1樓：中地數媒
3.3.1 岩溶地下水位動態特徵
3.3.1.1 岩溶地下水位動態型別的劃分
地下水動態分類主要考慮地形地貌、含水層結構特徵、水位埋深、土壤型別、土地利用、降雨量、地表水以及人工開採等影響地下水動態的主要因素[4、5]。根據1982～2023年影響地下水動態的各主要因素實際情況，將桂林市區岩溶地下水動態型別大致分為氣象型、氣象-人類活動補給型、氣象-人為開採動態型別等。
（1）氣象型
指地下水主要接受大氣降水補給，水位升降與降雨量變化比較一致，屬於此類的岩溶地下水主要分佈在峰叢窪地、峰叢谷地、洪積扇、峰林谷地等環境地質亞區。gⅲ46觀測點屬於此型別（圖3.1）。
圖3.1 gⅲ46號觀測孔2023年降雨量與水位曲線圖
（2）氣象-人類活動補給型
該型別地下水主要分佈在青獅潭水庫灌溉主幹渠兩側附近的孔隙水或岩溶地下水。青獅潭水庫放水時，受渠道滲水補給的孔隙水或岩溶地下水水位上升後，在整個放水期間，水位變化甚微。如分佈在主幹渠旁邊的gⅲ1、gⅲ57、gⅲ38等屬於此型別。
（3）氣象-人為開採動態型別
地下水受降雨影響，也受地下水開採的影響。根據地下水開採影響程度不同，這種型別還可細分為3個亞類。
1）弱開採亞型：受地下水開採影響較小，即開採量遠小於補給量。在水位曲線上表現為水位上下波動頻繁，呈鋸齒狀但在平水和豐水期間水位下降還遠未達到枯水位基線。
此類的岩溶地下水主要分佈在桂林市區的周邊區域，如gⅲ19、gⅲ21、gⅲ44、gⅲ57等觀測點屬於此型別。
2）強開採亞型：地下水開採降深大，開採量接近補給量，在地下水位曲線上表現為犬牙交錯，平水期和豐水期大多接近或低於枯水基線。此類岩溶地下水主要分佈在桂林市區西部中心地帶，如gⅲ10、gⅲ16、gⅲ14、gⅲ23、電錶廠開採井等觀測點屬於此型別（圖3.
2）。圖3.2 電錶廠開採井2023年水位曲線圖
3）超採亞型：地下水開採量相當或超過補給量，平水和豐水期水位基本上處於枯水位基線以下，曲線呈凹槽犬牙交錯，這種型別的點多分佈在降落漏斗區內。冰廠處的開採井最為典型（圖3.3）。
圖3.3 冰廠開採井2023年水位曲線圖
3.3.1.2 岩溶地下水動態研究
根據研究區岩溶地下水位觀測網觀測資料，分別在東區、西區、南區選擇具有代表性的觀測孔對岩溶地下水動態進行研究。
（1）東區岩溶地下水動態研究
東區地下水水位標高在142.00～147.00m之間，年內水頭呈季節性變化較為明顯，低水頭出現在11～12月，最高水位出現在月6～7月，7月以後水位逐漸下降。
水位變幅在1～2m之間（圖3.4）。
圖3.4 2023年桂林市區東區岩溶地下水動態曲線
（2）西區岩溶地下水動態研究
西區岩溶地下水位標高一般在149.00～153.00m之間，地下水水位呈季節性變化，低水頭出現在11～12月，最高出現在6～7月。
年內水位變幅一般較小（圖3.5），僅有觀測孔gⅲ1水位變幅稍大。
圖3.5 2023年桂林市區西區岩溶地下水動態曲線
（3）南區岩溶地下水動態研究
南區岩溶地下水位標高在147.00～151.00m之間，岩溶地下水水位變化比較穩定，年內水位變幅小（圖3.6）。
圖3.6 2023年桂林市區南區岩溶地下水動態曲線
通過對東區、西區、南區岩溶地下水動態曲線分析比較，各觀測孔水位變化情況大致相同，這也在一定程度上說明了研究區岩溶地下水普遍具有水力聯絡，並間接地證明研究區岩溶發育相對均勻而較完整。
3.3.1.3 岩溶地下水三維趨勢面研究
