岩溶水的特征教学文案
水文地质学课件 12岩溶水
12.0 概述12.1 岩溶发育机理12.2 影响岩溶发育的因素12.3 岩溶水系统的演变12.4 岩溶水的特征12.5 我国南北方岩溶水的差异12.0 概述12.0.1 岩溶与岩溶水【定义】地下水和地表水对可溶性岩石进行化学溶解，并伴随以冲蚀作用及重力崩坍，在地下形成大小不等的空洞，在地表造成各种独特的地貌现象以及特殊的水文现象，上述作用及由此产生的各种现象称为“岩溶”。
赋存并运移于岩溶化岩层中的水称为“岩溶水”。
介质的可溶性以及水对介质的差异性溶蚀；岩溶水在流动过程中不断改造着自己的赋存与运动的环境，从而改造着自身的补给、径流、排泄与动态特征。
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。
（动态系统）演化初期：岩溶水系统往往与裂隙水系统没有很大的不同演化后期：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，某种程度上带有地表水的特征：空间分布极不均一，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统是理想的供水水源。
岩溶区的奇峰异洞与大泉是宝贵的旅游资源。
但是……12.1 岩溶发育机理溶滤作用的强度回忆1）矿物盐类的溶解度；2）岩土的空隙特征；3）水的溶蚀能力；4）水中气体成分的含量；5）水的流动状况。
12.1 岩溶发育机理岩溶发育的基本条件：1）具有可溶性岩石； 2）可溶岩必须是透水的；3）具有溶蚀能力的水；4）具有良好的水循环交替条件，即具有良好的地下水补给、径流、排泄条件。
最活跃最积极的条件是地下水的循环交替条件，它受控于气候、地形地貌、地质结构、地表非可溶岩覆盖及植被发育条件等。
12.1.1 碳酸岩盐的溶蚀过程1）与水接触的石灰岩，在偶极水分子作用下发生溶解：-++⇔2323CO Ca CaCO 2）水中存在由碳酸、有机酸、无机酸等酸类所解离的H +，与CO 32－结合成HCO 3－，使①右边的CO 32－不断减少而破坏平衡，进而促进CaCO 3的再度溶解。
岩溶及岩溶水教学提纲
水的流动性反映了水在可溶岩层中的交 替程度。
只有水循环交替条件好，水的流动速度 快，才能将溶解物质带走，同时又促使含 有大量CO2的水源源不断地得到补充，则岩 溶发育速度就快。反之，岩溶发育就慢， 甚至处于停滞状态。
岩溶的发育和分布规律： 1水平方向 2垂直方向： ①垂直循环带 ②水平循环带 ③过渡循环带 ④深部循环带
岩溶地貌
岩溶地貌根据它们出露的情况分为地表岩溶地貌、地下岩溶地貌 以及它们的组合地貌。 1 地表岩溶地貌：石芽与溶沟；漏斗；竖井；落水洞；溶蚀洼地 ；坡立谷；干谷和盲谷 2 地下岩溶地貌：溶洞；地下河 3 落水洞、竖井、地下通道组合；河谷和暗河组合；塌陷与地下 通道组合；溶洞与地下通道组合；溶洞与阶地组合；分水岭风口 与溶洞组合
填情况。当溶洞的规模大、埋深浅、溶洞顶板承 受不了建筑物的荷载时，就会使溶洞顶板坍塌、 地基失稳。当建筑物地基直接遇到溶洞时，可视 溶洞的规模及充填物情况，进行适当处理。规模 小，可采用清除或堵塞，或盖板跨越；规模大， 则不宜作为建筑物的地基。为了确保溶洞地基的 稳定性，必须根据溶洞的规模、溶洞顶板岩层的 性质确定洞穴离地面的安全深度，即溶洞顶板的 安全厚度。当溶洞埋深大于安全厚度时，地基是 稳定的；否则地基不稳定，必须进行处理。
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：
• a.当土洞埋深较浅时，可采用挖填和梁板跨越；
• b.对直径较小的深埋土洞，因其稳定性好，危害 性小，故可不处理洞体，而仅在洞顶上部采取梁 板跨越；
