岩溶水文地质学(韩行瑞)思维导图

孔隙－松散岩层 裂隙－基岩 溶隙（溶穴）－可溶性岩石
空隙性
指岩石空隙的大小、多少、形状、分 布特点以及连通情况等。这些特性 对于地下水的埋藏、分布、运动有 重要的影响。
岩石中的空隙
松散岩层孔隙特点
孔隙率（度）：一定体积岩石（包括孔隙）中孔隙体积所占的比例。
n Vn 100% V
影响松散岩层孔隙度的因素
“理想土”模型
颗粒排列方式和密实程度 颗粒大小和形状 分选程度 土壤结构（单粒、团粒结构） 其他因素：次生裂隙、根孔、虫孔等
裂隙
成岩裂隙 构造裂隙 风化裂隙
裂隙性
裂隙的方向、宽度、延伸方向、充填情况等。 裂隙率
Kr Vr V
溶穴
发生在可溶性岩石之中 具有继承性 岩溶率（溶隙率）
岩石空隙的特性（均匀性、方向性、连通性）
松散岩类：空隙分布均匀、连通性好 基岩裂隙：不均匀、具方向性、不同方向裂隙可形成裂隙网
络 可溶岩溶隙：极不均匀、很强的方向性、容易形成各自的岩
溶水流系统。
按含水介质的地下水分类
层。
支持毛细带 中间带 土壤水带
水文地质学研究的重点是饱水带。但包气 带作为补给通道作用也不容忽视。
地下水赋存
含水层
定义：饱含水的透水层，或能够透过并给出相当数量水的岩 层。
辨异：饱含水的弱透水层（粘土、沿粘土等）；不含水的透 水层（沙漠、被疏干的含水层等）
隔水层
定义：不透水的岩层，或不能透过并给出一定水量的岩层。 辨异：隔水层的相对性，并非完全隔水－弱透水层
下可以进行三种状态的相互转化 全球水文循环是闭合系统，局部为开放系统 水文循环过程伴随着能量的转换和其他物质的运移和聚集

❖一般为潜水（未风化的母岩往往构成相对隔水底板）；被后期 沉积物覆盖的古风化壳可赋存承压水。通常情况下，风化壳规 模相当有限，风化裂隙含水层水量不大，就地补给、就地排泄， 旱季泉流量变小或干涸。
❖（3）影响风化裂隙发育的因素 风化裂隙的发育受岩性、气候及地形的控制。
风化裂隙水示意图——层状裂隙水（局部性）
❖ 风化裂隙深度有限 ❖ 局部形成层状裂隙含水层 ❖ 动态变化大
10.3.2 裂隙的成因类型及其中的地下水
10.3.2.2 构造裂隙水
1、裂隙发育规律的控制因素 ❖ 岩石（层）力学性质
▪ 岩性：受力后的破坏（脆，塑）
▪ 结构：厚层，互层等 ❖ 构造应力
▪ 大小， ▪ 应力频率， ▪ 性质（张，压） ❖ 构造部位 应力集中的部位，裂隙常较发育，岩层透水性也好。 背斜轴部常较两翼富水，倾斜岩层较平缓岩层富水，断 层带附近往往格外富水。
具有统一的地下水位 ➢ 孔隙水的流动通常呈层流流态，符合达西定律
10.1 .1 孔隙水特征
孔隙水赋存于松散沉积物的孔隙之中。 在我国，第四系与部分第三系属未胶结或半胶 结的松散沉积物，赋存孔隙地下水。下面主要讨 论第四系松散沉积物中的孔隙水。
❖ 第四纪松散沉积物分布： 平原和盆地中普遍发育；砂砾构成含水层，粘性土
Fundamentals of Hydrogeology
水文地质学基础
第十章 不同含水介质 中的地下水
水资源与L环O境GO工程学院
本章内容
10.1 孔隙水 10.2 岩溶水 10.3 裂隙水
孔隙水的特点
➢ 一般呈层状分布（与岩层分布一致） ➢ 水量空间分布均匀，连续性好 ➢Байду номын сангаас同一含水层中的孔隙水具有密切的水力联系，并

