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岩溶含水层特征与工程学 版权信息
- ISBN：9787030704238
- 条形码：9787030704238 ; 978-7-03-070423-8
- 装帧：一般胶版纸
- 册数：暂无
- 重量：暂无
- 所属分类：>
岩溶含水层特征与工程学 内容简介
本书首先从岩溶与人类文明的角度，回顾了岩溶学科的发展；从*基本*常见的岩溶现象描述入手，讨论了各类岩溶形态和地貌的成因与控制要素；介绍了岩溶含水层的非均质性与各向异性特征，描述了岩溶含水层的结构与参数、水流和水质参数等，以及特殊的调查评价方法等；讨论了岩溶水资源的均衡分析与资源评价，提出动储量和静储量计算评价方法；介绍了岩溶地下水流动态评价、岩溶含水层对污染的脆弱性，以及数值模拟和物理模拟；*后，从地下水开发的角度，论述了监测、防渗、防护区划定以及生物修复等技术方法。
岩溶含水层特征与工程学 目录
目录
中文版序
译者前言
原书前言
上篇岩溶含水层
第1章 岩溶研究历史回顾 3
参考文献 11
第2章 岩溶环境和现象 13
2.1 过去：岩溶作为人类的庇护所 13
2.2 现在：人类与岩溶 14
2.3 水和可溶岩 17
2.4 岩溶类型和分布 21
参考文献 34
第3章 岩溶含水层特征 36
3.1 含水层结构和要素 37
3.2 渗透性和储水性 42
3.3 水流类型和模式 47
3.4 含水层补给 51
3.5 含水层排泄 55
3.6 岩溶地下水水质 66
参考文献 70
第4章 岩溶水文地质学方法回顾 75
4.1 岩溶含水层的双重性与调查方法 75
4.2 岩溶水文地质学方法汇总 76
4.3 地质学和地球物理学方法 77
4.4 洞穴学方法 78
4.5 水文学和水力学方法 78
4.6 水化学和同位素方法 80
4.7 人工示踪试验方法 80
参考文献 82
中篇岩溶含水层调控与保护的工程问题
第5章 岩溶区地表水和地下水 87
5.1 引言 87
5.2 岩溶流域 88
5.3 岩溶含水层 91
5.4 岩溶泉 93
5.5 落水洞 94
5.6 岩溶区河流 95
5.7 测压孔——岩溶信息的重要来源 97
参考文献 97
第6章 岩溶地下水均衡和资源评价 100
6.1 均衡方程和参数 100
6.2 地下水储量分类 108
6.3 地下水储量评价111
6.4 地下水均衡在储量评价方面的应用 111
参考文献 114
第7章 岩溶含水层流量动态评价 117
7.1 流量动态：定义与典型特征 117
7.2 泉流量变化 119
7.3 流量历时曲线 122
7.4 流量动态：子动态和水流分量 124
7.5 衰减过程与水流分量的数学描述 125
7.6 在衰减曲线上识别水流分量 128
7.7 计算各水流分量的体积 131
7.8 水文过程线分割区分各水流分量 133
参考文献 136
第8章 岩溶含水层对污染的脆弱性 139
8.1 引言 139
8.2 脆弱性制图 140
8.3 EPIK方法 141
8.4 PI方法 142
8.5 COP方法 143
8.6 验证 143
参考文献 145
第9章 岩溶环境物理模拟 148
9.1 引言 148
9.2 背景 148
9.3 方法概述 149
参考文献 154
第10章 岩溶含水层数值模拟 156
10.1 引言 156
10.2 数值模拟技术概述 158
10.3 岩溶模拟研究实例 161
10.4 等效孔隙介质(EPM)模拟结果 165
10.5 管道水流过程集成 166
参考文献 168
第11 章岩溶地下水开发 169
11.1 泉的开发利用169
11.2 岩溶含水层地下水开发——钻井 172
参考文献 184
第12章 岩溶地下水监测 185
12.1 引言 185
12.2 监测位置 185
12.3 监测类型 187