• c.对直径较大的深埋土洞，可采用顶部钻孔灌砂 （砾）或灌碎石混凝土以充填空间。
喀 斯 特 地 貌
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。
岩溶水的特征
2．水动力分带
岩溶区存在着四个水动力带：充气带、季节变动带、完全饱水 带和深饱水带。前二者水动态呈不稳定状态，水流性质多呈重力 梯度流；后两者的动态较稳定，多呈压力梯度流。在不同地区， 这四个水动力带的优势和组合是有差异的，如在峰林、峰丛地区， 充气带和季节变动带比较深厚，在岩溶平原则很薄。
3．水动力分带的意义
b. 时间动态的不稳定性不仅表现在补给期动态上，而且还反应在 消耗期动态上。
c. 用调节系数γ（或称非稳定系数）表示时间动态的不稳定性：
tt1
Qmax Qmin
Qmax表示t时间最大流量，Qmin表示t1时间最小流量。按时间 区分，分为多年、年、季等调节系数，一般用年调节系数的较多。
峰林、峰丛岩溶区的地下河出口流量年调节系数正常值为50~200，
三、岩溶水循环的动力特征
1．循环系统的调蓄能力
当在一段时间内，无大气降水有效渗入补给，但在输出端仍有 流量消耗时，表明以前的输入量对流量起着滞缓调节释放作用， 这个时期水的动态就称为消耗期水动态。如果这种状况持续时间 较长，说明系统的调蓄能力较强。
当一段时间内，有大气降水有效渗入补给时，流量、水位回 升，这个时期水的动态就称为补给期水动态。
第二节 岩溶水的基本特征与分类
一、岩溶水的基本特征 1．空间分布的不均匀性
主要归因于含水介质的结构、构造在三度空间上的非均质性 和渗透性的各向异性，形成溶蚀优势方向的岩溶发育强于其他方 向。如洞穴或管道发育方向，就代表溶蚀优势方向，这个方向的 渗透性比原生孔隙大100万倍，比溶蚀扩大的节理和层面大100倍。
表16 岩溶水水位动态稳定性程度
Δh（米） 稳定性
<=1~2 极稳定
2~5 稳定
5~10 较稳定
水文地质基础(第十章)
第十章 岩溶水
五、岩溶发育的地带性 岩溶发育特征受自然地理条件，特别是气候条件的影响很大
，同时也与区域的地质条件有关。随着这些条件的不同，岩 溶发育表现出明显的地带性特征。我国南、北方岩溶也具有 不同的特点和发育程度。 我国南方的碳酸盐类岩层分布区，地表和地下岩溶均很发育 。地表上的岩溶洼地、落水洞、岩溶漏斗、峰林、天生桥、 干谷等岩溶现象普遍分布。地下岩溶以溶洞、地下河、地下 湖为主，溶洞多而大，常形成地下河系。 我国北方岩溶化程度比南方低，地表岩溶不发育，漏斗、溶 井、落水洞、溶蚀洼地等现象都很罕见，而以岩溶泉、干谷 为主。地下岩溶则以互相连通的溶蚀裂隙为主，发育深度较 大。溶洞少而小，常形成岩溶径流带，地下河比较少见。
流量曲线的峰谷较降水曲线对应的峰谷迟后一段时间。 四、岩溶水的化学特征
岩溶水的化学特征与水的补给交替强度密切相关。在补给区 受降雨稀释作用，一般矿化度较小；随着向深部或排泄区运 动，矿化度不断增大，水化学类型也可能转变为SO4-HCO3-Ca 型水。
2020年1月27日3时1分
第十章 岩溶水
五、岩溶水的埋藏条件分类 根据岩溶水的出露和埋藏条件不同，岩溶水可以被划分为
可溶性岩石是岩溶发育的物质基础。岩石的可溶性越强，就 越有利于岩溶发育。在各种碳酸盐类岩石分布地区，岩溶 主要沿着厚层纯灰岩发育。 质纯、厚层、分布面积广的可溶岩，岩溶发育，富水性强 。
2020年1月27日3时1分
第十章 岩溶水
在碳酸盐类岩石中，不溶于酸的物质（粘土、二氧化硅、沥 青等）含量越多，岩石的可溶性就越低，岩溶就不易发育。
此外，当存在有非可溶性岩石夹层时，对岩溶发育也不利。 2.岩溶多沿着构造破碎带发育
岩溶水
岩溶水目录编辑本段裸露型岩溶水岩溶化地层广泛出露地表，特点是以潜水为主。
其主要接受降水入渗补给，地下水循环交替快，常以泉河地下河形式排泄。
