国外岩溶地区水资源开发利用技术及其对我国的启示

北方资源型及水质型缺水、南方洪涝灾害和季节性缺水、水资源与经济发展空间不匹配等是我国岩溶地区水资源开发面临的主要问题。近几十年来,尽管我国在岩溶水资源开发利用过程中掌握很多关键技术并研发出一些成功的模式,但是仍然存在着许多急需解决的问题。本文对国外岩溶地区水资源开发利用的成功经验、典型案例和关键技术进行分析,总结出雨水及表(浅)层岩溶水资源收集-储存-利用、岩溶含水层水资源调蓄与循环利用、中小流域岩溶水资源综合开发与管理、跨流域(区域)尺度岩溶水资源协调开发,以及岩溶大流域水资源梯级调蓄与综合开发等国外岩溶水开发的成功模式。基于上述模式对我国岩溶地区水资源规划、保护、管理和开发所带来的启示,提出借鉴国外跨流域(区域)尺度岩溶水资源协调开发经验,实施水资源跨流域协调开发,有效解决岩溶地区水资源与经济发展空间不匹配的问题;按照大流域岩溶水资源梯级调蓄与综合开发利用的思路,在西南岩溶区利用梯级分布且具有密切水文联系的岩溶大洼地,实施集防洪与调蓄水资源等多目标的大岩溶流域梯级水资源开发工程,解决南方岩溶区季节性缺水的难题;重视我国北方岩溶区地下水资源普遍超采造成岩溶含水层被疏干的水环境问题,启动向岩溶含水层回灌补水计划,增强北方岩溶含水层调蓄水资源的能力,提高水资源利用效率和改善地下水环境;推进极端干旱岩溶区收集-储存-综合利用雨水、表(浅)层岩溶水或坡面流的技术创新,为我国岩溶地区水资源可持续开发利用、生态经济发展提供技术支撑。     

基于GIS的武汉市武昌区岩溶塌陷危险性评价

为减少城市岩溶塌陷引发的损失,定量评估城市岩溶塌陷灾害,在详细分析武昌区地质情况的基础上,选取岩溶地层岩性、岩溶发育程度和覆盖层岩性等11个致灾因子,运用模糊算法和组件式GIS技术对研究区岩溶塌陷危险性等级进行评估,得到武昌区岩溶塌陷危险性等级区划图.研究结果表明:研究区岩溶塌陷等级分为极易塌陷、易塌陷、较易塌陷和安全共4个等级,极易塌陷区主要位于武昌南部白沙洲大桥等区域,易塌陷区分布在南部区域和北部小块区域.武昌区位于南部岩溶带,区内地下水与长江水联系紧密,导致区内时常发生岩溶塌陷.此外,区内较大的人口密度和频繁的人类工程活动加剧了岩溶塌陷发生的可能性,因此,应适量减少人类工程活动.     

集成PHAST-Visual Studio的岩溶区燃气管道灾害后果定量分析及应用

为科学评估岩溶区燃气管道灾害的后果影响程度,基于管道失效特征确定喷射火和蒸气云爆炸两种典型后果模式,研判适用于岩溶区燃气管道灾害的热辐射和冲击波超压危害准则,从危害面积、伤亡人数、经济损失、环境破坏四个维度提出岩溶区燃气管道灾害后果严重程度的评估模型体系,并结合Visual Studio平台开发“岩溶区燃气管道灾害后果分析软件”。立足岩溶区实际工程案例,结合区域经济社会发展、岩溶自然地质以及燃气管道工程特征,基于PHAST软件仿真分析灾害后果的影响范围,结合危害准则对区内人员、物体提出针对性灾害风险管控措施,并通过引入政府、行业、企业等颁布的标准条例,量化得出灾害后果的影响程度。研究结果表明：提出的PHAST-Visual Studio集成方法能够弥补以往研究的评估主观性问题,将社会科学思想带入工程风险评价研究,并通过计算机软件编程提高灾害后果分析效率,从而有助于显著控制岩溶区燃气管道灾害后果水平。     

贵阳市乌当区北部地下水资源特征与开发利用研究

贵州处于喀斯特地貌发育广泛的地区,在岩溶地貌广泛发育的背景下,地下水以各种形式存在于地下岩溶裂隙空间中。研究显示,乌当区北部地下水多以溶蚀孔隙的裂隙水为主,溶蚀溶洞的裂隙水次之,地下水出露点分布较广,向低洼区分布且区域分散,出水量较少导致取水难度大。根据乌当区北部地下水特征对其进行利用开发给出合理建议。     