0.125 0.065 0.013 0.0017 0.0006
1408.7
0.01 0.005 0.001 0.0001 0.00004
100
Sources: Nace 1967; peixoto and Kettani 1973; turekian 1976; and Ambroggi 1977. a As liquid equivalent of water vapor.
一、全球碳、水、钙循环与岩溶形成 3.全球碳循环与岩溶作用

定义：地球系统的碳循环，是指的碳在岩石圈、 水圈、气圈和生物圈之间以CO32- (以CaCO3、 MgCO3为主)，HCO3-, CO2, CH4, (CH2O)n(有机碳 )等形式相互转换和运移过程。 气圈：CO2, CH4, CO 水圈：HCO3生物圈：(CH2O)n 岩石圈：CO32-, (CaCO3, MgCO3等)
ph升高植物吸收co图27罗马尼亚poartaliuionele洞口钙华及植被图28poartaliuionele洞口水化学变化图29向光钟乳石图30自来水两种不同流出方式引起的水化学变化时间1991年10月10日桂林试验场s291号泉水化学特征随水深变化界面脱气日光照射效应1991年7月4日观测图31溶潭不同水深的水化学变化图32黄果树瀑布脱气产生钙华图33黄果树瀑布水化学监测点分布示意图图331扩散边界层厚度与岩溶作用的关系图34桂林试验场cf5与孔揭露溶洞者暴雨后出现ph降低电导上升的反常现象图35四川松潘县黄龙钙华图36黄龙地热泉转花池由深部封闭系统溢出后在黄龙沟沿线的水化学变化示co脱气和钙华沉积37pamukale图38pamukale钙华台地沿线水化学变化示热水由深部溢出后co下降钙华沉积图39乌江渡水电站大坝廊道中的鹅管图40乌江渡水电站大坝附近水化学剖面示水泥形成高碱性环境caoh含量ppm温度越低水中溶解co浓度越高图42溶液的ph受co浓度的关系图43封闭系统和开放系统中co浓度关系的差别图44温度co浓度对岩溶动力系统运动方向的综合判别jakuss1977图46桂林附近不同水体饱和指数对比其中漓江尧山及漓江边的冲洪积层水受外源水影响为不饱和水具侵蚀性其余为岩溶水均已饱和

决定一个区域的植被和土壤。植被发育的湿热气候条件下 岩溶格外发育。
2.生物因素
a.有机质-分解(在土壤，CO2的含量常达1-2%，最高达6%)； b.藻类-分泌溶蚀性酸； c.动物(蝙蝠和鸟类的粪)
3.地质因素
a.可溶性岩石
碳酸盐类岩石：石灰岩、白云岩、硅质灰岩、泥灰岩等 硫酸盐类岩石：石膏、硬石膏、芒硝等； 卤盐类岩石：岩盐、钾盐等。
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
山水甲天下的桂林
烟雨漓江 塔山
九马山
象鼻山
岩溶地貌
12.2.1
地下水流对介质的改造
结果
1.介质改造愈强烈，机械破坏也愈强烈； 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。
3.水具侵蚀性
分析碳酸岩盐、水、二氧化碳之间的相互作用是研究岩溶化过程 的关键 下面从开放体系中的平衡（碳酸）过程来分析
开放体系中的方解石溶解的基本物理化学模式
第一条途径 水与气液相
第二条途径 水与固相
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CO32－ 结果：增加 Ca2＋ 和 HCO3-
岩溶水系统演变过程
乙河 甲河
乙河 甲河

