喀斯特地区水土漏失监测方法评述

水土漏失具有隐蔽性、特殊性和复杂性,有效监测水土漏失是水土漏失研究的难点问题。通过对洞穴滴水示踪、~(137)Cs同位素示踪、模拟试验、数学模型等水土漏失监测方法的分析,得出以下结论:1)洞穴滴水示踪技术监测获得的水土漏失量普遍偏大;2)~(137)Cs示踪法在均质土壤条件下可以定量示踪土壤侵蚀,但还不能定量示踪非均质的喀斯特石漠化地区的水土漏失;3)水土漏失模拟试验可以揭示一定的水土漏失机理和规律,试验结论与自然界土壤地下漏失情况有一定偏差,实验结果还难以推广至流域尺度;4)当前已构建的地下漏失数学模型对于地下水土漏失的预测还不够准确,其原因是数学模型中的某个影响因子的获取难度不亚于直接监测水土漏失的困难。鉴于当前水土漏失监测方法的不足,需要从水文地质勘测的方法中寻找合理的水土漏失监测法,建立长期监测的机制,为有效防治和阻控地下水土漏失提供科学依据。     

岩溶塌陷特征初步研究——以水城盆地为例

岩溶区地表不稳定,是普遍的现象.它表现为星罗棋布的漏斗、落水洞、塌坑和洼地等,水源漏失,河流稀少,成为石灰岩地区特有的漏陷地形。岩溶区的工业抽水或矿山排水往往会加剧地表的破坏,形成千疮百孔的塌陷地表,使那里自然环境遭到严重破坏。近廿年来,我国南方某些岩溶区如广东凡口,湖南水口山、     

岩溶峰丛洼地水土漏失过程、机理及综合防治研究进展

开展岩溶峰丛洼地水土漏失的理论研究,为岩溶地区石漠化综合治理和生态环境保护提供理论参考。从水土漏失概念、过程、特点、机理、研究方法及防治措施等方面,梳理了20世纪60年代以来岩溶地区水土漏失理论的研究进展,对未来水土漏失研究趋势进行了分析。认为今后岩溶区水土漏失研究应重点关注:1)地质环境、降雨、土壤理化性质及地下水动力条件等与水土漏失之间的相互作用; 2)水土漏失监测设备研发与方法创新,构建监测水土流失/漏失的综合体系; 3)对不同岩溶背景、地貌类型坡面-洼地-落水洞水土漏失的生物与工程协同阻控技术体系研究; 4)水土漏失强度等级划分及效益评价等方面的深入研究。     

137Cs示踪研究小流域土壤侵蚀与沉积空间分布特征

通过在0.17km2面积的小流域198个点、525个样品表层土壤中137Cs含量的分析、研究,结果表明:不同地貌部位137Cs含量有明显分异,为137Cs法定量研究土壤侵蚀与沉积提供了科学依据;137Cs含量升高的部位多出现在沟缘线附近和沟口附近;小流域土壤侵蚀强度从梁峁顶向沟坡逐渐增大,这是黄土高原广大水土流失区自然状态的或初步治理的小流域侵蚀强度空间变化的基本特征.     

帷幕注浆在隧道施工中的运用

一、工程概况及地质特点宜万铁路八字岭隧道地处湖北省鄂西南山区。隧道区的不良地质主要呈现两大特点:一是岩溶和岩溶水,隧道区大部分经过碳酸盐岩地区,地表岩溶强烈发育,漏斗、落水洞、岩溶洼地密布,地下暗河发育,牛鼻子暗河、凉水井暗河可能通过各种通道与隧道连通,极可能发生大规模的突水、突泥和涌水。二是断层破碎带,     

137 Cs在土壤中淋溶迁移的模拟试验

~(137)Cs作为示踪元素广泛应用于土壤侵蚀及泥沙沉积研究中,其在土壤中的稳定性是决定其能否用于示踪土壤沉积与侵蚀的前提条件.但也有学者对应用~(137)Cs示踪技术的重要假设提出质疑,认为被土壤颗粒吸附的~(137)Cs易解吸成Cs+离子,随水流失或被植物吸收.本文利用双层土柱模拟淋溶装置研究了~(137)Cs和土壤粒径组成在不同雨量条件下的淋失和垂直迁移特征.结果表明,在600~3 000mm降雨量内,土壤中~(137)Cs平均质量活度为10.9Bq·kg-1,略小于试验前的11.5Bq·kg~(-1),与雨量并无显著相关性,土壤中的~(137)Cs有向下垂直迁移现象,但并不显著;土壤中~(137)Cs质量活度与土壤中的黏粒含量有很好的正相关性,决定系数R2达到0.73;有待于增加模拟雨量,作进一步研究.     