隧道充填岩溶管道滑移失稳突水机制

为探究隧道充填岩溶管道滑移失稳突水机制,将岩溶管道视为"塞子",建立岩溶管道滑移失稳突水的地质模型和力学传递模型,推导出充填岩溶管道失稳判据及安全系数计算公式,并通过算例分析岩溶管道倾角和含水体水位对岩溶管道安全性的影响。研究结果表明:弱透水或不透水的充填岩溶管道在突水过程中的作用类似"塞子",具有较强阻水性能,此时突水模式为岩溶管道的充填物滑移失稳突水;隧道开挖过程中,作用在岩溶管道的下滑力和抗滑力达到临界条件时,管道发生滑移失稳,最终导致突水的发生;充填岩溶管道的安全系数随着含水体水位增大而不断降低,管道倾角对安全系数的影响比水位的影响小;地下水对岩溶管道安全性的影响很大,其中渗透压力、静水压力和扬压力对管道安全性的影响较大,是触发管道发生滑移失稳、引发突水的关键因素。     

公路隧道充填型岩溶管道突水灾变机理及演化过程数值分析

为研究公路隧道充填型岩溶管道突水灾变机理及其演化过程,针对地质缺陷型岩溶突水构造,建立充填型岩溶管道3种力学失稳模型,对所建立的失稳模型进行力学解析推导,得到相应的失稳判据。以富安省和庆和省之间1号公路的DEO CA隧道发生岩溶突水为典型工程背景,对其突水灾变演化过程展开计算分析,采用真实破裂过程分析程序RFPA和快速拉格朗日Flac3D程序分别对岩溶管道突水灾变的微、宏观演化过程实施数值仿真分析。研究结果表明:岩溶管道充填体的安全系数K=0.46,说明充填体将发生滑移失稳并导致岩溶突水,解析计算结果与现场突水实际相吻合。数值计算结果较好地反映了岩溶管道突水的全过程演化机制。     

粤北连江流域岩溶石山地区干旱缺水成因及防治

通过调查具有岩溶地区代表性的粤北连江流域部分岩溶石山区干旱缺水状况,剖析干旱缺水现象形成和演变的影响因素,研究干旱缺水问题的防治对策,为当地解决干旱缺水问题提供可靠的地质科学依据。     

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%。     

凯里市舟溪岩溶与非岩溶区域植物多样性初步研究

采用典型样方法,在凯里舟溪的岩溶与非岩溶区域选取典型样方并进行植物调查。分别计算各样地Simpson多样性指数(D)、物种丰富度指数(R)、均匀度指数(J)、生态优势度(λ)以及两地植物属相似性系数(K)。结果表明:非岩溶区域植物多样性高,以乔木和灌木为主,生长比较均匀;岩溶区域植物以草本和灌木为主。且两地植物属相似程度差异很大。     

兴文县岩溶石山地区资源环境问题探讨

兴文县是四川盆地南部典型的岩溶石山区,境内资源环境问题突出,主要包括岩溶、干旱、滑坡、泥石流以及由近年来诸如旅游等人类活动频繁引发的环境问题.针对目前其存在的岩溶环境问题,提出了应当从恢复山区自然植被、治理水土流失、适度发展旅游业等方面着手的相关建议,以实现其可持续发展.     

兴文县岩溶石山地区资源环境问题探讨

兴文县是四川盆地南部典型的岩溶石山区,境内资源环境问题突出,主要包括岩溶、干旱、滑坡、泥石流以及由近年来诸如旅游等人类活动频繁引发的环境问题.针对目前其存在的岩溶环境问题,提出了应当从恢复山区自然植被、治理水土流失、适度发展旅游业等方面着手的相关建议,以实现其可持续发展.     

