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巖溶含水層特征與工程學 版權信息
- ISBN：9787030704238
- 條形碼：9787030704238 ; 978-7-03-070423-8
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
巖溶含水層特征與工程學 內容簡介
本書首先從巖溶與人類文明的角度，回顧了巖溶學科的發展；從*基本*常見的巖溶現象描述入手，討論了各類巖溶形態和地貌的成因與控制要素；介紹了巖溶含水層的非均質性與各向異性特征，描述了巖溶含水層的結構與參數、水流和水質參數等，以及特殊的調查評價方法等；討論了巖溶水資源的均衡分析與資源評價，提出動儲量和靜儲量計算評價方法；介紹了巖溶地下水流動態評價、巖溶含水層對污染的脆弱性，以及數值模擬和物理模擬；*后，從地下水開發的角度，論述了監測、防滲、防護區劃定以及生物修復等技術方法。
巖溶含水層特征與工程學 目錄
目錄
中文版序
譯者前言
原書前言
上篇巖溶含水層
第1章 巖溶研究歷史回顧 3
參考文獻 11
第2章 巖溶環境和現象 13
2.1 過去：巖溶作為人類的庇護所 13
2.2 現在：人類與巖溶 14
2.3 水和可溶巖 17
2.4 巖溶類型和分布 21
參考文獻 34
第3章 巖溶含水層特征 36
3.1 含水層結構和要素 37
3.2 滲透性和儲水性 42
3.3 水流類型和模式 47
3.4 含水層補給 51
3.5 含水層排泄 55
3.6 巖溶地下水水質 66
參考文獻 70
第4章 巖溶水文地質學方法回顧 75
4.1 巖溶含水層的雙重性與調查方法 75
4.2 巖溶水文地質學方法匯總 76
4.3 地質學和地球物理學方法 77
4.4 洞穴學方法 78
4.5 水文學和水力學方法 78
4.6 水化學和同位素方法 80
4.7 人工示蹤試驗方法 80
參考文獻 82
中篇巖溶含水層調控與保護的工程問題
第5章 巖溶區地表水和地下水 87
5.1 引言 87
5.2 巖溶流域 88
5.3 巖溶含水層 91
5.4 巖溶泉 93
5.5 落水洞 94
5.6 巖溶區河流 95
5.7 測壓孔——巖溶信息的重要來源 97
參考文獻 97
第6章 巖溶地下水均衡和資源評價 100
6.1 均衡方程和參數 100
6.2 地下水儲量分類 108
6.3 地下水儲量評價111
6.4 地下水均衡在儲量評價方面的應用 111
參考文獻 114
第7章 巖溶含水層流量動態評價 117
7.1 流量動態：定義與典型特征 117
7.2 泉流量變化 119
7.3 流量歷時曲線 122
7.4 流量動態：子動態和水流分量 124
7.5 衰減過程與水流分量的數學描述 125
7.6 在衰減曲線上識別水流分量 128
7.7 計算各水流分量的體積 131
7.8 水文過程線分割區分各水流分量 133
參考文獻 136
第8章 巖溶含水層對污染的脆弱性 139
8.1 引言 139
8.2 脆弱性制圖 140
8.3 EPIK方法 141
8.4 PI方法 142
8.5 COP方法 143
8.6 驗證 143
參考文獻 145
第9章 巖溶環境物理模擬 148
9.1 引言 148
9.2 背景 148
9.3 方法概述 149
參考文獻 154
第10章 巖溶含水層數值模擬 156
10.1 引言 156
10.2 數值模擬技術概述 158
10.3 巖溶模擬研究實例 161
10.4 等效孔隙介質(EPM)模擬結果 165
10.5 管道水流過程集成 166
參考文獻 168
第11 章巖溶地下水開發 169
11.1 泉的開發利用169
11.2 巖溶含水層地下水開發——鉆井 172
參考文獻 184
第12章 巖溶地下水監測 185
12.1 引言 185
12.2 監測位置 185
12.3 監測類型 187
