粤北地区岩溶水系统的补径排及动态变化特征

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  摘 要:结合近年来实施的粤北岩溶石山地区地下水勘查与监测项目,根据岩溶水系统的特点,对其补径排进行了详细的阐述,岩溶水系统通过点线面补给,裂隙径蓄系统、裂隙管道径蓄系统进行径流,地下水通过分散排泄、集中排泄、远基多级排泄三种排泄方式排出地表。岩溶水系统内的泉、地下河四个动态变化特征:排泄量在季节分配上具有不均匀性、流量动态的稳定性较差、流量随降雨时空变化而变化、对降雨的补给具有较高的敏感性。
  關键词:粤北地区;岩溶水系统;补径排;动态变化
  粤北岩溶石山地区位于广东省北部山区,地理坐标:东经112°02′~114°18′,北纬23°32′~25°31′,总面积28430.45km2,约占全省总面积的16.1%。其中,碳酸盐岩分布区面积约为9378.14km2,约占全省碳酸盐岩总面积的77.4%。区内地层岩性变化大,地形地貌多样,地质构造复杂,补径排及动态变化特征在区内不同地带或不同尺度的岩溶水系统内具有不同的特征。
  1 补给特征
  1.1 补给来源
  区内岩溶水系统的补给来源主要是大气降水补给,部分系统有第四系孔隙水的补给、相邻系统的侧向补给和非岩溶区的地表水补给。
  1.2 补给形式
  1.2.1 点状灌入补给
  在区内的岩溶洼(谷)地区,大气降水降落到地面以后,除一部分雨水通过具有高渗透能力的表层岩溶裂隙快速渗入表层岩溶带的蓄水空间内形成表层岩溶带地下水外,大部分形成坡面流并通过岩溶洼(谷)地区的负地形汇聚,在洼(谷)地底部直接沿落水洞、地下河天窗、竖井、漏斗等注入地下补给饱水带岩溶地下水。其补给动态在总体上明显地受降雨强度及降雨量在年内分布的制约,具有点状、非连续脉冲式、快速补给的特征。这种补给形式在残丘宽谷或缓丘波地地貌区的局部也存在,但远不如岩溶洼(谷)地区明显。
  1.2.2 线状侧向渗漏补给
  在岩溶洼(谷)地与残丘宽谷地貌区的交接地带,岩溶洼(谷)地区的岩溶地下水,除以地下河出口或岩溶大泉的形式排泄形成地表河流的源头外,仍有部分地下水在两地貌区分界线附近一带以潜流的方式呈线状补给残丘宽谷区的岩溶地下水。
  1.2.3 面状入渗补给
  在区内残丘宽谷地及缓丘坡地地貌区,大气降水降落到地面以后,除一部分坡面流通过地表沟渠直接汇入当地河流形成地表径流外,其余部分主要是通过第四系土层孔隙入渗补给其下伏的岩溶地下水,具有面状、连续、慢速补给的特征。这种补给形式在岩溶洼(谷)地地貌区的局部也存在,但远不如残丘宽谷或缓丘坡地地貌区明显。
  2 径流、蓄积特征
  在区内不同地质地貌环境条件下,主要发育分布着两类结构不同的岩溶含水系统,而系统的结构将直接影响着其水流系统的特征。因此,不同结构的岩溶含水系统和水流系统组成的岩溶水系统对岩溶地下水具有不同的径流和积蓄特征。根据岩溶含水系统的结构,区内的岩溶水系统可划分为裂隙径蓄系统和裂隙管道径蓄系统两类。
  2.1 裂隙径蓄系统
  裂隙径蓄系统是指主要以构造裂隙、溶蚀裂隙、节理及层理等组合构成地下岩溶空间网络为地下水运移、积蓄空间的含水系统。系统内各种岩溶空间的导水能力相对较弱,地下水分散积蓄、分散传输、传输水量小,地下水的运移速度相对缓慢;但这类含水系统内地下水的蓄存总量大,调节能力强,是区内岩溶地下水系统内的含水主体。如,区内的马坝-大塘向斜北西翼岩溶水系统、小江向斜岩溶水系统、松塘谷地岩溶水系统等属之。地貌上表现为以残丘宽谷地及缓丘坡为主,部分地段分布有溶蚀洼(谷)地地貌。地表河流分布其中,地下水流场以面状网络汇流为主要特征。
  2.2 裂隙管道径蓄系统