武汉地区岩溶空间分布特征及坍塌风险研究

武汉地区广泛分布的隐伏可溶岩严重影响城市的规划与建设,认识岩溶的空间分布及对其进行坍塌风险的评估是城市建设的重要基础工作。文章在分析武汉市岩溶空间分布特征的基础上,以时间视角总结历史上发生的岩溶塌陷事件,分析岩溶塌陷形态特征及其发生的水文地质条件,并选取汤逊湖典型区域进行坍塌风险研究。研究表明,在平面分布上武汉岩溶大致可以分为南部、中部、北部3个大区,又细分为8个条带;在垂直分布上,岩溶按水动力循环划分为Ⅰ区垂直循环带、Ⅱ区季节循环带、Ⅲ区水平循环带和Ⅳ区深循环带;采用层次分析法对研究区进行坍塌风险研究,表明长江Ⅰ级阶地为高风险区,中高风险区约占研究区面积的26.9%。     

广西岩溶景观特征及其形成演化分析

广西岩溶景观主要分布于桂东北、桂中、桂西北和桂西南地区,有峰丛、峰林、孤峰、丘陵、天生桥、石林、象形山、崖壁、洞穴及各类洞穴次生化学沉积物、地下河、穿洞、洼(谷)地、漏斗、坡立谷、盆地、地表河、峡谷、天坑、天窗、竖井、瀑布、泉、湖泊、湿地等类型齐全、形态典型的岩溶景观,囊括所有岩溶景观的类型。它们主要以中上寒武统至中三叠统的碳酸盐岩为物质基础,首先以地表河流域(如红水河、柳江、漓江等)为主线,其次以岩溶地貌区划特征为区域划分标准,然后以所处行政区和所处流域位置(如上、中、下游)为辅线,呈线状有序、集中分布于各典型岩溶景观区及岩溶景区/公园/景点内。它们或以峰丛-峰林,或以岩溶风景河段,或以天坑群,或以地下河天窗群,或以峰丛平原,或以洞穴,或以天生桥,或以跨国瀑布等为核心,组合成多个特色突出,形态优美、珍稀、雄伟、典型,且类型齐全的流域岩溶景观带,并形成独具广西特色的"岛链式"岩溶景观分布格局。它们是全球亚热带岩溶地貌及景观典型集中发育区和杰出范例,是目前世界上展现塔状峰丛-峰林、锥状峰丛、高峰丛深洼地、峰林/孤峰平原、洞穴、天坑、天窗、地下河、天生桥、岩溶风景河段、瀑布、崖壁等岩溶景观美景最杰出的代表地,堪称全球"洞穴天坑之窗,地下河天窗之王,天生桥瀑布之奇,风景河段之美,峰丛峰林之魂"。同时,自晚三叠世以来,广西各区域(即各岩溶孤岛)的碳酸盐岩地层相继出露地表,分别进入各自的岩溶地貌/景观形成演化时代,历经自上而下或自下而上等不同方向、不同时期、不同区域的岩溶过程,分别形成峰丛-峰林、地下河洞穴、天坑-天窗-天生桥等各类典型的岩溶景观;并按时间序列和区域分异特征,以广西各岩溶区以及它们内部各岩溶地带相互之间水力联系的演变及区域地壳的间歇性隆升为时间界限和主线,将广西岩溶的形成演化过程划分为初始阶段(晚三叠世以来,碳酸盐岩地层出露,不同岩溶区始于不同地质时期)→雏形阶段(分轴型离散岛屿式成景过程,不同岩溶区始于不同地质时期)→重要发育阶段(主轴型离散岛屿式,不同岩溶区始于不同地质时期;集合型岛屿式成景过程,中更新世中晚期至全新世)→现代岩溶阶段(全新世以来至今)等4大成景阶段,分别表现出不同的成景过程、特征和机制,总体可概括为分轴型、主轴型、离散型、集合型等4种岛屿式成景机制,并将其成景模式归纳为"岛链式成景模式"。     

高速铁路隧道岩溶突水发生机理研究

针对高速铁路隧道经过岩溶发育段频频发生突水、突泥的现状,以油坊坪隧道岩溶突水为研究背景,对其突水机理展开了理论及数值计算研究,建立了油坊坪隧道岩溶突水的两类力学模型,对两类模型的力学失稳机理展开了理论推导,将理论推导结果应用于油坊坪隧道岩溶突水现场,理论计算结果与隧道现场突水情况相一致。通过快速拉格朗日Flac3D程序对岩溶突水的机理及相关规律进行了数值分析计算,计算结果表明,隧道未开挖时,隧道的左拱顶沿岩溶管道方向渗流矢量强烈,表明左拱顶附近将是地下水的重要渗流通道;隧道开挖后,岩溶通道彻底打开,岩溶管道渗流朝管道临空面,隧道环向渗流矢量均朝隧道中心;对岩溶管道进行注浆处治并施加衬砌后,孔隙水压力发生明显降低,岩溶通道的一定范围外的左下侧、右侧易沿矢量集中位置形成渗流通道,可以将该范围视为需注浆加固处治区域。     

