岩溶地下水特点与研究热点
Journal of Water Resources Research 水资源研究, 2018, 7(1), 28-36
Published Online February 2018 in Hans. https://www.wendangku.net/doc/a59156531.html,/journal/jwrr
https://https://www.wendangku.net/doc/a59156531.html,/10.12677/jwrr.2018.71004
Features and Hotspots in Karst Groundwater
Ruiqiang Yuan1*, Xinping Deng2
1School of Environment and Resource, Shanxi University, Taiyuan Shanxi
2The 402 Team, The Bureau of Geology and Mineral Resources Exploration of Hunan, Changsha Hunan
Received: Nov. 19th, 2017; accepted: Nov. 29th, 2017; published: Dec. 5th, 2017
Abstract
Karst covers more than 20% of lithosphere area. Karst groundwater resource is a vital water resource. However, a karst water-bearing system is a kind of dual media with distinct hydraulic properties, of which heterogeneity is significant and two mechanisms of surface water infiltration are of the same importance. The connection across precipitation, surface water and karst groundwater is very close. And the conver-sion among them is nonlinear with considerable complexity. Hydrologic processes, flow rates and the dis-charging area are readily impacted by the changing environment in a karst groundwater flow system. Dis-charges of karst springs are of scale effect and multi-fractal characteristics. And the composition of dis-charge is complicated and changeable. Furthermore, hydrogeochemical characteristics of karst groundwa-ter are sensitive to the changing environment determined by variable hydrologic processes of karst and biogeochemical reactions. Therefore, traditional geohydrologic methods can’t be applied directly in a karst basin and the common difficulties in hydrologic researches tend to be amplified. At present, researches in karst hydrology are relatively laggard. The karst in China is type diversity and representative all over the world. Studies in regard to karst hydrologic processes and the karst CO2-H2O-CaCO3 system have made progress in China. In future, responses and feedbacks to the global change, water resource and environ-ment, and hydrologic processes modeling of a karst groundwater flow system are the potential researching hotspots.
Keywords
Karst Groundwater, Karst Hydrology, Surface Water and Groundwater Interaction, Water Cycle
岩溶地下水特点与研究热点
袁瑞强1*，邓新平2
1山西大学环境与资源学院，山西太原
2湖南省地质矿产勘查开发局四零二队，湖南长沙
作者简介：袁瑞强(1980.4-)，男，山西太原人，副教授，主要从事流域水循环与水环境研究。
*通讯作者。
岩溶地下水特点与研究热点
收稿日期：2017年11月19日；录用日期：2017年11月29日；发布日期：2017年12月5日
摘
要
岩溶区覆盖了超过20%的地壳面积，岩溶水作为供水水源发挥的作用举足轻重。然而，岩溶介质的非均质性十分突出，是有不同水力性质的双重介质系统，使得岩溶地下水系统入渗过程亦具有二元性。岩溶区降水、地表水和地下水间的关系十分密切、转化规律呈复杂的非线性关系。这使得岩溶地下水系统的水文过程、流速和排泄范围易受外界影响而多变。岩溶泉流量变化具有明显的尺度效应和多重分形特征，流量构成复杂多变。同时，受多变的岩溶水文过程和生物地球化学作用的影响，岩溶地下水系统的水化学变化对环境十分敏感。因此，传统方法不能直接应用于岩溶地区的水文研究，水文研究常见的困难在岩溶区被成倍放大。目前，岩溶水文研究相对滞后。我国岩溶类型多样，在国际上有范例性。在岩溶水文过程和岩溶地下水CO 2-H 2O-CaCO 3系统的研究中取得进展。岩溶地下水系统水文过程对全球变化的响应和反馈，岩溶地下水资源和水环境，以及岩溶水文系统模拟等方面将是未来的研究热点。
关键词
岩溶地下水，岩溶水文，地表水与地下水相互作用，水循环
Copyright ? 2018 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). https://www.wendangku.net/doc/a59156531.html,/licenses/by/4.0/
1. 引言
岩溶包括与可溶岩石溶解相关的全部地貌、地质和水文特征[1]。岩溶区覆盖了超过20%的地壳面积[2]。数亿人口生活在岩溶地区，以岩溶含水层为水源。据估计，世界上大约25%的饮用水来自岩溶含水层[2]。开展岩溶水文研究是可持续开发和保护岩溶水资源的基础，具有重要的社会意义。
