本书是有关岩溶水文地质的学科性专著，不仅总结和反映了我国岩溶水文地质实践与研究的成果，而且吸收了国外最新理念和研究成果。全书共10章，内容包括：岩溶水文地质学研究内容和发展现状、岩溶发生及发育基本理论、岩溶地下水的赋存、岩溶地下水运动的基本规律、岩溶水系统、岩溶水动力特征、岩溶水化学特征、岩溶水系统模型化研究、岩溶地下水资源的开发利用、岩溶水资源及水环境保护。
样章试读
目录
- 前言
第1章 绪论 1
1.1 岩溶及岩溶水的分布 1
1.2 岩溶地下水的功能 2
1.2.1 宝贵的水资源 3
1.2.2 不可忽视的生态功能 3
1.2.3 珍贵的自然？文化遗产与旅游资源 4
1.2.4 岩溶地质灾害的致灾因子 4
1.3 岩溶水文地质学的研究内容 5
1.4 岩溶水文地质学的发展 6
1.4.1 国外岩溶水文地质学 6
1.4.2 中国岩溶水文地质学的发展 9
第2章 岩溶发生及发育基本理论 13
2.1 概述 13
2.2 碳酸盐岩溶解理论 14
2.2.1 岩溶动力系统理论 14
2.2.2 灰岩与白云岩溶蚀差异性研究 16
2.2.3 岩溶分异作用 17
2.2.4 温度变化产生的混合溶蚀作用 18
2.2.5 含碳酸盐的水溶液与卤水的混合溶蚀作用 19
2.2.6 硫化物对碳酸盐岩的溶解作用 20
2.3 硫酸盐岩岩溶发育特征 21
2.3.1 硫酸盐岩的分布 21
2.3.2 硫酸盐岩溶蚀作用 22
2.3.3 硫酸盐岩-碳酸盐岩复合岩溶作用 ———以中国华北地区为例 23
2.4 岩溶含水层中溶隙-管道-通道系统的发育理论 28
2.4.1 概述 28
2.4.2 洞穴系统形成演化模式的研究现状 29
2.4.3 溶隙-管道-通道系统形成演化模式研究 33
2.4.4 典型地质构造条件下岩溶裂隙管道系统发育特征 36
第3章 岩溶地下水的赋存 45
3.1 岩溶含水介质特征 45
3.1.1 岩溶含水介质的不均一性 45
3.1.2 岩溶含水介质的各向异性 48
3.1.3 岩溶含水介质的演化 48
3.2 岩溶含水层？隔水层与弱透水层 49
3.3 岩溶含水层系统 49
3.4 岩溶地下水的垂直分带 51
3.5 按埋藏条件的岩溶地下水分类 53
第4章 岩溶地下水运动的基本规律 56
4.1 岩溶含水层的水力参数 56
4.1.1 岩溶含水层的孔隙度 56
4.1.2 水头 58
4.1.3 水力传导率和导水率 59
4.1.4 水力传导率的规模效应 59
4.1.5 岩溶地下水流速 60
4.2 岩溶地下水运动基本规律 62
4.2.1 概述 62
4.2.2 多孔连续介质渗透定律 62
4.2.3 裂隙介质水力学定律 64
4.2.4 岩溶管道介质水力学定律 65
第5章 岩溶水系统 72
5.1 岩溶水系统的基本概念 72
5.2 岩溶水系统的构成 73
5.2.1 构成要素 73
5.2.2 岩溶水系统边界 74
5.2.3 岩溶蓄水构造 77
5.2.4 岩溶水系统的排泄 77
5.3 岩溶水系统分类 78
5.3.1 概述 78
5.3.2 岩溶水系统分类 80
5.4 岩溶水系统分析与系统模式 83
5.4.1 岩溶水系统分析概述 83
5.4.2 岩溶水系统形成模式 84
第6章 岩溶水动力特征 90
6.1 概述 90
6.2 中国北方岩溶裂隙水的水动力特征 92
6.3 中国北方岩溶水动力场类型 97
6.3.1 单斜逆置型岩溶水系统水动力场 97
6.3.2 单斜顺置型岩溶水动力场 100
6.3.3 向斜-盆地型岩溶水动力场 102
6.3.4 复杂结构的岩溶水动力特征 104
6.4 中国南方岩溶裂隙-管道水及岩溶裂隙-管道-通道水的水动力特征 106
6.5 中国南方岩溶裂隙-管道-通道水水动力类型 107
6.5.1 峰林谷地平缓构造区的岩溶裂隙-管道-通道水系统——以桂林冠岩地下河为例 107
6.5.2 岩溶化背斜山地岩溶水动力特征 110
6.5.3 覆盖岩溶区岩溶裂隙-管道水动力特征 112
第7章 岩溶水化学特征 117
7.1 概述 117
7.2 干旱-半干旱区岩溶水化学特征———以山西为例 117
7.2.1 岩溶地下水系统的水化学特征 117
7.2.2 岩溶地下水的溶蚀能力及溶蚀速度 121
7.2.3 岩溶大泉水化学场分析———以丹河岩溶水系统为例 124
7.3 热带-亚热带岩溶水化学特征———以洛塔岩溶水系统为例 131
7.3.1 概述 132
7.3.2 岩溶水化学特征 133
7.3.3 溶蚀速度 136
7.4 巨型盆地的岩溶水动力-水化学特征 137
7.4.1 鄂尔多斯盆地岩溶水动力-水化学分带 137
7.4.2 华北平原古潜山水动力-水化学特征 140
第8章 岩溶水系统模型化研究 146
8.1 概述 146
8.1.1 岩溶水系统评价 147
8.1.2 岩溶地下水科学管理 147
8.1.3 岩溶区大型地下工程涌水及环境影响预测评价 147
8.2 岩溶水系统方法研究流程 148
8.3 岩溶水系统水均衡研究 149
8.3.1 岩溶泉域水均衡———以山西丹河岩溶泉域为例 149
8.3.2 地下河系统水均衡———以贵州仁怀长岗地下河为例 152
8.4 泉水流量衰减分析法 157
8.4.1 方法讨论 157
8.4.2 中国北方岩溶泉水流量衰减分析 159
8.4.3 中国南方岩溶裂隙-管道泉流量衰减分析 162
8.5 泉水流量频率分析法 165
8.5.1 经验频率法 165
8.5.2 理论频率法 166
8.6 泉水流量与降水量相关分析方法 167
8.6.1 一元回归分析 168
8.6.2 多元回归分析 170
8.7 岩溶水系统的数值模拟研究 172
8.7.1 概述 172
8.7.2 大型泉域岩溶水系统数值模拟研究 ———以山西丹河岩溶水系统为例 174
8.7.3 岩溶裂隙含水层与岩溶管道耦合线性流模型化数值模拟研究 192