岩溶管道的折算渗透系数取值探讨

为完善岩溶管道的折算渗透系数计算方法,基于Izbash指数方程,在考虑了局部水头损失和沿程水头损失的条件下推导了岩溶管道的折算渗透系数公式,并通过建立弯折岩溶管道模型验证该方法的合理性。基于此弯折岩溶管道模型,采用单因素分析法,讨论了4种流态分区(层流区、水力光滑区、第二过渡区和水力粗糙区)下折算渗透系数对水流的雷诺系数、岩溶管道直径和弯折角度以及岩溶管道计算长度的响应。结果表明:(a)岩溶管道较短时,大雷诺系数和水流边界条件的急剧变化会产生较大的局部水头损失,此时推导的考虑局部水头损失的折算渗透系数可以较好地反映实际情况。(b)岩溶管道直径对折算渗透系数的影响最大;雷诺系数只在层流区影响较大,其他3个流态区雷诺系数、弯折角度和岩溶管道计算长度的影响与管道直径相比较小。     

重庆市渝东南岩溶地区缺水现状及其对策分析

统计了渝东南岩溶地区缺水状况。降雨分布不均、地形高差大、岩性差异、生态环境恶化、水质污染、开发利用率低是本区缺水主要原因。针对性地提出了防治对策,建议通过开展找水工程、加强水资源综合管理、加强水土保持,开展水污染防控与治理等多种手段相结合,逐步解决渝东南岩溶地区缺水问题。     

白岩洞地下河开发的环境效应研究

湖南省保靖县设计以引水方式开发白岩洞地下河为城镇生活供水水源。该地下河的补给有大气降水和地表水,几个主要地表水入口多为岩溶洼地,洼地中分布着农田和人口密集的村庄,地下河系统森林覆盖率较低。地下河出现一些环境问题,如地下河水中出现农药和化肥的残留成分、泥沙含量在雨季剧增、地下河水细菌总数和大肠杆菌群超过国家饮用水标准规定的量等。同时,开发地下河也会对引水工程沿线地区的自然、社会和生态环境造成有益的和不利的影响,如挖掘隧洞可增加引水工程水量、高位自流供水可降低成本,白岩洞地下河淤积、部分村庄缺水、生态不良反映等。应抓住开发白岩洞地下河的机遇重新整理地下河流域土地资源,调整用地结构,增加林业用地面积和投资,建立水源卫生防护带,控制农药化肥用量和类型。     

济南泉域岩溶径流通道特征

岩溶发育程度的差异性对地下水的储存和运移有重要控制作用。采用示踪试验、泉水位动态观测等方法揭示济南岩溶含水介质特征。试验表明济南泉域岩溶水观测孔中示踪剂运移的浓度历时曲线呈现单峰、双峰、三峰、多峰形态并存,岩溶水径流通道有单一管道和多管道并存;泉水位衰减特征表明含水系统以小型管道、裂隙、溶隙、溶孔、网络状溶隙等共同释水,衰减系数的历时变化反映济南岩溶水系统岩溶发育存在垂直分带性。研究表明,济南泉域岩溶发育不均、有多重性,奥陶纪灰岩比寒武纪灰岩的岩溶更发育。为保持泉水持续喷涌,宜选择奥陶纪灰岩含水层进行人工补源。     

灌溉泵站的施工技术

南海区狮山街头灌溉泵站工程在街头水闸自流引水的基础上,增加了动力提水,提高了引水的可靠性,解决了狮山镇官窑、松岗和大沥镇农业水质性缺水问题。本文主要对此灌溉泵站的施工技术进行探讨。     

岩溶管流水力学模型的典型研究——以后寨地下河为例

岩溶区，地下管道中的水流不符合渗透定律，当岩溶管道被地下水充满形成承压管流系统，在性质上类似有压管路水流，因而应当采用水力学的原理对岩溶水运动进行描述。本文推出了有裂隙水均匀入渗时地下河管道沿程水头损失计算公式，并提出了岩溶管道等效直径的计算方法。用水力学模型对管道系统计算等效直径及预测管道水头损失值，与实测值基本一致，这些结果是可以接受的。研究成果表明，应用水力学原理解决岩溶管流区地下水运动问题具有良好的前景。