岩溶水的特征
水文地质学课件 12岩溶水
12.0 概述12.1 岩溶发育机理12.2 影响岩溶发育的因素12.3 岩溶水系统的演变12.4 岩溶水的特征12.5 我国南北方岩溶水的差异12.0 概述12.0.1 岩溶与岩溶水【定义】地下水和地表水对可溶性岩石进行化学溶解，并伴随以冲蚀作用及重力崩坍，在地下形成大小不等的空洞，在地表造成各种独特的地貌现象以及特殊的水文现象，上述作用及由此产生的各种现象称为“岩溶”。
赋存并运移于岩溶化岩层中的水称为“岩溶水”。
介质的可溶性以及水对介质的差异性溶蚀；岩溶水在流动过程中不断改造着自己的赋存与运动的环境，从而改造着自身的补给、径流、排泄与动态特征。
岩溶水系统是一个能够通过水与介质相互作用不断自我演化的动力系统。
（动态系统）演化初期：岩溶水系统往往与裂隙水系统没有很大的不同演化后期：岩溶水系统，管道系统发育，大范围内的水汇成一个完整的地下河系，某种程度上带有地表水的特征：空间分布极不均一，时间上变化强烈，流动迅速，排泄集中。
水量丰富的岩溶含水系统是理想的供水水源。
岩溶区的奇峰异洞与大泉是宝贵的旅游资源。
但是……12.1 岩溶发育机理溶滤作用的强度回忆1）矿物盐类的溶解度；2）岩土的空隙特征；3）水的溶蚀能力；4）水中气体成分的含量；5）水的流动状况。
12.1 岩溶发育机理岩溶发育的基本条件：1）具有可溶性岩石； 2）可溶岩必须是透水的；3）具有溶蚀能力的水；4）具有良好的水循环交替条件，即具有良好的地下水补给、径流、排泄条件。
最活跃最积极的条件是地下水的循环交替条件，它受控于气候、地形地貌、地质结构、地表非可溶岩覆盖及植被发育条件等。
12.1.1 碳酸岩盐的溶蚀过程1）与水接触的石灰岩，在偶极水分子作用下发生溶解：-++⇔2323CO Ca CaCO 2）水中存在由碳酸、有机酸、无机酸等酸类所解离的H +，与CO 32－结合成HCO 3－，使①右边的CO 32－不断减少而破坏平衡，进而促进CaCO 3的再度溶解。
水文地质学-第10章岩溶水
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第十章 岩溶水
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喀斯特地貌不仅是一种很好的旅游资源,而且具 有丰富的地下水资源。地下溶洞中,还埋藏着 大量的古生物和古人类化石,或成为储存铝土 矿、砂矿及油气的良好场所。因此它具有重大 和科研与生产价值。但由喀斯特作用所引起的 地貌灾害,如地基塌陷、水库漏水及地面干旱 等均需积极防治。
水文地质学
第十章 岩溶水
§ 10.0 概述
喀斯特(又称岩溶)地貌是由喀斯特作用而成的现 象总称。
喀斯特(Karst)原是南斯拉夫西北部的一个石灰 岩高原名称,那里发育着各种石灰岩喀斯特地 貌。19世纪末,南斯拉夫学者司威直 J.Cvijic就 借用该地名来形容石灰岩的地貌、水文现象, 并为后来世界各国所通用的专门术语。我国在 1966年第一届喀斯特学术会议上,曾提出将喀 斯特改称为岩溶,作为Karst的同义语。1988年 由全国自然科学名词审定委员会公布的《地理 名词》,仍定名为喀斯特。岩溶作为又称。
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三、岩溶水的补给、排泄与动态特征 1.岩溶水的补给特征
裸露型:可溶岩直接出露地表;广西、云南、贵州、 四川、湖北等。
覆盖型:可溶岩被松散堆积物掩埋; 埋藏型:可溶岩被其它基岩盖住。
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2.岩溶水的排泄特征
集中排泄是岩溶水排泄的重要特征,有些以单 泉,有些是以泉群,有些以地下暗河形式排泄。
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四、地下水径流强度
地下水是一个开放体系,随着水的流动,CO2不断消耗, 新流来的水又不断补充CO2,所以能使CaCO3的溶解 持续进行。否则CaCO3溶解的生命就将终结。从而可 以看出:地下水的径流条件是控制岩溶发育最后的,最 关键的因素。