动态变化大、水化学成分简单、矿化度低。
覆盖型岩溶水岩溶含水层之上有松散岩层覆盖厚度不同，分为两个亚型。
浅覆盖亚型：上覆第四纪堆积物，厚度一般不超过30m。
其特点是：赋存潜水，但有承压现象；埋藏受基岩面几地貌控制；接受降水、地表水和浅部地下水补给。
有类似裸露型的径流、排泄及动态特征，但变化幅度小。
深覆盖亚型:第四纪覆盖层厚度大于30m。
其特点是：分布范围较大，赋存承压水或部分自流水。
补给来源管饭，径流条件复杂，天然排泄点少。
地下水动态对降水反应滞后，水化学成分稍复杂，但矿化度仍较低。
埋藏型岩溶水岩溶含水层被固结的岩层覆盖。
常以向斜、单斜等蓄水构造等形式出现。
其特点是：埋藏、径流主要受构造控制，赋存承压水或自流水。
补给主要来源于相邻的其他含水层，径流缓慢，极少见有天然排泄点，动态变化幅度小，水化学成分复杂。
编辑本段岩溶水的分布特征岩溶含水层的富水性总的来说是较强的，但是含水又极不均匀。
因岩溶水并不是均匀地遍及整个可溶岩的分布范围，二十埋藏于可溶岩的溶蚀裂隙、溶洞中，所以往往同一岩溶含水层在同一标高范围内，或者同一地段，甚至相距几米，富水性可相差数十倍至数百倍。
例如在广西拔良附近进行水文地质勘探时，在石灰岩和白云岩分布区利用人工开挖的方法，两个点上都找被盗了丰富的集中涌出的地下水。
一个点水位下降8m是出水量为15600m3/d；另一点水位下降5.2m出水量仍达2600m3/d。
两点相距1000m 左右。
而在两点之间打的7个钻孔，降深大于5m时出水量都不到40m3/d，富水性之差达60~360倍。
岩溶的发育具有向深部逐渐减弱的规律，使含水层的富水性相应也具有强弱的分带性。
昆明附近钻探结果说明，该地区石灰岩分布地段，深度不超过100m范围内地下水较丰富。
岩溶水在水力联系上也具有明显的各向异性。
第13章 岩溶水
洞、天生桥、石钟乳、石笋、石柱、石幔、钙（硅）华。地下
河、千谷、盲谷等。
第1节 岩溶发育的基本条件
第1节 岩溶发育的基本条件
天坑——竖井
第1节 岩溶发育的基本条件
四、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 岩溶与溶滤作用的区别？ 1、岩溶发育的基本条件（水与岩石两大类） （1）可溶性岩层的存在 主要为碳酸盐岩：灰岩、白云质灰岩、灰质白云岩、白云岩
第3节 岩溶水特征
三、岩溶水的补给、排泄与动态
1、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（60—80% 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
初始介质场 K0
K1 K2
V0
V1 V2
K 小
V小
水流分散
……….……… Kn Vn K 大 V大 水流集中
第2节 岩溶水系统的演变
一、地下水对介质的改造 1、过程 （1）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
（2）介质改造过程也称为差异性溶蚀改造过程，其结
第3节 岩溶水特征
3、岩溶泉动态差异
南方——云南喷水洞地下暗河流量动态曲线
第3节 岩溶水特征
3、岩溶泉动态差异
北方——山西广胜寺岩溶泉流量动态曲线
第3节 岩溶水特征
4、影响南北方岩溶发育及岩溶水系统的因素
（1）岩溶含水介质 南方：常是高度管道化与强烈不均质的
北方：均匀得多（溶蚀裂隙为主以及局部的岩溶管道）
南方的岩溶地下河排泄成为地表水之源
岩溶水的特征
岩溶水的特征岩溶水是指通过岩石中的裂隙和溶洞流动的地下水。
它具有以下几个特征。
岩溶水具有丰富的溶解物质。
岩石中的溶解物质通过水的作用被溶解并带走，使得岩溶水中含有丰富的矿物质和离子。
这些矿物质和离子对生物生长和地质作用具有重要影响。
