桂林市区岩溶地下水动态特征及利用条件

发布网友 发布时间：2022-05-04 16:23

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热心网友 时间：2022-06-24 00:33

3.3.1 岩溶地下水位动态特征

3.3.1.1 岩溶地下水位动态类型的划分

地下水动态分类主要考虑地形地貌、含水层结构特征、水位埋深、土壤类型、土地利用、降雨量、地表水以及人工开采等影响地下水动态的主要因素^[4、5]。根据1982～1990年影响地下水动态的各主要因素实际情况，将桂林市区岩溶地下水动态类型大致分为气象型、气象-人类活动补给型、气象-人为开采动态类型等。

（1）气象型

指地下水主要接受大气降水补给，水位升降与降雨量变化比较一致，属于此类的岩溶地下水主要分布在峰丛洼地、峰丛谷地、洪积扇、峰林谷地等环境地质亚区。GⅢ46观测点属于此类型（图3.1）。

图3.1 GⅢ46号观测孔1988年降雨量与水位曲线图

（2）气象-人类活动补给型

该类型地下水主要分布在青狮潭水库灌溉主干渠两侧附近的孔隙水或岩溶地下水。青狮潭水库放水时，受渠道渗水补给的孔隙水或岩溶地下水水位上升后，在整个放水期间，水位变化甚微。如分布在主干渠旁边的GⅢ1、GⅢ57、GⅢ38等属于此类型。

（3）气象-人为开采动态类型

地下水受降雨影响，也受地下水开采的影响。根据地下水开采影响程度不同，这种类型还可细分为3个亚类。

1）弱开采亚型：受地下水开采影响较小，即开采量远小于补给量。在水位曲线上表现为水位上下波动频繁，呈锯齿状但在平水和丰水期间水位下降还远未达到枯水位基线。此类的岩溶地下水主要分布在桂林市区的周边区域，如GⅢ19、GⅢ21、GⅢ44、GⅢ57等观测点属于此类型。

2）强开采亚型：地下水开采降深大，开采量接近补给量，在地下水位曲线上表现为犬牙交错，平水期和丰水期大多接近或低于枯水基线。此类岩溶地下水主要分布在桂林市区西部中心地带，如GⅢ10、GⅢ16、GⅢ14、GⅢ23、电表厂开采井等观测点属于此类型（图3.2）。

图3.2 电表厂开采井1988年水位曲线图

3）超采亚型：地下水开采量相当或超过补给量，平水和丰水期水位基本上处于枯水位基线以下，曲线呈凹槽犬牙交错，这种类型的点多分布在降落漏斗区内。冰厂处的开采井最为典型（图3.3）。

图3.3 冰厂开采井1988年水位曲线图

3.3.1.2 岩溶地下水动态研究

根据研究区岩溶地下水位观测网观测资料，分别在东区、西区、南区选择具有代表性的观测孔对岩溶地下水动态进行研究。

（1）东区岩溶地下水动态研究

东区地下水水位标高在142.00～147.00m之间，年内水头呈季节性变化较为明显，低水头出现在11～12月，最高水位出现在月6～7月，7月以后水位逐渐下降。水位变幅在1～2m之间（图3.4）。

图3.4 1990年桂林市区东区岩溶地下水动态曲线

（2）西区岩溶地下水动态研究

西区岩溶地下水位标高一般在149.00～153.00m之间，地下水水位呈季节性变化，低水头出现在11～12月，最高出现在6～7月。年内水位变幅一般较小（图3.5），仅有观测孔GⅢ1水位变幅稍大。

图3.5 1990年桂林市区西区岩溶地下水动态曲线

（3）南区岩溶地下水动态研究

南区岩溶地下水位标高在147.00～151.00m之间，岩溶地下水水位变化比较稳定，年内水位变幅小（图3.6）。

图3.6 1990年桂林市区南区岩溶地下水动态曲线

通过对东区、西区、南区岩溶地下水动态曲线分析比较，各观测孔水位变化情况大致相同，这也在一定程度上说明了研究区岩溶地下水普遍具有水力联系，并间接地证明研究区岩溶发育相对均匀而较完整。