12.4 监测设备 187
12.5 监测数据库192
12.6 监测网分布范围 193
参考文献 193
第13章 岩溶区工程及其影响 195
13.1 引言195
13.2 岩溶区水坝和水库建设 195
13.3 地下水坝 196
13.4 岩溶区隧道 198
13.5 教训与建议 201
13.6 某些特殊术语解释 202
参考文献 203
下篇岩溶含水层治理与保护案例研究
第14 章岩溶含水层管理——概化、方法与影响 209
14.1 引言 209
14.2 确定问题和研究程序 209
14.3 水文地质调查分类 210
14.4 概念模型建立方法 211
14.5 岩溶工程环境影响 211
14.6 地下水开采环境安全与指示 212
14.7 岩溶水开发利用矛盾 213
参考文献 213
第15章 岩溶水资源可靠性与可持续开发利用 215
15.1 岩溶含水层的水力特征 215
15.2 泉流量长期预测 221
15.3 含水层系统抽水效应评价模型 228
15.4 洞穴学和洞穴潜水——取水设施设计的基础 231
15.5 岩溶泉流工程调控，改善严重旱季水资源状况 234
参考文献 243
第16章 岩溶地下水渗漏与混合的防治 252
16.1 坝址选择与水库防渗 252
16.2 岩溶含水层与采矿：冲突与解决方案 254
16.3 确定强岩溶发育区的远程技术 259
16.4 岩溶区地表水与地下水混合的防治 264
参考文献 269
第17章 岩溶灾害和水资源质量管理 276
17.1 岩溶环境灾害与减灾措施 276
17.2 岩溶水质管理和维护的先进策略 279
17.3 划定岩溶地下水防护区 282
17.4 岩溶地下水修复 289
17.5 深部碳酸盐岩系统热水成因与开发 295
17.6 跨界岩溶含水层 300
参考文献 303
中文版序
译者前言
原书前言
上篇岩溶含水层
第1章 岩溶研究历史回顾 3
参考文献 11
第2章 岩溶环境和现象 13
2.1 过去：岩溶作为人类的庇护所 13
2.2 现在：人类与岩溶 14
2.3 水和可溶岩 17
2.4 岩溶类型和分布 21
参考文献 34
第3章 岩溶含水层特征 36
3.1 含水层结构和要素 37
3.2 渗透性和储水性 42
3.3 水流类型和模式 47
3.4 含水层补给 51
3.5 含水层排泄 55
3.6 岩溶地下水水质 66
参考文献 70
第4章 岩溶水文地质学方法回顾 75
4.1 岩溶含水层的双重性与调查方法 75
4.2 岩溶水文地质学方法汇总 76
4.3 地质学和地球物理学方法 77
4.4 洞穴学方法 78
4.5 水文学和水力学方法 78
4.6 水化学和同位素方法 80
4.7 人工示踪试验方法 80
参考文献 82
中篇岩溶含水层调控与保护的工程问题
第5章 岩溶区地表水和地下水 87
5.1 引言 87
5.2 岩溶流域 88
5.3 岩溶含水层 91
5.4 岩溶泉 93
5.5 落水洞 94
5.6 岩溶区河流 95
5.7 测压孔——岩溶信息的重要来源 97
参考文献 97
第6章 岩溶地下水均衡和资源评价 100
6.1 均衡方程和参数 100
6.2 地下水储量分类 108
6.3 地下水储量评价111
6.4 地下水均衡在储量评价方面的应用 111
参考文献 114
第7章 岩溶含水层流量动态评价 117
7.1 流量动态：定义与典型特征 117
7.2 泉流量变化 119
7.3 流量历时曲线 122
7.4 流量动态：子动态和水流分量 124
7.5 衰减过程与水流分量的数学描述 125
7.6 在衰减曲线上识别水流分量 128
7.7 计算各水流分量的体积 131
7.8 水文过程线分割区分各水流分量 133
参考文献 136
第8章 岩溶含水层对污染的脆弱性 139
8.1 引言 139
8.2 脆弱性制图 140
8.3 EPIK方法 141
8.4 PI方法 142