8.7.4 岩溶裂隙水线性流与岩溶管道非线性流耦合模型数值模拟研究 197
8.7.5 美国地质调查局管道流数值模拟方法 (2008 )简介 206
第9章 岩溶地下水资源的开发利用 219
9.1 岩溶地下水资源的特性 219
9.2 中国北方岩溶泉域地下水的综合开发利用 220
9.2.1 概述 220
9.2.2 丹河岩溶水系统的综合开发利用 222
9.3 中国南方岩溶水的开发利用 224
9.3.1 概述 224
9.3.2 中国南方岩溶泉的开发利用 225
9.3.3 中国南方地下河的开发利用 229
9.3.4 中国南方岩溶水系统的综合开发利用 236
9.4 国外岩溶水开发利用 246
9.4.1 概述 246
9.4.2 岩溶泉开发利用 246
9.4.3 岩溶水流域的综合开发利用 ———以克罗地亚欧姆布拉泉域为例 253
第10章 岩溶水资源及水环境保护 259
10 .1 国内外研究现状 259
10 .2 中国北方岩溶水文地质环境问题与保护 263
10 .2.1 岩溶水文地质环境问题 263
10 .2.2 岩溶水文地质环境问题成因 272
10 .2.3 中国北方岩溶地下水资源的可持续利用与保护 282
10 .3 中国南方岩溶水资源及环境保护 300
10 .3.1 概况 300
10 .3.2 地下河污染问题 300
10 .4 国外岩溶水资源及环境保护 306
10 .4.1 岩溶地下水保护带划分 306
10 .4.2 岩溶含水层的人工补给和保护 ———以美国爱德华岩溶含水层为例 309
参考文献 315
CONTENTS
Preface
Chapter1 Introduction 1
1.1 DistributionofKarstandKarstWater 1
1.2 FuctionsofKarstWater 2
1.2.1 PreciousWaterResources 3
1.2.2 UnnegligibleEcologicalEffect 3
1.2.3 ValuableNaturalandCulturalInheritance 4
1.2.4 KarstGeologicalHazardFactor 4
1.3 ScopeofKarstHydrogeology 5
1.4 DevelopmentofKarstHydrogeology 6
1.4.1 DevelopmentofKarstHydrogeologyintheWorld 6
1.4.2 DevelopmentofKarstHydrogeologyinChina 9
Chapter2 BasicTheoryofKarstDevelopment 13
2.1 Overview 13
2.2 TheoryofSolutionforCarbonatiteRocks 14
2.2.1 TheStudyofKarstDynamicsSystem 14
2.2.2 TheDifferenceofCorrosionbetweenLimestoneandDolomite 16
2.2.3 KarstDifferentiation 17
2.2.4 MixtureCorrosionCausedbyVariationofGroundWaterTemperature 18
2.2.5 MixtureCorrosionCausedbyBrineIntrusion 19
2.2.6 ImpactofSulphidetoCorrosionofCarbonatiteRocks 20
2.3 BasicFeaturesofSulphateKarst 21
2.3.1 DistributionofSulphateRocks 21
2.3.2 KarstificationofSulphateRocks 22
2.3.3 MechanismofCompoundKarstProcessRelatedtoSulphateRocksandCarbonatiteRocks—ACaseStudyinNorthChina 23
2.4 TheoryofDevelopmentofKarstFractural￣Conduit￣ChannelSystem 28
2.4.1 Overview 28
2.4.2 StudyofCavernSystemDevelopment 29
2.4.3 StudyofPatternsofKarstFractural￣Conduit￣ChannelSystem 33
2.4.4 TheKarstFractural￣ConduitSysteminTypicalGeologicCondition 36
Chapter3 OccurrenceofKarstGroundwater 45
3.1 KarstAquiferMedium 45
3.1.1 InhomogeneousPropertyofKarstAquiferMedium 45
3.1.2 AnisotropicPropertyofKarstAquiferMedium 48
3.1.3 EvolutionofKarstAquifer 48
3.2 KarstAquifer.Aquiclude.Aquitard 49
3.3 KarstAquiferSystem 49
3.4 VerticalZoningofKarstWater 51
3.5 ClassificationofKarstGroundwaterOccurence 53
Chapter4 BasicLawofKarstGroundwaterMovement 56
4.1 HydraulicParameterofKarstAquifer 56
4.1.1 PorosityofKarstAquifer 56
4.1.2 HydraulicHead 58
4.1.3 HydraulicConductivityandTransmissibility 59
4.1.4 ScopeEffectofHydraulicConductivity 59
