岩溶水的特征

表16 岩溶水水位动态稳定性程度
Δ h（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。 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： Q b Conc（浓度） a( ) DA a、b为系数，Q表示排泄流量，DA表示补给面积。
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。
（ 3 ）按水流水力学性质分：自由流和限制流，包括承压水、非 承压水（或上升泉、下降泉）。
（ 4 ）按水文地质结构分：断裂带水、层间水、接触带水、裂隙 水。 （5）按水文地质勘察类型分：裸露型、覆盖型、隐伏型。
1．岩溶水的水文学分类
第一水文显示类型：流量、水位起涨猛、跌落快、峰值陡，雨 量、流量峰值之间的滞后时间短，流量非稳定系数大。
在岩溶水分布相对均匀，水力联系比较好的岩溶平原或开 阔谷地，可以用渗流定律直接判断流态：
层流：
Q KIW
Q KI 1/ 2W
Q KI 1/ mW
V KI
V KI 1 / 2
V KI 1 / m
紊流：
过渡流：
K—渗透系数；I—水力坡度；V—流速；W—过流断面；m— 流态指数，取值1.0~2.0。
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
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
岩溶地层地面 非 饱 水 带
充 气 带 季 节 变 动 带 浅 饱 水 带 垂 直 循 环 带 水 平 循 环 带 浅 循 环 带 深 循 环 带
裂隙、溶隙、 断裂网络 裂隙、孔隙水及 土壤水 覆盖型 隐伏型 迟缓渗流 (脉、隙流)
二、岩溶水的分类
岩溶水的分类方法，到目前都没有一个统一的标准和原则。根 据国内外的文献资料，概括为以下几种分类方法：
（1）按循环系统特征分：扩散流和管道流。包括：隙流、脉流、 网流、管道流；裂隙水、溶洞水、地下河；蓄存岩溶水、运移岩 溶水；扩散补给水、离散补给水等。 （2）按水的运动带分：充气带水、季节变动带水、饱水带水。
3．岩溶水的水文地质和岩溶地貌分类
（1）按岩溶水蓄存、运移和岩体地质构造性质可分为： ① 层间岩溶水：发育于岩溶岩层与非岩溶岩层相间地区，水多为 侧向流动，具有压力流的性质。 ② 断层带岩溶水：发育于断层破碎带，水的流向受断裂带延伸方 向控制，局部受地貌影响。 ③ 裂隙岩溶水：富集于裂隙密集带中的地下水，流量小，但动态 较稳定；
4．地下水与地表水相互转化的敏捷性
根据转化的特点和边界条件，可归纳为季节型、伏流型 （或渗漏型）、阻隔型三种基本类型。
（1）季节转化型 单向转化：洪水期时，甲地下河溢流，以地表河形式排向邻近 地表河乙；枯水期时，甲地下河仍向乙地表河排泄。
循环转化：洪水期时，甲地下河溢流，以地表河形式排向邻近 地表河乙；枯水期时，乙地表河却向甲地下河补偿。
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 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。
（2）伏流转化型（或渗漏型）
地表水流进入岩溶化岩体内成暗流，在岩体另一端又重现为明 流，简称伏流。在岩溶发育区，伏流转化类型很常见。
（3）阻隔转化型 在岩溶地下水流动过程中，遇到隔水岩组时，被顶托 溢流成地表河，称阻隔转化型。
在岩溶发育的不同部位，不同时间，经常出现上面三 种转化关系的组合。
5．地表分水岭与地下分水岭的不一致
第五章 岩溶水
第一节 岩溶水的循环 第二节 岩溶水的基本特征与分类 第三节 岩溶含水层的分类
第四节 岩溶水资源的估算
第一节 岩溶水的循环
一、岩溶水循环的基本模式 岩溶水的循环过程，主要由水的输入、岩体内的蓄存、运移 和水的输出三大部分组成。
渗入
循 蓄存 环 体 运移
排泄
附属系统指的是循环体内地下水与地表水相互转化的水流。 这是理想化的概化图，实际上，每个地区的岩溶水循环系统都 与其本身的边界条件、岩溶地貌以及水动力条件等多种因素相 关，各自的循环体结构是有所不同的。 一般在厚层块状石灰岩、白云岩地区，补给、径流、排泄 条件有利时，可能存在完整的岩溶水循环系统。
降 雨 落水洞流 土壤水 封闭洼地
蒸 散 渗流渗入 裸露岩石 裂隙水
水位线
渗流、隙流、小 渗流、渗漏、狭 洞穴快速渗流 窄裂隙缓慢渗流 洞 流 充水洞穴 主管道 存储于 充水裂 隙
降雨量
泉水或地下河溢流
降雨开始后历时
第二水文显示类型
降 雨 落水洞流 土壤水 封闭洼地
蒸 散 渗流渗入 裸露岩石 裂隙水 水位线
t t1
Q max Q min
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， 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
e(t) 激励
Z(t)
响应
s(t)
动量反应
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。
渗流、隙流、小 渗流、渗漏、狭 洞穴快速渗流 窄裂隙缓慢渗流 洞 流 降雨量 充水洞穴 主管道 存储于 充水裂 隙
泉水或地下河溢流
时间
第三水文显示类型
2．岩溶水的水力学性质分类
（1）有压流（限制流） 取决于两个条件：水头压力差的存在、隔水顶板的存在。压 力流的状态取决于流场的压力梯度。当两种岩层的透水性差别 较大时，强透水层中的流线趋于与相对隔水层平行，等势线与 它接近正交。在弱透水层中，流线与岩层界面趋于垂直，等势 线趋向于同岩层界面平行。 从岩溶水水动力角度看，饱水带中的虹吸管流，就是沿通道的 压力梯度流；季节变动带中的洪水期，多呈局部压力流状态； 包气带中一般以垂向重力梯度流和无压流居多。 （2）无压流 无压流具有自由水面，水流以重力流为主，如下降泉。
降 雨 落水洞流
蒸 散 渗流渗入 土壤水 封闭洼地 裸露岩石 裂隙水
渗流、隙流、小 渗流、渗漏、狭 洞穴快速渗流 窄裂隙缓慢渗流 洞 流 存储于 充水裂 隙
充水洞穴 主管道
泉水或地下河溢流
岩 溶 水 循 环 系 泄统 示渗 意入 图、 储 存 、 运 移 、 排
渗流关系图
水位线
水 文 图
降雨量
第一水文显示类型
对应的是管道流岩溶水类型，代表的是地下河或洞流系统中迅速 流动的岩溶水。 第二水文显示类型：与第一类水文显示相反。反映为扩散流 岩溶水类型，代表裂隙—孔隙系统特征的迟缓渗流。 第三水文显示类型：界于第一类与第二类水文显示之间。反 映为混合流类型，既有管道流，又有扩散流的特征，只是二者之 间的比例程度有差异。水文过程线是两种水流的叠加过程线。
以各向异性系数来表示空间的不均匀性，即：（公式）
K y 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。 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：
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， 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。
3．流态多变性 判断地下水流态的方法，一般都应用水力学中的雷诺数或临界 渗透速度。一般可分为层流、紊流、过渡流三种： 紊流流量与管道直径、水力坡度之间的关系式为：
Q2 a2 2dg dh f dl
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。