8.5 COP方法 143
8.6 验证 143
参考文献 145
第9章 岩溶环境物理模拟 148
9.1 引言 148
9.2 背景 148
9.3 方法概述 149
参考文献 154
第10章 岩溶含水层数值模拟 156
10.1 引言 156
10.2 数值模拟技术概述 158
10.3 岩溶模拟研究实例 161
10.4 等效孔隙介质(EPM)模拟结果 165
10.5 管道水流过程集成 166
参考文献 168
第11 章岩溶地下水开发 169
11.1 泉的开发利用169
11.2 岩溶含水层地下水开发——钻井 172
参考文献 184
第12章 岩溶地下水监测 185
12.1 引言 185
12.2 监测位置 185
12.3 监测类型 187
12.4 监测设备 187
12.5 监测数据库192
12.6 监测网分布范围 193
参考文献 193
第13章 岩溶区工程及其影响 195
13.1 引言195
13.2 岩溶区水坝和水库建设 195
13.3 地下水坝 196
13.4 岩溶区隧道 198
13.5 教训与建议 201
13.6 某些特殊术语解释 202
参考文献 203
下篇岩溶含水层治理与保护案例研究
第14 章岩溶含水层管理——概化、方法与影响 209
14.1 引言 209
14.2 确定问题和研究程序 209
14.3 水文地质调查分类 210
14.4 概念模型建立方法 211
14.5 岩溶工程环境影响 211
14.6 地下水开采环境安全与指示 212
14.7 岩溶水开发利用矛盾 213
参考文献 213
第15章 岩溶水资源可靠性与可持续开发利用 215
15.1 岩溶含水层的水力特征 215
15.2 泉流量长期预测 221
15.3 含水层系统抽水效应评价模型 228
15.4 洞穴学和洞穴潜水——取水设施设计的基础 231
15.5 岩溶泉流工程调控，改善严重旱季水资源状况 234
参考文献 243
第16章 岩溶地下水渗漏与混合的防治 252
16.1 坝址选择与水库防渗 252
16.2 岩溶含水层与采矿：冲突与解决方案 254
16.3 确定强岩溶发育区的远程技术 259
16.4 岩溶区地表水与地下水混合的防治 264
参考文献 269
第17章 岩溶灾害和水资源质量管理 276
17.1 岩溶环境灾害与减灾措施 276
17.2 岩溶水质管理和维护的先进策略 279
17.3 划定岩溶地下水防护区 282
17.4 岩溶地下水修复 289
17.5 深部碳酸盐岩系统热水成因与开发 295
17.6 跨界岩溶含水层 300
参考文献 303
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岩溶含水层特征与工程学 节选
第1章岩溶研究历史回顾 吉姆 W.拉莫罗（JamesW.LaMoreaux)和佐兰 斯特万诺维奇（ZoranStevanovi6) 很多人了解泉水、地下水、地质学和水文学等常用术语，而且熟悉瓶装水（包括苏打水或矿泉水）以及各种形状、尺寸、颜色和标签的储水容器，现代人逐渐以瓶装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(《世界泉水和瓶装水：古代历史、来源、发生、质量和使用》）中，总结了这一风靡全球的现象(图1.1)。但是很多人并不了解泉作为瓶装水的源头已有数千年的开发历史，这些泉多数分布于岩溶区或石灰岩地区，在人类文明进程中提供水源。 泉水开发历史可以追溯到人类文明的*早期阶段，如法国南部拉斯科（Lascaux)洞穴17000年前旧石器时代的岩画（图1.2)，记录了早期人类如何利用洞穴作为供水、定居点和庇护所。 图1.1全球部分泉水和瓶装水 图1.2旧石器时代洞穴民居记载 人们已逐步意识到水文地质学对环境规划、执法和实践的重要性。生命活动需要持续供水，全球未来大部分水资源将来自地下水。