之源,22,12.3.3,岩溶水的动态,动态,水位、水量、水温等要素随时间的变化,思考题,（仅考虑水位变化）：,（,1,）与孔隙水、裂隙水比较，岩溶水的动态变化具有什么特点？,（,2,）南方岩溶水与北方岩溶水比较，动态特征是什么？,动态特征,变幅大、不稳定！,岩溶化程度愈高，动态愈不稳定。为什么？,12.3.3 岩溶水的动态 动态水位、水量、水温等,23,岩溶水动态曲线,岩溶水动态曲线,24,12.3.3,岩溶水的动态,南方岩溶水系统的几个其他特征：,1.,不同地下河系统之间水位差异变化大，一般没,有统一区域地下水位；,2.,补给资源与储存资源难以区分；,3.,地下河水量动态变化特征与地表水流具有很好,的相似性；,4.,水位埋深变化很大常常出现,“,结构性,”,缺水。,12.3.3 岩溶水的动态 南方岩溶水系统的几个其他特,25,结构性缺水,资源型缺水；水质性缺水；,结构性缺水,天然水资源丰富、但因地质结构导致地表常年性缺水,结构性缺水 资源型缺水；水质性缺水；,26,岩溶山区的分布的落水洞,岩溶山区的分布的落水洞,27,岩溶水特征产生的若干问题,西南岩溶地区的石漠化远景,岩溶水特征产生的若干问题西南岩溶地区的石漠化远景,28,岩溶水特征产生的若干问题,岩溶水特征产生的若干问题,29,岩溶水特征产生的若干问题,岩溶水特征产生的若干问题,30,12.3.4,岩溶水系统的圈定,是含水系统边界与地表水流域范围的结合,是地上与地下边界的结合,第十二章结束,12.3.4 岩溶水系统的圈定 是含水系统边界与地表水,31,