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淺析巖溶水的發育及南北差異

更新時間：2020-08-22　點擊量：5861

　摘要:巖溶區的奇峰異洞與大泉是寶貴的旅游資源，其形成與差異性溶蝕存在很大關系。地下水水量豐富的含水系統是理想的供水水源，其對可溶性介質的改造是地下巖溶及巖溶水發育的主要原因。由于我國地理、氣候及介質性質差異的影響，我國巖溶及巖溶水存在較大的南北差異。里面我國巖溶及的不節制的開發和追求經濟利益，導致巖溶水出現了污染現象。

　　關鍵字:差異行溶蝕地下水含水系統南北差異污染

　　引言:水對可溶巖石進行化學溶解，并伴隨這沖蝕作用及重力崩塌，在地下形成大小不等的空洞，在地表形成各種*的地貌以及特殊的水文現象。不同演化階段的巖溶水具有不同的特征，初期的巖溶水系統往往與裂隙水系統相差不大。后期的巖溶水系統，管道系統發育，大范圍內的水匯成一個完整的地下河系，在某種程度上具有地表水的特征:空間分布不均勻，時間上變化強烈，流動迅速，排泄集中。水量豐富的巖溶含水系統，水量大且分布極不均勻的巖溶水是采礦的巨大威脅。易于發生滲漏的巖溶化巖層，則給修建水利工程帶來復雜的問題。我國可溶巖分布約為占全國面積的三分之一，巖溶及巖溶水的研究，具有重大的實際意義。巖溶水的污染近年來越來越嚴重，對巖溶水的防污措施的實施，刻不容緩。

　　一、巖溶發育的基本條件和影響因素

　　水對可溶巖石進行化學溶解，并伴隨以沖蝕作用及重力崩塌，在地下形成大小不等的空洞，在地表形成各種*的地貌和特殊的水文現象，稱為巖溶。賦存并運移與巖溶化巖層的水稱為巖溶水，也稱喀斯特水。巖溶化過程實際上是水對可溶巖層的改造過程，其發育必須具備兩個基本條件:巖層具有可溶性、地下水具有侵蝕能力及水是流動的。

　　可溶性巖石的主要組成成份是鈣、鎂碳酸鹽，其溶解能力很弱。但是當CO2溶于水中形成碳酸或者水中很有其他酸時，對碳酸鹽才有明顯的溶解能力。可溶巖的成分與結構式控制巖溶發育的內因，水的流動是保證巖溶發育的充要條件。

　　二、巖溶水系統的演變

　　具有化學侵蝕性的書進入可溶巖層中，對原有的狹小通道進行擴展。原始的地下水通道包括各種規模的構造裂隙和原生孔隙，地下水主要流動循環與各種規模的裂隙之中，流動與裂隙中的地下水不斷對裂隙壁面進行溶蝕，所溶蝕下來的巖石成分通過水流循環不斷被帶走，水流通道被加寬。由于裂隙通道規模上的差異引起水流的分配的不均勻性，導致裂隙溶蝕擴展上的差別為差異性溶蝕。巖溶發育分為三個階段：起動階段、快速發展階段及停滯衰亡階段。

　　起動階段：地下水對介質以化學溶蝕作用為主，水流通道比較狹窄，地下水幾乎沒有機械搬運能力，巖溶發育比較慢。隨著水流越來越集中的正反饋機制的加強，巖溶的演化加快。當主體通道的寬度達到5——50mm時，紊流開始出現，地下水開始具有機械搬運能力，巖溶演化便進入快速發展階段。

　　快速發展階段：地下水流對介質的改造由化學溶蝕變為機械侵蝕與化學溶蝕共存，機械侵蝕變得愈益重要。地下開始出現各種規模的洞穴，地表形成溶斗及落水洞，并以他們為中心形成各種規模的洼地，差異集降水。隨著介質倒水能力迅速的提高，地下水位總體下降，新的地下水面以上洞穴干涸，失去進一步發展的動力。通道爭奪水流的競爭變得更加劇烈，不同地下河系發生襲奪，地下河系不斷歸并，流域不斷擴大。停滯衰亡階段：隨著地下水位的總體下降和水力坡度的逐漸降低，地下水的溶蝕能力逐漸降低甚至消失，巖溶發育呈停滯狀態。