  裂隙管道径蓄系统是指岩溶含水系统上部主要以各种溶蚀裂隙网络、表层岩溶带各种溶蚀空间(局部存在个别垂向通道)为地下水运移、积蓄空间,而下部则以水平通道(现代地下河或伏流管道等)地下岩溶空间为地下水运移、积蓄空间的含水系统。系统上部裂隙网络含水空间的导水能力相对较弱、传输水量小且分散传输,地下水的运移速度相对缓慢,分散积蓄;但其内地下水的蓄存总量大,调节能力强,是裂隙管道径蓄系统(地下河系统)内岩溶地下水积蓄的主体空间。在枯水期,地下河的基流便是来自这些裂隙系统细小溶隙中的地下水,这是枯水期地下河的水位趋于稳定后,地下河出口仍继续维持一定基流的原因;而系统下部的水平通道(现代地下河或伏流管道等)含水空间的导水能力强、传输水量大且集中传输,地下水的运移速度快,积蓄集中;但其内地下水的蓄存总量小,调节能力差,是裂隙管道径蓄系统(地下河系统)内岩溶地下水径流的主体空间。如,分布于区内的大桥向斜岩溶水系统、称架-阳城-水口岩溶水系统、古母水-波罗岩溶水系统等系统属之。地貌上表现为岩溶洼(谷)地为主,局部地段分布有非岩溶区的常态中、低山地貌。地表河流不发育,地下水流场以面状裂隙慢速汇流与线状管道快速径流的组合为主要特征。
  3 排泄特征
  3.1 排泄方式
  地下水的排泄方式与地下水的类型有关,也与所处的地形地貌部位有关,从而形成了不同的排泄方式,区内地下水系统的排泄主要有如下三种方式:
  3.1.1 分散排泄:在区内分散排泄地区,地下水主要分散径流于岩层的裂隙网络中,在没有特殊的地质构造控制下,地下水多呈分散的小泉群或分散潜流状在地势低洼地带分散排出地表。如陂头向斜岩溶水系统、瑶山北部断裂带岩溶水系统、坝仔东部裂隙水系统、江湾裂隙水系统等属之。
  3.1.2集中排泄:在集中排泄地带,岩溶水主要以溶洞管道或深大的裂隙管道为岩溶水的运移和排泄通道,多以岩溶大泉或地下河出口的形式在岩溶洼(谷)地区与残丘宽谷区的交接地带集中排向地表成为地表支流的源头。如樟市盆地岩溶水系统、罗坑盆地岩溶水系统、称架-阳城-水口岩溶水系统、古母水-波罗岩溶水系统等属之。   3.1.3远基多级排泄:由于局部地带岩溶地下水的排泄与当地河流的排泄基准面高程相差尚较大,当地河流对岩溶地下水的排泄尚未起到控制作用,于是岩溶地下水在尚未達到当地河流排泄基准面而在相对较高的不同高程上适当的地貌部位就排出地表,形成远离在当地河流排泄基准面以上高差不等的多级排泄的特征。
  4 动态特征
  本次工作建立地下水流量动态监测站(点)101个,水点类别有地下河出口、上升泉、下降泉、温热泉。对各长观点流量动态数据进行综合分析,结果显示区内岩溶水系统的流量动态具有如下几个重要的特征:
  4.1 年内各泉及地下河的排泄量在季节分配上具有不均匀性,主要集中在每年的3-7月份,地下河表现得尤为明显(图1)。
  以泉点Q83、地下河AC92、AC119、AC127为例,各泉(地下河)年内排泄高峰均在每年的3-7月份。
  4.2 各泉(地下河)的流量动态的稳定性较差。参照地下水动态监测规程DZ/T0133-1994,对各长观点流量进行稳定性评价,地下河与下降泉的不稳定性(包括极不稳定)高达55%以上。
  4.3 流量随降雨时空变化而变化。以长观点Q215(乳源)和长观点Q184(英德)为例,在时间上,两泉点流量均随季节的变化而变化,变化趋势明显;在空间上,同为2009年1月至12月的降雨与泉点流量数据,乳源最大降雨月份晚于英德一个月,相对应的Q215最大流量出现于7月份,而Q184年最大流量出现于6月份(图2)。
  4.4 各泉及地下河对降雨的补给具有较高的敏感性,在本次观测精度上,滞后现象不明显。以英德片区为例,地下河AC119、泉点Q203、Q44、Q184、Q38流量对降雨的响应较为灵敏(图3)。
  项目来源:粤北岩溶石山地区和雷州半岛地区地下水资源勘查监测项目
  参考文献
  [1]王渊,刘远锋,等.粤北岩溶石山地区和雷州半岛地区地下水资源勘查监测报告(粤北岩溶石山地区)[R].广东省国土资源厅,广东省地质局.2011.11.
  [2]黄树鹏,陆巍峰,曾土荣,等.粤北岩溶石山地区地下水资源勘查与生态环境地质调查报告[R].广东省地质调查院,2002.12.
  [3]西南岩溶石山地区地下水资源勘查及生态环境地质调查评价[R].中国地质调查局,2006.4.
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