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《岩溶水文地质学》的特点是理论先进，学科体系完整，理论与实践相结合，方法与实例相配合，是从事岩溶地区水资源及环境开发利用、管理保护，以及岩溶区工程设计、施工等各方面科技人员的参考用书。同时，为有关岩溶专业的师生和科研人员提供一本较为系统的参考用书。
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| 內容簡介： |
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《岩溶水文地质学》是有关岩溶水文地质的学科性专著，不仅总结和反映了我国岩溶水文地质实践与研究的成果，而且吸收了国外最新理念和研究成果。《岩溶水文地质学》共10章，内容包括：岩溶水文地质学研究内容和发展现状、岩溶发生及发育基本理论、岩溶地下水的赋存、岩溶地下水运动的基本规律、岩溶水系统、岩溶水动力特征、岩溶水化学特征、岩溶水系统模型化研究、岩溶地下水资源的开发利用、岩溶水资源及水环境保护。
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| 目錄：
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前言
第1章 绪论
1.1 岩溶及岩溶水的分布
1.2 岩溶地下水的功能
1.2.1 宝贵的水资源
1.2.2 不可忽视的生态功能
1.2.3 珍贵的自然？文化遗产与旅游资源
1.2.4 岩溶地质灾害的致灾因子
1.3 岩溶水文地质学的研究内容
1.4 岩溶水文地质学的发展
1.4.1 国外岩溶水文地质学
1.4.2 中国岩溶水文地质学的发展
第2章 岩溶发生及发育基本理论
2.1 概述
2.2 碳酸盐岩溶解理论
2.2.1 岩溶动力系统理论
2.2.2 灰岩与白云岩溶蚀差异性研究
2.2.3 岩溶分异作用
2.2.4 温度变化产生的混合溶蚀作用
2.2.5 含碳酸盐的水溶液与卤水的混合溶蚀作用
2.2.6 硫化物对碳酸盐岩的溶解作用
2.3 硫酸盐岩岩溶发育特征
2.3.1 硫酸盐岩的分布
2.3.2 硫酸盐岩溶蚀作用
2.3.3 硫酸盐岩-碳酸盐岩复合岩溶作用 ---以中国华北地区为例
2.4 岩溶含水层中溶隙-管道-通道系统的发育理论
2.4.1 概述
2.4.2 洞穴系统形成演化模式的研究现状
2.4.3 溶隙-管道-通道系统形成演化模式研究
2.4.4 典型地质构造条件下岩溶裂隙管道系统发育特征
第3章 岩溶地下水的赋存
3.1 岩溶含水介质特征
3.1.1 岩溶含水介质的不均一性
3.1.2 岩溶含水介质的各向异性
3.1.3 岩溶含水介质的演化
3.2 岩溶含水层？隔水层与弱透水层
3.3 岩溶含水层系统
3.4 岩溶地下水的垂直分带
3.5 按埋藏条件的岩溶地下水分类
第4章 岩溶地下水运动的基本规律
4.1 岩溶含水层的水力参数
4.1.1 岩溶含水层的孔隙度
4.1.2 水头
4.1.3 水力传导率和导水率
4.1.4 水力传导率的规模效应
4.1.5 岩溶地下水流速
4.2 岩溶地下水运动基本规律
4.2.1 概述
4.2.2 多孔连续介质渗透定律
4.2.3 裂隙介质水力学定律
4.2.4 岩溶管道介质水力学定律
第5章 岩溶水系统
5.1 岩溶水系统的基本概念
5.2 岩溶水系统的构成
5.2.1 构成要素
5.2.2 岩溶水系统边界
5.2.3 岩溶蓄水构造
5.2.4 岩溶水系统的排泄
5.3 岩溶水系统分类
5.3.1 概述
5.3.2 岩溶水系统分类
5.4 岩溶水系统分析与系统模式
5.4.1 岩溶水系统分析概述
5.4.2 岩溶水系统形成模式
第6章 岩溶水动力特征
6.1 概述
