[00111361]天津市岩溶地下水的水文循环过程研究

中国是世界上岩溶分布最广泛的国家之一,分布面积达344×104km2,占到国土面积的1/3。为了更好地开展岩溶地下水水文过程的研究,我们首先对中国南北方岩溶化过程进行了研究,即运用系统分析的方法,从地质历史、古气候、古环境等方面分析造成中国南北方岩溶差异的根源。结果认为,南北方岩溶沉积时间不同,北方岩溶沉积时间起始于中元古纪,结束于中奥陶纪;南方岩溶沉积时间较晚,起始于震旦纪,结束于三叠纪。不同和沉积时间和沉积环境造成了南北方岩溶岩性不同,北方岩溶属于微晶灰岩,南方岩溶属于泥质灰岩,因而,北方岩溶相对不容易被侵蚀,南方岩溶则易于被侵蚀。第四纪青藏高原的隆起和北方黄土堆积推迟和阻碍了北方岩溶化,于是,北方岩溶化多数形成于地下,南方则形成于地表。相应地,南方岩溶形成峰丛,落水洞,溶洞,地下河等,而北方岩溶多数是裂隙与岩溶管道。对南北方岩溶过程差异的研究为下一步岩溶水文过程的研究奠定了基础。 针对北方岩溶含水层,前人已经有一定的研究成果。岩溶含水层是包含岩溶管道、裂隙和基岩孔隙的三重介质,岩溶含水介质的地下水流具有裂隙流与管道流并存;层流与紊流并存;线性流与非线性流并存;连续水流与孤立水体并存的特性。Quinlant等人指出：“数值模型一直没能成功地应用于岩溶含水层,目前应用的方法绝大多数是以MODEFLOW为代表的单一连续多孔介质渗流模型,而岩溶含水系统是双重或者三重介质的多孔系统,在那里层流和紊流并存,两者可能随时发生相互转化。”因此,建立在达西定律基础之上的地下水分布式参数模型,难以准确描述岩溶含水介质中地下水流的运动规律。同时,我国北方岩溶泉域的面积广大,观测资料稀少,观测孔大都集中在地下水位埋藏浅,开采条件好的泉水出露点邻近地区,分布十分不均匀,在一些参数分区甚至没有一眼观测孔,大大影响了模型的精度。因此,研究资料匮乏条件下岩溶地下水运动的模型与方法是目前岩溶水文学的重点任务之一。 据研究,岩溶管道和裂隙带的渗透系数是周围基岩孔隙介质渗透系数的2～6个数量级,90%左右的岩溶地下水是通过岩溶裂隙管道运动和扩散的。岩溶地下水的运动过程实际上是岩溶裂隙与管道中压力波形成与传播的过程。在岩溶化程度高的区域,岩溶裂隙管道发育程度高,地下水压力波通过岩溶裂隙与管道具有较快的流速,是岩溶地下水系统的强径流带;相反,岩溶化程度低的区域,渗透系数小,是岩溶含水层中的慢速流区。为此,本项目提出了岩溶地下水压力波形成与传播的概念模型,并在此基础运用灰色系统理论建立了岩溶地下水的水文模型,包括泉水流量对降水量水力响应时间的求解及其响应模型,为岩溶地下水开发利用和保护提供基础资料。 本项目针对岩溶地下水的水文循环过程进行了研究,取得的主要成果如下：①运用水文学方法研究岩溶地下水位相对于降水在时间上的滞后效应;②将地下水位对降水的时间滞后量作为评价指标,识别含水层的岩溶化程度。在此基础上,对岩溶地下水实现分区管理与保护;③建立岩溶地下水水位与降水的响应模型,预测地下水水位变化规律;④运用分阶段分析法研究了人类活动对岩溶地下水水文过程的影响。发表论文12篇,其中SCI论文3篇,EI论文4篇,中文核心期刊2篇。