然而，岩溶水文研究面临特殊的困难。首先，岩溶区地表和地下的岩石溶解大大超过了机械风化的效果，因而形成了独特的地貌、地质特征，使水文循环具有特殊性。岩溶地区最明显的水文地质特征是高度不均匀性。地下水流溶解可溶岩石导致含水层快速演化，水流系统有强烈的个体性、各向异性，补给来源和入渗的二元性等[3]。岩溶区地表水和地下水通常是密切联系、高度相关，组成一个单独的流动系统[4]。这种特征多由石灰岩和白云岩构成的基岩发生溶解而形成落水洞、断头河、溶洞和岩溶泉等造成[5]。岩溶过程最终可形成巨大的、延伸距离十分远的、十分复杂的三维地下管道系统[6]。一方面强烈的非均质性使岩溶地下水难以开采到，另一方面岩溶水文过程易受外界影响被污染。因此，Bakalowicz 建议如果可能的话不要使用岩溶含水层作为水源[7]。其次，水文研究常见的困难在岩溶区被成倍放大。比如，对地下水流动系统的水文过程缺乏详细的观测数据，对地下水含水系统的水文地质条件掌握不充分，以及观测和估算方法本身具有的不确定性等都由于岩溶含水系统复杂的水文地质条件而被成倍放大[3]。最后，传统方法不能直接应用于岩溶地区的水文研究。比如，调查地下水流动的区域等水位线法、抽水实验等在岩溶区多数情况下不能直接使用[4]。目前，岩溶水文研究的程度相对滞后。
岩溶水作为供水水源发挥的作用举足轻重，在环境急速变化的当代开展全面和详细的岩溶水文研究是区域水资源可持续开发和保护的基础，也是社会经济发展的迫切需求。同时，开展岩溶水文研究有助于深入了解岩溶区水文循环的规律和机理，解决面临的诸多问题和挑战。
Open Access
岩溶地下水特点与研究热点
2. 岩溶地下水系统的特点
近十几年来，岩溶水文研究逐渐增多，不断加深了对岩溶地下水系统的认识。
岩溶地区降水、地表水和地下水间的关系十分密切、转化规律十分复杂。降水和岩溶含水层补给之间呈复杂的非线性关系，一般性的降水减少可导致补给显著地减少[8]。岩溶泉水和补给区降水之间的联系可通过δ18O 和δD组成反映出来[9]。落水洞是岩溶区特有的地表水快速转化为地下水的通道。Schulz等[10]用相机延时拍摄方法研究了沙特阿拉伯一处岩溶落水洞的补给，得到降水入渗补给率介于0~0.27。Mance等[11]发现冬季降水是岩溶泉水主要补给来源。类似的，Jeelani等[12]发现喜马拉雅山Kashmir山谷内岩溶泉水春季贫化重水同位素而秋季则相对富集，显示出冰雪融水的主要影响。潜流带(hyporheic zone)低水力传导度和弱的水力梯度以及大的岩溶溶隙和裂隙造成地表水向地下水转化过程呈现复杂的非均质性，河底水生植物对河段尺度的水力条件发挥了重要影响[13]。Meyerhoff等[14]研究了地表水在岩溶管道内的混合，发现汛期时地下水小于50%，仅有基流时地下水占75%。表层岩溶和非承压岩溶地下水均可向河水贡献水量[15]。在沿海地区，岩溶大泉可向海水排泄大量淡水和陆源营养盐[16]。此外，地表水补给对岩溶地下水热模式存在影响，可分为四类热模式[17]。
岩溶地下水系统入渗过程具有二元性。岩溶发育较好的含水层常由导水性好的岩溶管道和渗透性相对较低的岩石裂隙和孔隙组成，是有不同水力性质的双重介质系统。岩溶管道流和孔隙渗流混合可缓冲泉流量变化。混合后岩溶地下水中离子和同位素组成可揭示不同入渗过程的贡献。这源于孔隙渗流和岩溶管道流的水化学特征可能存在显著的不同，且两种入渗过程中蒸发浓缩程度的差异明显[18]。表层岩溶内的混合作用显著[19]，且表层岩溶地下水与空气接触良好，发生O2溶解和CO2去气使得DO和pH值较高；岩溶管道地下水DO和pH 值较低，而CaCO3饱和度、悬浮固体和大肠杆菌浓度较高，δ18O和δD偏高[20]。Toran和Reisch [21]发现岩溶水中Ca2+含量较高而降水中Mg2+含量较高，用Mg/Ca比可解释岩溶孔隙水和岩溶管道水的混合关系。Mitrofan 等[22]观测到岩溶孔隙水中Cl?浓度高于岩溶管道水，当岩溶泉处于高流量时岩溶管道流和孔隙渗流混合引起泉流量缓慢震荡变动，伴随着Cl?通量由低增高波动。需要注意，地下水流动过程中“新水”与储存的“老水”混合可能使示踪剂浓度在季节尺度和补给事件尺度没有明显变化，只有在相对高的采样频率下才能有效地描述水文过程[23]。
岩溶地下水系统的水文过程易受外界影响而多变。第一，地下水流速变化范围大。Mati?等[24]用荧光素钠示踪得到亚得里亚海岸Biokovo岩溶地下水表观流速介于0.21~0.51 cm/s间。Juki?和Deni?-Juki? [25]分析降水量和其他气象参数与岩溶泉流量日时间序列，发现快速流历时14天，中间流历时80天。第二，排泄范围随地下水位变化。Ravbar等[26]证明了斯洛文尼亚Podstenj?ek岩溶泉域降水使其汇水范围动态扩大。Hartmann等[27]估算西班牙南部岩溶含水层补给区面积可从28 km2扩大到53 km2。Konec等[28]用DNA技术证明岩溶含水层汇水区范围以及补给来源和结构动态变化。
岩溶泉流量的变化规律十分复杂。岩溶泉流量时间序列具有明显的尺度效应和多重分形特征[29] [30]。岩溶泉流量的主要影响因素来自多个方面[31]，气温和相对湿度对岩溶泉流量亦有影响明显[32]。常用的估算岩溶地下水平均停留时间的方法：1) 直接测定环境示踪剂，如，3H，14C，CFCs，SF6等，应用数学物理方程求解；2) 求地下水系统输入和输出部分的环境示踪剂数据的卷积或者加权函数来间接估算[33]。需要注意，岩溶地下水平均停留时间的估值不稳定。这是由岩溶泉流量构成和变化的复杂性决定的。
岩溶地下水系统的水化学变化对环境十分敏感。首先，易变的水文过程引起化学组成变化。Menning等[34]发现陆地地下水和海水水位控制了岩溶泉向海湾排泄的水化学变化。Lambán等[35]指出补给区和排泄区的高程差对岩溶地下水水化学和同位素组成有控制作用。其次，生物和岩溶地下水通过生物地球化学过程相互影响。Mahler和Bourgeais [36]发现岩溶泉流量下降或温度升高时DO浓度下降，导致土著生物Eurycea sorosum死亡率升高。Jin等[37]指出生物地球化学过程对岩溶地下水DOC、DIC和δ13C DIC有重要影响。van Geldern等[38]
岩溶地下水特点与研究热点
证明土壤中CO2贡献了河流中65%到72%的DIC，下游CO2逸出导致δ13C DIC约2‰的正偏移。
3. 我国的岩溶水文研究
中国岩溶总面积达3.44 × 106km2，约占国土面积的1/3。中国大陆碳酸盐岩古老坚硬、新生代以来大幅抬升、未受末次冰期大陆冰盖刨蚀破坏[39]。同时，中国岩溶发育类型多样，有南方亚热带潮湿型岩溶，西南高山和高原型岩溶和北方干旱半干旱型岩溶三大类型。上述特点使中国岩溶在国际上有范例性[39]。近几十年来，中国的岩溶研究紧紧地抓住岩石圈、大气圈、水圈和生物圈界面上的物质能量运动规律，先后发起和组织了多个国际对比计划研究岩溶动力学、碳循环和古气候环境变化，取得了一系列有国际影响的成果[39] [40] [41]。相对而言，在岩溶水文研究方面较为单薄，然而仍有一定的成果[42]-[52]。近年来，我国学者对岩溶水文的研究主要集中在如下方面。
第一，岩溶泉流量变化。Hao等[53]指出响应时间包括表层岩溶带的入渗时间和地下水压力传导的时间，有无黄土覆盖导致岩溶泉流量响应时间由7年变化为1年。Fu等[54]用相关函数研究年尺度和降水事件尺度岩溶含水层的响应特性。Wu等[55]用时间序列模型研究了开采前后辛安泉流量波动，表明人类活动使泉流量序列出现异方差性。在人类活动和气候变化共同影响下，岩溶泉出现断流的风险加大。Fan等[56]用一个极端值统计模型得到娘子关泉流量在2021~2023年间出现断流的概率为1%，概率随着时间增大。类似地，Liu等[57]的研究结果表明娘子关泉2025年断流的概率为1/80，到2030年则迅速增大到1/10。
第二，岩溶水文过程。Zhang等[58]建立了分布式水文–土壤–植被模型研究岩溶流域的主要水文过程。Chang等[59]基于MODFLOW-CFP模块发现岩溶管道湍流对受到点补给的早期水文过程有强烈影响，而岩溶管道层流对整个水文过程有影响，岩溶管道储水量的变化对泉水水文过程线也有明显的影响。表层岩溶内的混合作用使其具有潜在的水量调节能力[60]。西南灰岩盆地表层岩溶的研究表明约70%的降水进入表层岩溶，其储水能力直接影响了地表径流产生[61]。
