中国南方典型峰林平原岩溶水系统研究 ——以广西桂林甑皮岩地区为例

论文摘要

中国南方岩溶区地下水天然资源量巨大但分布不均,生态系统功能重要但脆弱,人口密度大但经济欠发达。保障经济发展与生态环境保护的正相关双赢关系,需要对南方典型岩溶水系统的深入研究。桂林甑皮岩古人类文化遗址受水害威胁,岩溶管道发育、分布并不十分清楚,径流、排泄等水动力过程的认识存在分歧。利用野外调查,示踪试验,钻探物探等基础资料分析,水化学、同位素测试分析,水位动态分析,时间序列分析以及神经网络等方法和手段,对甑皮岩典型峰林平原岩溶水系统的介质场、水动力场、水化学场进行综合分析,结果表明:（1）系统介质主要为溶洞及NS、NE、NW裂隙,最大渗透主轴方向为NE-SW和NW-SE向。岩溶发育具水平、垂向分带特征。P1-P2-P3轴线以西岩溶弱发育,为系统的局部隔水边界,以东岩溶强发育。垂向上分为两个岩溶强发育带,深部岩溶不发育。岩性、构造以及水动力条件是分带的决定因素。洞穴系统为构造控洞成因,沿层面三层阁楼式展布。（2）系统划分为NS和NW-SE两条径流系统。P2中的岩溶泉为地下水水平径流遇局部隔水层阻滞,转为垂向径流,承压水流在岩溶强发育区出露形成。（3）水化学类型以HCO3-Ca类型为主,Na+、Mg2+、SO42-含量高是由于C12H25SO3Na以及硅酸盐类物质的输入。ZK10中Ca2+、SO42-浓度低的原因是SO42-被还原为SO32-,足量的SO32-与Ca2+反应,生产CaSO3沉淀后输出。（4）大气降水是系统的主要补给来源,补给高程上限为155 m,黄村断裂为研究区西北的补给边界。提出神经网络与WTF结合的方法,计算2017年补给系数为18.33%,补给量为1.325×104 m3/a。基于时间序列分析方法,建立了甑皮岩岩溶地下水位动态预测模型,模型预测精度高,可靠性较强。（5）岩溶地下水位对降雨事件响应的空间变异由岩溶发育程度、含、导水介质类型以及介质之间的连通性决定;时间变异体现在地下水位对降雨响应滞后时间的差异,这是由累积降雨量、前期降雨量、地下水埋深以及导水介质类型决定的。时空变异特征具体表现为:岩溶强发育、扩散流导水的含水体水位对降雨的响应表现为缓升缓降,水位自相关性强;发育岩溶管道的含水体水位表现为陡升陡降,水位自相关系数衰减速率快,对降雨响应的滞后时间短,互相关函数图呈多峰型。

论文目录

摘要

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1 绪论

1.1 研究背景与研究意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 岩溶水系统概述

1.2.2 岩溶作用机理与发育特征研究

1.2.3 岩溶水系统的介质结构及水动力过程

1.2.4 岩溶地下水补给评价方法研究

1.2.5 岩溶水对降雨补给的动态响应研究

1.3 存在问题

1.4 科学问题

1.5 研究内容与创新点

1.5.1 主要研究内容

1.5.2 论文主要创新点

2 研究区概况

2.1 自然地理

2.1.1 地理位置和地貌

2.1.2 研究区气候

2.2 地层岩性和地质构造

2.2.1 地层与岩性

2.2.2 地质构造

2.3 水文与水文地质

2.3.1 地表水

2.3.2 地下水

3 岩溶水系统介质发育特征

3.1 地表裂隙介质发育特征

3.1.1 裂隙采样区域与方法

3.1.2 裂隙发育特征

3.2 裂隙介质渗透张量

3.2.1 渗透张量计算方法

3.2.2 渗透张量计算

3.2.3 裂隙介质的各向异性

3.3 地下岩溶发育特征

3.3.1 地下岩溶发育的不均匀性与分带性

3.3.2 地下岩溶发育规律的成因

3.4 岩溶洞穴系统发育特征

3.4.1 岩溶洞穴系统的分层性

3.4.2 洞穴成因分析

3.5 本章小结

4 岩溶地下水径流系统划分

4.1 示踪剂与试验设备

4.2 试验过程

4.3 试验结果

4.3.1 第一次示踪试验结果分析

4.3.2 第二次示踪试验成果

4.4 地下水径流系统的划分

4.5 本章小结

5 岩溶水系统的补给来源及物理化学参数的时空变异特征

5.1 水样采集与测试

5.1.1 野外采样与测试

5.1.2 室内测试

5.2 岩溶地下水物理化学参数的时空变异特征

5.2.1 电导率EC的时空变异特征及成因

5.2.2 氧化还原电位与溶解氧的时空分布特征及成因

5.2.3 主要溶解离子的时空变异特征及物质来源

5.3 岩溶水系统的补给来源与评价

5.3.1 岩溶水系统的补给来源

5.3.2 岩溶水系统补给量计算

5.4 本章小结

6 地下水位对降雨的响应特征及动态预测

6.1 数据与方法

6.1.1 数据

6.1.2 研究方法

6.2 岩溶地下水位对降雨响应特征及成因

6.2.1 地下水位波动分析

6.2.2 自相关与互相关分析

6.2.3 滑动窗口互相关分析

6.3 岩溶地下水位动态模型

6.3.1 向量自回归模型

6.3.2 地下水位动态预测模型的建立

6.4 岩溶地下水位预测

6.5 本章小结

7 结论

参考文献

致谢

附录

文章来源

类型: 博士论文

作者: 王朋辉

导师: 袁道先

关键词: 峰林平原,岩溶水,介质结构,水化学,地下水水位,补给

来源: 中国地质大学(北京)

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 地质学

单位: 中国地质大学(北京)

分类号: P641.134

DOI: 10.27493/d.cnki.gzdzy.2019.000100

总页数: 113

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