岩溶槽谷地下河系统动态变化及含水介质各向异性对比研究

【摘要】岩溶水是人类重要的水源,全球人口的25%依靠岩溶水作为主要饮用水源。我国碳酸盐岩分布面积约344万平方千米,约占国土面积的1/3,岩溶地下水资源达2039.67亿m3/a,约占全国地下水资源量的1/4,包括贵州、广西、云南、重庆、四川、湖南、广东等省市在内的南方岩溶地区。重庆地区的岩溶水资源量为118.35亿m3/a,占地下水资源量的73.65%,区内地下河水资源量达47.77亿m3/a,主要分布在渝东南和渝东北。目前这些地方由于不合理的开发利用造成岩溶水系统受到了极大污染,同时,岩溶生态环境退化引起地下水系统自我调蓄能力与净化能力的降低,加重了地下水资源时空分布的不均匀性,使得水资源总量减少和水质恶化。全球气候变化及其社会经济的迅猛发展,对资源环境的压力日趋严重,怎样在变化的环境中保证人民生产生活用水的安全显得更加迫切。本文从保护岩溶地下河水资源和环境出发,选取重庆南山老龙洞地下河流域和青木关地下河流域为研究区域,收集水文地质、地貌资料,植被覆盖与土地利用资料,以地球系统科学为指导,对老龙洞地下河流域和青木关地下河流域的自然环境、气候、水文地质状况进行整理,对影响含水层发育的因素(气象气候、地质地貌、土壤、水文、土地利用状况)进行全面勘查观测,利用示踪实验,水文(尤其暴雨事件)响应事件、水化学动态监测、对比分析等方法研究南山老龙洞地下河和青木关地下河流域岩溶地下水流量动态特征和含水介质各向异性。根据2012年水文资料对重庆南山老龙洞地下河流量和青木关地下河流量进行相关分析。研究得出南山老龙洞地下河与青木关地下河的岩溶地下水类型为多段型,青木关岩溶地下河衰减曲线由三段组成,南山老龙洞岩溶地下河衰减曲线由四段组成。结论表明研究区含水介质是一个具有不同等级储水空间的多层次结构,自上而下是大管道和溶洞,裂隙和溶蚀裂隙,孔隙三种层次,但以裂隙—孔隙含水空间为主。通过回归分析得出南山老龙洞地下河的流量与降雨的相关性较好,而青木关岩溶地下河的流量与降雨的相关性一般。青木关岩溶地下河的流量与降雨的相关系数较小的原因为上游甘家槽洼地为了解决用水问题,修建了水库,使得上游的降水都被截留,岩口落水洞几乎无水汇入,中下游的采石场和小型的煤矿用水都导致了地下河流量的减少。依据野外自动化监测技术和实验室测试技术,记录了两条地下河长时间尺度和短时间尺度的水文地球化学动态变化过程。并且统计分析了这些指标之间的相关性。Ca2+、Mg2+、HCO3-主要为碳酸盐岩溶解的产物,其值的高低反映了水-岩相互作用的强度。南山老龙洞地下河流量和流速都大于青木关地下河,岩溶作用使得碳酸盐岩被溶蚀的强度大于青木关。K+、Na+、NO3-、SO42-、Cl-主要来自农业施肥、人类生活垃圾,主要反映地下水污染程度大小。南山老龙洞地下河所处地区随着城市扩张,城市建设用地不断增加,城市排放的污水量也随之增加,大量的城市生活污水注入地下河,导致了K+和Na+的含量较高,而青木关地下河流域以农耕活动为主,居民主要位于青木关盆地,上中游居民相对较少,青木关地下河K+和Na+主要来源于降雨、农业化肥、人类粪便的输入,在农耕期或短时降水情况下表现出较高的含量。通过流量变化和水文地球化学变化分析了南山老龙洞地下河和青木关地下河岩溶系统,并结合前人研究成果得出南山地下河系统是除主管道外,还有U字形弯曲支岔,以及有下发育的倒虹吸式管道；而青木关地下河系统岩口落水洞至姜家泉段地下径流为典型的紊流流态,且无岔道,含水介质极不均匀,是以单一岩溶管道系统为主。
【作者】薛倩倩；
【导师】贾亚男；
【作者基本信息】西南大学，第四纪地质学，2014，硕士
【副题名】以重庆青木关与南山老龙洞地下河为例
【关键词】岩溶含水介质；各向异性；相关分析；水化学；老龙洞地下河；青木关地下河；

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