第三，岩溶地下水CO2-H2O-CaCO3系统。与人类活动有关的硝酸和硫酸加速了灰岩溶解，在西南岩溶区硝酸和硫酸平均贡献了地下水DIC的38% [62]。白天水生生物的光合作用使得DO和δ13C DIC增加，而DIC减少，无机碳转化为有机碳；夜间呼吸作用使得水中的方解石矿饱和，δ13C DIC降低[63]。类似地，Liu等[64]对比观测了岩溶泉和受其补给的池塘，发现泉水各项参数没有明显变化，而池塘中水生生物的光合作用和呼吸作用控制了参数变化。温度、pH、DO、Sic、δ13C DIC在日间明显升高而夜间则显著降低，水中减少的DIC同化为有机碳。Zeng等[65]基于连续6年的观测提出流量对碳汇通量(CSFs)发挥了主要影响，
HCO?变化的影响次之，土壤层、
3
植被和基岩岩性对CSFs有间接影响，三个岩溶区CSFs均值介于29 ± 3到39 ± 8 t-CO2 km?2?a?1，约为相同水文条件下硅酸盐岩风化的15倍。
4. 岩溶水文研究的热点
未来岩溶水文研究需要在以下方面加强，并有望形成研究热点。
第一，岩溶地下水系统水文过程对全球变化的响应和反馈。工业化以来全球大气CO2浓度持续升高，尤其是近五、六十年来增速明显增高，与此伴随着明显的全球升温[66]、极端降水增多和干旱区面积扩大，干旱程度加剧[67] [68] [69]。全球变化已经对水文循环、碳循环和生态水文过程产生明显影响[70] [71] [72]。全球增温、干旱化和极端降水增多可能对岩溶地下水系统的补给和排泄过程，以及水化学特征产生明显的影响。岩溶发育地区干旱问题值得关注。同时，全球升温和大气CO2含量增加将引起CO2-H2O-CaCO3体系再平衡，岩溶地下水系统水循环和碳循环问题应引起重视。
第二，岩溶地下水资源和水环境问题。主要包括：1) 储量变化方面[73] [74]，2) 脆弱性方面[75] [76] [77]，3) 污水示踪[78] [79] [80] [81]，4) 有机污染方面[82] [83] [84] [85] [86]。
岩溶地下水特点与研究热点
第三，岩溶水文系统模拟方面的研究。例如，部分填充的管道内的非稳定流和非均匀流和用非线性梯度函数描述紊流过程[87]，岩溶管道中受到压缩的地下水流动的描述，以及耦合模拟岩溶管道流、灰岩连续体内渗流以及地表水流，耦合溶质的溶解和沉淀过程[88] [89] [90] [91]。然而，支撑岩溶地下水系统水文过程模型研究的观测数据不足仍是亟需解决的问题[92]。
基金项目
国家自然科学基金项目(41301033)资助。
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一 岩溶地貌的特征
一岩溶地貌的特征 岩溶地貌发育完美、典型、具代表性，并有许多特色。基本特征主要表现在五个方面。 碳酸盐岩的制约作用 碳酸盐岩是岩溶地貌赖以发育的物质基础。碳酸盐岩的岩石性质及结构构造(组合特征) 是影响岩溶地貌发育的最重要因素。 从岩石类型看，广西的岩溶地貌基本上都属于碳酸盐岩地貌。主要是由上古生代中泥盆纪至下二叠纪及中生代三叠纪各种沉积类型的碳酸盐岩地层发育而成。仅在局部(如桂东北资江流域、桂西百色盆地、桂东南桂平麻洞白石山、博白沙河的花石山、藤县、容县都峤山和北部湾海域) 分别可见到少量的由中生代白垩纪—新生代早第三纪钙质及含碳酸盐岩成分 的红色碎屑地层形成的红层岩溶地貌—丹霞地形和新生代第四纪期间由珊瑚礁形成的生物礁 岩溶地貌。 碳酸盐岩岩性的差异，导致岩溶发育强弱不一，岩溶地貌类型各异。纯碳酸盐岩(灰岩、白云岩、白云质灰岩及灰质白云岩) 一般发育为全岩溶地貌(峰丛洼地及峰林平原)；不纯的碳酸盐岩或间互夹层型碳酸盐岩发育为半岩溶地貌(丘岭谷地、丛丘谷地、缓丘台地及缓丘平原等)。纯度高的碳酸盐岩岩溶化程度高，岩溶发育强烈，岩溶地貌特征显著。 碳酸盐岩的结构构造(组合特征) 不同，岩溶地貌类型不一样。全广西4个碳酸盐岩岩溶 层组组合类型分别发育形成为全岩溶地貌及半岩溶地貌两个不同的地貌类型。即：全碳酸盐岩组合(纯碳酸盐岩组)形成的是全岩溶地貌；间层组合(碳酸盐岩夹非碳酸盐岩组)、互层组合(碳酸盐岩与非碳酸盐岩互层岩组)及夹层组合(非碳酸盐岩夹碳酸盐岩组)形成的是半岩溶地貌。 与气候的密切关系 气候是塑造岩溶地貌的主要外营力。气候对岩溶地貌发育、形成的影响，主要有四个方面：一是降水量，特别是有效降水量，是造就岩溶气候形态的最主要因素。典型岩溶峰林地貌区(如广西)现代年平均降水量最少也在1200毫米左右。二是温度，直接的与间接的对岩溶 地貌发育起控制作用，温度的增加使溶蚀的化学反应速度大大提高。在潮湿热带亚热带气候作用下，地貌多以负向形态(封闭洼地和岩溶谷地平原)为主，广西及其邻近也区便是一个典型的例子。三是在潮湿热带亚热带的土壤中含有大量的(含量较之大气往往要高出数十倍的) 二氧化碳，使之具有强烈的溶蚀能力，而这种溶蚀速度的最大值往往又是出现在土壤和石灰岩的接触带附近，因此，覆盖及半覆盖型岩溶地貌，尤其是岩溶峰林平原区普遍都存在着双层剥蚀—表层地表水的溶蚀侵蚀及土层与岩石界面的土下溶蚀，从而大大地加速了岩溶地貌发育与演化的过程。四是土壤本身的一些属性，如酸碱度、碳酸钙含量等皆和气候有关，它们也在一定程度上影响溶蚀作用的强度。 广西地处低纬度地区，气候炎热多雨，湿润系数大于1。自晚白垩纪以来，广西总体上 一直属于湿润热带亚热带，有利于岩溶地貌发育。在晚白垩纪一早第三纪时，内陆湖盆发育，基本上处于亚热带南部，植被以针、阔叶混交林及常绿落叶阔叶混合林为主，林下喜湿热、喜水蕨类繁盛，湖盆及岩溶空间普遍沉积或堆积湿热环境成因的并富含淡水轮藻、介形虫等化石的红层和红色岩溶岩系(如溶积钙质泥岩、溶积钙屑灰岩及溶积钙砾岩等)。此时期为广西岩溶峰林地貌形成的初始时期。晚第三纪(喜山期构造运动)以后，气候变化比较复杂，干与湿、冷与热交替变化频繁，在晚第三纪及第四纪中更新世出现了2个湿热化气候的高峰期，
岩溶隧道地下水防治施工技术
客运专线岩溶隧道地下水防治 摘要：岩溶隧道地下水是导致隧道地质灾害发生的主要原因之一。科学合理的地下水防治方法是保障施工安全的基础，本文以实际工程为例，介绍了岩溶隧道地下水处置的基本原则和工程对策，提出了对岩溶隧道地下水处置的建议。 关键词：隧道；地下水；防治 0.引言 造成隧道工程地质灾害的重要因素就是岩溶与地下水，高压富水岩溶地层是经过地表层水以及地下水在补给、渗漏、循环以及径流过程中，可溶性岩层受到了物理破坏作用和化学物质溶解，使之形成了一种特殊性的地质环境。隧道穿越高压富水岩溶地层，由于地下水的渗透性和对岩层的侵蚀作用，极易发生涌水、突泥、坍塌等地质灾害，也造成了对地下水资源的浪费。如何解决富水岩溶隧道灾害防治和对地下水的有效利用问题，是亟待解决的技术难题。本文依托工程实践，应用超前预报、超前钻孔、超前帷幕注浆及地下水引流利用技术，解决了上述问题，以期对类似工程提供参考。 1.工程背景 DK593+466.41～DK623+941，该项目施工任务共30.520km。全长20761m，管段内共12.5座隧道。属云贵高原剥蚀—溶蚀低中山、低山丘陵和高原盆地地貌，沿线主要位于云贵高原及边缘过渡地带。岩性主要是灰岩、白云岩类可溶岩，板岩、泥岩、砂岩、页岩及煤系地层相间分布，局部地段有玄武岩分布。不良地质主要有岩溶，且岩溶发育。线路穿越可溶性碳酸盐岩地层，地下形态主要是溶洞、落水洞等。地下水入渗条件较好，主要为岩溶裂隙水，在开挖过程中经常遇见地下岩溶洞穴、溶洞以及岩溶裂隙水等，并伴随着突水、突泥，且出水点多而分散。其中以茅坪山隧道涌水最为严重，最大涌水量可达到72200m3/d。地质灾害风险极大，岩溶水防治是隧道工程施工的重点和难点。 2.溶洞水处理的基本原则 在溶洞处理过程中应本着"方案合理、结构安全、保持水土环境、施工易操作、工程成本低"的原则，确保隧道通过岩溶地段时顺畅安全。对于岩溶水的处