根據2023年枯、豐期各觀測孔觀測資料，利用mapgis繪圖技術進行分析處理，分別得到枯、豐期地下水位三維趨勢模擬圖如圖3.7和圖3.8所示。
圖3.7 桂林市區2023年枯水期岩溶地下水位三維趨勢面圖
結果顯示：
1）研究區儲水構造盆地地下水位面的總趨勢是：由東西兩側向灕江逐漸降低，表明地下水由東、西兩側向灕江徑流。
2）岩溶地下水面稍受開採的影響，出現起伏不平，灕江
一、二級階地尤為明顯，在開採強度較大的東區和西區齒輪廠及其附近，出現降落漏斗，漏斗面積較小，主要分佈於東區電容器廠—灕江機械廠、石油六公司，西區電錶廠—輕工機械廠、齒輪廠及西北部的五礦車隊，最大漏斗面積達1.8km2，總面積在8.87km2左右，僅佔全市面積的4%。
漏斗中心水位最大埋深在1.17～4.57m之間，漏斗區水位基本穩定，僅在部分地區漏斗中心水位出現逐年下降的趨勢。
圖3.8 桂林市區2023年豐水期岩溶地下水位三維趨勢面圖
3）由於豐水期降雨的補給，一些開採強度較大的區段地下水得到補償，故豐水期水位面的起伏比枯水期要小。
3.3.1.4 降雨、灕江水位與岩溶地下水位動態關係
如前所述，研究區岩溶地下水動態主要受大氣降雨所控制，而沿灕江沿岸，除受大氣降雨影響外，還在很大程度上受灕江水位變幅所制約。採用多元“中心化”線性迴歸模型來研究降雨量、河水位對岩溶地下水位影響動態影響程度。
（1）多元“中心化”線性迴歸模型
採用如下的多元“中心化”線性迴歸模型：
岩溶地區地下水與環境的特殊性研究
式中：hj為某天水位均值；μ為前n-1天水位均值；pj-（n-1）代表該天的前第n-1天的降雨量值。
利用地下水點水位觀測資料h1，h2，…，hj及降雨觀測資料，按最小二乘法確定上式中的待定係數a0，a1，a2，…，an，模型中幾個引數的求法：
h的離差平方和：
岩溶地區地下水與環境的特殊性研究
h的迴歸平方和：
岩溶地區地下水與環境的特殊性研究
h的剩餘平方和：
岩溶地區地下水與環境的特殊性研究
檢驗值：
岩溶地區地下水與環境的特殊性研究
式中：為水位估值；
為所有觀測水位資料平均值。
計算出f值後，利用f表可以進行檢驗，給定顯著水平a（0.05或0.01）在f分佈表中查出第一個及第二個自由度分別為m、n-m-1的臨界值fa。
如果f值等於或大於fa值，則說明降雨量與地下水位的線性關係密切；如小於fa值，則關係不密切。反映兩者關係密切程度的另一指標是復相關係數。其定義為r=
。當r越接近1時，表明兩者的線性關係越密切。
（2）降雨、灕江水位與岩溶地下水位關係研究
根據2023年資料，選擇5個具有代表性的觀測點建立了線性迴歸模型，其研究過程具體如下：
gⅲ6觀測孔（綜合電機廠附近）主要受降雨影響。優選階數為5；2023年5月5日、10日、15日、20日、25日、30日觀測水位及相應的降雨量資料可用矩陣形式表示為
岩溶地區地下水與環境的特殊性研究
則迴歸模型為：h=a×p，a=[a0 a1 a2 a3 a4 a5]，運用最小二乘演算法，計算得a=[0.029 0.
026 0.017 0.013 0.
010]；μ=15.12，gⅲ6觀測孔地下水水位與降雨的關係為
hj=148.89+0.029pj-1+0.026pj-2+0.017pj-3+0.01**j-4+0.010pj-5（3.37）
其相關係數為0.73，剩餘標準差為0.45，檢驗值為81.
76，相關顯著性值為2.25，由此可見，該觀測孔的地下水位與降雨量的多元線性良好。其他4個觀測孔計算結果如表3.