3.3.1.3 岩溶地下水三维趋势面研究

根据1990年枯、丰期各观测孔观测资料，利用MapGIS绘图技术进行分析处理，分别得到枯、丰期地下水位三维趋势模拟图如图3.7和图3.8所示。

图3.7 桂林市区1990年枯水期岩溶地下水位三维趋势面图

结果显示：

1）研究区储水构造盆地地下水位面的总趋势是：由东西两侧向漓江逐渐降低，表明地下水由东、西两侧向漓江径流。

2）岩溶地下水面稍受开采的影响，出现起伏不平，漓江一、二级阶地尤为明显，在开采强度较大的东区和西区齿轮厂及其附近，出现降落漏斗，漏斗面积较小，主要分布于东区电容器厂—漓江机械厂、石油六公司，西区电表厂—轻工机械厂、齿轮厂及西北部的五矿车队，最大漏斗面积达1.8km²，总面积在8.87km²左右，仅占全市面积的4%。漏斗中心水位最大埋深在1.17～4.57m之间，漏斗区水位基本稳定，仅在部分地区漏斗中心水位出现逐年下降的趋势。

图3.8 桂林市区1990年丰水期岩溶地下水位三维趋势面图

3）由于丰水期降雨的补给，一些开采强度较大的区段地下水得到补偿，故丰水期水位面的起伏比枯水期要小。

3.3.1.4 降雨、漓江水位与岩溶地下水位动态关系

如前所述，研究区岩溶地下水动态主要受大气降雨所控制，而沿漓江沿岸，除受大气降雨影响外，还在很大程度上受漓江水位变幅所制约。采用多元“中心化”线性回归模型来研究降雨量、河水位对岩溶地下水位影响动态影响程度。

（1）多元“中心化”线性回归模型

采用如下的多元“中心化”线性回归模型：

岩溶地区地下水与环境的特殊性研究

式中：H_j为某天水位均值；μ为前n-1天水位均值；P_j-（n-1）代表该天的前第n-1天的降雨量值。

利用地下水点水位观测数据H₁，H₂，…，H_j及降雨观测数据，按最小二乘法确定上式中的待定系数a₀，a₁，a₂，…，a_n，模型中几个参数的求法：

H的离差平方和：

岩溶地区地下水与环境的特殊性研究

H的回归平方和：

岩溶地区地下水与环境的特殊性研究

H的剩余平方和：

岩溶地区地下水与环境的特殊性研究

检验值：

岩溶地区地下水与环境的特殊性研究

式中：

为水位估值；

为所有观测水位数据平均值。

计算出F值后，利用F表可以进行检验，给定显著水平a（0.05或0.01）在F分布表中查出第一个及第二个自由度分别为M、N-M-1的临界值F_a。如果F值等于或大于F_a值，则说明降雨量与地下水位的线性关系密切；如小于F_a值，则关系不密切。反映两者关系密切程度的另一指标是复相关系数。其定义为R=

。当R越接近1时，表明两者的线性关系越密切。

（2）降雨、漓江水位与岩溶地下水位关系研究

根据1990年资料，选择5个具有代表性的观测点建立了线性回归模型，其研究过程具体如下：

GⅢ6观测孔（综合电机厂附近）主要受降雨影响。优选阶数为5；1990年5月5日、10日、15日、20日、25日、30日观测水位及相应的降雨量数据可用矩阵形式表示为

岩溶地区地下水与环境的特殊性研究

则回归模型为：H=A×P，A=[a0 a1 a2 a3 a4 a5]，运用最小二乘算法，计算得A=[0.029 0.026 0.017 0.013 0.010]；μ=15.12，GⅢ6观测孔地下水水位与降雨的关系为

H_j=148.89+0.029p_j-1+0.026p_j-2+0.017p_j-3+0.013p_j-4+0.010p_j-5（3.37）

其相关系数为0.73，剩余标准差为0.45，检验值为81.76，相关显著性值为2.25，由此可见，该观测孔的地下水位与降雨量的多元线性良好。其他4个观测孔计算结果如表3.2所示。

