水文地质学基础第十二章岩溶水.ppt

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1、LOGO第十二章第十二章 岩溶水岩溶水 Karst waterFundamentals of Hydrogeoloy 水文地质学基础主讲教师：张卫民主讲教师：张卫民本章内容本章内容 12.1 岩溶发育的基本条件岩溶发育的基本条件12.2 岩溶水系统的演变岩溶水系统的演变12.3 岩溶水的特征岩溶水的特征Company Logo 概述概述 岩岩溶溶对对大大多多数数人人来来说说都都不不陌陌生生，岩岩溶溶现现象象对对许许多多人人来来说说是是很很神神密密的的（含含部部分分专专业业人人员员），岩岩溶溶现现象象的的壮壮观观奇奇特特，岩溶水的神出鬼末，有着岩溶水的神出鬼末，有着积极的一面积极的一面：济南泉城

2、济南泉城世界著名：世界著名：蕴育滋养了该城文明与发展蕴育滋养了该城文明与发展山山西西自自北北向向南南沿沿太太行行山山脉脉的的名名泉泉：晋晋祠祠泉泉，娘娘子子关关泉泉，洪洪山山泉泉，郭郭庄庄泉泉，广广胜胜寺寺胜胜泉泉，龙龙子子祠祠泉泉，是是山山西西盆盆地的工农业发展的主要支柱地的工农业发展的主要支柱广西桂林山水甲天下广西桂林山水甲天下，奇特岩溶景观，奇特岩溶景观云南的路南石林云南的路南石林，壮观与气势，让游人流涟忘返，壮观与气势，让游人流涟忘返第十一章第十一章 岩溶水（岩溶水（Karst water）Company Logo山水甲天下的桂林山水甲天下的桂林九马山九马山烟雨漓江烟雨漓江塔山塔山象鼻

3、山象鼻山Company Logo岩溶水的奇特又使人无可耐何岩溶水的奇特又使人无可耐何消积不利消积不利v华华北北的的大大多多数数煤煤层层，下下伏伏O2灰灰岩岩水水承承压压水水头头之之高高，带带来来开开采采风险巨大风险巨大v云云南南、广广西西、贵贵州州省省岩岩溶溶山山区区，缺缺水水严严重重，阻阻碍碍发发展展，生生活活赤赤贫现象贫现象v岩溶区的岩溶区的库水渗漏库水渗漏，处理困难，处理困难v在在基基本本建建设设中中，地地下下施施工工，燧燧道施工困难重重道施工困难重重金沙江溪洛渡水电站库区 岩 溶 洞 穴Company Logo本章内容本章内容 12.1 岩溶发育的基本条件岩溶发育的基本条件12.2 岩

4、溶水系统的演变岩溶水系统的演变12.3 岩溶水的特征岩溶水的特征Company Logo12.1 岩溶发育的基本条件岩溶发育的基本条件 岩溶（喀斯特）岩溶（喀斯特）：是水与可溶岩发生化学作用和机械破是水与可溶岩发生化学作用和机械破坏作用而产生的各种（地质、地蚀、水文等）现象的总称坏作用而产生的各种（地质、地蚀、水文等）现象的总称 岩溶水岩溶水(喀斯特水喀斯特水)：赋存并运移于岩溶化岩层中的水赋存并运移于岩溶化岩层中的水。一、发育的基本条件一、发育的基本条件（水与岩土两大类）（水与岩土两大类）1、可溶岩层的存在：、可溶岩层的存在：碳酸盐岩：碳酸盐岩：灰岩、白云质灰岩、灰质白云岩、白云岩；灰岩、白

5、云质灰岩、灰质白云岩、白云岩；结构：结构：豹皮灰岩，生物碎屑灰岩，厚层状，薄层状豹皮灰岩，生物碎屑灰岩，厚层状，薄层状2、可溶岩必须透水、可溶岩必须透水裂隙发育（初始裂隙）裂隙发育（初始裂隙）岩溶系统岩溶系统断层发育决定了断层发育决定了溶洞形成溶洞形成3、水具侵蚀性、水具侵蚀性 从开放体系中的平衡（碳酸）过程来分析从开放体系中的平衡（碳酸）过程来分析Company Logo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v水中碳酸平衡：水中碳酸平衡：H H2 2COCO3,3,HCOHCO3 3-CO CO3 32-2-CO2CO2(eq)H2OH2CO3HCO

6、3-H+CO32-Ca2+HCO3-大气大气液相液相固相固相第一条途径：第一条途径：水与气水与气第二条途径：第二条途径：水与固水与固Company Logo12.1 岩溶发育的基本条件岩溶发育的基本条件在上述模式中：在上述模式中：n第一条途径（水与气）第一条途径（水与气）增加增加 H+n第二条途径则产生第二条途径则产生 CO32-结果：结果：增加增加 Ca2+HCO3-CO2的参与的参与是岩溶发育的另一重要前提是岩溶发育的另一重要前提 CO2来源：浅层大气与土壤层，深部来源尚无定论来源：浅层大气与土壤层，深部来源尚无定论4.水的流动性水的流动性 地下水的循环交替是岩溶发育的充分必要条件地下水的