6.2 中国北方岩溶裂隙水的水动力特征
6.3 中国北方岩溶水动力场类型
6.3.1 单斜逆置型岩溶水系统水动力场
6.3.2 单斜顺置型岩溶水动力场
6.3.3 向斜-盆地型岩溶水动力场
6.3.4 复杂结构的岩溶水动力特征
6.4 中国南方岩溶裂隙-管道水及岩溶裂隙-管道-通道水的水动力特征
6.5 中国南方岩溶裂隙-管道-通道水水动力类型
6.5.1 峰林谷地平缓构造区的岩溶裂隙-管道-通道水系统--以桂林冠岩地下河为例
6.5.2 岩溶化背斜山地岩溶水动力特征
6.5.3 覆盖岩溶区岩溶裂隙-管道水动力特征
第7章 岩溶水化学特征
7.1 概述
7.2 干旱-半干旱区岩溶水化学特征---以山西为例
7.2.1 岩溶地下水系统的水化学特征
7.2.2 岩溶地下水的溶蚀能力及溶蚀速度
7.2.3 岩溶大泉水化学场分析---以丹河岩溶水系统为例
7.3 热带-亚热带岩溶水化学特征---以洛塔岩溶水系统为例
7.3.1 概述
7.3.2 岩溶水化学特征
7.3.3 溶蚀速度
7.4 巨型盆地的岩溶水动力-水化学特征
7.4.1 鄂尔多斯盆地岩溶水动力-水化学分带
7.4.2 华北平原古潜山水动力-水化学特征
第8章 岩溶水系统模型化研究
8.1 概述
8.1.1 岩溶水系统评价
8.1.2 岩溶地下水科学管理
8.1.3 岩溶区大型地下工程涌水及环境影响预测评价
8.2 岩溶水系统方法研究流程
8.3 岩溶水系统水均衡研究
8.3.1 岩溶泉域水均衡---以山西丹河岩溶泉域为例
8.3.2 地下河系统水均衡---以贵州仁怀长岗地下河为例
8.4 泉水流量衰减分析法
8.4.1 方法讨论
8.4.2 中国北方岩溶泉水流量衰减分析
8.4.3 中国南方岩溶裂隙-管道泉流量衰减分析
8.5 泉水流量频率分析法
8.5.1 经验频率法
8.5.2 理论频率法
8.6 泉水流量与降水量相关分析方法
8.6.1 一元回归分析
8.6.2 多元回归分析
8.7 岩溶水系统的数值模拟研究
8.7.1 概述
8.7.2 大型泉域岩溶水系统数值模拟研究 ---以山西丹河岩溶水系统为例
8.7.3 岩溶裂隙含水层与岩溶管道耦合线性流模型化数值模拟研究
8.7.4 岩溶裂隙水线性流与岩溶管道非线性流耦合模型数值模拟研究
8.7.5 美国地质调查局管道流数值模拟方法 2008 简介
第9章 岩溶地下水资源的开发利用
9.1 岩溶地下水资源的特性
9.2 中国北方岩溶泉域地下水的综合开发利用
9.2.1 概述
9.2.2 丹河岩溶水系统的综合开发利用
9.3 中国南方岩溶水的开发利用
9.3.1 概述
9.3.2 中国南方岩溶泉的开发利用
9.3.3 中国南方地下河的开发利用
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第1章 绪 论
1.1 岩溶及岩溶水的分布
岩溶是水对可溶性岩石 碳酸盐岩、硫酸盐岩、卤化物岩等 进行的以化学溶蚀作用为特征并包括水的机械侵蚀和崩塌作用以及物质的携带、转移和再沉积的综合地质作用.以及由此所产生的现象的统称.因此.岩溶一词.在不同的场合可有 “岩溶现象”、 “岩溶作用 ”等多重含义.国际上普遍将岩溶称为喀斯特karst.喀斯特一词原来是克罗地亚伊斯特拉半岛石灰岩高原的地名.19世纪末.欧洲学者斯维奇J .Cvijic首先对该地区进行研究.他借用了 “喀斯特 ”这一名词作为石灰岩地区的一系列溶蚀作用过程和产物的名称.现已成为世界各国通用的专业术语.
在我国.岩溶与喀斯特为同义语.两者均可使用.岩溶地下水karstgroundwater是赋存于岩溶化岩体中地下水的总称.又称岩溶水karstwater.
岩溶在全球分布普遍 图1.1.据统计.全球岩溶地区的面积约占陆地面积的12%.即约2000万km2.岩溶及岩溶水在全球各大洲均有分布.