12.4 監測設備 187
12.5 監測數據庫192
12.6 監測網分布范圍 193
參考文獻 193
第13章 巖溶區工程及其影響 195
13.1 引言195
13.2 巖溶區水壩和水庫建設 195
13.3 地下水壩 196
13.4 巖溶區隧道 198
13.5 教訓與建議 201
13.6 某些特殊術語解釋 202
參考文獻 203
下篇巖溶含水層治理與保護案例研究
第14 章巖溶含水層管理——概化、方法與影響 209
14.1 引言 209
14.2 確定問題和研究程序 209
14.3 水文地質調查分類 210
14.4 概念模型建立方法 211
14.5 巖溶工程環境影響 211
14.6 地下水開采環境安全與指示 212
14.7 巖溶水開發利用矛盾 213
參考文獻 213
第15章 巖溶水資源可靠性與可持續開發利用 215
15.1 巖溶含水層的水力特征 215
15.2 泉流量長期預測 221
15.3 含水層系統抽水效應評價模型 228
15.4 洞穴學和洞穴潛水——取水設施設計的基礎 231
15.5 巖溶泉流工程調控，改善嚴重旱季水資源狀況 234
參考文獻 243
第16章 巖溶地下水滲漏與混合的防治 252
16.1 壩址選擇與水庫防滲 252
16.2 巖溶含水層與采礦：沖突與解決方案 254
16.3 確定強巖溶發育區的遠程技術 259
16.4 巖溶區地表水與地下水混合的防治 264
參考文獻 269
第17章 巖溶災害和水資源質量管理 276
17.1 巖溶環境災害與減災措施 276
17.2 巖溶水質管理和維護的先進策略 279
17.3 劃定巖溶地下水防護區 282
17.4 巖溶地下水修復 289
17.5 深部碳酸鹽巖系統熱水成因與開發 295
17.6 跨界巖溶含水層 300
參考文獻 303
中文版序
譯者前言
原書前言
上篇巖溶含水層
第1章 巖溶研究歷史回顧 3
參考文獻 11
第2章 巖溶環境和現象 13
2.1 過去：巖溶作為人類的庇護所 13
2.2 現在：人類與巖溶 14
2.3 水和可溶巖 17
2.4 巖溶類型和分布 21
參考文獻 34
第3章 巖溶含水層特征 36
3.1 含水層結構和要素 37
3.2 滲透性和儲水性 42
3.3 水流類型和模式 47
3.4 含水層補給 51
3.5 含水層排泄 55
3.6 巖溶地下水水質 66
參考文獻 70
第4章 巖溶水文地質學方法回顧 75
4.1 巖溶含水層的雙重性與調查方法 75
4.2 巖溶水文地質學方法匯總 76
4.3 地質學和地球物理學方法 77
4.4 洞穴學方法 78
4.5 水文學和水力學方法 78
4.6 水化學和同位素方法 80
4.7 人工示蹤試驗方法 80
參考文獻 82
中篇巖溶含水層調控與保護的工程問題
第5章 巖溶區地表水和地下水 87
5.1 引言 87
5.2 巖溶流域 88
5.3 巖溶含水層 91
5.4 巖溶泉 93
5.5 落水洞 94
5.6 巖溶區河流 95
5.7 測壓孔——巖溶信息的重要來源 97
參考文獻 97
第6章 巖溶地下水均衡和資源評價 100
6.1 均衡方程和參數 100
6.2 地下水儲量分類 108
6.3 地下水儲量評價111
6.4 地下水均衡在儲量評價方面的應用 111
參考文獻 114
第7章 巖溶含水層流量動態評價 117
7.1 流量動態：定義與典型特征 117
7.2 泉流量變化 119
7.3 流量歷時曲線 122
7.4 流量動態：子動態和水流分量 124
7.5 衰減過程與水流分量的數學描述 125
7.6 在衰減曲線上識別水流分量 128
7.7 計算各水流分量的體積 131
7.8 水文過程線分割區分各水流分量 133
參考文獻 136
第8章 巖溶含水層對污染的脆弱性 139
8.1 引言 139
8.2 脆弱性制圖 140
8.3 EPIK方法 141
8.4 PI方法 142
8.5 COP方法 143