　　三、巖溶水的特征

　　巖溶水系統是一個能夠通過水與介質相互作用不斷自我演化的動力系統。巖溶水的特征：

　　1. 水量豐富但分布不均一；

　　2．潛水、承壓水并存；

　　3．各方向水力聯系有很大差異；

　　4．補給主要來自于大氣降雨入滲、地表水入滲；排泄以集中排泄為主；

　　5．地下水動態變化很大；

　　6．巖溶水本身就是改造賦存環境的動力；

　　7. 巖溶水水質較好但極易受污染。

　　四、巖溶及巖溶水的南北差異

　　以秦嶺淮河為界，我國南北方的巖溶及巖溶水的發育存在一些列的差異。在巖溶介質方面來說，南方的巖溶含水系統長是高度管道化與強烈不均勻的，北方巖溶含水介質要均勻的多。

　　就南北巖溶泉的動態方面：南方的巖溶泉對降水的影響十分的靈敏，流量季節性變化大。北方的巖溶大泉，流量動態相當穩定。南方巖溶大于區多分布大套巨石到塊狀的純凈的碳酸鹽巖，介質可溶性強，構造應力時易形成稀疏但寬大的裂隙。北方巖溶區的碳酸鹽巖一般成層較薄，常夾泥質與硅質夾層，多與非可溶鹽互層，介質可溶性差，收到構造應力容易形成密集，均勻而短小的裂隙。南方的巖溶含水系統在地質構造上多屬較密集的褶皺。北方的巖溶含水系統幾乎都以寬緩的向斜或者單斜形式出現。

　　南方的氣候濕熱、雨量大，植被土壤發育較好，驅動巖溶發育的化學與機械能的輸入遠較北方為強烈。北方降水量少于南方，加以植被土壤的影響，南方水的侵蝕能力遠較北方強。總的來說，南方的巖溶地貌較明顯。地表峰林、峰叢、溶蝕洼地等發育較完整。北方地表除可見流水造成的溶溝外，少于坍塌造成的溶斗、落水洞等。

　　五、巖溶水的污染

　　由于巖溶介質非均勻性,地下水賦存、運移也極不均勻,包氣帶中落水洞、漏斗、溶縫等發育,使地下水直接與地面和大氣相通,因此巖溶含水系統抗污染能力差,巖溶水資源環境十分脆弱,極易受污染。根據廢渣堆場所處的地層構成、含水系統及水動力特征可分為管道溶隙系統、裂隙系統和采空區滲漏類型裂隙系統滲漏類型廢渣堆場位于相對弱巖溶發育區,巖溶介質相對均勻,巖溶滲漏受構造裂隙、風化裂隙的控制,表現為滲漏途徑較短,滲漏量較穩定,主要造成對地表水的污染,采空區滲漏類型廢渣堆場位于可溶巖與非可溶巖互層地層區,由于采礦(煤),地下巷道交錯分布,破壞了非可溶巖的隔水性,因此滲漏途徑類似于地表水徑流,使堆場滲漏廢水與礦坑水混合污染地下水,污染影響是嚴重的滲漏對巖溶水的磷污染、堿污染、氟污染和鋇污染不僅使巖溶水不能作為飲用和生活水源,而且加劇了巖溶水體(湖泊、水庫)的水質惡化,如水體發生富營養化等。堿污染,對巖溶水污染主要是Na+、K+、SO42-、Cl-及礦化度增高,使水體變成強堿性、乳濁狀具有苦澀味的水體。其危害是:水中pH值呈強堿性,不但人畜不能飲用,也不能農灌,對水生物也有較大的危害,減緩水的自凈功能;大量的CO32-存在和被稀釋將與河水中Ca2+、Mg2+結合產生灰華,使水電站過水部件結垢;含堿污水的長期作用將使土地鹽堿化等。硫酸鹽污染,使水體中硫酸鹽含量升高,破壞水體的自然緩沖作用,消滅或抑制某些細菌及微生物群落的生長,妨礙水體的自凈功能,其危害是改變了水體的pH值,使水不能飲用,且對管道、混凝土具有腐蝕性。

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TD-016C型地源熱泵能耗監控測溫系統

產品關鍵詞：地源熱泵測溫，地埋管測溫，淺層地溫在線監測系統，分布式地溫監測系統

此款系統專門為地源熱泵生產企業，新能源技術安裝公司，地熱井鉆探公司以及節能環保產業等單位設計，通過連接我司單總線地熱電纜，以及單通道或多通道485接口采集器，可對接到貴司單位的軟件系統。歡迎各類單位以及經銷商詳詢！此款設備支持貼牌，具體價格按量定制。