地下水与地表水
地下水是如何分类的？ 地下水有广义和狭义的两种概念。广义的地下水是指赋存于地面以下岩石空隙中的水，包气带及饱水带所有含于空隙中的水均属此列。狭义的地下水仅指赋存于饱水带岩石空隙中的水。 长期以来，水文地质学着重于研究饱水带岩石空隙中的重力水。但是，愈来愈多的水文地质学家认识到，饱水带水与包气带水具有不可分割的联系，不研究包气带水，许多重大的水文地质问题是无法解决的。可以说，现代水文地质学正处于由研究狭义地下水转向以广义地下水为研究对象。 地下水的赋存特征对其水量、水质时空分布等有决定意义，其中最重要的是埋藏条件与含水介质类型。 所谓地下水的埋藏条件，是指含水岩层在地质剖面中所处的部位及受隔水层限制的情况。据此可将地下水分为包气带水、潜水及承压水。按合水介质类型，可将地下水区分为孔除水、裂隙水及岩溶水。将两者组合可分为9类地下水. 地下水分类表
饱水带中第一个具有自由表面的含水层中的水称作潜水。潜水没有隔水顶板，或只有局部的隔水顶板。潜水自由水面称作潜水面。从潜水面到隔水底板的距离为潜水层含水厚度。潜水面到地面的距离为潜水埋藏深度。 潜水含水层直接与包气带相接，所以潜水可以通过包气带接受大气降水、地表水或凝结水的补给。潜水面不承压，通常在重力作用下由高水位向低水位径流。潜水的排泄，一种是径流排泄；另一种是通过包气带或植物蒸发排泄。 由于潜水埋深浅，上面无连续隔水层，因此与大气圈及地表水圈联系密切，积极参与水循环。其水位、水量和水质等受气象、水文因素影响大，人类活动容易造成潜水的污染，潜水资源一般都缺乏多年调节性。 充满于两个隔水层之间的含水层中的水，叫做承压水（见图2）。承压水含水层上部的隔水层称作隔水顶板，或叫限制层。下部的隔水层叫做隔水底板。顶底板之间的距离为含水层厚度。 承压性是承压水的一个重要特征。图2表示一个基岩向斜盆地，含水层中心部分埋没于隔水层之下，两端出露于地表。含水层从出露位置较高的补给区获得补给，向另一侧排泄区排泄，中间是承压区。补给区位置较高，水由补给区进入承压区，受到隔水顶、底板的限制，含水层充满水，水自身承受压力，并以一定压力作用于隔水顶板。用钻孔揭露含水层，水位将上升到含水层顶板以上一定高度才静止下来，静止水位高出含水层顶板的距离便是承压水头。井中静止水位的高程就是含水层在该点的测压水位。测压水位高于地表时，钻孔能够自喷出水。 承压水受到隔水层的限制，与大气圈、他表水圈的联系较弱。因此，气候、水文因素的变化对承压水的影响较小，承压水动态比较稳定。承压水资源不像潜水资源那样容易补充、恢复，但由于其含水层厚度一般较大，往往具有良好的多年调节性能。 承压水一般不易受到污染，但一经污染，很难使其净化，因此在开发利用承压水时应注意水源的保护。 当包气带存在局部隔水层时，在局部隔水层上积聚具有自由水面的重力水，便是上层滞水。上层滞水最接近地表，接受大气降水的补给，以蒸发形式或向隔水底板边缘排泄。雨季获得补充，积存一定水量，旱季水量逐渐耗失。由于其水量不大，动态变化显著，只有在缺水地区才能作为小型暂时性供水水源。利用上层滞水作为饮用水源时，应特别注意防止其污染。
岩溶水
浅析岩溶水的发育及南北差异 摘要:岩溶区的奇峰异洞与大泉是宝贵的旅游资源，其形成与差异性溶蚀存在很大关系。地下水水量丰富的含水系統是理想的供水水源，其对可溶性介质的改造是地下岩溶及岩溶水发育的主要原因。由于我国地理、气候及介质性质差异的影响，我国岩溶及岩溶水存在较大的南北差异。最近里面我国岩溶及的不节制的开发和追求经济利益的最大化，导致岩溶水出现了污染现象。 关键字:差异行溶蚀地下水含水系統南北差异污染 引言:水对可溶岩石进行化学溶解，并伴随这冲蚀作用及重力崩塌，在地下形成大小不等的空洞，在地表形成各种独特的地貌以及特殊的水文现象。不同演化阶段的岩溶水具有不同的特征，初期的岩溶水系统往往与裂隙水系统相差不大。后期的岩溶水系统，管道系统发育，大范围内的水汇成一个完整的地下河系，在某种程度上具有地表水的特征:空间分布不均匀，时间上变化强烈，流动迅速，排泄集中。水量丰富的岩溶含水系統，水量大且分布极不均匀的岩溶水是采矿的巨大威胁。易于发生渗漏的岩溶化岩层，则给修建水利工程带来复杂的问题。我国可溶岩分布约为占全国面积的三分之一，岩溶及岩溶水的研究，具有重大的实际意义。岩溶水的污染近年来越来越严重，对岩溶水的防污措施的实施，刻不容缓。 一、岩溶发育的基本条件和影响因素 水对可溶岩石进行化学溶解，并伴随以冲蚀作用及重力崩塌，在地下形成大小不等的空洞，在地表形成各种独特的地貌和特殊的水文现象，称为岩溶。赋存并运移与岩溶化岩层的水称为岩溶水，也称喀斯特水。岩溶化过程实际上是水对可溶岩层的改造过程，其发育必须具备两个基本条件:岩层具有可溶性、地下水具有侵蚀能力及水是流动的。 可溶性岩石的主要组成成份是钙、镁碳酸盐，其溶解能力很弱。但是当CO2溶于水中形成碳酸或者水中很有其他酸时，对碳酸盐才有明显的溶解能力。可溶岩的成分与结构式控制岩溶发育的内因，水的流动是保证岩溶发育的充要条件。 二、岩溶水系统的演变 具有化学侵蚀性的书进入可溶岩层中，对原有的狭小通道进行扩展。原始的地下水通道包括各种规模的构造裂隙和原生孔隙，地下水主要流动循环与各种规模的裂隙之中，流动与裂隙中的地下水不断对裂隙壁面进行溶蚀，所溶蚀下来的岩石成分通过水流循环不断被带走，水流通道被加宽。 由于裂隙通道规模上的差异引起水流的分配的不均匀性，导致裂隙溶蚀扩展上的差别为差异性溶蚀。岩溶发育分为三个阶段：起动阶段、快速发展阶段及停滞衰亡阶段。 起动阶段：地下水对介质以化学溶蚀作用为主，水流通道比较狭窄，地下水几乎没有机械搬运能力，岩溶发育比较慢。随着水流越来越集中的正反馈机制的加强，岩溶的演化加快。当主体通道的宽度达到5——50mm时，紊流开始出现，地下水开始具有机械搬运能力，岩溶演化便进入快速发展阶段。 快速发展阶段：地下水流对介质的改造由化学溶蚀变为机械侵蚀与化学溶蚀共存，机械侵蚀变得愈益重要。地下开始出现各种规模的洞穴，地表形成溶斗及落水洞，并以他们为中心形成各种规模的洼地，差异集降水。随着介质倒水能力迅速的提高，地下水位总体下降，新的地下水面以上洞穴干涸，失去进一步发展的动力。通道争夺水流的竞争变得更加剧烈，不同地下河系发生袭夺，地下河系不断归并，流域不断扩大。 停滞衰亡阶段：随着地下水位的总体下降和水力坡度的逐渐降低，地下水的溶蚀能力逐渐降低甚至消失，岩溶发育呈停滞状态。 三、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。岩溶水的特征：1. 水量丰富但分布不均一；
地表水和地下水转化关系
3地表水和地下水转化关系分析 由于近年来挠力河流域水田面积不断增加，人工开采地下水资源量大于地下水可开采量，导致地下水位下降明显，湿地面积不断萎缩、结构破坏及功能退化，生态环境状况发生不可逆转的破坏，水循环模式发生着相应的改变，径流的产汇过程和时空分布规律发生着相应的变化、地表水和地下水资源之间转化关系同样会有所改变，因此研究本流域地表水和地下水之间的转化关系及转化量，对于研究本区域水资源循环机理以及对水资源合理配置和可持续利用具有很重要的实 际意义。 挠力河为左岸的较大支流之一，发源于脉北坡，境内七里嘎山。干流由西南流向东北，经、，于从左岸注入乌苏里江，主要支流有七星河、、等。挠力河上游为山丘区，坡度较陡，中下游为平原区和平洼区，流经的是三江平原腹地。 从1956 年开始，10万转业官兵开发北大荒。先后在宝清县境内外建起国营农场群。在县境内有 4 个国营农场，其中八五二农场场部设在南横林子，在境内开荒约10万hm2，八五三农场场部设在小清河，在境内开荒7万hm2，五九 七农场场部设在双柳河，境内开荒6万hm2，龙头农场场部设在龙头乡，在县境内开荒1万hm2。合计县内国营农场开荒共约24万hm2。另外，县外的国营农 场也进入县境抢开了大量荒地。 到1980年代初期，挠力河流域中宝清站和保安站以上的沼泽率分别降到20% 和17%，宝清站至莱咀子站间的沼泽率为43%。到1990 年代末，挠力河上游 的沼泽率已不足10%，中下游已降至17.1%。四个年代挠力河流域湿地面积的状况：1965年为97.46万hm2，1981 年68.2万hm2，1989 年59.60万hm2，1996 年52.26万hm2，可以看出，1960到1980年代，湿地面积变化非常明显，1980年代以后，变化比较缓慢。 天然状态下区内地下水主要通过蒸发、排向沼泽和江河等方式排泄。在人类活动影响下，主要城市和以地下水为主要灌溉水源的灌区，地下水位下降明显，改变了河水与地下水的天然补排关系，增大了江河水向地下水的转化量。 3.1主要江河代表性测站地表径流变化特征分析 根据挠力河流域菜咀子水文站1956-2014年系列资料，1956-1964年期间以丰水年为主，年平均径流量28.97亿m3；1965-2000年径流量减少，多年平均仅