8.6 驗證 143
參考文獻 145
第9章 巖溶環境物理模擬 148
9.1 引言 148
9.2 背景 148
9.3 方法概述 149
參考文獻 154
第10章 巖溶含水層數值模擬 156
10.1 引言 156
10.2 數值模擬技術概述 158
10.3 巖溶模擬研究實例 161
10.4 等效孔隙介質(EPM)模擬結果 165
10.5 管道水流過程集成 166
參考文獻 168
第11 章巖溶地下水開發 169
11.1 泉的開發利用169
11.2 巖溶含水層地下水開發——鉆井 172
參考文獻 184
第12章 巖溶地下水監測 185
12.1 引言 185
12.2 監測位置 185
12.3 監測類型 187
12.4 監測設備 187
12.5 監測數據庫192
12.6 監測網分布范圍 193
參考文獻 193
第13章 巖溶區工程及其影響 195
13.1 引言195
13.2 巖溶區水壩和水庫建設 195
13.3 地下水壩 196
13.4 巖溶區隧道 198
13.5 教訓與建議 201
13.6 某些特殊術語解釋 202
參考文獻 203
下篇巖溶含水層治理與保護案例研究
第14 章巖溶含水層管理——概化、方法與影響 209
14.1 引言 209
14.2 確定問題和研究程序 209
14.3 水文地質調查分類 210
14.4 概念模型建立方法 211
14.5 巖溶工程環境影響 211
14.6 地下水開采環境安全與指示 212
14.7 巖溶水開發利用矛盾 213
參考文獻 213
第15章 巖溶水資源可靠性與可持續開發利用 215
15.1 巖溶含水層的水力特征 215
15.2 泉流量長期預測 221
15.3 含水層系統抽水效應評價模型 228
15.4 洞穴學和洞穴潛水——取水設施設計的基礎 231
15.5 巖溶泉流工程調控，改善嚴重旱季水資源狀況 234
參考文獻 243
第16章 巖溶地下水滲漏與混合的防治 252
16.1 壩址選擇與水庫防滲 252
16.2 巖溶含水層與采礦：沖突與解決方案 254
16.3 確定強巖溶發育區的遠程技術 259
16.4 巖溶區地表水與地下水混合的防治 264
參考文獻 269
第17章 巖溶災害和水資源質量管理 276
17.1 巖溶環境災害與減災措施 276
17.2 巖溶水質管理和維護的先進策略 279
17.3 劃定巖溶地下水防護區 282
17.4 巖溶地下水修復 289
17.5 深部碳酸鹽巖系統熱水成因與開發 295
17.6 跨界巖溶含水層 300
參考文獻 303
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巖溶含水層特征與工程學 節選
第1章巖溶研究歷史回顧 吉姆 W.拉莫羅（JamesW.LaMoreaux)和佐蘭 斯特萬諾維奇（ZoranStevanovi6) 很多人了解泉水、地下水、地質學和水文學等常用術語，而且熟悉瓶裝水（包括蘇打水或礦泉水）以及各種形狀、尺寸、顏色和標簽的儲水容器，現代人逐漸以瓶裝水代替市政或其他公共用水，P.E.LaMoreaux和J.T.Tanner在著作SpringsandBottledWatersoftheWorld：AncientHistory，Source，Occurrence，QualityandUse(《世界泉水和瓶裝水：古代歷史、來源、發生、質量和使用》）中，總結了這一風靡全球的現象(圖1.1)。但是很多人并不了解泉作為瓶裝水的源頭已有數千年的開發歷史，這些泉多數分布于巖溶區或石灰巖地區，在人類文明進程中提供水源。 泉水開發歷史可以追溯到人類文明的*早期階段，如法國南部拉斯科（Lascaux)洞穴17000年前舊石器時代的巖畫（圖1.2)，記錄了早期人類如何利用洞穴作為供水、定居點和庇護所。 圖1.1全球部分泉水和瓶裝水 圖1.2舊石器時代洞穴民居記載 人們已逐步意識到水文地質學對環境規劃、執法和實踐的重要性。