贵州某机场场地岩溶发育特征及成因分析

通过对贵州某机场初步勘察资料的统计分析,探讨了整个场区的岩溶发育特征、分布规律以及成因机理。场区构造相对稳定,多发育揉皱、压性小断层,场区地表溶蚀现象明显,发育的溶沟溶槽、漏斗、落水洞的展布走向基本与构造方向和优势节理方向相近。而钻孔揭露地下0.5~20 m范围有透水性差的薄层泥岩,该地层下部岩体相对完整,由此可以推断,隔水层以上岩体在水流作用下,沿岩体节理、裂隙溶蚀现象明显,地表岩溶发育,在该隔水层之下,岩溶弱发育。场区虽处Ⅲ级剥夷面上,地表水流除沿岩体裂隙下渗外,绝大部分水流沿地表向地势低洼处径流,而后通过溶斗、落水洞等统一向侵蚀基准面排泄,无大面积积水区域。总体来说,场区以垂向岩溶为主,隔水层表面多发育横向小型溶洞,隔水层上下溶蚀差异较大,钻探过程中未发现厅堂式溶洞,因此场区出现大规模塌陷灾害的可能性很小。研究结果不仅为详勘提供了基础资料,对后期机场的设计和建设均具有重要的指导意义。     

运用激电中梯测量探测覆盖型岩溶发育程度

运用激电中梯测量方法,进行岩溶塌陷地质灾害调查,研究了覆盖型岩溶的发育程度。首先研究了不同地层岩性的视电阻率和视极化率特征,得出了岩溶裂隙发育的主要地球物理特征;再根据研究区的激电中梯测量成果,划分了4个异常区;结合地质构造条件,推断解释认为Ⅰ区和Ⅲ区中的局部高阻区为岩溶裂隙发育区;最后通过布设电阻率垂向测深剖面,进行推断反演,并利用钻孔进行验证,发现了1.6 m深溶洞。研究成果表明,激电中梯测量方法在探测覆盖型岩溶的发育程度方面,取得了较好的效果。     

运用137Cs示踪技术重建近30年滦河源区土壤风蚀变化过程

在持续调查与观测滦河源区土壤风蚀特征的基础上,对采集于滦河源区风积土剖面中土层样品的pH、有机碳质量分数、土壤颗粒组成进行了化验分析,运用ADCOM100超低本底γ谱仪测定了土壤样品137Cs的比活度,建立了研究区连续风积土壤剖面的时间序列,综合分析了不同时段风积层土壤的性状,运用土壤风蚀相对强度指数ISWE重建了滦河源区近30年来土壤风蚀变化过程.结果表明:20世纪70年代至80年代早期、80年代末期至90年代中后期均为研究区土壤风蚀较弱的时期;80年代中期、90年代末期至2002年均为土壤风蚀强化时期.并结合已有研究成果讨论了土壤风蚀变化与气候变化的相关性及其对京津地区大气环境的影响.     

开茂水库工程岩溶体系研究与评价

开茂水库区处于(侏罗系上统)莲花口组砾岩出露区,该套地层岩溶发育,地表呈现较典型溶蚀残丘地貌特征,勘探及地质调查发现了大量溶蚀洼地、落水洞、溶洞等岩溶现象。岩溶渗漏成为水库修建最为突出的工程地质问题。受地形地貌、地层岩性、地质构造、河谷演化历史等因素影响、开茂水库区岩溶发育十分复杂,勘察阶段通过多种地质勘探方法,基本揭示了库区岩溶发育特征及规律,为岩溶渗漏评价及处理提供了合理可靠的地质依据。     

华蓥山隧道岩溶发育特征分析

华蓥山隧道洞身段穿越雷口坡组的可溶岩地层,岩溶发育,地表落水洞．溶斗、溶沟、溶洞、地下暗河多出现在该段。该论文拟对华蓥山隧道岩溶发育形态、分布特征及其主控因素等问题开展系统深入的调查与分析论证,并对隧址区可溶岩地段岩溶发育强度预测,为华蓥山隧道建设优化设计等相关技术问题提供可靠的科学依据。     

湖南地区岩溶分布特征及其发育模式

以湖南地区上元古界—中生界碳酸盐岩(灰岩、云质灰岩、白云岩)表生岩溶为例,在地理-地质特征分析的基础上,系统研究该区的典型岩溶现象类型及分布特征,总结岩溶分布规律及岩溶发育模式,并建立断裂-溶缝带控制的岩溶发育模式和多组裂缝控制的大型溶洞发育模式。结果表明,湖南地区岩溶现象类型繁多,其中地表断裂岩溶最为普遍,依据断裂溶蚀形成的沟谷宽度与深度等特征,将其划分为细小溶蚀裂隙、小型溶缝、中型溶缝、大型溶缝与断溶谷,它们构成地表岩溶的断溶-溶缝序列。湖南地区岩溶主要分布在湘西北、湘中与湘东南,其中地表出露位置高的断裂(带)附近、特定的断裂带结构发育区和多组裂缝发育区往往是岩溶集中分布区。     