4.1.5 KarstGroundwaterFlowVelocity 60
4.2 TheBasicLowofKarstGroundwaterMovement 62
4.2.1 Overview 62
4.2.2 Darcy .sLawforPorousGroundwater 62
4.2.3 HydraulicLawforFracturedGroundwater 64
4.2.4 HydraulicLawforKarstConduitFlow 65
Chapter5 KarstGroundwaterSystem 72
5.1 BasicConceptionofKarstGroundwaterSystem 72
5.2 FormationofKarstGroundwaterSystem 73
5.2.1 EssentialFactorsforConstructingKarstGroundwaterSystem 73
5.2.2 BoundaryofKarstGroundwaterSystem 74
5.2.3 KarstRetainWaterStructure 77
5.2.4 DischargeofKarstGroundwater 77
5.3 ClassificationofKarstGroundwaterSystem 78
5.3.1 Overview 78
5.3.2 TypesofKarstGroundwaterSystem 80
5.4 AnalysisofKarstGroundwaterSystemandPatterns 83
5.4.1 Overview 83
5.4.2 PatternsofKarstGroundwaterSystem 84
Chapter6 KarstHydrodynamicsFeatures 90
6.1 Overview 90
6.2 HydrodynamicsFeatureofKarstFractureWaterFlowinNorthChina 92
6.3 TypesofFractureWaterFlowinNorthChina 97
6.3.1 KarstHydraulicFlowFieldinNegativeMonocline 97
6.3.2 KarstHydraulicFlowFieldinPositiveMonocline 100
6.3.3 KarstHydraulicFlowFieldinSyncline￣Basin 102
6.3.4 KarstHydraulicFlowFieldinComplexGeologicalStructure 104
6.4 HydrodynamicsFeatureofKarstFracture￣Conduit￣ChannelWaterFlowinSouthChina 106
6.5 TypeofKarstFracture￣Conduit￣ChannelWaterFlowinSouthChina 107
6.5.1 KarstFracture￣Conduit￣ChannelWaterFlowSysteminPeakForest￣Valley 107
6.5.2 KarstHydrodynamicsFeatureofAnticlinalMountain 110
6.5.3 KarstFracture￣ConduitWaterFlowinCoveredKarstAreas 112
Chapter7 KarstHydrochemicalCharacteristics 117
7.1 Overview 117
7.2 KarstHydrochemicalCharacteristicsinAridandSemi￣AridRegions—ACaseStudyofShanxiinNorthChina 117
7.2.1 HydrochemicalFeaturesofKarstGroundwaterSystem 117
7.2.2 CorrosionAbilityandCorrosionRate 121
7.2.3 HydrochemicalFieldofKarstSpring—ACaseStudyofDanheKarstGroundwaterSystem 124
7.3 KarstHydrochemicalCharacteristicsinTropicandSubtropicRegions—ACaseStudyofLuotainSouthChina 131
7.3.1 Overview 132
7.3.2 KarstHydrochemicalFeatures 133
7.3.3 CorrosionRate 136
7.4 KarstHydrodynamic￣HydrochemicalZoningofMacroscopicBasininChina 137
7.4.1 KarstHydrodynamic￣HydrochemicalZoningofErdosBasin 137
7.4.2 KarstHydrodynamic￣HydrochemicalZoningofPaleo￣buriedHillinNorthChinaPlain 140
Chapter8 ModellingofKarstGroundwaterSystem 146
8.1 Overview 146
8.1.1 AssessmentofKarstGroundwaterSystem 147
8.1.2 ScientificManagementofKarstGroundwaterSystem 147
8.1.3 PredictionandAssessmentforWaterGushingandEnvironmentalEffectinUndergroundWork 147
8.2 StudyProcessofKarstGroundwaterSystemAnalysis 148
8.3 StudyofKarstGroundwaterBudget 149