7、循环交替是岩溶发育的充分必要条件v其其作作用用：不不断断更更替替补补充充具具侵侵蚀蚀性性的的水水；将将溶溶解解与与侵侵蚀蚀的的物物质带走质带走-留下空洞（岩溶）留下空洞（岩溶）v二、影响因素（略）二、影响因素（略）自学自学 P126-127P126-Company Logo12.2 岩溶水系统的演变岩溶水系统的演变12.2.1 地下水流对介质的改造地下水流对介质的改造（机理机理）岩岩溶溶水水与与孔孔隙隙水水裂裂隙隙水水最最大大的的不不同同，就就是是其其介介质质可可以以被改造被改造，水流特征不断变化，介质特征也不断变化，水流特征不断变化，介质特征也不断变化初始介质场初始介质场 K0 V0 K1

8、V1 K2 V2 .Kn Vn K 小小 V小小 水流分散水流分散 K 大大 V大大 水流集中水流集中具体表现为：具体表现为：不均匀介质不均匀介质不均匀水流不均匀水流差异溶蚀差异溶蚀更更不均匀介质不均匀介质更不均匀水流更不均匀水流进一步差异溶蚀进一步差异溶蚀如此循如此循环往复，便形成一个岩溶演化的正反馈过程。环往复，便形成一个岩溶演化的正反馈过程。Company Logo12.2.1 地下水流对介质的改造地下水流对介质的改造v改过程改过程v水流愈来愈集中在少数通道中，少数通道则优先发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展为溶洞v介质改造过程也称为差异性溶蚀改造过程介质改造过程也

9、称为差异性溶蚀改造过程，其结果，其结果水流不断集中从而构造成为岩溶水系统水流不断集中从而构造成为岩溶水系统地下河地下河系化系化v在这样的过程中，中后期伴随着机械破坏过程在这样的过程中，中后期伴随着机械破坏过程溶蚀破坏与失稳破坏溶蚀破坏与失稳破坏-垮塌物质部分由水流携带而走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大型溶洞形成中机械破坏起重要作用岩溶洞穴形成Company Logo溶洞的扩张示意图溶洞的扩张示意图n 介质改造过程介质改造过程n 差异性溶蚀差异性溶蚀n 地下河系化地下河系化溶蚀破坏与失稳破坏溶蚀破坏与失稳破坏-Company Logo12.2.1 地下水流对介质的改

10、造地下水流对介质的改造v改造结果改造结果 1 1、介质改造愈强烈，机械破坏也愈强、介质改造愈强烈，机械破坏也愈强2 2、介质改造后，地下岩体中出现各种规模洞穴、介质改造后，地下岩体中出现各种规模洞穴3 3、地地表表形形成成溶溶斗斗，落落水水洞洞以以及及各各种种规规模模的的洼洼地地，汇汇集降水集降水4 4、介介质质导导水水能能力力增增加加，地地下下水水位位总总体体下下降降，水水面面以以上岩体或洞穴失去进一步发展的水动力条件上岩体或洞穴失去进一步发展的水动力条件5 5、地地下下河河系系发发生生袭袭夺夺，河河系系归归并并，地地下下河河系系的的流流域域不断扩大不断扩大下页下页Company Logo岩

11、溶水系统演变过程岩溶水系统演变过程甲河甲河乙河乙河甲河甲河乙河乙河A)岩溶发育初期岩溶发育初期 B)局部局部岩溶水岩溶水系统发育阶段系统发育阶段ABCompany Logo岩溶水系统演变过程岩溶水系统演变过程乙河乙河甲河甲河乙河乙河甲河甲河乙河乙河C)岩溶水系统岩溶水系统的袭夺的袭夺 D)统一统一地下河系地下河系的形成的形成Company Logo12.3 岩溶水的特征岩溶水的特征v岩溶水系统岩溶水系统是一个能够通过水与介质相互作用是一个能够通过水与介质相互作用不断自我演化不断自我演化的动力系统；的动力系统；v演化初期快速发展停滞衰亡阶段；演化初期快速发展停滞衰亡阶段；v不同演化阶段的岩溶水具

12、有不同的特征；不同演化阶段的岩溶水具有不同的特征；1.岩溶水的运动特征岩溶水的运动特征2.岩溶水的补给、排泄与动态特征岩溶水的补给、排泄与动态特征Company Logo12.3.1 岩溶水的运动特征岩溶水的运动特征v岩溶水系统空隙网络的岩溶水系统空隙网络的强烈非均质强烈非均质的特性所决定：的特性所决定：岩溶管道、岩溶洞穴、岩溶裂隙、岩溶管道、岩溶洞穴、岩溶裂隙、岩溶裂缝和岩溶孔隙等岩溶裂缝和岩溶孔隙等 层流与紊流共生层流与紊流共生 有压与无压共存有压与无压共存 运动方向的不同步（局部与整体不一致）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缺乏统一的区域地下水水位岩溶结构图示

13、运动特征图示Company Logo典型岩溶水系统结构概化图典型岩溶水系统结构概化图土壤层土壤层表层岩溶带表层岩溶带岩溶沟谷岩溶沟谷地下河管道地下河管道岩溶漏斗岩溶漏斗地表水系地表水系由表层岩溶带、浅部的岩溶管由表层岩溶带、浅部的岩溶管道、岩溶洞穴、岩溶裂隙、岩道、岩溶洞穴、岩溶裂隙、岩溶裂缝和岩溶孔隙等多种岩溶溶裂缝和岩溶孔隙等多种岩溶空隙介质体组成的多重复合体空隙介质体组成的多重复合体系，具有高度的非均质性。系，具有高度的非均质性。Company Logo岩溶介质中的地下水流动岩溶介质中的地下水流动旱季情况下旱季情况下雨季情况下雨季情况下旱季由裂隙流入溶洞；旱季由裂隙流入溶洞；雨季由溶洞流

14、入裂隙雨季由溶洞流入裂隙Company Logo12.3.2 岩溶水的补给、排泄与动态岩溶水的补给、排泄与动态v补给源补给源 大气降水是岩溶水的主要、甚至是唯一的补大气降水是岩溶水的主要、甚至是唯一的补给源，但表现多种方式：给源，但表现多种方式：v补给条件：补给条件：（1）面状补给或渗入式补给）面状补给或渗入式补给;（2）通过溶斗、落水洞点状集中补给）通过溶斗、落水洞点状集中补给灌入式；灌入式；入渗系数大（入渗系数大（6080%南方，北方南方，北方30%）（3）南方岩溶）南方岩溶地下水与地表水常常互为一体地下水与地表水常常互为一体，互，互为转换，相互补给。为转换，相互补给。Company Lo

15、go12.3.2 岩溶水的补给、排泄与动态岩溶水的补给、排泄与动态v排泄排泄 北方岩溶水集中以岩溶大泉形式排泄；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。南方岩溶水主要以地下暗河、泉、基流形式排泄。地苏地下河地苏地下河出口出口地苏地下河出口地苏地下河出口附近落水洞附近落水洞Company Logo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Company Logo12.3.3 岩溶水的动态岩溶水的动态v 动态动态 水位、水量、水温等要素随时间的变化水位、水量、水温等要素随时间的变化思考题思考题（仅考虑水位变化）（仅考虑水位变化）：（1

16、）与孔隙水、裂隙水比较，岩溶水的动态变化具有什）与孔隙水、裂隙水比较，岩溶水的动态变化具有什么特点？么特点？（2）南方岩溶水与北方岩溶水比较，动态特征是什么？）南方岩溶水与北方岩溶水比较，动态特征是什么？v 动态特征动态特征 变幅大、不稳定！变幅大、不稳定！岩溶化程度愈高，动态愈不稳定。岩溶化程度愈高，动态愈不稳定。为什么？为什么？岩溶水动态曲线Company Logo云南喷水洞地下暗河流量动态曲线山西广胜寺岩溶泉流量动态曲线Company Logo12.3.3 岩溶水的动态岩溶水的动态v南方岩溶水系统的几个其他特征：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

17、统一区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；域地下水位；2.补给资源与储存资源难以区分；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；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水位埋深变化很大常常出现“结构性结构性”缺水。缺水。Company Logo结构性缺水结构性缺水v结构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天然水资源丰富、但因地质结构导致地表常年性缺水性缺水地下水位埋深大，地表水基本漏失地下水位埋深大，地表水基本漏失Company Logo岩溶山区的分布的落水洞岩溶山区的分布

18、的落水洞岩溶山区的分布的落水洞岩溶山区的分布的落水洞Company Logo岩溶水特征产生的若干问题岩溶水特征产生的若干问题西南岩溶地区的石漠化远景西南岩溶地区的石漠化远景Company Logo岩溶水特征产生的若干问题岩溶水特征产生的若干问题为解决当地饮用水修建为解决当地饮用水修建的水柜的水柜天旱季节时需要远徒跋涉运水天旱季节时需要远徒跋涉运水Company Logo岩溶水特征产生的若干问题岩溶水特征产生的若干问题Company Logo本章内容本章内容 12.1 岩溶发育的基本条件岩溶发育的基本条件12.2 岩溶水系统的演变岩溶水系统的演变12.3 岩溶水的特征岩溶水的特征Company Logo