RS485豎直地埋管地源熱泵溫度監測系統【產品介紹】

地源熱泵空調系統利用土壤作為埋地管換熱器的熱源或熱匯,對建筑物進行供熱和供冷.在埋地管換熱器設計中,土壤的導熱系數是很重要的參數.而對地溫進行長期可靠的監測顯得特別重要。在現場實測土壤導熱系數時測試時間要足夠長,測試時工況穩定后的流體進出口及不同深度的溫度會影響測試結果的準確性。因此地埋測溫電纜的設計顯得尤其重點。較傳統的測溫電纜設計方法，單總線測溫電纜因為接線方便、精度高且不受環境影響、性價比高等優點，目前已廣泛應用于地埋管及地源熱泵系統進行地溫監測，因可靠性和穩定性在諸多工程中已得到了驗證并取得了較好的口啤。

采集服務器通過總線將現場與溫度采集模塊相連，溫度采集模塊通過單總線將各溫度傳感器采集到的數據發到總線上。每個采集模塊可以連接內置1-60個溫度傳感器的測溫電纜相連。本方案可以對大型試驗場進行溫度實時監測，支持180口井或測溫電纜及1500點以上的觀測井溫度在線監測。

RS485豎直地埋管地源熱泵溫度監測系統：

1. 地埋管回填材料與地源熱泵地下溫度場的測試分析

2. U型垂直埋管換熱器管群間熱干擾的研究

3. U型管地源熱泵系統性能及地下溫度場的研究

4. 地源熱泵地埋管的傳熱性能實驗研究

5. 地源熱泵地埋管換熱器傳熱研究

6. 埋地換熱器含水層內傳熱的數值模擬與實驗研究，埋地換熱器含水層內傳熱的數值模擬與實驗研究。

豎直地埋管地源熱泵溫度測量系統，主要是一套*基于現場總線和數字傳感器技術的在線監測及分析系統。它能有對地源熱泵換熱井進行實時溫度監測并保存數據，為優化地源熱泵設計、探討地源熱泵的可持續運行具有參考價值。

二、RS485豎直地埋管地源熱泵溫度監測系統本系統的重要特點：

１．結構簡單，一根總線可以掛接1-60根傳感器，總線采用三線制，所有的傳感器就燈泡一樣，可以直接掛在總線上．

２．總線距離長．采用強驅動模塊，普通線，可以輕松測量500米深井.

３．的深井土壤檢測傳感器，防護等級達到ＩＰ６８，可耐壓力高達5Mpa.

４．定制的防水抗拉電纜，增強了系統的穩定性和可靠特點總結：高性價格比，根據不同的需求，比你想象的*．

針對U型管口徑小的問題，本系統是傳統鉑電阻測溫系統理想的替代品. 可應用于：

１.地埋管回填材料與地源熱泵地下溫度場的測試分析

2.U型垂直埋管換熱器管群間熱干擾的研究

3. U型管地源熱泵系統性能及地下溫度場的研究

4. 地源熱泵地埋管的傳熱性能實驗研究

5. 地源熱泵地埋管換熱器傳熱研究

6. 埋地換熱器含水層內傳熱的數值模擬與實驗研究。

本系統技術參數：支持傳感器：18B20高精度深井水溫數字傳感器，測井深：1000米，傳感器耐壓能力：5Mpa ,配置設備：遠距離溫度采集模塊＋測井電纜＋傳感器，

RS485豎直地埋管地源熱泵溫度監測系統系統功能：

1、溫度在線監測

2、報警功能

3、數據存儲

4、定時保存設置

5、歷史數據報表打印

6、歷史曲線查詢等功能。

【技術參數】

1、溫度測量范圍：-10℃ ～ +100℃

2、溫度精度：正負0.5℃ (-10℃ ～ +80℃)