地下水有机污染调查与评估
地下水有机污染调查与评估 姓名:王学良学号：110924 专业：自动化成绩; （北京石油化工科学院自动化系，北京102617） 摘要：随着经济的发展，人们生活中制造的垃圾也急剧提升，从最原始的灰尘到白色污染的塑料和生活中的废弃物，都是越来越多。在我国主要城市，其中有机污染物的占有率更是越来越多，那么对这些有机物污染的处理问题与技术也是越来越迫在眉睫，在当今社会，对有机污染物的处理技术到底处于何种间断，这是我们这里需要讨论和研究的重点。，采用一些技术进行评价，并对不同方法评价和评价结果进行分析，同时，提高全社会的科技意识，环保意识和参与意识，这样才是提高资源综合利用水平的途径。本文主要论述地下水有机污染的状况，和对地下水的有机污染物的影响地下水有机污染物迁移转化的作用和因素、地下水有机污染自然衰减和主动修复技术等进行了讨论。 关键词：地下水；有机污染；技术评估 一、地下水有机污染的来源与状况 人类在生产实践活动中对有机物的不合理排放及不适当处理，导致其进入地质环境，造成地下水的有机污染。近年来，由于我国城市急剧扩张，导致城市污水排放量的大幅增加，由于管网建设相对滞后、维护保养不及时，管网漏损导致污水外渗，部分进入地下水体；雨污分流不彻底，汛期污水随雨水溢流，造成地下水污染。 部分行业威胁地下水环境安全，2009 年全国5亿多吨生活与工业有机废物未得到有效综合利用或处置，生活有机废气液体渗漏污染地下水事件时有发生；石油化工行业勘探、开采及生产等活动显著影响地下水水质，加油站渗漏污染地下水问题日益显现；部分工业企业通过渗井、渗坑和裂隙排放、倾倒工业废水，造成地下水污染；部分地下水工程设施及活动止水措施不完善，导致地表污水直接污染含水层，以及不同含水层之间交叉污染。 在国内，地表水污染对地下水影响日益加重，特别是在黄河、辽河、海河及太湖等地表水污染较严重地区，因地表水与地下水相互连通，地下水污染十分严重。部分沿海地区地下水超采，破坏了海岸带含水层中淡水和咸水的平衡，引起了沿海地区地下水的海水入侵。 在国外，据已有调查资料，美国的50个州均有微量有机物的报道，且污染物的种类很多，远远大于无机污染物的种类。1987年美国地下水中已发现了175种有机化合。从统计数据来看，三氯乙烯和四氯乙烯是地下水中检出率很高的有机污染物。日本东京的地下水中于1974年首次发现有"ICE存在。随后的调查表
岩溶地区地下水资源勘察现状研究
岩溶地区地下水资源勘察现状研究 随着经济的发展，人口数量的不断增加，水资严重源缺乏。水资源缺乏已经成为当前社会发展的阻碍重要因素之一。本文通过对岩溶地区地下水资源的利用状况、岩溶地区地下水资源现状进行了深刻分析，并对岩溶地区地下水资源勘察提出了具体要求，以提高进我国岩溶地下水资源的勘察水平。 标签：岩溶地区水资源勘察现状分析 水是生命之源，人们的生产生活都离不开水。然而近些年来我国生活用水量和工业用水量都呈现逐年上涨的趋势。面对日益缺乏的水资源，人们正在寻找多种方法来解决水资源紧缺的问题。岩溶地区含有丰富的水资源，加强这些地区的水资源开发利用十分重要。因此做好岩溶地区水资源的勘察工作非常关键。 1水资源概述 我们通常所说的水资源指淡水资源。水资源是一种可再生资源，但是储量有限。人们对于水资源利用过程中造成浪费或污染的现象，使得水资源在相当长的时期内不能为人类所利用，而且会造成循环污染。面对经济不断发展，人口总量的提高以及水资源污染不断加剧的的现状，导致当前淡水资源存在严重的缺口。此外还有一些突如其来的因素导致水资源的污染更为严重。例如油轮在江面上泄露、化学工厂排放的危险化学物造成水资源的污染。另外还有地震造成的日本核泄漏，使得福岛周围十三个地区的淡水变成毒水，不能再为人所用的严重污染。面对当前可供人类使用的水资源急剧减少的趋势，如果不加以控制，我们将会面临更大的危机。当前我国水资源状况十分严峻，有100多个城市为缺水城市，40个为极度缺水城市。虽然自古以来就被称为地大物博之国，水资源总量世界第五位，但人均水资源量相当与世界人均水资源量的1/4，排在世界一百多位，是世界贫水国之一。同时，由于我国有大面积的的季风气候区，水资源时空分布非常不均匀，年内、年际变幅大。并且，我国地理跨度大，且地形复杂，加之山脉阻挡等因素，造成地区间降水差异大。水土资源分布不协调，造成我国水资源供需矛盾严峻，水资源配置难度增加。水资源短缺己经成为制约社会经济发展的重要因素[1]。 2岩溶地下水和深层地下水开发勘察现状 水资源缺乏严重制约着经济的发展。通过对岩溶地下水资源勘察可以为地下水资源的合理开发利用和保护提供依据。对水资源进行的地质勘察，勘察的结果可作为水资源规划、管理、保护和合理开发利用的基础。 当前各行各业的发展，对水资源的需求量明显增加。然而区域内缺乏大中型地表水系和截水储水控制利用工程，因此工农业用水开始转向开采深层岩溶地下水。根据调查统计，人们对深层岩溶地下水的开采每年以1%左右的速度递增，但是地表水的开发利用率却不到其资源量的7%。由于大气降水量减少以及地下
02第二章 地下水资源调查
第二章地下水资源调查 第一节地下水资源调查的目的、任务及工作步骤 一、地下水资源调查的目的与任务 地下水资源调查又称水文地质调查，其目的是查明天然及人为条件下地下水的形成、赋存和运移特征，地下水水量、水质的变化规律，为地下水资源评价、开发利用、管理和保护以及环境问题防治提供所需的资料。 虽然地下水资源调查的任务，视不同的用途和不同的精度要求而定，但都应查明地下水系统的结构、边界、水动力系统及水化学系统的特征，具体需查明下面3个基本问题： 1）地下水的赋存条件。查明含水介质的特征及埋藏分布情况。 2）地下水的补给、径流、排泄条件。查明地下水的运动特征及水质、水量变化规律。 3）地下水的水文地球化学特征。不仅要查明地下水的化学成分，还要查明地下水化学成分的形成条件。 地下水资源调查是一项复杂而重要的工作，其复杂性是由地下水自身特征所确定的。地下水赋存、运动在地下岩石的空隙中，既受地质环境制约又受水循环系统控制，影响因素复杂多变，因此地下水资源调查需要采用种类繁多的调查方法，除采用地质调查方法之外，还
要应用各种调查水资源的方法，调查工作十分复杂。地下水资源调查又是一项基础性工作，其成果为国民经济发展规划及工程项目设计提供科学依据，为社会经济可持续发展及生态和环境保护服务，是一项极为重要的工作。这就要求地下水资源调查人员既要掌握地下水的基本理论并具有较高水平的专业知识，又要熟练掌握地下水资源调查的基本方法，还要熟悉一些非专业的技术在地下水资源调查中的应用方法。 二、地下水资源调查工作的步骤 地下水资源调查工作一般分三步进行，即准备工作、野外工作和室内资料整理工作。 （一）准备工作 准备工作包括组织准备、技术准备及物资后勤管理工作准备，而其核心是技术准备工作中调查设计书的编写。 1．地下水资源调查设计书的定义 设计书是调查工作的依据和总体调度方案，是完成地下水资源调查工作的关键环节，在编写设计书之前应充分收集、整理、研究前人资料，如水文、气象、地理、地貌、地质及水文地质等资料，根据现有资料，确定调查区的研究程度，对调查区水文地质条件和存在问题有初步认识。 当缺乏资料或资料不足时，应组织有关人员进行现场踏勘，获得编制设计书所需的资料。