岩溶水具有很高的溶解能力。
由于岩溶水中含有丰富的二氧化碳，形成了碳酸水，具有较强的溶解能力。
它可以溶解石灰石等碳酸盐岩，形成溶洞和地下河道。
在溶洞中，岩溶水溶解的岩石部分会沉积下来，形成钟乳石、石笋等奇特的地下岩石景观。
第三，岩溶水具有高度的活性和流动性。
岩溶水可以通过裂隙和溶洞迅速流动，形成地下河道和地下水系。
它对地表和地下的岩石具有侵蚀和破坏作用，形成地下溶蚀地貌，如溶洞、溶壑、峡谷等。
岩溶水的流动性还使得它可以携带溶解的矿物质和离子，对地下水环境和生态系统产生重要影响。
岩溶水具有一定的渗透性和储存能力。
由于岩石中的裂隙和溶洞，岩溶水可以在地下形成一定规模的水库，储存大量的地下水资源。
同时，岩溶水具有较强的渗透性，可以通过岩石的裂隙和孔隙进入地下水层，补给地下水资源。
岩溶水还具有一些特殊的性质。
例如，岩溶水中的溶解氧含量较低，对水生生物的生存和繁殖有一定限制。
岩溶水中还含有一些特殊的微生物，如岩溶细菌和真菌，对岩石的溶解和侵蚀有一定的作用。
岩溶水具有丰富的溶解物质、高度的溶解能力、活性和流动性强、渗透性和储存能力大等特征。
它对地下水资源的形成和分布、地下水环境和生态系统的维持和保护具有重要意义。
同时，岩溶水也是地下水资源利用和地质灾害防治的重要研究对象，对于人类社会的可持续发展具有重要意义。
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三、岩溶水循环的动力特征
1．循环系统的调蓄能力
当在一段时间内，无大气降水有效渗入补给，但在输出端仍有 流量消耗时，表明以前的输入量对流量起着滞缓调节释放作用， 这个时期水的动态就称为消耗期水动态。如果这种状况持续时间 较长，说明系统的调蓄能力较强。
当一段时间内，有大气降水有效渗入补给时，流量、水位回 升，这个时期水的动态就称为补给期水动态。
在严重缺水的岩溶山区，建立地下水库，其目的就是滞蓄洪 水期季节变动带中的水资源，增加饱水带厚度，使更多的地下水 得以改造、利用。
四、岩溶水循环中的水位
岩溶区地下水位的研究很重要，如找水、开发利用水资源深 度和范围、防渗工程等都要详细查明地下水位高程。从理论上来 说，对于地下水是可以确定流网和流场的。但是，由于岩溶发育 的不均匀性，有的是无法勾画等水位线图的，如垂直循环带巨厚、 排水基准面很深、构造断裂纵横、岩相变化剧烈、多跌水，很难 形成区域性的统一流场。然而，在临近排水基准面附近的岩溶平 原或开阔的大谷地，岩溶发育均匀，各向渗透性均等，水力联系 好，一般都存在统一流场，可勾画出等水位线图。
2．水动力分带
岩溶区存在着四个水动力带：充气带、季节变动带、完全饱水 带和深饱水带。前二者水动态呈不稳定状态，水流性质多呈重力 梯度流；后两者的动态较稳定，多呈压力梯度流。在不同地区， 这四个水动力带的优势和组合是有差异的，如在峰林、峰丛地区， 充气带和季节变动带比较深厚，在岩溶平原则很薄。
3．水动力分带的意义
表16 岩溶水水位动态稳定性程度
Δh（米） 稳定性
<=1~2 极稳定
2~5 稳定
5~10 较稳定
10~20 不稳定
20~50 极不稳
定
>50 超极不稳定
（3）水质时间动态的不稳定性 水质动态变化，取决于岩溶水的化学元素迁移和交换的时空规律，
主要取决于下列因素：a. 流程边界地层岩性；b. 岩溶水流量、水温、 压力的变化；c. 地下水开采引起的水质动态变化。a和c属于环境地 质研究的范畴。
以各向异性系数来表示空间的不均匀性，即：（公式）
Ky Kx 或 Kz Kx
Kx、Ky、Kz分别代表三个主轴轴向的渗透性。
图 含水层性质的均匀性和不均匀性
2．时间动态的不稳定性
（1）流量随时间动态的不稳定性 a. 降雨有效渗入量与岩溶含水层系统内的调蓄能力之间的不相容 性，是时间动态不稳定性的根本原因。不相容性的程度决定了不 稳定性的程度，循环系统反应时间越短，动态越不稳定。