图1.1 世界主要岩溶分布区FordandWilliams，1989
在亚洲.中国是岩溶分布最广泛的国家 图1.2.东南亚的越南、泰国等国.西亚的土耳其、伊朗、伊拉克、阿拉伯半岛及俄罗斯亚洲部分均有成片分布.中国岩溶区总面积约为344×104km2.占陆地国土面积的35 .8%.其中裸露面积约为90 .7×104km2.占陆地国土面积的9.5%.
图1.2 中国裸露岩溶分布1.碳酸盐岩.2 .珊瑚礁
欧洲有35%的陆地面积为岩溶区.总面积达300 ×10 4km2.具有丰富的岩溶水资源.很多大城市都依靠岩溶地下水作为供水水源.奥地利和斯洛文尼亚城市供水的50%以上依靠岩溶水.
北美洲的加拿大及美国均有大片岩溶区.美国约有20%的国土为岩溶区.得克萨斯州和密西西比河流域东部的岩溶区、佛罗里达州的城市和工农业供水均主要依靠岩溶地下水.
1.2 岩溶地下水的功能
地下水的功能functionsofgroundwater大体上可以概括为资源、致灾因子、生态环境因子和信息载体等方面 张人权等.2011.岩溶地下水的功能在下述几方面表现十分突出.
1.2.1 宝贵的水资源
据粗略统计.全球有20%~25%的人口部分或全部依靠岩溶地下水供水FordandWilliams.2007.中国岩溶地下水天然资源总量为2039 .67×108m3 a.占全国地下水总量的23 .4%.中国北方在华北地台范围内的13个省、市.岩溶总面积为68 .5×104km2.裸露面积为7.78×104km2.岩溶地下水天然资源总量为108 .8×108m3 a.天然排泄量大于100L s的泉有130多处.成为北方30多个大、中城市及100多个县级城市和数十个大型煤电能源基地的供水水源.中国南方地区岩溶地下水天然资源量约1847×108m3 a.据滇、黔、川、桂、湘五省区统计.共分布暗河2836条.枯季总流量为1521 .2m3 s.相当于479 .7×108m3 a.成为南方几十个大、中城市及广大农村的生活和工农业用水水源 陈梦熊、马凤山.2002.
应特别指出.每个泉域或地下河域都是一个巨大的蓄水构造或天然的地下水库.具有巨大的调蓄功能.受极端气候影响.我国近年来南北方均出现特大干旱.地表水严重不足.岩溶地下水起到了应急和后备水源地的作用.
在欧洲有数十个大、中城市靠岩溶水供水.奥地利和斯洛文尼亚城市供水的50%以上依靠岩溶水源.美国佛罗里达州、得克萨斯州的城镇供水也主要靠岩溶水.佛罗里达州分布有300多个较大的岩溶泉.总排泄量达357m3 s.得克萨斯州南部的爱德华岩溶含水层是安东尼奥市及若干城镇和众多农场、牧场的唯一水源.在世界上一些干旱地区.岩溶水也受到格外重视.如西亚的伊朗、伊拉克、阿拉伯半岛及北非地中海沿岸等都在开发岩溶地下水.土耳其拥有世界级的岩溶大泉.是供水的重要水源.
岩溶热矿水资源也日益受到重视.我国北方地区.北京、天津、河北平原地下埋藏巨大的热储.主要是深埋1500 ~2000m的中上元古界厚达上千米的岩溶化白云质碳酸盐岩含水层.目前北京、天津、河北平原开发的热水大多来自上述含水层.陕西渭北及鄂尔多斯盆地周边广泛分布的热水带.主要赋存于奥陶系及寒武系碳酸盐岩含水层中.我国南方四川盆地、云南高原的断陷盆地也是巨大的热储.主要含水层均为岩溶化的碳酸盐岩层.
1.2.2 不可忽视的生态功能
岩溶地下水的生态功能主要表现在如下两个方面.