3、分辨率： 0.1℃

4、采樣點數：小于128

5、巡檢周期：小于3s（可設置）

6、傳輸技術： RS485、RF(射頻技術)、GPRS

7、測點線長：小于350米

8、供電方式： AC220V /內置鋰電池可供電1-3年

9、工作溫度： -30℃ ～ +80℃

10、工作濕度：小于90%RH

11、電纜防護等級：IP66

使用注意事項：

防水感溫電纜經測試與檢測，具備一定的防水和耐水壓能力，使用時，請按以下方法操作與使用：
1．使用時，建議將感溫電纜置于U形管內以方便后期維護。
若置與U形管外，請小心操作，做好電纜防護，防止在安裝過程中電纜被劃傷，以保持電纜的耐水壓能力和使用壽命。
2. 電纜中不銹鋼體為傳感器所在位置，因溫度為緩慢變化量，正常使用時，請等待測物熱平衡后再進行測量。
3. 電纜采用三線制總線方式，紅色為電源正，建議電源為3-5V DC，黑色為電源負，蘭色為信號線。請嚴格按照此說明接線操作。
4. 系統理論上支持180個節點，實際使用應該限制在150個節點以內。
5.系統具備一定的糾錯能力，但總線不能短路。
6. 系統供電，當總線距離在200米以內，則可以采用DC9V給現場模塊供電，當距離在500米之內，可以采用DC12V給系統供電。

【北京鴻鷗成運儀器設備有限公司提供定制各個領域用的測溫線纜產品介紹】

由北京鴻鷗成運儀器設備有限公司推出的地源熱泵溫度場測控系統，硬件采取*ARM技術；上位機軟件使用編程語言技術設計，富有人性、直觀明了；測溫傳感器直接封裝在電纜內部，根據客戶距離進行封裝。目前該系統廣泛應用于地源熱泵地埋管、地源熱泵溫度場檢測、地源熱泵地埋換熱井、地源熱泵豎井及地源熱泵溫度場系統進行地溫監測，本系統的可靠性和穩定性在諸多工程中已得到了驗證并取得了較好的口啤。

地源熱泵診斷中土壤溫度的監測方法：
　　為了實現地源熱泵系統的診斷，必須首先制定保證系統正常運行的合理的標準。在系統的設計階段，地下土壤溫度的初始值是一個重要的依據參數，它也是在系統運行過程中可能產生變化的參數。如果在一個或幾個空調采暖周期（一般一個空調采暖周期為1年）后，系統的取熱和放熱嚴重不平衡，則這個初始溫度會有較大的變化，將會大大降低系統的運行效率。所以設計選用土壤溫度變化曲線作為診斷系統是否正常的標準。
　　首先對地源熱泵系統所控制的建筑物進行全年動態能耗分析，即輸入建筑物的條件，包括建筑的地理位置、朝向、外形尺寸、圍護結構材料和房間功能等條件，計算出該區域全年供暖、制冷的負荷，我們根據該負荷，選擇合適的系統配置，即地埋管數量以及必要的輔助冷熱源，并動態模擬計算地源熱泵植筋加固系統運行過程中土壤溫度的變化情況，得到初始土壤溫度標準曲線。采用滿足土壤溫度基本平衡要求的運行方案運行，同時系統實時監測土壤溫度變化情況，即依靠埋置在地下的測溫傳感器監測土壤的溫度，并且將測得的溫度傳遞給地源熱泵系統。

淺層地溫能監測系統概況：

地源熱泵空調系統利用土壤作為埋地管換熱器的熱源或熱匯，對建筑物進行供熱和供冷，在埋地管換熱器設計中，土壤的導熱系數是很重要的參數，而對地溫進行長期可靠的監測顯得特別重要。在現場實測土壤導熱系數時測試時間要足夠長，測試時工況穩定后的流體進出口及不同深度的溫度會影響測試結果的準確性。因此地源熱泵地埋測溫電纜的設計顯得尤其重點。較傳統的地源熱泵測溫電纜設計方法，北京鴻鷗成運儀器設備有限公司研發的數字總線式測溫電纜因為接線方便、精度高且不受環境影響、性價比高等優點，目前已廣泛應用于地埋管及地源熱泵系統進行地溫監測，因可靠性和穩定性在諸多工程中已得到了驗證并取得了較好的口啤。