表3.2 桂林市区岩溶地下水位与降雨、漓江水位变化关系模式结果表

续表

结果显示：

1）5个观测点的地下水位与降雨量的多元线性关系良好，均达到显著程度。

2）埋藏较浅，储水系统以溶洞为主，径流途径短的综合电机厂，受降雨影响的持续最短，仅5d。埋藏较深，储水系统以溶洞管道为主，地下径流途径较长的一中机井，受降雨影响的持续时间较长，约10d左右。三眼井属于补给范围较广，储水系统以溶隙为主，径流不甚通畅，水位受降雨影响最长，达20d之久。对于漓江边的GⅢ52观测孔，水位变化即与降雨有关，又受漓江水位控制，其中降雨对水位影响持续时间为4d，漓江水位影响持续时间为5d。

3）从模式中降雨对地下水贡献率看，对于埋藏较浅的裂隙溶洞水，降雨对水位影响最大，一般是降雨的当天，如电机厂监测点，降雨量当天对水位贡献率为30.50%，第二天为27.10%。一中和三眼井均是第二天贡献率最大。和平酒厂是第11d左右。GⅢ52监测孔水位是受降雨和漓江水位两因素的影响，从贡献率来看，漓江水位贡献率达到98.43%，而降雨仅1.5%左右。

3.3.1.5 地面岩溶塌陷与岩溶地下水位关系研究

研究区发生地面岩溶塌陷现象较为频繁，就其成因类型划分，有自然塌陷和人类活动诱发塌陷两种，前者多发生在雨后或久旱下雨之后，后者主要是抽水、震动、加载后发生。它们的分布除了受地质构造、地层覆盖层岩性、结构、厚度和基岩面溶蚀裂隙发育程度、地下岩溶人类工程活动等影响外，还与岩溶地下水位埋深有较大的联系^[6～8]。

由图3.9可知，地面塌陷绝大多数分布在地下水位埋深小于5m的区域。这说明在基岩面附近岩溶发育大致相同的情况下，地下水位埋深越浅，越易产生塌陷。

图3.9 桂林市区岩溶塌陷与岩溶地下水位关系示意图

（引用广西地质环境监测总站资料）

3.3.2 桂林市区岩溶地下水的开采利用及引起的环境地质问题

3.3.2.1 岩溶地下水开采利用条件

桂林市区岩溶地下水具有资源丰富、水质优良、温差变化较小、易开采、便于管理等特点，已越来越受到人们的青睐，岩溶地下水开采量逐年增加。至1990年，市区已有规模不等的开采井516眼，岩溶地下水开采量达到226695m³/d，市区东区开采强度最大，北区次之，南区最小^[9、10]。从目前比较稳定的降落漏斗看，电容器厂降落漏斗开采密度和开采强度最大，电表厂次之，三里店较小，但其开采强度也大于东区平均强度3倍多。1990年桂林市区岩溶地下水开采利用状况如图3.10所示。

图3.10 桂林市区1990年岩溶地下水开采利用状况示意图

（引用广西地质环境监测总站资料）

3.3.2.2 开采岩溶地下水引起的环境地质问题

岩溶地下水开采利用，给桂林市区带来了极大的经济效益和社会效益。但如果人工大量开采，会激发岩溶地下水迅速交换，改变岩溶地下水天然平衡，使岩溶地下水天然流场发生了变化，并引起一系列环境地质问题。尽管桂林市区岩溶地下水资源开发利用已有了很大的发展，但是在开发利用过程中由于城建部门没有进行合理规划，管理不够科学完善及管理机制不够健全，加上厂矿企业用水重复率底，造成开发岩溶地下水过度集中，出现过量开采，由此在局部地区已造成了一定的环境地质问题^[11]。

（1）降落漏斗

局部地段由于集中、大量开采岩溶地下水，致使地下水交换平衡被破坏的结果。

（2）岩溶地面塌陷

研究区地面塌陷大多是大量开采岩溶地下水，及其他综合因素作用而产生的。岩溶塌陷点多数分布在土层比较薄，且原先已有抽水井的抽水影响范围内。

（3）抽水引起漓江水倒灌补给

在漓江一、二级阶地上，有些水源地由于大降深开采岩溶地下水，当降落漏斗范围波及漓江时，必然引起漓江倒灌补给，造成地下水水质的变化。