1.岩溶大泉及地下河的水生态作用
世界上大江大河的补给主要靠大气降水 雨水和冰川、雪山融水.但在枯水期.泉水是重要的补给源头.其中岩溶泉是重要的补给源之一.在我国华北地区主要河流的源头几乎全部为岩溶泉.由于泉域相当于大型的地下水库.有巨大的调蓄能力.可以将我国季风气候下的不均匀降水储存于地下.成为保证河流常年流水的重要水源.例如.山西汾河的主源是雷鸣寺泉.沿河又受到兰村泉、晋祠泉、洪山泉、郭庄泉、霍泉及龙子祠泉的补给.泉水总补给量占年径流量的50%以上.是河流基流量的主要来源.海河上源主要受山西高原和太行山前岩溶泉的补给.汇入永定河的桑干河发源于山西朔州神头泉.在西南岩溶区.大量的地下河和岩溶泉往往是长江和珠江三级支流的源头.如乌江及其支流三岔河、六冲河的基流量大部源自沿河排泄的大型地下河和岩溶泉.红水河及其上游的南盘江、北盘江.也主要源自沿线的地下河和岩溶泉.很多地下河本身就构成了大流域的四、五级支流.保证了上述大江大河的基流量.维系了河道及两岸的生态环境.相反.如果过度开采使泉水干涸.破坏了泉域的自然循环系统.这些河流枯水期就得不到补给.成为干河道.甚至成为城镇污水排放通道.这就破坏了河道及沿河的生态环境.这种情况在国内外都发生过.而在我国北方地区.如山西汾河、丹河、沁河、桑干河.河北滹沱河、山东大汶河流域都十分严重.
2.表层岩溶带及表层岩溶水的生态功能
表层岩溶带epikarst是岩溶含水层包气带上部地表土壤层与可溶岩界面附近岩溶相对发育、含水较丰富的地带.表层岩溶带的厚度在我国南方一般为几米至十几米.其下界为岩溶化较弱的基岩.有时为弱隔水层.表层岩溶带中溶隙、溶沟、溶槽发育.形成表层岩溶含水层和普遍分布的表层岩溶泉.表层岩溶水是广大石山地区农村生活用水的重要来源.也是维系生态的基本条件.
表层岩溶水、地表土壤层及植被为共生关系.由于植被被破坏.水土流失.也造成表层岩溶泉干涸.加剧石漠化进程.严重影响广大石山区的生存条件.
1.2.3 珍贵的自然、文化遗产与旅游资源
岩溶泉与地下河具有奇特的自然景观.很多岩溶泉和地下河又有深厚的文化底蕴.早已成为旅游胜地.中国北方的济南趵突泉、山西太原晋祠泉和洪洞广胜寺泉、河南辉县百泉、辽宁本溪水洞地下河、北京石花洞等都以古迹与泉水文化为特色.中国南方以大型的地下河-洞穴-天坑构成自然的景观著称于世.如广西乐业的百郎地下河及大石围天坑群已成为世界地质公园.桂林冠岩地下河和贵州的安顺龙宫、独山皇后地下河、小七孔景区.以及重庆武隆岩溶景区、云南香格里拉及四川黄龙的岩溶泉华.都是国内外著名的岩溶风景区.
欧洲巴尔干半岛的克罗地亚、斯洛文尼亚都是以岩溶地貌、洞穴及岩溶泉为主要旅游景观的国家.例如.克罗地亚的普里特维察国家公园以泉华及堰塞湖著称.与我国黄龙、九寨沟颇为相似.美国佛罗里达州有300多个较大的岩溶泉.很多泉区都是国家公园.集旅游、疗养、娱乐为一体.成为美国乃至世界级的以泉水为主的旅游休闲胜地.
1.2.4 岩溶地质灾害的致灾因子
岩溶地下水活动是岩溶塌陷形成的重要动力因素.可以在自然条件下由于极端降雨、干旱引起.也可以由人工抽水、矿山及隧道涌水、水库蓄水、灌溉和给排水工程的渗漏引起.
地下采矿或隧道等地下工程施工岩溶涌水造成的灾害是我国极为严重的环境地质问题.例如.1984年河北开滦煤矿范各庄矿由于开挖面揭穿陷落柱.造成奥陶系高压岩溶水涌入矿坑.最大涌水量34 .2m3 s.21小时后矿井全部淹没.隧道岩溶突水造成的人员伤亡和经济损失都极为严重.据统计国内外隧道涌水量超过1.0×104m3 d的大型突水事件中.70%都发生在岩溶隧道.我国近年发生的宜万铁路马鹿菁隧道、渝怀铁路园凉山隧道特大涌水都造成严重人员伤亡和巨大经济损失.
我国岩溶地区大量开发岩溶地下水.采矿、隧道等地下工程排水.桥梁及高层建筑桩基施工扰动.破坏了岩溶地下水流系统与岩土之间的平衡状态.岩溶塌陷作用的频率越来越高.分布也越来越广.危害性也随之增大.
1.3 岩溶水文地质学的研究内容
岩溶水文地质学KarstHydrogeology是研究岩溶地下水karstgroundwater的科学.岩溶水文地质学是水文地质学的分支.它沿用了水文地质学的一些基本概念和方法.但是由于传统的水文地质学是在研究孔隙介质及孔隙水渗流运动规律 达西定律 的基础上发展起来的.不能完全适用于描述岩溶介质及岩溶地下水的运动特征.岩溶介质是由可溶岩中的孔隙、裂隙、溶蚀裂隙-溶蚀管道-地下河通道等组成的多重复杂介质.岩溶含水层中地下水的运动既有渗流.也有岩溶管道流及通道流.后者多为紊流状态.不服从达西定律.因此.岩溶水文地质学在某些基本概念和研究方法上就形成了很多特点.同时也由于其复杂性和多变化.而为研究者提供了广阔的探索空间.应当说.岩溶水文地质学还处于蓬勃发展和完善阶段.吸引了国内外很多学者投身本学科的研究工作.概括来说.岩溶水文地质学是研究岩溶地下水的储存条件、形成条件、运动特征、水量和水质时空变化规律、水资源开发利用及保护的一门学科.
目前国内外岩溶水文地质学的主要研究内容主要包括以下几个方面.
1岩溶含水介质特征的研究.即研究岩溶含水层中作为地下水储存空间和运移通道的孔隙、溶隙、溶洞、管道和通道的形态特点及空间分布特征.岩溶发育的不均一性造成岩溶含水介质的高度不均一性及各向异性.给岩溶水资源的开发利用及评价造成很大困难.因此.以岩溶发育的基本规律和理论为指导.结合各种勘查手段.查明和研究岩溶含水介质特征.就成为岩溶水文地质学的基本内容之一.
2岩溶地下水形成条件的研究.即研究岩溶地下水的补给、径流、蓄积和排泄条件.碳酸盐岩的层组条件、地质构造形态、地貌条件及环境因素对岩溶地下水的形成有重要影响.从而形成各具特色的岩溶地下水系统.岩溶地下水形成条件的研究实质就是对岩溶地下水系统的结构及其补、径、蓄、排条件的研究.
3岩溶地下水运动规律的研究是岩溶水文地质学中最具特点的内容.岩溶含水层中地下水流具有裂隙流与管道流并存、层流与紊流并存、线性流与非线性流并存、以及可以相互转化的特征.使得单纯利用描述孔隙水层流运动的达西定律难以准确描述岩溶地下水运动规律.这就必须把孔隙水流、裂隙水流、管道流的数学模型引入岩溶水文地质学中.用以解释各种特殊的岩溶水动力现象.并探讨岩溶水流模拟及资源评价的新方法.
4岩溶地下水化学场及水质研究.岩溶地下水在复杂的地质体中运移并溶蚀周围可溶岩.形成独特的水化学场.通过水化学研究可以间接获得地下水流的补给、运移特征及动态特征.为地下水系统的研究提供信息.岩溶地下水水质的研究包括地下水物理、化学及微生物组分和性质的研究.是水质评价和水质保护的基本依据.
5岩溶地下水动态研究.包括地下水位及泉水流量随时间变化规律的研究.同时也包括地下水 包括泉水 水质变化的研究.动态研究对于揭示岩溶地下水的补给、蓄积、径流及含水介质特性均有重要意义.另外.动态的趋势性变化反映环境变化与开发利用对水资源的影响.是判断水资源安全性及可持续性的主要根据.
6岩溶地下水与环境的相互关系.岩溶环境是很脆弱的地质环境.岩溶地下水是岩溶环境中最活跃的因素.地下水位在自然和人为因素影响下的剧烈变化.均可产生严重的环境问题.如地面塌陷、生态退化等.反过来.如果环境在人为作用下 如水利工程、隧道工程、矿山、城市建设 发生巨变.也会严重改变岩溶地下水的储存及运动特征.从而催生新
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