生命活動需要持續供水，全球未來大部分水資源將來自地下水。生活在巖溶區或石灰巖地區的人們更能理解巖溶環境的特殊性；事實上，水文循環、水源、賦存和水質等水文概念*早形成發展于巖溶環境。 全球巖溶區或石灰巖地區的分布約占地球表面積的20%，各地區覆蓋率變幅為0~40%。南斯拉夫作為巖溶術語的起源地，巖溶分布面積占國土面積的33%，是全球巖溶分布*廣的地區之一（Milanovi6，1981)。巖溶一詞來自南斯拉夫西北部毗鄰意大利的邊境地區（今斯洛文尼亞境內）。斯拉夫人以“kar”表示巖石，意大利人則采用“carso”，兩術語經德語化后，將這一獨特地區稱為巖溶（karst)。 巖溶主要發育于灰巖、白云巖、大理巖等碳酸鹽巖地層中，是很多巖溶泉的源頭，早期人類在泉水附近設置定居點和宗教場所。多拉 P.克勞奇（DoraP.Crouch)在兩篇綜述性文章中，討論了泉作為地下水源與文明發展的內在聯系。除水資源外，巖溶區還有豐富的石材、礦產和石油等資源。不同的地質背景和氣候條件地區，在風化作用下，形成了各種地形和地貌形態（圖1.3，圖1.4)。巖性差異以及不同氣候和地質條件下的溶解性差異，給人類生存和發展帶來了各種挑戰。例如，埃及巴哈利亞（Bahariya)綠洲附近的白堊系形成了白色荒漠，而南歐灰巖區則形成了豐富的土壤。 圖1.3早期巖溶環境地質相關著作 圖1.4早期古希臘水資源管理相關著作 以下實例說明了巖溶的重要歷史地位。LaMoreaux(1991，2007)、Ford和Williams(2007)、Kresic(2013)等作品中，詳細描述了巖溶的歷史發展、古老文獻和重要性證據。 楔形碑是水文研究的首個書面記錄（圖1.5)，記載了公元前852年，亞述國王薩爾瑪那薩爾三世（SalmanassarH)前往底格里斯河源頭探險的情況。洞穴銘文表明，底格里斯河的源頭為一巖溶泉，其中首次提到了石筍。 圖1.5公元前852年楔形文字的水文學記錄 古阿拉伯人、古希臘人、古羅馬人和古中國人等對早期水資源利用知識都做出了貢獻。*早的水井可追溯到公元前10000年左右的新石器時代，水井與農耕、牲畜及金屬工具使用等人類日常生活息息相關。 水資源開發還與*早的法律和倫理演化有關，如早期先知的著作和《圣經》十誡。*古老的《圣經》記錄提到了地下水在帕爾邁拉（Palmyra)、杰利科(Jericho)、西德龍（Sidron)等城市地區的用途。美國地質調查局（USGS)地下水部門前首席0.E.邁因策爾（0.E.Meinzer)博士曾評論說，早期《圣經》的某些部分讀起來更像一份供水文件（圖1.6)。 帕爾邁拉（Palmyra)溫泉（33°C)，有硫黃味和放射性，據說有醫療作用，位于西奈山腳瓦迪加蘭達爾(WadiGarandal)地區。法老（Pharoah)溫泉(32C)，歷史上曾被法老士兵和礦工利用過，現已成為旅游勝地（圖1.7)。 阿拉伯純潔兄弟會（ArabianOrderoftheBrothersofPurity)等對中東地區的巖溶知識做出了貢獻。公元940年，他們在百科知識全書中描述了洞穴、泉水和自流水。 在古希臘和古羅馬時期，恩培多利斯（公元前400年）和亞里士多德（公元前300年）對水文循環開展了理論分析。耶穌基督時期（公元前150年），斯特拉博（Strabo)在他的第八本書（共17卷）中描述了井和泉。公元前100年，埃拉托斯坦描述了落水洞和坡立谷。公元50年，羅馬著名的哲學家塞內卡（Seneca)報道了泉、洞穴以及泉水消失等現象。公元40年，維楚維斯（Vitmvius)成為**個介紹地下找水的水文學家。 羅馬人設計并建造了渡槽的主體工程，用于長途輸送優質水源（圖1.8)。在羅馬帝國的鼎盛時期，渡槽將來自辛布魯伊尼（Simbrnini)山脈、阿涅內（Aniene)河等流域的巖溶泉，以13mVs這一難以置信的流量向羅馬城中心供水。羅馬人開發的著名溫泉包括英國巴斯（Bath)泉。 