一、巖溶含水介質的特征
巖溶含水介質具有很大的不均一性,既有規模巨大、延伸長達數十千米的管道溶洞,也有十分細小的裂隙甚至孔隙(包括洞穴沉積物中的孔隙)。由于大泉往往從溶洞流出,而鉆孔與坑道也是在揭露溶洞時才出現可觀的水量。所以,有一個時期,人們曾錯誤地認為巖溶水如同地表水在河道中流動一般只是在若干個孤立的管道系統中流動。近年來人們對巖溶泉進行了深入研究,終于發現供給泉的水量只有百分之幾到百分之十幾來自巖溶管道,絕大多數水則來自眾多的各種尺度的裂隙以及孔隙。這些初始的空隙在溶蝕過程中不同程度地溶蝕擴展,有的發育成為尺寸很大的溶洞管道,有的仍然保持為細小的空隙。因此巖溶含水介質實際上是尺寸不等的空隙構成的多級次空隙系統。
尺度不等的孔隙彼此之間存在著不同程度的水力聯系,構成宏觀上具有統一水力聯系的巖溶含水介質。廣泛分布的細小孔隙與裂隙,導水性差而總的容積大,是主要的儲水空間。大的巖溶管道與開闊的溶蝕裂隙構成主要導水通道時,廣大貯水空間中的水通過儲水—導水網絡逐級匯集到溶蝕管道,水量極大。只揭露少數規模不大的裂隙時,匯集水量有限。鉆孔與坑道只揭露到導水通道與裂隙網絡之外的含水介質時,由于細小孔隙與裂隙的導水性很差,往往干涸無水。巖溶水水量分布極不均勻,宏觀上統一的水力聯系與局部性水力聯系不好,是由巖溶含水介質的多級性與不均質性決定的。
二、巖溶水的運動特征
由于巖溶含水介質的空隙尺寸大小懸殊,因此在巖溶水系統中通常是層流與紊流共存。細小的孔隙、裂隙中地下水一般作層流運動,而在大的管道中地下水洪水期流速每晝夜可達數公里,一般呈紊流運動。
由于介質中空隙規模相差懸殊,不同空隙中的地下水運動不能保持同步。降雨時,通過地表的落水洞、溶斗等,巖溶管道迅速大量吸收降水及地下水,水位抬升快,形成水位高脊,在向下游流動的同時還向周圍的裂隙及孔隙散流。而枯水期巖溶管道排水迅速,形成水位凹槽,周圍裂隙及孔隙保持高水位,沿著垂直于管道流的方向向其匯集。在巖溶含水系統中,局部流向與整體流向常常是不一致的。巖溶水可以是潛水,也可以是承壓水,然后即使賦存于裸露巨厚純質碳酸鹽巖中的巖溶潛水也與松散的沉積物中的典型的潛水不同,由于巖溶管道斷面沿流程變化很大,某些部分在某些時期局部的地下水是承壓的,在另一些時間里又可變成無壓的。
三、巖溶水的補給、排泄與動態
在典型的巖溶化碳酸鹽巖含水層中,由于深部洞穴塌坍而在地表形成一系列通向地下水面的溶斗、落水洞與豎井,巖溶水吸收降水的能力大為增強。通常條件下大氣降水是面狀補給地下水的,但在強烈巖溶化地區,降水匯集到處于低洼的溶斗、落水洞并直接灌入地下,短時間內即可順暢地達到巖溶水水面。我國南方巖溶發育地區,降水入滲系數可達80%以上,巖溶發育較差的我國北方,降水入滲系數也可達到30%以上。
在巖溶發育過程中,由于巖溶水系統不斷擴大其匯水范圍,力求將盡可能大區域內的水納入系統之中。并且隨著含水介質巖溶發育,巖溶水水力坡度變小,水位大幅度下降,于是原來成為巖溶水排泄去路的河流往往反而成為地下河系的地上部分。整條河流轉入地下在巖溶化地區是屢見不鮮的。
地下河系化的結果常常使數百甚至數千平方千米范圍內降水構成一個統一的水系,由一個巖溶泉或泉群集中排泄,泉流量常常可達1m3/s以上,洪水季節甚至可到100m3/s以上,是名副其實的地下河。
在典型巖溶化地區,灌入式的補給,暢通的徑流與集中的排泄,加上巖溶含水介質的孔隙率(給水度)不大,決定著巖溶水水位動態變化非常強烈。在遠離排泄區的地段,巖溶水水位的變化可以高達數十米乃至數百米,變化迅速且缺乏滯后性。泉的流量變化也很大。當然,含水介質的性質對于巖溶泉的動態有很大的影響。
由于巖溶水集中排泄,系統范圍大,而水力梯度較校因此,作為補給區的巖溶化山區,巖溶水的埋藏深度常常可達數百米,在無泉水及地表水的山區,即使在潮濕氣候下,巖溶山區常常也成為嚴重缺水的干旱地區。
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