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水文的四大表现形式：
降水 渗流
蒸发 径流
（1）降水 ——指 雨 、 雪 、 雾 、雹、 霰。
降水的形式
下雪前降落 的小冰粒
（2）蒸发
截流蒸发
指：
地面蒸发
叶面蒸发
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水面蒸发
海洋蒸发
水上升为水 汽的五种
形式。
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（3）渗流
包含
入渗 地表水经过土壤表面进入土壤的过程。
c) 涨水时河道螺旋流：涨水时，河中央上涨较快，断面呈中高岸低的
“水2拱02”1/12形/18，且呈两螺旋流。
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2> 造成的后果：
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在过水断面上形成一封闭 的环流，与纵向水流结合 形成漩涡流，从而将冲刷 凹岸，淤积凸岸，影响取
水口位置的选择。
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四、河流的分段 1、河流 —— 江、河、溪、沟统称河流。
流域面积小，径流相对剧烈 流域面积大，径流相对平缓
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（5）流域的植物被覆—— 由于植物被覆截留降水，从而将会延缓坡地漫流 的速度，增加渗流，减少蒸发。
（6）土壤及地质构造——
影响下渗，地下水对河流的补给，流域地表 的冲刷等。
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（7）湖泊和沼泽——
可以通过蓄水作用，调节径流变化，特别是蒸 发影响径流量的大小。
我国的河流大多以此为主。
（2）融雪径流Biblioteka 局部地区或地段的河流以此为主。
如：青海、 新疆
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二、影响径流的主要因素
1、各种自然地理因素对其的影响
（1）气候因素

我国开发利用地下水资源的现状：①北方许多城市生活用水的重要水源；②北方干旱、半干旱地区（17省市） 工农业生产、生活的唯一水源；③南方部分地区也开始利用地下水、并且需求量越来越大；④大的工业基地的建 设首先要解决水源问题。
开发利用地下水资源的未来：①实现地下水资源的可持续开发；②加强地下水资源的科学管理；③加强与地 下水资源开发有关的环境保护。（当今世界面临的三大问题：人口、资源、环境）
水文地质钻探(图6)中国古籍《吕氏春秋》中写道：“云气西行云云然，冬夏不辍；水泉东流，日夜不休， 上不竭，下不满，小为大，重为轻，国道也。”提出了朴素的水文循环概念。成书于公元约六世纪初的《水经注》 中，记述了当时中国境内1252条河流的概况，成为水文地理考察的先驱。诚然，这些原始的水文观测和水文知识 是肤浅零星的，但已为当时生活和生产提供了重要的水文资料。例如，根据雨量多少决定税收的多少，根据上游 的水位向下游传递水情等，标志着水文科学的萌芽。
首先，从1914年到1924年，经过黑曾、福斯特等人的工作，把概率论、数理统计的理论和方法系统地引入了 水文科学，使水文变量（如洪峰和洪量）和它出现的机率起来，为预估工程未来运行时期内可能出现的水文情势 开辟了道路。
接着，从1932年到1938年，谢尔曼、霍顿、麦卡锡、斯奈德等人在产流和汇流计算方面取得开拓性进展，为 根据降雨推算洪水开辟了道路。随后，克拉克、林斯雷等人在单位线、多个水文变量联合分析和径流调节的理论、 方法等方面发展并丰富了上述内容。
②由水文学采用的实验方法，派生出三个分支学科：水文测验学、水文调查、水文实验。 ③由水文研究内容分为：水文学原理、水文预报、水文分析与计算、水文地理学、河流动力学等。 ④作为应用科学，水文学分为：工程水文学、农业水文学、土壤水文学、森林水文学、城市水文学等。 ⑤随新科学、新技术的发展和引进，出现新分支：随机水文学、模糊水文学、灰色系统水文学、遥感水文学、 同位素水文学等。