岩溶泉的年γ值较小，岩溶平原或开阔谷地的γ值为1.5~5。
表15 岩溶水流量动态稳定性程度
γ值 稳定性
<=1~2 极稳定
2~5 稳定
5~10 较稳定
10~50 不稳定
>50 极不稳定
（2）水位随时间动态的不稳定性 用水位变幅表示：Δh=hmax-hmin 峰林、峰丛岩溶区的Δh正常值为20~30米，最大达80~100米，甚 至超过100米。平原或开阔谷地的Δh值为1~5米，或5~10米。
b. 时间动态的不稳定性不仅表现在补给期动态上，而且还反应在 消耗期动态上。
c. 用调节系数γ（或称非稳定系数）表示时间动态的不稳定性：
tt1
Qmax Qmin
Qmax表示t时间最大流量，Qmin表示t1时间最小流量。按时间 区分，分为多年、年、季等调节系数，一般用年调节系数的较多。
峰林、峰丛岩溶区的地下河出口流量年调节系数正常值为50~200，
即接触深度。因此，抽水应克制在水质标准范围内，即允许开采降 深范围内。
出口 大泉
地下河
充
气
非
带
饱水季 垂带节Fra bibliotek直变循
动环 岩 带带 溶
浅 饱 水 带
水 平 循 环
水 循 环 体
饱
带
水
浅
带
循
深环
饱带
水 带
深 循
环
带
海
地表江河、湖
岸
泊、水库
或
海
海洋
底
泉
二、岩溶水循环系统分析
在岩溶水循环系统分析中，把渗入、运移与蓄存、排泄，分 别相应称为输入函数e(t)、传递函数z(t)（或叫系统特征函数）、 输出函数s(t)。三者之间的关系如下：
在一定的水文地质边界条件下，当流量增加的速度比溶解（即离 子交换和迁移）速度快时，就会出现离子浓度随流量增加而减小的 规律。美国学者R.P.Betson提出了一个水质数学模式，即：
Conc（浓度） a( Q )b DA
a、b为系数，Q表示排泄流量，DA表示补给面积。 滨海岩溶水水质动态变化，主要取决于淡水和咸水界面的波动，
五、岩溶水的循环速度
岩溶水的循环速度(V)是指岩溶循环体内的水流速度。即由输入端 通过循环体至输出端的流程(L)与循环系统反应时间(τ)的比值：
V=L/τ 这个概念里也包含了两个效应：粘滞效应和加速度效应，主要是 由于介质糙率和水力坡度不同引起的。
循环速度可通过示踪剂连通试验测得，示踪剂的类型很多，如 萤光红、食盐和放射性元素。岩溶水的循环速度变化范围较大，我 国广西、云南、贵州岩溶区，枯水期、平水期和洪水期的流速一般 分别为每秒0.1~0.2、0.2~0.5和0.5~1.5米，有的洪水期可达到2米/秒。
激励 e(t)
Z(t)
动量反应
响应 s(t)
一次降水过程的有效渗入，对循环系统产生一次激励过程， 通过循环体的动量反应，输出相应的流量过程，就显示出一次响 应过程。动量反应取决于降雨因素和循环体的系统特征，具体为： 降雨强度、持续时间、分布；含水层的空间结构、构造、渗透性 （岩溶发育强度）等。整个循环系统就是把雨量过程图，通过含 水层的动量反应，转换为流量过程图。
第二节 岩溶水的基本特征与分类
一、岩溶水的基本特征 1．空间分布的不均匀性
主要归因于含水介质的结构、构造在三度空间上的非均质性 和渗透性的各向异性，形成溶蚀优势方向的岩溶发育强于其他方 向。如洞穴或管道发育方向，就代表溶蚀优势方向，这个方向的 渗透性比原生孔隙大100万倍，比溶蚀扩大的节理和层面大100倍。
岩溶水的特征
大气降水
地表江、河、湖泊、水库、 融雪等侧向渗漏补给
另系统
地表径流 蒸 散
非岩溶地层地面
土壤或松散 覆盖层
裂隙、孔隙水及 土壤水
覆盖型 隐伏型
蒸 发
岩溶地层地面
裂隙、溶隙、 断裂网络
迟缓渗流 (脉、隙流)
落水洞、漏斗、竖 井、溶洼等负岩溶
迅速径流 (管、洞流)
地下径流
附属系统
输出
附属系统