漢尼拔在洗劫羅馬城后，在著名的佩里耶(Perrier)泉源頭沸騰之水（LesBouillens)扎營；法國國王路易十五以嚴格的法令控制該泉的C02含量。 中國人對洞穴和巖溶知識也做出了大量貢獻，公元前221年的古籍中記錄了洞穴和水文知識。山西洪山巖溶泉自宋代（公元1000年）開始利用，公元1040年，洪山泉分三條渠道灌溉10萬畝①農田。公元1175年，宋代的巖溶學家范成大解釋了洞穴沉積物和鐘乳石的成因。 明朝徐霞客（公元1587~1641年），被譽為“中國巖溶研究之父”（圖1.11)。他研究了桂林及其周邊地區的溶洞形態和熱帶巖溶特征。據中國巖溶地質館介紹，徐霞客考察并描述了約340個洞穴。 全球各地的巖溶泉都遇到各種問題，水源污染是其中*常見的問題之一。有些泉在早期就被污染，并成為污染的*早記錄，污染問題至今仍然存在，特別是發展中國家，人們尚未意識到巖溶區供水與垃圾和污水處理的關系，加強教育能有效促進科學界與公眾之間的交流。 科學家、工程師、規劃者、監管者和利益相關者^^直關注與泉和巖溶地貌有關的問題。過去，地質學、水文地質學和洞穴地質學的研究成果已成功解決了巖溶地區污染及其他問題，但人們意識到，未來還需要多學科參與，以制訂更好的解決方案。 歐洲巖溶研究始于17世紀末和18世紀初，*初由觀察和描述開始。例如，德國學者梅爾希奧 戈爾達斯特（MelchiorGoldast)描述了藍泉（Blautopf泉），該泉是德國*大的巖溶泉之一；法國沃克呂茲（Vaucluse)泉的流量動態變幅大，后來也以該泉作為具有類似特征的泉類型名稱，自1854年起，對該泉開展了固定周期的流量觀測。 18世紀末期，巴爾塔扎 德拉莫特 哈克廷（BalthazardelaMotteHacquetin)記錄了斯洛文尼亞和奧地利的巖溶現象，他預測的問題后來成為爭議和研究的主題，Kranjc(2006)認為阿凱（Hacquet)是歐洲的“水文學之父”。法國人愛德華 馬特爾（EdouardMartel)是那個時代眾多巖溶探險家之一，被認為是“洞穴學之父”。1907年，埃米爾 拉科維塔（EmilRacovita)出版的EssaiSurLesProblemesBiospeologiques(《生物生態學問題實驗》），被認為是洞穴生物學的起源。 塞爾維亞著名的科學家約萬 茨維伊奇（JovanCvijic＇)（圖1.12）被譽為“巖溶地貌學和水文學之父”（Ford，2005），盡管他在著作中采用了“地下水文學”這一并非準確的水文地質學術語，但他的確是巖溶學和巖溶水文地質學這一新興學科的奠基者之一（Stevanovic＇，2012；Stevanovic＇and Milanovic＇，2013）。他在貝爾格萊德大學完成本科學業，后擔任地理學教授，并成為該大學校長以及塞爾維亞皇家科學院的成員和院長。因其肖像出現在塞爾維亞國家貨幣上而備受尊敬。 約萬 茨維伊奇在博士學位論文Das Karstphnomen（《巖溶現象》）（1892年）中奠定了現代巖溶學的基礎。1900年，他撰寫了波黑西部的巖溶坡立谷論文，并在1924年和1926年撰寫了巖溶地貌學論文，論述了地下水位（GWL）、巖溶泉、滲漏和消溢水洞，并系統研究了溶溝、漏斗、巖溶河流、巖溶谷底、坡立谷等巖溶現象（圖1.13）。 約萬 茨維伊奇首次將灰巖地區劃分為三種形態類型，即全巖溶（holokarst）、部分巖溶（merokarst）和過渡巖溶（transition karst），但該命名法還存在一定的局限性。美國地質調查局Monroe（1970）在《1899-K供水文件》中提出巖溶術語詞典，其中很多是對約萬 茨維伊奇原始術語和定義的拓展。 很多著名科學家在水文地質學和巖溶研究方面推動了系統科學思維的發展。達西(Darcy)在法國第戎（Dijon)市供水工程建設的試驗中，確定了水流通過沙土的基本規律，并發表了試驗結果——達西定律，作為水文地質學的基本規律之一，已成功應用于水
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