高潜水位矿区地表拉张裂隙区土壤特征研究

为探讨高潜水位采煤拉张裂隙区土壤中元素迁移特征,选择淮北矿区朱庄矿3522工作面地表拉张裂隙区为研究对象,按地势坡度从高到低划分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区,在裂隙两侧间隔50 cm布设21个观测点,每个观测点自上而下每20 cm取样,共计105个样品,分析含水率、pH、有机质(SOM)、有效磷(AP)和速效钾(AK)等指标.结果表明:拉张裂隙区土壤剖面含水率随深度增大;SOM在Ⅱ区台阶0～40 cm地表聚集.AP在垂向剖面上分布无显著差异,在水平方向上在Ⅱ区、Ⅲ区显著积累;裂隙对0～20 cm AK影响显著,土壤整体肥力属于瘦瘠到一般水平,斜坡水土流失与裂隙的隔断拦截作用,导致SOM在台阶区积累,AP在低区积累,AK在高区积累.     

榆神府矿区不同导水裂隙发育对地表土壤性质的影响

井工开采形成的冒落带和裂隙带触及或破坏煤系上覆重要含水层时形成导水裂隙,目前少有研究将导水裂隙发育程度与地表生态环境响应进行耦合。为阐明导水裂隙发育对地表土壤环境的影响,首先通过分析不同导水裂隙发育程度下地表土壤物理、养分和生物因子变化特征,再应用主成分分析法对不同裂隙发育程度下土壤因子进行分类排序与评价。结果表明:榆神府矿区地表裂隙发育后土壤质量均有下降趋势,其中导水裂隙发育区地表损害后,土壤pH、粉粒、过氧化氢酶和真菌含量增加,土壤容重、有效养分、其他酶类活性和菌类数量均下降,该区土壤质量显著降低;而导水裂隙不发育区(有导水裂隙发育但程度轻微)土壤各因子质量虽有一定程度下降但不显著,土壤质量变化幅度较小;土壤颗粒组成、酶活性和微生物数量是影响研究区土壤质量的主要因子。结果表明不同导水裂隙发育程度区土壤质量损害程度不同,在矿区土壤修复过程中可依据不同导水裂隙发育程度制定相应经济、有效的恢复治理规划。     

金沙江白鹤滩水电站旱谷地料场岩溶发育特征及工程效应

巧家县旱谷地石灰石料场岩溶总体不发育,但开挖揭示有较大岩溶管道,查明岩溶发育的规律对料场下一步开采布局具有现实意义。通过对料场及其周边的实地调查、钻孔揭露及物探,对地下岩溶以及地表岩溶分布特征及位置进行统计,结合构造、岩性、水文及地貌等地质特征对岩溶发育机理进行分析讨论,认为特殊水文条件下可以在岩溶发育较差地区发育岩溶异常带"。主要结论如下:①巧家旱谷地斜坡由于地表支沟发育,地表水无法聚集,地表岩溶不发育。②料场上方缓坡平台后缘有一断层泉,流量约1. 8 L/s,泉水出露后又在该平台渗入地下,使得料场区地下岩溶较地表发育;旱谷地平台后缘保存有菩萨洞和蝙蝠洞,为当时溶洞的出口。③地下岩溶通道首先在普家村平台断层泉渗入地下,沿中梁子沟发育切层陡倾坡外的"垂直"管道,直径约12 m,在1 400 m高程,顺层发育水平管道(层控),并在大弯子沟右岸菩萨洞及蝙蝠洞岩溶水排出地表;随着旱谷地台面的抬升,现今岩溶管道仍然以垂直管道向金沙江谷底方向排泄,出口在巧家县城龙潭一带。④由于管道及其附近塌陷及溶洞角砾、次生泥充填,危岩垮塌严重,不能满足石料质量要求,料场区有用料储量减少10%～15%。     