為方便研究土壤、水質等環境對空調換熱井能效等方面的可靠研究或溫度測量，目前地源熱泵地埋管測溫電纜對于地埋換熱井，有口徑小，深度較深等特點的測溫方式,如果測量地下120米的地源熱泵井，要放12路線PT100傳感器。12根測溫線纜若平均放置，即10米放一個探頭，則所需線材要1500米，在井上需配置一個至少12通道的巡檢儀，若需接入電腦進行溫度實時記錄，該巡檢儀要有RS232或RS485功能,根據以上成本估計，這口井進行地熱測溫至少成本在8000元，雖然選擇高精度的PT100可提高系統的測溫精度，但對模擬量數據采集，提供精度的有效辦法是提供儀器的AD轉換器的位數，即提供巡檢儀的測量精度，若能夠在長距離測溫的條件下進行多點測溫，能夠做到0.5度的精度，則是非常不容易。針對這一需求，北京鴻鷗成運儀器設備有限公司推出“數字總線式地源熱泵地埋管測溫電纜”及相應系統。礦井深部地溫監測，地源熱泵溫度監測研究，地源熱泵溫度測量系統，淺層地熱測溫系統。

地源熱泵數字總線測溫線纜與傳統測溫電纜對比分析：
傳統的溫度檢測以熱敏電阻、PT100或PT1000作為溫度敏感元件，因其是模擬量，要對溫度進行采集，若需較高精度，需要選擇12位或以上的AD轉換及信號處理電路，近距離時，其精度及可靠性受環境影響不大，但當大于30米距離傳輸時，宜采用三線制測方式，并需定期對溫度進行校正。當進行多點采集時，需每個測溫點放置一根電纜，因電阻作為模擬量及相互之間的干擾，其溫度測量的準確度、系統的精度差，會受環境及時間的影響較大。模塊量傳感器在工作過程中都是以模擬信號的形式存在，而檢測的環境往往存在電場、磁場等不確定因素，這些因素會對電信號產生較大的干擾，從而影響傳感器實際的測量精度和系統的穩定性，每年需要進行校準，因而它們的使用有很大的局限性。

北京鴻鷗成運儀器設備有限公司研發的總線式數字溫度傳感器，具有防水、防腐蝕、抗拉、耐磨的特性，總線式數字溫度傳感器采用測溫芯片作為感應元件，感應元件位于傳感器頭部，傳感器的精度和穩定性決定于美國進口測溫芯片的特性及精度級別，無需校正，因數據傳輸采用總線方式，總線電纜或傳感器外徑可做得很小，直徑不大于12mm,且線路長短不會對傳感器精度造成任何影響。這是傳統熱電阻測溫系統*的優勢。所以數字總線式測溫電纜是地源熱泵地埋管管測溫、地溫能深井和地層溫度監測理想的設備。數字總線式數據傳感器本身自帶12位高精度數據轉換器和現場總線管理器，直接將溫度數據轉換成適合遠距離傳輸的數字信號，而每個傳感器本身都有唯的識別ID，所以很多傳感器可以直接掛接在總線上，從而實現一根電纜檢測很多溫度點的功能。

地源熱泵大數據監控平臺建設

一、系統介紹

1、建設自動監測監測平臺，可監測大樓內室內溫度；熱泵機組空調側和地源側溫度、

壓力、流量；系統空調側和地源側溫度、壓力、流量；熱泵機組和水泵的電壓、電流、功率、

電量等參數；地溫場的變化等，實現熱泵機組運行情況 24 小時實時監測，異常情況預

警，做到真正的無人值守。可對熱泵系統的長期運行穩定性、系統對地溫場的影響以及能效

比等進行綜合的科學評價，為進一步示范推廣與系統優化的工作提供數據指導依據。

具體測量要求如下：

1）各熱泵機組實時運行情況；

2）室內溫度監測數據及變化曲線；

3）室外環境溫度數據及變化曲線；

4）機房內空調側出回水溫度、壓力、流量等監測數據及變化曲線；

5）機房內地埋管側出回水溫度、壓力、流量等監測數據及變化曲線；

6）機房內用電設備的電流、電壓、功率、電能等監測數據及變化曲線；

7）地溫場內不同深度的地溫監測數據及變化曲線；

8）能耗綜合分析、系統 COP 分析以及系統節能量的評價分析。

2、自動監測平臺建成以后可以對已經安裝自動監測設備的地熱井實施自動監測的數據分

析展示，可實現地熱井和回灌井的水位、水溫、流量實施傳輸分析，并可實現數據異常情況預

警，做到實時監管，有地熱井運行的穩定性。

1）開采水量及回水水量的流量監測及變化曲線；

2）開采水溫及回水水溫的溫度監測及變化曲線；

3）開采井井內水位監測及變化曲線；

淺析巖溶水的發育及南北差異

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