岩溶水特征
南北方岩溶差异 表现：地貌、介质均匀性、系统规模、动态变化 原因：岩溶影响因素差异——岩性、构造、气候
南方岩溶及岩溶水
• 气候：气候湿热，雨量大，植被、土壤发育，驱动岩 溶发育的化学能与机械能的输入强烈。
• 岩溶发育程度：南方岩溶发育比较充分，岩溶现象较 典型，地表可有峰丛、峰林、溶蚀洼地、溶斗、落水 洞、竖井等，地下多发育较为完整的地下河系
• 岩性：岩溶区多分布巨厚到块状的纯净碳酸盐岩，多 发育有裸露型岩溶，介质可溶性强，受构造应力时易 形成稀疏而宽大的裂隙。内在原因
• 构造：地质构造上属于较紧密的褶皱，向斜核部多易 发地下河系。降水充沛，补给强
• 介质均匀性：岩溶含水介质常是高度管道化与强烈不 均匀的，岩溶岩对降水的响应十分灵敏，流量季节变 化很大
北方岩溶及岩溶水
• 气候：降雨7.量3少.8，植北被方、岩土壤溶的及影响岩，溶水水的侵蚀能力较
南方差 • 岩溶发育程度：北方岩溶发育多不完整，地表少有溶斗
、落水洞等，地表多呈常态的山形；未发现完整的地下 河系 • 岩性：含水介质--碳酸盐岩一般成层较薄，夹泥质与硅 质夹层，多与非可溶岩互层，多发育覆盖型岩溶；介质 可溶性差，形成密集、均匀而短小的构造裂隙 • 构造：因多为宽缓的向斜或单斜，不利于水流的集中分 布、降水少，水的侵蚀力弱，岩溶发育弱 • 介质均匀性：含水介质相对均匀，成井率较高，岩溶大 泉汇水面积大，流量相对稳定
可溶岩的透水性
控制因素 岩性
生物礁岩 泥晶粒屑碳酸盐岩及泥晶碳酸岩 亮晶碳酸岩 白云石化 层厚 层状分布：岩溶顺层发育 层厚影响构造裂隙发育
中厚层：密集均匀，利于形成溶蚀均匀的含水层 巨厚层：稀疏宽长，分布极度不均，大型溶洞
初始裂隙发育特征 岩溶易发育部位地下河系

精选版课件ppt
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2 可采取绕避措施的场合
当遇到以下情况时,宜采取“绕避”措施: 岩溶区。断裂、孔隙发育,宽度和度较大,其底与溶洞、暗河相通的
地段;溶洞、暗河发育地区,溶洞的洞径大、顶板薄、裂隙发育、基岩 破碎,暗河水流较大且洞内无或少充填物的地段;岩溶水以表流和暗流 交替出现,岩溶发育复杂无规律;落水洞分布较密且漏水严重,塌陷时常 发生的地段;基岩起伏、流塑或可塑软土分布广且厚度变化大、地下 水活动强烈地段;地基处理费用太高的地段。 土洞区。土层薄、裂隙发育且地表水入渗条件好,其下伏基岩有通道、 暗河或呈负岩面的地段;石芽或出露岩体与上覆土体交接处,岩体裂隙、 通道发育为地表水集中入渗的地段;地层下岩体两组结构面交汇或处 于宽大裂隙带上的地段;隐伏深大岩溶洞、隙、沟、槽、漏斗等,其临 近基岩面以上有软弱土层分布地段;人工降水降落漏斗的中心地段及 地面低洼、地面水体近旁的地段。 当岩溶体地基的强度和稳定性不能满足工程要求,常据岩溶具体情况、 工程要求、施工条件,按照安全性与经济性原则选择适当的地基处理 方法。
岩溶及岩溶水
学习要求
1、岩溶的形成条件和影响因素 2、岩溶地貌类型 3、对工程影响及处理措施
岩溶作用
基本概念与研究意义
❖凡是以地下水为主，地表水为辅，以化学过程（溶 解与沉淀）为主，机械过程（流水侵蚀和冲积、重力 崩塌和堆积）为辅的 对可溶性岩石的破坏和改造作用 都叫岩溶作用。这种作用改造成的地表形态和地下形 态就叫岩溶地貌。岩溶作用及其新产生的水文现象和 地貌现象统称岩溶。 ❖又称喀斯特(Karst)。19世纪末，南斯拉夫学者J. Cvijic研究了南斯拉夫喀斯特高原的这种地貌，故得 名。
由于溶洞的形成与地表水和地下水的关系极为密切，土洞 的处理首先措施是治水，然后根据具体情况，可采取以下 方法处理：