理论教育 岩溶内涝地下水作用机制的分析

岩溶内涝地下水作用机制的分析

时间:2023-06-15 理论教育 版权反馈
【摘要】:岩溶谷地内涝的过程通常是:每年初春2—4月枯水期间地下河水位降至最低点,基流的排泄使地下水位缓慢下降,5月开始进入雨季。图4.26岩滩库区拉巴片内涝水位过程线4.4.3.2地下水排泄不畅作用机制岩溶地区的地下水补给、径流是以双层介质即溶隙、管道流为其特征。岩溶峰丛洼地和峰林谷地地区,地下水则主要依靠管道状地下河、伏流输水汇入地表河流。

岩溶内涝地下水作用机制的分析

可按下列情况判定发生岩溶浸没性内涝问题的可能性:

(1)水库蓄水不淹没暗河出口,其相应岩溶盆地、洼地、槽谷的内涝将不会产生影响。

图4.25 间接浸没型河谷水文地质结构示意图

(2)当所研究的岩溶盆地、谷地、槽谷与水库之间有一级或多级剥夷面存在时,新发生或明显加剧原有浸没性内涝的可能性较小。

(3)当所研究的岩溶盆地、洼地、槽谷的暗河,除被水库淹没的排水出口外,尚有其他高于水库的泄水口存在时,新发生或明显加剧原有浸没性内涝的可能性较小。

(4)暗河出口被淹没后,由于水库蓄水,地下回水占据地下水库容量的份额较大,或造成暗河管道淤塞严重时,可能导致或明显加剧原有的浸没性内涝。

4.4.3.1 地下水回灌作用机制

处于地壳上升的深切峡谷区,在水库蓄水后河水水位高于地下水水位,同时以河流作为排泄基准面的岩溶管道发育速度总是赶不上河流的下切速度,地下河来不及横向拓宽又沿垂向隙缝向下扩展,新的排水断面也总是小于原有的排水断面,因此,岩溶管道的排水能力总是不适应补给强度,这就造成地下河沿线的岩溶谷地经常发生内涝。

以岩滩水库为例,内涝区属于多雨地区,多年平均年降雨量1813mm,每年5—9月为汛期,汛期降雨量占全年83%。汛期多集中暴雨或连续大雨,最大日雨量229mm,连雨量在100mm左右的出现次数频繁。由于降雨强度大,坡面流、溶隙管道流通过消水洞迅速汇集于地下河,使地下河水位猛涨,由于地下河排泄不及,又从消水洞、溶井反涌至地表,这就发生浸没——内涝。从图4.26可以看出,拉巴片内涝水位与降雨量关系密切,水位峰一般滞后于雨量峰1~3天,说明管道水近距离快速响应,但流域范围内的后续补给也是强有力的。岩溶谷地内涝的过程通常是:每年初春2—4月枯水期间地下河水位降至最低点,基流的排泄使地下水位缓慢下降,5月开始进入雨季。初期降雨主要消耗于表层带和包气带(充填孔隙裂隙)。以后继续降雨,则入渗到达岩溶含水层,使水位跳跃式波动。接着是第一次暴雨或连雨,使地下河水位迅速上升,当达到地面时就开始发生内涝。我们把从“最枯水位”上升至“内涝水位”期间发生的累积降雨量称为“起涝雨量”。根据1993—1994年拉巴片三个雨量站的观测,起涝雨量大约230~270mm,累积时限10天左右。达到起涝雨量以后,如果继续降雨,水位高出地面,内涝才实际形成。根据物理模拟试验结果,当日有效降雨量达23mm时,就对水位上升发生作用。但是,只要半月无有效降雨,水位就缓慢消退至地面以下。而第二次、第三次的起涝雨量一般是90~170mm。

图4.26 岩滩库区拉巴片内涝水位过程线(www.daowen.com)

4.4.3.2 地下水排泄不畅作用机制

岩溶地区的地下水补给、径流是以双层介质即溶隙、管道流为其特征。岩溶峰丛洼地和峰林谷地地区,地下水则主要依靠管道状地下河、伏流输水汇入地表河流。岩溶管道的结构(包括管道形状、断面大小、纵向比降、糙率等)极大地制约着地下水的排泄能力。因而经常出现地下水与地表水相互转化的现象。

岩溶地下河管道断面极其复杂,有跌水、深潭、潜流、倒虹吸、厅堂等迂回曲折,时大时小,但控制流量的是“瓶颈”断面。此外,谷地中的消水洞口也经常被洪水冲来的泥沙、岩块、树木、稻根淤塞,导致消水不畅。

地下河平面分布形态的差异,也制约着地下河出口的排水能力。通常,中、上游支流分叉多,汇水面积大;下游至出口为单一管道。例如,板文地下河中上游有6条支流和6条分支流,属于有侧向地表水消入式补给的树枝状管道地下河,汇水面积227km2。而下游干流14km为单一主管道,亦有118km2的集雨面积,依靠深洼地的竖井式落水洞以隙流或小管道形式补给地下河,对地下河中上游的来水产生顶托,迫使地下水从天窗涌出巴纳、拉平谷地成为“滞洪水库”。

一些封闭或半封闭的岩溶洼地、谷地在附近的大河未建水库以前也经常发生内涝,其主要原因是当地暴雨和大河洪水的顶托。但由于洪峰历时短、消水较快,故受淹时间短。兴建水库以后,淹没了地下河出口,改变了原有的水文地质结构条件,发生倒灌、阻流现象,使地下河排泄能力减低(表4.10),导致谷地内涝时间延长。其主要原因如下:

表4.10 板文地下河汛期流量 单位:m3/s

注 括弧中的数字为水位高程,单位:m。

(1)水力坡降减小,流速变缓。水库蓄水后,地下河排泄基准面抬高,减小了水力坡降,相应减缓了地下水流速,从而削弱了地下河的排泄能力。板文地下河蓄水后的水力坡降,从蓄水前的8.01‰降到6.72‰。

(2)地下河出口泄流条件的改变。由于红水河下切远大于地下河的下切速度,为了适应红水河排泄基准面,地下河出口不断向下扩展,形成不同高程上的多个出口。水库蓄水前,地下水从多个出口溢出,排泄通畅;水库蓄水后所有出口均被淹没于水库中,因此排泄不畅。

(3)水库回水倒灌占据部分地下库容。岩滩水库蓄水后,沿板文地下河干流倒灌的距离约13km。巴纳谷地边缘的拉硐村ZK2孔最枯水位比建库前上升了21.6m,说明这里已受到水库回水顶托的影响。它占据了季节变动带中的部分调节库容。根据地下河水位上升幅度及岩溶储水系数估算,约700万~900万m3的容积在枯水期已被占用,因而降低了洞穴的蓄洪能力,加重了谷地的内涝。

(4)岩溶管道的局部淤塞,减小过流断面。岩溶管道中产生淤塞的水动力来源于地下水流速流向的改变。水库初期蓄水,库水向地下河倒灌,可能引起出口段淤积物的反冲刷,并引起迅速消能而发生淤塞。预计发生淤塞的位置主要是倒灌回水点附近、倒虹吸管道根部、地下河出口以及不稳定岩体地段。

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