探讨岩溶区域环境的若干水文工程地质问题

探讨岩溶区域环境的若干水文工程地质问题
摘要：本文首先概述了岩溶地质环境，然后从水库诱发地震、边坡失稳、岩溶水库坝址的渗漏、地面塌陷、地表失水和水源枯竭、水质污染六个方面来分析岩溶地区的水文工程地质问题。

关键词：岩溶；水文工程地质
中图分类号：f407.1 文献标识码：a 文章编号：
为适应人类的需要，在岩溶区域不断地进行着自然地质环境的改造，由于人们工程活动而引起的水文工程地质环境的改变，只注意到工农业生产发展的需要，而忽视那些以后才显出来、或逐渐重复或积累才发生作用的地质环境，纵然达到预期目的，也会给该地区带来或多或少的环境问题，重则会使环境恶化，生态不平衡，危害人身健康，危害工农业生产，导致自然环境水文工程地质灾害的加剧。

1岩溶地质环境概述
大陆壳约有75%的地区是沉积岩，沉积岩中有15%是由碳酸盐岩组成。

据统计，全世界碳酸盐类岩石分布面积约4000万平方公里。

我国是世界上岩溶分布广、发育好、类型最多的一个国家，碳酸盐类岩石分布遍及二十一个省(区)，约200万平方公里，占全国总面积的五分之一以上。

地表出露的面积为125万平方公里，复盖和埋藏的面积为75万平方公里，位于我国西南部的黔、桂、滇东、湘西、川东、鄂西等地区是世界三大岩溶集中分布区之一。

岩溶发育或形成的最基本的要素是具有可溶性的岩石和侵蚀性
的水，其影响和控制岩溶发育的因素则是多种多样和错综复杂的。

岩溶地区环境的改变，主要是岩溶水文地质条件的变化。

诸如大型水库的修建引起的诱发性地震；边坡失稳；水库坝址的渗漏；铁路隧道和地下工程开挖造成地表地下水源的枯竭；矿井突水和疏干使地面产生塌陷；城市和工矿区大量开采岩溶地下水造成地面开裂、塌陷以及水质污染等等无不与水文工程地质因素有关。

岩溶地质环境的形成和发展，总的来说，受气候、水文、可溶岩石的性质和结构、地质构造、植被、地形地貌以及地壳运动等诸因素控制，其中主要受气候、岩性和结构所决定。

2若干水文工程地质问题
2.1水库诱发地震(水库地震)
岩溶地区的水库地震，主要是因水库蓄水，使库区及附近的水文地质条件发生恶化而产生。

在水库形成较高水头压力作用下，地下水通过溶蚀裂隙、溶洞、各种岩溶管道等通道向深部渗透，特别是当这种渗透发生在规模较大的构造破碎带部位时，岩溶水向地壳深部渗透的深度更大。

这种渗透作用增加了岩体内部的渗透压力，一方面使深部岩石性质发生变化，如促使构造破碎带中软弱物质的软化与泥化，降低了破裂面抗剪强度；另一方面将导致岩体深部软弱结构面的变形和破坏，造成局部应力集中，现代应力场失去平衡，诱发地震。

另一种发生水库地震的机制是，在库区存在封闭条件较好的洞穴，地下水位随水库水位的升降而出现大幅度的涨落时，造成洞内
气体压缩或形成真空，产生动能，当积聚能量超过周围岩体强度时，引起岩体震裂、塌落，这种地震称为岩溶塌陷或气爆型地震。

前者则属于构造型地震。

岩溶区水库地震的型式和强度，取决于岩溶发育的程度和深度，特别是河床深部岩溶发育与否，以及通过库内的深大断裂破碎带。

现代岩溶发育的深度有限，故一般地震的震级不大，多为1~2级，个别的可达4级，多属单发型，个别为群震型，震中集中在岩溶发育地段和河谷两岸，震源较浅，一般在1公里左右，有的接近地表，如我国的乌江渡水库和黄石水库，诱发地震震级为2.6级。

当库区有较大的构造破裂带，诱发地展震级可达4~4.9级，如丹江口水库、参窝水库，震中多在峡谷地区和构造破裂带附近，并有一定的方向性，震源深度一般为4~5公里，个别达8~10公里，地震序列为前震—主震—余震型与单发型的混合类型。

2.2边坡失稳
岩溶地区边坡失稳，主要是指处于斜坡地带的岩(上)体，在特定的水文地质环境下，受自重作用失去平衡状态，向临空方向产生运动，形成崩落、坍塌、塌滑和滑坡等现象。

形成滑动的机理比较复杂，一般具有下列三个边界条件，即临空面、切割面和滑动面。

临空面可由天然或人工开挖形成。

在岩溶地区河谷深切或冲沟切割，可形成数十乃至数百米高的悬崖陡壁，目前各种工程建筑物如坝(闸)，厂房、铁路、渠道、矿坑。

港口码头和地下工程的修建常
出现百米以上的人工高边坡。

切割面包括各种构造破裂面(断裂、裂隙等)、风化溶蚀扩大裂隙、岸边卸荷裂隙以及陡倾角的层面等，这些原生的和次生的结构面将完整的岩体切割破坏。

滑动面常为岩层软弱界面和缓倾角裂隙，或由各种破裂面组合成的连续、不连续的呈折线或弧状的曲面。

地表水的渗入，地下水循环的加剧是边坡岩体失稳的重要因素。

岩溶地区与非岩溶地区边坡失稳的不同点在于：一是地下水对裂隙的溶蚀扩大作用，产生较大的静水和动水压力；二是可溶岩与非可溶岩界面附近，岩溶易发育，非可溶岩多为隔水层和透水层，一般含泥质成分较多，界面附近地下水活动强烈，使之泥化，抗剪强度降低，易成为边坡失稳的滑动面。