地下水污染的定义和特征
1 地下水污染及其特点 1.1基本概念 凡是在人类活动影响下,地下水水质朝着恶化方向发展的现象。地下水污染源可分为人为污染源和天然污染源两大类。地下水污染物是指:凡是人类活动导致进入地下水环境,会引起水质恶化的溶解物或悬浮物,无论其浓度是否使水质恶化达到影响其使用的程度。按其性质可分为3类: 化学污染物、生物污染物和放射性污染物。按其形态又分为液体污染物和固体污染物两大类。地下水污染途径是指污染物从污染源进入地下水所经过的路径。研究地下水的污染途径有助于制订正确的防治地下水污染的措施。按照水力学特点可分为4类:间歇入渗型、连续入渗型、越流型和径流型。 1.2地下水污染的特点 一般而言,地下水由于贮存于地下含水介质中,不易被污染。一方面,包气带具有过滤屏障作用, 可将进入地下的有害物质优先过滤掉;另一方面,污染物在进入地下水沿途易被土壤、岩石及水体中的微生物降解而成无害的物质,因而地下水的污染常被人们忽视。但是,由于环境容量的有限性, 污染物进入地下水系统超出其自净能力时, 将会对地下水造成一定污染。地下水一旦被污染, 很难被及早发现, 其后果莫测。地下水污染具有如下特点。 (1)不确定性,由于地下水含水介质的差异性和复杂性,决定了地下水污染范围的不确定性。地下水一旦被污染,其范围很难准确圈定。 (2)隐蔽性。地下水一旦被污染, 很难被发现,不像地表水污染直观明显而易于监测,因而常不会引起人们的关注。 (3)延时性。地下水污染早期不易被觉察,待人们发觉水质有明显变异特征时,才确定地下水已被污染或严重污染。 (4)广泛性。由于地下水是处于不断运移和循环中,经历着补给、径流、排泄各个途径,在地质环境复杂的体系中,各个水力系统又有着密切的水力联系,从而决定了地下水污染范围的广泛性。而地表水污染仅局限于水体所流经或贮存的有限空间内。 (5)不可还原性。地下水运移于含水介质中,由于受含水介质差异性、空隙、裂隙系统的限制,使地下水的运移速率极其缓慢,地下水在含水系统中的循环周期也相当长(几年、几十年、几百年),从而决定了污染地下水体在地下滞留时间亦长,使污染的地下水在近期内很难得以彻底修复还原。而地表水循环流动迅速,只要排除污染源,并加以一定的改善措施,水质还是能在短期内得到改善、净化的。
浅谈岩溶地区地下水的开发
浅谈岩溶地区地下水的开发 摘要：我国是一个水资源短缺的国家，并且水污染、水土流失、水资源浪费等现象都相当严重，然而水资源与地球生物的生存、生活和发展息息相关，没有水，地球上将不会有生物生存。当地表的水资源面临极其严峻的考验时，人们便不约而同地将目光转向对地下水的开发利用。我国岩溶分布面积排名世界第一位。本文首先简要从岩溶地下水的类型、埋藏深度和开发、应用建议等方面进行分析介绍，最后对怎样科学合理地开发应用岩溶地区地下水需要注意的事项简要说明。 关键词：岩溶地区；地下水类型；地下水开发；地下水应用 1 引言 岩溶地质学方面的专家认为岩溶地区地下水的形成原理是大气所降雨水和地表原有水资源的渗入，这些渗入地表以下的水经过一段漫长的时间和一些不断发生的复杂的物理变化，最终演变为地下水。地下水作为水资源的重要组成部分，在保证居民平时生活用水、社会经济的稳步发展、生态与环境对地球生物的支撑起着至关重要的作用。岩溶地区的地下水资源比较丰富，但是要想做到合理地开发和利用，也绝非易事，首先，要了解不同岩溶地区的地下水的各个特点。 2 岩溶地区地下水的特点 2.1 岩溶地区地下水的类型 根据不同岩溶地区的地形特点，即地层、含水介质、岩性等，可以大致将岩溶地区的地下水分为三大类，即岩溶水、基岩裂隙水和松散岩类空隙水。其中，对岩溶地区的地下水的开发，通常是指对岩溶水的开发利用。所以还需将岩溶水进行简单分类，以方便区分应用开发的对象。 2.1.1 溶洞- 管道水 溶洞管道水的分布区域主要是纯石灰含量丰富的区域，这种地下水的含水介质中占主导位置的是溶洞-管道组合，这就使得很大一部分的地下水都集中在地下水的径流部分，而且出现的形势大都为暗河状态，由于以上种种因素，进而导致溶洞管道水的水量富合度极其散乱不均，虽然流量大、流速快、拥有的势能也比较大，但对其的开发还需作出更周密的计划。另外，降雨量对溶洞管道水的水量影响十分明显:降雨量大，岩溶水量暴增；降雨量少，岩溶水量剧减。最重要的一点是溶洞管道水的破坏力极强。 2.1.2溶隙- 溶洞水 溶隙溶洞水的分布区域主要是在石灰岩和白云岩之间，这种地下水的含
岩溶水的特征
岩溶是指流动的侵蚀性水流与可溶的岩石之间相互作用过程和 由此产生的结果。其作用包括化学溶解、沉淀、水流冲饰，重力崩塌及生物溶蚀等；作用结果指所形成的各种地貌形态，如溶沟、石芽、溶槽、落水洞、漏斗、洼地、峰林等地表形态和溶孔、溶隙、溶洞、管道等地下空间。 赋存于各种岩溶空隙中的地下水便是岩溶水。与其它类型的地下水相比，它的独特性在于不断改造其赋存环境，通过溶蚀的分异作用，使含水空间及本身的赋存趋于不均一性，常造成岩溶区地表严重缺水，而深部地下水富集并趋于“地下河系化”的现象。 岩溶水的基本特点是：水量丰富而不均一，在不均一之中又有相对均一的地段；含水系统中多重含水介质并存，既具有统一水位面的含水网络，又有相对孤立的管道流；既有向排泄区的运动，又有导水通道与蓄水网络之间的互相补排运动；水质水量动态受岩溶发育程度的控制，在强烈发育区，动态变化大，对大气降水或地表水的补给响应快；岩溶水既是赋存于溶孔、溶隙、溶洞中的水，又是改造其赋存环境的动力，不断促进含水空间的演化。 一、岩溶水分布的不均一性 岩溶水的不均一性是指岩溶含水系统中不同地段富水的差异性 和水力联系的各向异性。它是由于岩溶发育过程中的分异作用造成的，而且其不均一程度取决于岩溶发育程度。岩溶水的不均一性不但给岩溶水资源的勘探和评价带来困难，而且也控制了岩溶地区一些环境问题的分布和发展，如过量抽取地下水引起的地面塌陷常沿抽水降
落漏斗的长轴方向延伸；污染质在岩溶含水层中的扩散晕，也常常表现出明显的各向异性，甚至线状分布。 二、岩溶含水层的含水介质特征 碳酸盐岩地区并不一定都是岩溶含水层，在那些岩溶不发育，岩块致密，仍以原生孔隙为主的地区或地段，实际上是碳酸盐岩地区的“相对隔水层”。 岩溶水含水体中存在着溶蚀孔隙、微裂隙，层面等扩散流介质，溶蚀大裂隙含水介质和管道流介质，可以根据它们各自在岩体中所占的比例大小来划分岩溶含水层类型。 三、岩溶水的运动特征 岩溶含水体中多重含水介质并存，所以导致岩溶水的运动非常复杂多变，总的来说可以概括为四个并存：层流和紊流并存；在压流和无压流并存；统一水流与孤立水流并存；明流与伏流并存。 岩溶水的运动速度变化很大，因此其流态变化也很复杂。在溶孔、溶隙中，地下水缓慢地渗流，水流流态属于层流状态；而在溶洞、暗河等岩溶管道中，地下水流速大，最快可达 2400m /h，显然处于紊流状态；在介于两者之间的大裂隙中则多显示过渡的混合流状态。 四、岩溶水的补给、排泄、和动态特征 1、溶孔裂隙水 （ 1）补给仍以缓慢地入渗补给为主，岩溶水量、水位等动态滞后于降雨可达数月之久。
地表水与地下水相互作用研究进展