2所示。
表3.2 桂林市區岩溶地下水位與降雨、灕江水位變化關係模式結果表
續表結果顯示：
1）5個觀測點的地下水位與降雨量的多元線性關係良好，均達到顯著程度。
2）埋藏較淺，儲水系統以溶洞為主，徑流途徑短的綜合電機廠，受降雨影響的持續最短，僅5d。埋藏較深，儲水系統以溶洞管道為主，地下徑流途徑較長的一中機井，受降雨影響的持續時間較長，約10d左右。三眼井屬於補給範圍較廣，儲水系統以溶隙為主，徑流不甚通暢，水位受降雨影響最長，達20d之久。
對於灕江邊的gⅲ52觀測孔，水位變化即與降雨有關，又受灕江水位控制，其中降雨對水位影響持續時間為4d，灕江水位影響持續時間為5d。
3）從模式中降雨對地下水貢獻率看，對於埋藏較淺的裂隙溶洞水，降雨對水位影響最大，一般是降雨的當天，如電機廠監測點，降雨量當天對水位貢獻率為30.50%，第二天為27.10%。
一中和三眼井均是第二天貢獻率最大。和平酒廠是第11d左右。gⅲ52監測孔水位是受降雨和灕江水位兩因素的影響，從貢獻率來看，灕江水位貢獻率達到98.
43%，而降雨僅1.5%左右。
3.3.1.5 地面岩溶塌陷與岩溶地下水位關係研究
研究區發生地面岩溶塌陷現象較為頻繁，就其成因型別劃分，有自然塌陷和人類活動誘發塌陷兩種，前者多發生在雨後或久旱下雨之後，後者主要是抽水、震動、載入後發生。它們的分佈除了受地質構造、地層覆蓋層巖性、結構、厚度和基岩面溶蝕裂隙發育程度、地下岩溶人類工程活動等影響外，還與岩溶地下水位埋深有較大的聯絡[6～8]。
由圖3.9可知，地面塌陷絕大多數分佈在地下水位埋深小於5m的區域。這說明在基岩面附近岩溶發育大致相同的情況下，地下水位埋深越淺，越易產生塌陷。
圖3.9 桂林市區岩溶塌陷與岩溶地下水位關係示意圖
（引用廣西地質環境監測總站資料）
3.3.2 桂林市區岩溶地下水的開採利用及引起的環境地質問題
3.3.2.1 岩溶地下水開採利用條件
桂林市區岩溶地下水具有資源豐富、水質優良、溫差變化較小、易開採、便於管理等特點，已越來越受到人們的青睞，岩溶地下水開採量逐年增加。至2023年，市區已有規模不等的開採井516眼，岩溶地下水開採量達到226695m3/d，市區東區開採強度最大，北區次之，南區最小[9、10]。從目前比較穩定的降落漏斗看，電容器廠降落漏斗開採密度和開採強度最大，電錶廠次之，三裡店較小，但其開採強度也大於東區平均強度3倍多。
2023年桂林市區岩溶地下水開採利用狀況如圖3.10所示。
圖3.10 桂林市區2023年岩溶地下水開採利用狀況示意圖
（引用廣西地質環境監測總站資料）
3.3.2.2 開採岩溶地下水引起的環境地質問題
岩溶地下水開採利用，給桂林市區帶來了極大的經濟效益和社會效益。但如果人工大量開採，會激發岩溶地下水迅速交換，改變岩溶地下水天然平衡，使岩溶地下水天然流場發生了變化，並引起一系列環境地質問題。儘管桂林市區岩溶地下水資源開發利用已有了很大的發展，但是在開發利用過程中由於城建部門沒有進行合理規劃，管理不夠科學完善及管理機制不夠健全，加上廠礦企業用水重複率底，造成開發岩溶地下水過度集中，出現過量開採，由此在區域性地區已造成了一定的環境地質問題[11]。
（1）降落漏斗
區域性地段由於集中、大量開採岩溶地下水，致使地下水交換平衡被破壞的結果。
（2）岩溶地面塌陷
研究區地面塌陷大多是大量開採岩溶地下水，及其他綜合因素作用而產生的。岩溶塌陷點多數分佈在土層比較薄，且原先已有抽水井的抽水影響範圍內。
（3）抽水引起灕江水倒灌補給
在灕江一、二級階地上，有些水源地由於大降深開採岩溶地下水，當降落漏斗範圍波及灕江時，必然引起灕江倒灌補給，造成地下水水質的變化。
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