生活在岩溶区或石灰岩地区的人们更能理解岩溶环境的特殊性；事实上，水文循环、水源、赋存和水质等水文概念*早形成发展于岩溶环境。 全球岩溶区或石灰岩地区的分布约占地球表面积的20%，各地区覆盖率变幅为0~40%。南斯拉夫作为岩溶术语的起源地，岩溶分布面积占国土面积的33%，是全球岩溶分布*广的地区之一（Milanovi6，1981)。岩溶一词来自南斯拉夫西北部毗邻意大利的边境地区（今斯洛文尼亚境内）。斯拉夫人以“kar”表示岩石，意大利人则采用“carso”，两术语经德语化后，将这一独特地区称为岩溶（karst)。 岩溶主要发育于灰岩、白云岩、大理岩等碳酸盐岩地层中，是很多岩溶泉的源头，早期人类在泉水附近设置定居点和宗教场所。多拉 P.克劳奇（DoraP.Crouch)在两篇综述性文章中，讨论了泉作为地下水源与文明发展的内在联系。除水资源外，岩溶区还有丰富的石材、矿产和石油等资源。不同的地质背景和气候条件地区，在风化作用下，形成了各种地形和地貌形态（图1.3，图1.4)。岩性差异以及不同气候和地质条件下的溶解性差异，给人类生存和发展带来了各种挑战。例如，埃及巴哈利亚（Bahariya)绿洲附近的白垩系形成了白色荒漠，而南欧灰岩区则形成了丰富的土壤。 图1.3早期岩溶环境地质相关著作 图1.4早期古希腊水资源管理相关著作 以下实例说明了岩溶的重要历史地位。LaMoreaux(1991，2007)、Ford和Williams(2007)、Kresic(2013)等作品中，详细描述了岩溶的历史发展、古老文献和重要性证据。 楔形碑是水文研究的首个书面记录（图1.5)，记载了公元前852年，亚述国王萨尔玛那萨尔三世（SalmanassarH)前往底格里斯河源头探险的情况。洞穴铭文表明，底格里斯河的源头为一岩溶泉，其中首次提到了石笋。 图1.5公元前852年楔形文字的水文学记录 古阿拉伯人、古希腊人、古罗马人和古中国人等对早期水资源利用知识都做出了贡献。*早的水井可追溯到公元前10000年左右的新石器时代，水井与农耕、牲畜及金属工具使用等人类日常生活息息相关。 水资源开发还与*早的法律和伦理演化有关，如早期先知的著作和《圣经》十诫。*古老的《圣经》记录提到了地下水在帕尔迈拉（Palmyra)、杰利科(Jericho)、西德龙（Sidron)等城市地区的用途。美国地质调查局（USGS)地下水部门前首席0.E.迈因策尔（0.E.Meinzer)博士曾评论说，早期《圣经》的某些部分读起来更像一份供水文件（图1.6)。 帕尔迈拉（Palmyra)温泉（33°C)，有硫黄味和放射性，据说有医疗作用，位于西奈山脚瓦迪加兰达尔(WadiGarandal)地区。法老（Pharoah)温泉(32C)，历史上曾被法老士兵和矿工利用过，现已成为旅游胜地（图1.7)。 阿拉伯纯洁兄弟会（ArabianOrderoftheBrothersofPurity)等对中东地区的岩溶知识做出了贡献。公元940年，他们在百科知识全书中描述了洞穴、泉水和自流水。 在古希腊和古罗马时期，恩培多利斯（公元前400年）和亚里士多德（公元前300年）对水文循环开展了理论分析。耶稣基督时期（公元前150年），斯特拉博（Strabo)在他的第八本书（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，罗马著名的哲学家塞内卡（Seneca)报道了泉、洞穴以及泉水消失等现象。公元40年，维楚维斯（Vitmvius)成为**个介绍地下找水的水文学家。 罗马人设计并建造了渡槽的主体工程，用于长途输送优质水源（图1.8)。在罗马帝国的鼎盛时期，渡槽将来自辛布鲁伊尼（Simbrnini)山脉、阿涅内（Aniene)河等流域的岩溶泉，以13mVs这一难以置信的流量向罗马城中心供水。罗马人开发的著名温泉包括英国巴斯（Bath)泉。 汉尼拔在洗劫罗马城后，在著名的佩里耶(Perrier)泉源头沸腾之水（LesBouillens)扎营；法国国王路易十五以严格的法令控制该泉的C02含量。 中国人对洞穴和岩溶知识也做出了大量贡献，公元前221年的古籍中记录了洞穴和水文知识。山西洪山岩溶泉自宋代（公元1000年）开始利用，公元1040年，洪山泉分三条渠道灌溉10万亩①农田。公元1175年，宋代的岩溶学家范成大解释了洞穴沉积物和钟乳石的成因。 明朝徐霞客（公元1587~1641年），被誉为“中国岩溶研究之父”（图1.11)。他研究了桂林及其周边地区的溶洞形态和热带岩溶特征。据中国岩溶地质馆介绍，徐霞客考察并描述了约340个洞穴。 全球各地的岩溶泉都遇到各种问题，水源污染是其中*常见的问题之一。有些泉在早期就被污染，并成为污染的*早记录，污染问题至今仍然存在，特别是发展中国家，人们尚未意识到岩溶区供水与垃圾和污水处理的关系，加强教育能有效促进科学界与公众之间的交流。 科学家、工程师、规划者、监管者和利益相关者^^直关注与泉和岩溶地貌有关的问题。过去，地质学、水文地质学和洞穴地质学的研究成果已成功解决了岩溶地区污染及其他问题，但人们意识到，未来还需要多学科参与，以制订更好的解决方案。 欧洲岩溶研究始于17世纪末和18世纪初，*初由观察和描述开始。例如，德国学者梅尔希奥 戈尔达斯特（MelchiorGoldast)描述了蓝泉（Blautopf泉），该泉是德国*大的岩溶泉之一；法国沃克吕兹（Vaucluse)泉的流量动态变幅大，后来也以该泉作为具有类似特征的泉类型名称，自1854年起，对该泉开展了固定周期的流量观测。 18世纪末期，巴尔塔扎 德拉莫特 哈克廷（BalthazardelaMotteHacquetin)记录了斯洛文尼亚和奥地利的岩溶现象，他预测的问题后来成为争议和研究的主题，Kranjc(2006)认为阿凯（Hacquet)是欧洲的“水文学之父”。法国人愛德华 马特尔（EdouardMartel)是那个时代众多岩溶探险家之一，被认为是“洞穴学之父”。1907年，埃米尔 拉科维塔（EmilRacovita)出版的EssaiSurLesProblemesBiospeologiques(《生物生态学问题实验》），被认为是洞穴生物学的起源。 塞尔维亚著名的科学家约万 茨维伊奇（JovanCvijic＇)（图1.12）被誉为“岩溶地貌学和水文学之父”（Ford，2005），尽管他在著作中采用了“地下水文学”这一并非准确的水文地质学术语，但他的确是岩溶学和岩溶水文地质学这一新兴学科的奠基者之一（Stevanovic＇，2012；Stevanovic＇and Milanovic＇，2013）。他在贝尔格莱德大学完成本科学业，后担任地理学教授，并成为该大学校长以及塞尔维亚皇家科学院的成员和院长。因其肖像出现在塞尔维亚国家货币上而备受尊敬。 约万 茨维伊奇在博士学位论文Das Karstphnomen（《岩溶现象》）（1892年）中奠定了现代岩溶学的基础。1900年，他撰写了波黑西部的岩溶坡立谷论文，并在1924年和1926年撰写了岩溶地貌学论文，论述了地下水位（GWL）、岩溶泉、渗漏和消溢水洞，并系统研究了溶沟、漏斗、岩溶河流、岩溶谷底、坡立谷等岩溶现象（图1.13）。 约万 茨维伊奇首次将灰岩地区划分为三种形态类型，即全岩溶（holokarst）、部分岩溶（merokarst）和过渡岩溶（transition karst），但该命名法还存在一定的局限性。美国地质调查局Monroe（1970）在《1899-K供水文件》中提出岩溶术语词典，其中很多是对约万 茨维伊奇原始术语和定义的拓展。 很多著名科学家在水文地质学和岩溶研究方面推动了系统科学思维的发展。达西(Darcy)在法国第戎（Dijon)市供水工程建设的试验中，确定了水流通过沙土的基本规律，并发表了试验结果——达西定律，作为水文地质学的基本规律之一，已成功应用于水
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