8.3.1 BudgetofKarstSpringBasin 149
8.3.2 BudgetofKarstSubterraneanRiverSystem 152
8.4 RegressionAnalysisofKarstSpringDischarge 157
8.4.1 Discussion 157
8.4.2 RegressionAnalysisofKarstFracturalSpringDischargeinNorthChina 159
8.4.3 RegressionAnalysisofKarstFractural￣ConduitSpringDischargeinSouthChina 162
8.5 FrequencyAnalysisofKarstSpringDischarge 165
8.5.1 ExperienceFrequencyAnalysisMethod 165
8.5.2 TheoryFrequencyAnalysisMethod 166
8.6 CorrelationAnalysis (SpringDischarge￣Precipitation) 167
8.6.1 CorrelationAnalysisforOneElement 168
8.6.2 CorrelationAnalysisforMultipleElements 170
8.7 NumericalModellingforKarstGroundwaterSystem 172
8.7.1 Overview 172
8.7.2 NumericalModellingforLargeKarstFracturalGroundwaterDrainage 174
8.7.3 NumericalModellingofCoupledLinearFlowforKarstFracturalFlowwithKarstConduitFlow 192
8.7.4 NumericalModellingofCoupledLinearFlowforKarstFracturalFlowwithNon￣linearFlowforKarstConduitFlow 197
8.7.5 Recommendationof “DocumentationofConduitFlowProcess (CFP)forMODFLOW￣2005”(U .S.GeologicalSurvey.2008) 206
Chapter9 DevelopmentandUtilizationofKarstGroundwaterResources 219
9.1 TheNatureofKarstGroundwater 219
9.2 ComprehensiveDevelopmentandUtilizationofKarstSpringBasininNorthChina 220
9.2.1 Overview 220
9.2.2 ComprehensiveDevelopmentandUtilizationofDanheKarstSpring 222
9.3 DevelopmentandUtilizationofKarstGroundwaterinSouthChina 224
9.3.1 Overview 224
9.3.2 DevelopmentandUtilizationofKarstSpringinSouthChina 225
9.3.3 DevelopmentandUtilizationofSubterraneanRiverinSouthChina 229
9.3.4 ComprehensiveDevelopmentandUtilizationofKarstGroundwaterSystem 236
9.4 DevelopmentandUtilizationofKarstGroundwaterintheWorld 246
9.4.1 Overview 246
9.4.2 DevelopmentandUtilizationofKarstSpring 246
9.4.3 ComprehensiveDevelopmentandUtilizationofKarstWaterDrainage 253
Chapter10 ProtectionofKarstWaterResourcesandEnvironment 259
10 .1 Overview 259
10 .2 ProtectionofKarstWaterResourcesandEnvironmentinNorthChina 263
10 .2.1 TheProblemsofKarstHydrogeologicalEnvironment 263
10 .2.2 CauseforProblemsofKarstHydrogeologicalEnvironment 272
10 .2.3 KarstWaterResourcesProtectionandSustainableUtilization 282
10 .3 ProtectionofKarstWaterResourcesandEnvironmentinSouthChina 300
10 .3.1 Overview 300
10 .3.2 AnalysisofSubterraneanRiverPollutioninSouthChina 300
10 .4 ProtectionofKarstWaterResourcesandEnvironmentintheWorld 306
10 .4.1 KarstAquiferProtectionZoning 306
10 .4.2 ArtificialRechargeofKarstAquiferandItsProtection.CaseStudyofEdwardsAquiferinU .S.A 309
References 315
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