2.3岩溶水库坝址的渗漏
库坝的岩溶渗漏主要取决于河谷水文地质结构。

其结构特征有：构造上分为纵向谷、横向谷、斜向谷和断层谷；层组类型可分为均一、不均一及间互状、有无隔水层等；岩溶通道形式区分单一和多个管道、溶蚀扩大断裂带、熔蚀裂隙与孔隙等。

水文地质结构类型决定了岩溶地下水的运动是属于横向迳流，还是纵向迳流，是集中迳流，或是分散渗流形式.
一般认为，发生岩溶渗漏应具备的条件是：库内外存在低于正常蓄水位的地下分水岭或低水位带；岩体具有一定的透水性，能构成库水向外运移的迳流条件。

渗漏的形式和量的大小，则完全取决于
岩溶发育的程度、深度和部位。

人们从实践中得出经验教训，在选择水库和坝址时充分注意到利用较为可靠的隔水层、相对隔水层和岩溶发育微弱且透水性差的岩体作为阻水体，以避免大规模岩熔渗漏的产生。

对岩溶渗漏的研究必须区分两种基本型式，即集中管道型渗漏和分散裂隙型渗漏。

两者有本质上的区别，前者占渗漏总量中的大部，要查明和彻底处理，一般地说，难度比较大，后者的渗漏量比较小，处理亦容易。

已有的岩溶水库造成严重渗漏，多属集中管道型渗漏。

2.4地面塌陷
地面塌陷大都发生在复盖型岩溶分布区，多属于第四系沉积物的塌陷，其因素有天然和人为的。

天然形成的是指在岩溶发育地段(带)地下集中的管道迳流长期作用下，空隙的体积和断面不断扩大，上复松散层或被切割破坏的坚硬岩体，失去支撑平衡而塌落成漏斗、落水洞和天窗等，常分布在暗河方向的地表部位。

人为的工程活动引起地表岩溶塌陷普遍分布在我国南方各省的浅埋岩溶地区，危害甚大。

产生的主要原因：一是地下水位突然降低，如开挖地下工程的矿井，巷道、隧洞及疏干排水工程，或者大量抽取岩溶地下水；二是地下水位因水库蓄水而突然抬升。

人为的降低或抬高地下水位，破坏了原有的岩溶水赋存和迳流状态，加大了地下水渗透比降，机械冲刷、潜蚀和吸蚀作用的结果使上覆的岩(土)体塌陷。

地面塌陷是由岩溶发育程度、第四系松散复盖层的岩性和厚度、地形地貌、地质构造、地表水流和降雨、蓄排水抽水等诸因素综合
构成的，最主要的是由于地下水位急剧变化而引起沿着岩溶发育带的塌陷。

由此可见，在岩溶地区普遍发生的地面塌陷，实属水文地质环境人为改变而带来的一大灾害，它严重的影响工农业、民用建筑、交通、工程建设的安全，毁坏农田，使人民的生命财产遭受巨大损失。

2.5地表失水和水源枯竭
岩溶地区地下工程的修建，如矿井、隧道等，形成地下水人工排泄区(点)，这种对原始地下迳流的袭夺将改变地下水的流向，使部分地表出露的岩溶泉和靠地下水补给的地表迳流失去水源补给而
断流或流量减少。

地下水的不合理开采，水位降低，亦将使部分井泉等露头失去作用。

这种岩溶地区发生的地表失水和水源枯竭现象虽不是普遍存在，地表但它的形成亦会严重影响工农业和生活用水，甚至使周围环境生态平衡受到破坏。

2.6水质污染
岩溶地区地下水资源丰富，分布广泛。

岩溶地下水具有调节能力强、变化幅度小、温度低、水质优良洁净等特点，可提供工业用水、农田灌溉和人畜饮用，是开发价值较高的水源之一。

岩溶地区地下水质的污染，主要是污染物通过岩溶孔洞裂隙直接污染，其次是通过土层的淋滤下渗以及因抽取地下水而改变其运动状态所造成的某些组分含量的增高，或因塌陷缩短了污染途径，使地下水污染加剧。

3结语
任何人类的活动必将利用环境，并对周围环境起着一定的改造作用，使之经历从平衡到不平衡，再发展到新的平衡的过程。

岩溶地质环境的形成由综合的多种因素所决定，其中水是最活跃的，它反应灵敏，无孔不入，特别是岩溶地区的水与人们的关系最为密切，因此在对地质环境改造的研究中应突出水文地质因素。

参考文献：
[1]卢耀如:中国南方喀斯特发育规律的初步研究,《地质学报》第45卷1期。