岩溶水系统演化中河间地块分水岭消失过程的数值模拟分析

摘要

本文通过数值模拟的方法研究了岩溶系统发展演化过程,并对其中分水岭消失现象进行了探讨.岩溶系统发育模拟中,假设裂隙段为光滑平板裂隙,裂隙中的水流处于平流状态,可以应用立方率描述水流在裂隙中的流动规律;碳酸盐岩裂隙的溶蚀过程可以通过溶蚀动力学的经验公式表示,即每个时间步长内,水流都处于稳定流状态.研究结果表明,岩溶系统溶蚀具有差异性,岩溶最为发育的部位位于潜水面附近,而且垂向的裂隙段比水平向的裂晾段发育更为强烈,深部岩溶系统发育缓慢,其裂隙张开度扩展率与潜水面附近的相差8200多倍.差异性溶蚀还造成潜水面附近形成优先水流通道,至分水岭从系统消失时,其强烈的汇水作用使几乎90%的流出量从此优先水流通道排出.分水岭消失时间受河间地块的范围和降雨量的影响,当河问地块的宽度增大至原来的5倍时,分水岭的存在时间几乎延长至原来的10倍,河间地块的范围愈大,分水岭越难以消失;降雨量增加对分水岭消失时间的影响表现出先增加后减小的趋势.