南方岩溶区地下水的变化规律及成因类型

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【摘要】：表6-2广西平果县西部地下水动态变化综合统计表表6-2显示,该地区地下水动态与大气降雨密切相关,故其成因类型为气象控制型中的降雨入渗亚型。

6.1.3.1 地下水的动态成因类型

以广西平果县为例。该县城的西部为碳酸盐岩组成的裸露型岩溶区,地下岩溶管道十分发育,降雨对地下水动态直接影响很明显,不过,因地貌和岩性上的差异,不同空间位置上的地下水位、水量动态随降雨的变化程度有很大的差别,地下水动态随降雨的变化呈现出“峰丛洼地比峰林谷地的明显、峰林谷地比平原区显著”的规律。

根据统计资料(表6-2),峰丛洼地的地下水动态变化较大,丰水期时,有可能出现地下水溢出地表,而在枯水期,地下水埋藏很深,最大埋藏竟达80m以上。峰林谷地的水位埋藏变化较少一些,年最大变幅最多只有17.19m;变化最小的是孤峰残丘平原,年变幅一般不超过10m[11]。

表6-2　广西平果县西部地下水动态变化综合统计表

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表6-2显示,该地区地下水动态与大气降雨密切相关,故其成因类型为气象控制型中的降雨入渗亚型。降雨入渗亚型的成因及特点是:包气带岩石的透水性好,地下水位及其他动态要素均随着降水量的变化而变化;水位的峰值与降雨的峰值一致或稍滞后;年内地下水位变幅大,季节性变化十分明显[11]。

6.1.3.2 地下水动态变化规律

(1)泉流量衰减动方程。以果化中学的上升泉为例,根据其多年长期流量动态观测资料(每年9月初至次年2月底,即雨水期结束至枯水期末期)绘成图6-1。利用回归分析后认为,该泉的流量衰减过程由两个亚动态叠加,其总衰减方程式[11]:

91天后,上述衰减方程变化为[11]:

图6-1显示:自暴雨衰减期开始(9月1日)至其后的第91天,为第一亚动态。该阶段的初始泉流量为116.3808m3/d,其后衰减系数为0.0052,衰减曲线较平缓,反映该区在衰减开始的头91天内的降雨补给起了很大的作用,能够较快地填补消耗项,流量衰减相对缓慢。自第91天至第153天为第二亚动态,衰减系数为0.0086,衰减曲线变陡,表明此时降雨补给已经减少,但通过岩溶管道和裂隙的消耗项仍在持续,消耗储存量增大,所以其流量衰减的较快。

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图6-1　果化中学上升泉流量衰减亚动态叠加曲线

(2)地下水位衰减方程。根据平果县平南村钻孔地下水位动态长期观测资料绘制成图6-2。分析该图的曲线变化特征得知,该处的地下水位衰减动态是由三个亚动态叠加形成的,其总衰减方程为[11]:

61天之后,上述衰减方程变为[11]:

122天之后,衰减方程再次变为[11]:

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图6-2　平南村地下水位衰减亚动态叠加曲线图

图6-2显示:自暴雨季节后(8月1日始)至其后第61天,为第一亚动态,其初始水位为100.49m,衰减曲线略陡,衰减系数为0.0318,此阶段平南村一带仍为丰水期,降雨补给仍较丰富,水位衰减一般。自第61天至第122天为第二亚动态,此阶段平南村为平水期,衰减系数增大为0.0345,衰减曲线变陡,曲线斜率增大,水位衰减速度加快,反映平水期的降雨补给减少,但消耗仍在持续,故水位快速下降。自第122天至第214天为第三亚动态,此阶段平南村为枯水期,衰减曲线较平缓,衰减系数为0.0298,说明在枯水期地水位比较稳定,水位衰减较小[11]。

6.1.3.3 地下水动态变化原因分析

根据以上研究发现,平果县岩溶区无论是泉流量还是地下水位,其动态变化规律基本上都呈指数衰减型,造成此现象的原因一般是含水层在丰水期末期获得一次较大降雨补给之后,再不获得降雨继续补给或者降雨补给甚微时,地下水流量和水位的变动规律就会满足地下水非稳定运动的布西涅斯克方程,即呈明显的指数函数衰减,或表现出不同的衰减期或亚动态的叠加型。由此原理可以看出,本地区岩溶含水层在丰水期末期(9月初)后就很少再得到降雨的有效补给了[11]。

此外,由于溶沟、溶槽、管道、孔隙、裂隙、破碎带等储存地下水空间的存在,使得岩溶含水带具有一定的调蓄能力。地下调蓄功能主要反映在衰减过程中的衰减速度,衰减系数越大,地下水衰减越快,地下调蓄功能越差。反之,较小的衰减系数就显示地下水缓慢衰减,地下调蓄功能较强,地区的抗旱能力也较强。根据该地区泉流量衰减规律得知:该地区的泉流量衰减在第一亚动态时,衰减系数较小,地下水流量衰减缓慢,地下调蓄能力较强,具有较强的抗旱能力。在泉流量衰减的第二亚动态时,衰减系数增大,地下水流量衰减加快,地下调蓄能力减弱,抗旱能力变差,此时的地下水位变动也较小。

6.1.3.4 根据泉流量动态估算岩溶地下水的储存量

泉流量的衰减方程反映了岩溶泉水的流量随时间的变化过程,它随时间的衰减累积,用衰减方程对时间的积分,即为地下水汇流区域内的地下水储存量,即[11]: