西南岩溶裂隙-管道介质地下水流运动规律试验研究

裂隙-管道是我国西南地区碳酸盐岩地层的主要储水空间和导水通道。开展裂隙-管道复杂介质中地下水流运动规律的研究，对指导岩溶水可持续开发利用和石漠化治理，推动岩溶水运动规律研究具有重要科学意义。本项目在贵州省普定县后寨地下河流域长期水文观测资料、野外水文地质试验和水文地质调查结果等分析的基础上，以裂隙-管道介质中的复杂水流为研究对象，充分考虑后寨河典型岩溶小流域含水介质结构特征、水循环动力条件等，研制裂隙-管道介质地下水流运动的物理模型。以可视化、自动化动态监测为手段，在物理模型中除安装压力传感自动采集装置之外，还借助高精度摄像仪和成像系统对地下水运动过程进行实时动态捕捉。根据动态监测结果研究不同裂隙-管道结构组成、不同水文情景下地下水流运动途径及水循环动力过程，并采用数学模型对裂隙流及管道流过程进行数值模拟。最终揭示裂隙-管道介质中地下水动力过程对裂隙和管道的结构特征及水文条件的响应机制。

裂隙-管道是我国西南地区碳酸盐岩地层主要的储水空间和导水通道。裂隙-管道双重介质水流运动规律的研究不仅有助于解决研究岩溶地区水资源可持续发展以及石漠化治理等实际问题，而且可以推动双重介质水流运动规律的理论研究发展。为研究裂隙网络-管道双重介质水流运动规律，本项目建立了裂隙网络-管道双重介质水流运动试验装置和裂隙网络-管道双重介质溶质运移试验装置，通过相关的室内物理试验，进行了了落水洞水位变化、溶质运移和泉流量变化以及调蓄能力等的相关研究。. 落水洞水位变化与含水层的补给与排泄息息相关。试验结果表明，落水洞水位的上升可用对数方程刻画，落水洞水位的下降可用直线方程概化，项目最终建立了落水洞水位变化的数学模型并进行了模型的验证，验证结果表明，该数学模型可以用来预测落水洞水位的变化。. 项目选定NaCl溶液作为示踪剂来研究裂隙网络-管道双重介质的溶质运移特征，设计了多组试验探讨不同因素对溶质运移过程的影响，最后利用Qtracer2模型对穿透曲线做了定量分析。试验结果表明，不同因素影响条件下，NaCl穿透曲线存在较大差异，经进一步回归分析，穿透曲线的峰值、峰现时间等特征值与NaCl投放位置、泉口大小、投放量之间存在较好的统计关系。Qtracer2模型较为准确地估算了物理模型的管道结构特征，验证了其在实验室小尺度的适用性。. 泉流量衰减系数的研究结果表明：含水层初始饱和厚度以及落水洞的有无对衰减系数的影响并不显著。衰减系数随着泉口的增大而呈线性增大趋势，随着补给强度的增大均逐渐减小。衰减系数随着含水层倾斜角度的增大有增大的趋势。其中，泉口大小对泉流量衰减系数的影响较为显著。. 调蓄系数的研究结果表明：对裂隙单独补给的情景下，调蓄系数与补给强度呈指数型增加趋势。而对落水洞单独补给以及对裂隙与落水洞进行共同补给时，调蓄系数与补给强度呈线性增加趋势。随着泉口尺寸、落水洞尺寸的增加，调蓄系数呈线性减小的趋势。此外，裂隙和管道的空隙比也对调蓄系数有影响，随着空隙比的增加，调蓄系数呈现先减小后增加的趋势。