地表水与地下水相互作用研究进展 发表时间：2018-11-16T20:31:18.390Z 来源：《基层建设》2018年第26期作者：曾丽[导读] 摘要：指出地表水与地下水密切相关，地表水与地下水的相互作用模式和转化规律是水文学和水文地质学的关键问题之一。 浙江省第十一地质大队浙江温州 325006摘要：指出地表水与地下水密切相关，地表水与地下水的相互作用模式和转化规律是水文学和水文地质学的关键问题之一。本文收集整理了最新数据，总结了地表水与地下水相互作用的研究方法，提出了地表水与地下水耦合模型修正的重点，即获取非模型本身的信息。测定地表水和地下水之间的接口和改善地表水的准确性，通过地下水耦合模型，分别研究未来的两个方面，并提出一种可行的解决方案： 提高效率的实时数据观察和反馈，同步调度实体模型建立，实时可视化界面的优化仿真模型；结合不同研究尺度的实际情况，结合多个模型，提高了耦合模型的耦合程度和精度。 关键词：地表水；地下水；相互作用；耦合模型；交互界面 1前言 地表水和地下水是相互关联的水文连续体，存在于山地岩层、河流系统、沿海地区和岩溶地区。这是计算水文循环和收入的一个重要因素。由于地表水和地下水的交换，热量和物质的数量维持着河流生态系统的基本功能，对流域水资源的管理和保护、流域的水污染防治和生态健康具有重要意义。在水质方面，这一过程影响水化学成分的分布和演化。在水量方面，地下水是部分流域特别是部分干旱地区水文循环和水资源转化的主导因素和主导因素。在降雨少的地区，河床渗流占供水的很大比例，地下水含水层在旱季以底流的形式排入河流，保证了河流的流动，维持了生态系统。随着人类社会和经济活动的发展，许多河流水利工程的建设和运营的地下水开发和改进灌溉运河系统管网系统、空间和时间分布的流域水资源、水资源供给和需求之间的矛盾，合理分配水资源发挥巨大作用，干扰地表水和地下水系统在同一时间，灌溉用水和地下水的开采改变了地下水循环的表面，导致河流径流量的下降和生态退化等问题。 2地表水-地下水循环转化规律及其影响因素 2.1 地表水与地下水循环形式 地表水与地下水相互作用的核心是地表水和地下水循环。准确认识地表水和地下水循环的机理和过程，是支持流域水资源综合利用和保护的基本条件。地表地下水循环与水资源管理及其定量研究密切相关。20世纪90年代，水文地质学家开始更加重视河流附近地表地下水的交换研究。一般来说，高地形区是地下水补给区，低地形区是地下水排泄区。地表水和地下水补给机制过程涉及多个因素，多维空间可变性和水力特性，结合不同情况，有许多复杂的水文过程，本质上是通过地表水和地下水的渗透流量，与降水、表面水河基流、泄漏（如湖泊、河流、渠道等）水循环。其中地表水和地下水的转化包括湖泊、河流和地下水、地下水和湿地/滨海含水层系统的演化、泉水流量等形式，以及人类活动引起的地表水和地下水的转化系统演化。 2.2自然影响因子 在河流含水层系统的研究中，对流域地质、河流特征、水文条件等自然水循环影响因素的综合分析，一直是地表水和地下水循环系统驱动的一个热点，改变了地表水和地下水的变化。 2.2.1流域地质地貌：对于地下水含水层而言 从宏观的角度来看，河流和地下水盆地地质因素控制之间的关系的相互关系和演化的基本模式，如深谷许多天然河流的上游河中间的不完整的切割含水层和低的谷平原，它显示了明显的河流演化的差异，如含水层系统的演化过程。 2.2.2河床特征 在河-含水层系统中，河床特征主要是指与河床岩性有关的物理参数。在河流范围内，地表水和地下水流经下游河床的“底流区”是复杂的，维持着底栖动物、微生物、物理化学、水文等复杂的过程。一些学者对地下水渗流和污染物运移的影响进行了定量研究。地下水的排放强度影响着河床物质、水交换和区域的过渡带，也影响地表水水文径流。 2.2.3水文机制 河流径流和地下水位的变化将直接改变含水层河流与排水的关系。例如，河流与地下水位之间的季节变化关系不仅会影响水力梯度的大小，有时甚至会影响水交换的方向，导致地下水循环与置换的复杂演化。 2.3人类活动的影响 然而在干旱和半干旱盆地，水资源短缺，人类活动对水资源系统的影响更为明显，导致一些盆地地表水和地下水的交换能力下降，改变了水文循环。在社会经济发展中，人类通过开发利用水资源来干扰地表地下水循环的自然状态，从而改变了河流与含水层之间的关系和流域之间的关系。例如，河流改道将减少径流和补充地下水。根据地下水灌溉面积的不同，地下水开采、河道渗流和渗流过程间接地改变了地表水和地下水的运动，一些渠道的渗流场已成为地下水主要的补给形式。特别是在一些干旱地区，人类活动引起的土地利用和渠道渗漏的变化对地下水地表的时空分布有很大的影响。 3主要研究方法为了改善河流径流，保持地下水位，对地表水和地下水循环的水文过程演化进行合理的模拟分析和管理是十分重要的。 3.1直接水测量 利用含水含水层渗流仪和河床界面比例尺可确定地下水的渗漏和排泄情况。然而，平均的河床渗漏需要大量的观测点数据，测量数据也需要一个点尺度。大规模数据的收集比较困难，实际应用研究相对较少。 3.2间接实验方法 地表水和地下水的汇率是用热力学或同位素化学方法计算的。由于地下水的水温相对恒定，河流的水温一般具有季节变化规律，因此可以通过相关的温度观测和热力学方法对水的交换过程进行建模和计算。 3.3水平衡方法 将水平衡法分为多断面水流观测法、河流径流分割法和物质跟踪法，确定地表水与地下水之间的水交换关系。河流的净流入或流出是通过观察不同区域的多条河流而决定的。 4主要模拟技术
岩溶地下水特点与研究热点
Journal of Water Resources Research 水资源研究, 2018, 7(1), 28-36 Published Online February 2018 in Hans. https://www.wendangku.net/doc/a59156531.html,/journal/jwrr https://https://www.wendangku.net/doc/a59156531.html,/10.12677/jwrr.2018.71004 Features and Hotspots in Karst Groundwater Ruiqiang Yuan1*, Xinping Deng2 1School of Environment and Resource, Shanxi University, Taiyuan Shanxi 2The 402 Team, The Bureau of Geology and Mineral Resources Exploration of Hunan, Changsha Hunan Received: Nov. 19th, 2017; accepted: Nov. 29th, 2017; published: Dec. 5th, 2017 Abstract Karst covers more than 20% of lithosphere area. Karst groundwater resource is a vital water resource. However, a karst water-bearing system is a kind of dual media with distinct hydraulic properties, of which heterogeneity is significant and two mechanisms of surface water infiltration are of the same importance. The connection across precipitation, surface water and karst groundwater is very close. And the conver-sion among them is nonlinear with considerable complexity. Hydrologic processes, flow rates and the dis-charging area are readily impacted by the changing environment in a karst groundwater flow system. Dis-charges of karst springs are of scale effect