巨厚的包气带能够储存大量的水资源。降雨形成径流后在坡面上下渗进入到表层岩溶带。除少部分形成地表径流外,其余大部分变成了包气带径流。包气带径流占到所有产流的90%以上。由于包气带的巨大厚度,包气带径流并不能在短期内全部达到地下水水面,转化为地下水。包气带不仅有巨大的厚度,而且也存在数量众多的裂隙和经过溶蚀作用扩大后形成的管道或者溶洞,这为地下水的储存提供了空间。
包气带水资源的评价进行的并不多,本研究利用洞穴水流水文监测的评价方法对包气带水资源进行评价。该方法利用洞穴水流来认识包气带的水文过程,并开展水资源评价。
洞穴水流属于包气带径流。通常在洞穴内存在不同形式的径流,但从流量角度可以分为滴水和流水两类。一些水流在雨季时是流水,在枯季转变为滴水,成为复合型的水流。滴水一般来自于细小的裂隙,流速缓慢,处于层流状态。流水来自于岩溶裂隙或者称为岩溶管道。其流量具有很大的变化幅度,其动态与降雨密切关联。用来研究和评价包气带水资源的水流属于后者。
洞穴内包气带水流的水文动态是多层介质调蓄的结果。坡面降雨汇集成众多小型的径流。坡面上的径流形成的速度快,洪峰过程紧随降雨。这些径流都有各自的渗漏点,并通过渗漏点转化为包气带径流。在包气带内部,径流沿着曲折的裂隙运动,运动的速度减慢,并且在流动的过程中会合并其他的径流,使流量增加。当包气带径流在洞穴的顶板某处排泄时,观测到的径流过程往往滞后降雨1~2天,并且整个洪峰延续的时间有一周左右。此时通过包气带径流的观测可以了解其流量变化和排泄量。
利用洞穴内的水池可反映洞穴包气带径流的水文动态。洞穴内的水池可汇集包气带径流。当有包气带径流补给时水池的水位升高。根据水池蓄水量的变化可计算包气带径流的流量(见图4-9)。
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图4-9 利用洞穴水流评价包气带水资源的方法原理
鸳鸯洞洞内水池底部经过人工防渗处理,可以很好地蓄积径流。水池主要通过蒸发排泄。经测量,水池水的水化学状况为:水温16.6℃;p H值8.21;溶解氧(DO)7.52mg/L;电导率145.5μS/cm。符合包气带径流的水质特征。
利用鸳鸯洞内天然的水池还可以估算雨水的地表截留量。利用洞穴来计算石山地区地表截留量的方法是本研究的创新成果。该方法的工作原理是洞穴内部的渗水量等于降雨量减去地表截留量。通过洞穴渗水的监测获得多次降雨的降雨量和渗水量,建立两者的统计关系就可以求取洞穴渗水的汇水面积和截留量两个参数。
降雨引起鸳鸯洞内水位上涨,通过水位可以计算降雨产生的洞穴渗水量,表示为经过地表吸收后形成的地下径流。
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