煤矿开采地表沉陷区土壤养分流失与分布特征——以五沟煤矿为例

平原矿区的煤矿地下开采改变地貌景观,同时加剧矿区土地的水土流失,降低土壤质量。而开采方式不同对地表土壤养分流失的影响程度同样存在较大差异。本文选择皖北五沟煤矿的充填和非充填开采两种开采方式的地面沉陷区,进行了土壤环境调查,监测了开采过程中土壤有机质、铵态氮、有效磷和速效钾等土壤养分的含量,分析其运移变化特征。结果表明,采矿区地表沉陷虽然时间不长,但土壤中的有机质和主要营养元素的含量流失发生显著变化;充填与非充填两种不同开采方式均引起地表土壤养分流失,降低土壤质量。但是充填开采所造成沉陷区内土壤养分的流失程度明显小于非充填开采区,且因氮、磷的流失量明显快于速效钾而使得土壤整体表现为缺氮少磷;土壤养分的迁移与富集与土壤类型密切相关。无论是有机质,还是其他营养元素由表层的耕作土层往深部迁移并在硬砂姜土层富集。这一现象同时说明了地表径流造成土壤养分水平方向的迁移流失的同时,向深部土壤层的迁移现象。     

中国典型侵蚀区小流域水力侵蚀引发的CO_2通量特征

土壤水力侵蚀通过影响有机碳的合成分解过程,引发可观的CO_2吸收-排放效应.各典型水蚀区的侵蚀速率、土壤性质各不相同,其CO_2通量特征有待研究.本文收集了黑土区、紫色土区、黄土区、红壤区等中国四大典型侵蚀区中7个代表性小流域36个土壤剖面的~(137)Cs及有机碳含量数据,利用"基于参照点的CO_2通量分离方法",计算了各小流域的有机碳横向迁移通量,以及由于水蚀引发的CO_2通量.结果表明,(1)有机碳的横向迁移速率由侵蚀/淤积速率以及土壤表层含碳量共同决定,位于黄土区和红壤区的小流域有机碳流失最为严重;(2)7个小流域侵蚀区CO_2的通量范围为:-22.8~21.5g C/(m~2·a),淤积区CO_2通量范围为-31.6~54.5g C/(m~2·a);碳汇强度与欧美小流域相当,碳源强度略强;(3)位于黑土区的多数小流域以及紫色土区的小流域整体表现为碳汇;位于黄土区的小流域整体表现为强烈的碳源;位于红壤区的流域在侵蚀区表现为碳源,在淤积区表现为碳汇.其中,紫色土区小流域的固碳能力最强,79%~87%的有机碳流失可最终得到恢复;(4)针对小流域不同的CO_2通量特征,可通过合理配置水土保持措施,实现土壤侵蚀和CO_2通量的协同调控.     

黔西南晴隆—贞丰地区岩溶发育规律研究

黔西南晴隆—贞丰地区岩溶发育强烈,该地区岩溶以形成时期分为近代岩溶与古岩溶,近代岩溶出露地表而古岩溶大部分深埋地下.通过对该地区地表岩溶与钻孔揭露古岩溶发育特征统计,进而结合该地区地质构造进行深入研究.研究结果认为岩溶发育特征主要是地质构造作用控制:近代岩溶受构造作用影响发育强烈;古岩溶受构造作用影响深埋地下,岩溶发育作用停止.     

考虑渗流-应力耦合作用的层状盐岩界面裂缝扩展模型研究

针对中国地下油气储库建设中所出现的含夹层盐岩问题,基于黏结裂缝模型,构建一种可以考虑层状盐岩地层界面启裂、裂隙扩展和流体渗漏的黏结单元,导出地层界面损伤演化方程、裂隙扩展准则以及缝内流体流动方程,建立考虑渗流-应力耦合作用的层状盐岩界面裂缝扩展模型,通过典型算例验证模型的有效性。研究层状盐岩地层界面启裂与裂隙扩展过程。研究结果表明:地层的渗透性和裂缝面漏失系数对地层界面裂隙扩展有明显影响,地层渗透性系数越小,地层开裂程度越大;而裂缝面漏失系数越大,地层开裂程度越弱,但流体渗漏程度加大。     

岩溶区地下工程裂隙渗流突水数值模拟研究

随着岩溶区地下工程的大量建设,岩溶裂隙突水频发并逐渐成为制约地下空间建设发展的瓶颈问题.采用简化的裂隙非饱和渗流计算方法,通过多场耦合分析数值模拟软件COMSOL Multiphysics研究了裂隙岩体的非饱和渗流特征及裂隙对渗流的影响.通过对复杂的溶洞-裂隙系统进行科学简化,建立了一种岩溶区地下工程裂隙导通突水模型,并采用此模型开展了裂隙渗流突水数值计算.结果表明:裂隙对岩体渗流产生显著影响并会造成渗流强烈的各向异性;地下水大都将沿着优势渗流通道运移,而较少渗流到其他阻渗性强区域,因而形成相对集中的突水点.研究结果可为岩裂隙渗流和连通提供思路,为岩溶区裂隙突水理论和防治提供参考.