and multi-fractal characteristics. And the composition of dis-charge is complicated and changeable. Furthermore, hydrogeochemical characteristics of karst groundwa-ter are sensitive to the changing environment determined by variable hydrologic processes of karst and biogeochemical reactions. Therefore, traditional geohydrologic methods can’t be applied directly in a karst basin and the common difficulties in hydrologic researches tend to be amplified. At present, researches in karst hydrology are relatively laggard. The karst in China is type diversity and representative all over the world. Studies in regard to karst hydrologic processes and the karst CO2-H2O-CaCO3 system have made progress in China. In future, responses and feedbacks to the global change, water resource and environ-ment, and hydrologic processes modeling of a karst groundwater flow system are the potential researching hotspots. Keywords Karst Groundwater, Karst Hydrology, Surface Water and Groundwater Interaction, Water Cycle 岩溶地下水特点与研究热点 袁瑞强1*，邓新平2 1山西大学环境与资源学院，山西太原 2湖南省地质矿产勘查开发局四零二队，湖南长沙 作者简介：袁瑞强(1980.4-)，男，山西太原人，副教授，主要从事流域水循环与水环境研究。 *通讯作者。
地下水水质与人类的关系
地下水水质与人类生活的关系 摘要：地下水是指赋存和运动于地表以下图层和岩石孔隙中的水。它是非常宝贵的淡水资源，广泛应用于人民生活和工农业生产等各个方面。随着国家经济建设发展和人口继续增加，城市开发利用地下水日益广泛，迄今地下水已经成为我国城市和工农业用水的主要水源，全国三分之二的城市以地下水作为主要的供水水源，约四分之一的农用田灌溉靠地下水。地下水开采总量超过1000亿立方米，约占全国用水总量的15%-20%。但随着工业的发展，工业废水废渣和农药、化肥中的有毒物质想地下渗入，使原来洁净的地下水遭受污染，水质严重恶化。我国对44个城市进行调查，其中绝大多数地区的地下水已经受到污染，有的还相当严重，地下水受污染后一般很难清除，因此保护地下水不受污染刻不容缓。关键词：地下水，水质，水体污染，人类生活，改善 一地下水与人类生活的关系 地下水与人类的关系十分密切，井水和泉水是我们日常使用最多的地下水。不过，地下水也会造成一些危害，如地下水过多，会引起铁路、公路塌陷，淹没矿区坑道，形成沼泽地等。同时，需要注意的是：地下水有一个总体平衡问题，不能盲目和过度开发，否则容易形成地下空洞、地层下陷等问题。 地下水可开发利用，作为居民生活用水、工业用水和农田灌溉用水的水源。地下水具有给水量稳定、污染少的优点。含有特殊化学成分或水温较高的地下水，还可用作医疗、热源、饮料和提取有用元素的原料。在矿坑和隧道掘进中，可能发生大量涌水，给工程造成危害。在地下水位较浅的平原、盆地中，潜水蒸发可能引起土壤盐渍化；在地下水位高，土壤长期过湿，地表滞水地段，可能产生沼泽化，给农作物造成危害。 二地下水水质 1 概念 水质（water quality）水体质量的简称。它标志着水体的物理（如色度、浊度、臭味等）、化学（无机物和有机物的含量）和生物（细菌、微生物、浮游生物、底栖生物）的特性及其组成的状况。为评价水体质量的状况，规定了一系列水质参数和水质标准。如生活饮用水、工业用水和渔业用水等水质标准。 2 水质的评价标准与影响因素 天然水水评价指标一般为色、嗅、味、透明度、水温、矿化度、总硬度、氧化-还原电位、pH值、生化需氧量和化学需氧量等。天然水中的大气降水水质与当地的气象条件和降水淋溶的大气颗粒物的化学成分有关；地
地下水污染概念、特点及危害
地下水污染概念、特点及危害 地下水是水资源的重要组成部分，其在社会经济发展中有着十分要的作用。在我国，约有2/3的人口以地下水为饮用水源，地下水资源对于维持人民群众的生活有着重要的意义。随着地下水的开发利用规模日益增大，造成地下水位不断下降，地下水污染也不断发生，不仅影响了城乡供水质量，危及人体健康，而且还诱发出各种各样的地质环境问题，并给经济建设带来巨大损失。 地下水环境评价主要包括地下水污染评价、地下水环境质量评价和地下水防污性能评价三个方面内容。要做好地下水环境评价工作，首先得弄清楚地下水污染的基本概念。 一、地下水污染的含义 凡是在人类活动的影响下，地下水质(物理性质、化学组分、生物性状)朝着不利于人类生活或生产的水质恶化方向发展的现象，统称为地下水污染。不管此种现象是否使水质恶化达到影响使用的程度，只要这种现象一发生，就应视为污染。而在天然环境中，含矿体地层或某种水文地球化学条件影响下，所产生的地下水某些组分相对富集及贫化而使水质恶化的现象，不应视为污染，而应称为“天然异常”。 判定地下水是否污染必须具备三个条件:第一，水质朝着恶化的方面发展;第二，这种变化是由人类活动引起的;第三，地下水是否污染的判别标准是地区背景值(或称本底值，即未受人类影响的地下水各组分的天然含量)，超过此值者，即可称之为污染。但这个值很难获得，所以，有时也用历史水质数据，或无明显污染来源的水质对照值来判别地下水是否污染。
在人类活动的影响下，地下水某些组分浓度的变化是由小到大的量变过程，在其浓度未超标之前，实际污染已经产生。因此，把浓度变化超标以后才视为污染，是不科学的，而且失去了预防的意义。当然，在判定地下水是否污染时，也应该参考水质标准，但其目的并不是把它作为地下水污染的标准，而是根据它判别地下水是否朝着恶化的方向发展。 二、地下水污染的特点 地下水污染是水圈污染的一部分，但地下水污染与地表水污染明显不同，具有以下三个特点: 1.隐蔽性。由于地下水污染是发生在地表以下的多孔介质中，即使地下水受某些组分严重污染，也往往是无色、无味的，不易被发现，不能像地表水那样，从颜色、气味、感观或鱼类等生物的死亡、灭绝鉴别出来。即使人类饮用了受有害或有毒组分污染的地下水，对人体的影响也只是慢性的长期效应，不易被觉察。 2.延缓性。主要表现在两个方面。（1）由于污染物在含水层上部的包气带，污水渗入过程中经过土壤各种物理化学及生物作用，则会在时间上和垂向上延缓潜水含水层的污染，对于承压含水层，由于上部的隔水顶板存在，污染物向下的运移速度会更加缓慢;(2)因地下水流缓慢和地下水在含水层中产生的各种作用，地下水污染的扩散过程亦是相当缓慢的。 3.难以逆转性。地下水一旦受污染，便很难治理及恢复。这主要是因为其流速极其缓慢，不像地表水那样流速快，靠稀释作用即可很快恢复;切断了污染来源后，靠含水层本身的自然净化，所需的时间长达十年、几十年、甚至上百年。 三、地下水污染的危害及与人体健康