第13章岩溶水
概述 岩溶发育的基本条件 岩溶水系统的改造与演变 岩溶水特征 我国南北方岩溶及岩溶水差异
13.1 概 述
岩溶（作用）
水对可溶性岩石进行化学溶解，并伴随以冲蚀作用及 重力崩坍，地在下形成大小不等的空洞，在地表造成 各种独特的地貌现象以及特殊的水文现象，上述作用 及由此产生的各种现象称为岩溶。
前南斯拉夫雅德罗岩溶泉流量中：管道-洞穴释出水 量17.4%，溶蚀裂隙7.3%，其他75.3%
贵州普定后寨地下河出口流量中：管道-洞穴释出水 量3.21%，溶蚀裂隙9.6%，其他87.19%
13.4 岩溶水特征
13.4 岩溶水特征
岩溶水运动特征
孤立水流与具有统一地下水面的岩溶含水系 统并存
13.3 岩溶水系统的改造与演变
主干与东支在向斜核 部 12条支流沿横张裂隙 发育 干流长57.2km 干支流总长241.1km 干流上中游宽几米~几 十米，下游宽几十米 最大流量544.9m3/s 最小流量4m3/s
13.3 岩溶水系统的改造与演变
地下水系统与岩溶发育的空间特征
处于同一气候条件下构造开启程度不同的岩 溶含水系统可能由于种种原因地下水径流交 替条件不同而具有不同的岩溶发育程度。
以下通过流网中流线的稀密程度推断岩溶空 间分布特征
Hale Waihona Puke 13.3 岩溶水系统的改造与演变
13.3 岩溶水系统的改造与演变
13.3 岩溶水系统的改造与演变
新构造运动对岩溶发育的影响
山区： 构造稳定期，岩溶发育形成管道-洞穴系统； 构造隆升期，无法形成管道-洞穴系统； 构造的间隙性隆升与稳定停顿交替，形成多 层管道-洞穴系统，以及多级同期阶地台面或 者地形剥蚀面；
岩溶水
浅析岩溶水的发育及南北差异摘要:岩溶区的奇峰异洞与大泉是宝贵的旅游资源，其形成与差异性溶蚀存在很大关系。
地下水水量丰富的含水系統是理想的供水水源，其对可溶性介质的改造是地下岩溶及岩溶水发育的主要原因。
由于我国地理、气候及介质性质差异的影响，我国岩溶及岩溶水存在较大的南北差异。
最近里面我国岩溶及的不节制的开发和追求经济利益的最大化，导致岩溶水出现了污染现象。
关键字:差异行溶蚀地下水含水系統南北差异污染引言:水对可溶岩石进行化学溶解，并伴随这冲蚀作用及重力崩塌，在地下形成大小不等的空洞，在地表形成各种独特的地貌以及特殊的水文现象。
不同演化阶段的岩溶水具有不同的特征，初期的岩溶水系统往往与裂隙水系统相差不大。
后期的岩溶水系统，管道系统发育，大范围内的水汇成一个完整的地下河系，在某种程度上具有地表水的特征:空间分布不均匀，时间上变化强烈，流动迅速，排泄集中。
水量丰富的岩溶含水系統，水量大且分布极不均匀的岩溶水是采矿的巨大威胁。
易于发生渗漏的岩溶化岩层，则给修建水利工程带来复杂的问题。
我国可溶岩分布约为占全国面积的三分之一，岩溶及岩溶水的研究，具有重大的实际意义。
岩溶水的污染近年来越来越严重，对岩溶水的防污措施的实施，刻不容缓。
一、岩溶发育的基本条件和影响因素水对可溶岩石进行化学溶解，并伴随以冲蚀作用及重力崩塌，在地下形成大小不等的空洞，在地表形成各种独特的地貌和特殊的水文现象，称为岩溶。
赋存并运移与岩溶化岩层的水称为岩溶水，也称喀斯特水。
岩溶化过程实际上是水对可溶岩层的改造过程，其发育必须具备两个基本条件:岩层具有可溶性、地下水具有侵蚀能力及水是流动的。
可溶性岩石的主要组成成份是钙、镁碳酸盐，其溶解能力很弱。
但是当CO2溶于水中形成碳酸或者水中很有其他酸时，对碳酸盐才有明显的溶解能力。
可溶岩的成分与结构式控制岩溶发育的内因，水的流动是保证岩溶发育的充要条件。
二、岩溶水系统的演变具有化学侵蚀性的书进入可溶岩层中，对原有的狭小通道进行扩展。
孔隙水、裂隙水、岩溶水
思考：断层或断层带起到什么作用 ?
❖ 下图中断层的水文地质意义如何？
❖ 第四纪松散沉积物分布： 平原和盆地中普遍发育；砂砾构成含水水水源。 第四系松散沉积物存在多种成因类型，如洪积、冲
积、坡积等，成因类型不同，其分布、地貌形态及内部 地质条件差异较大，由此也决定了其中水文地质条件存 在较大差异。故而，以下按成因类型来分析其中的水文 地质特征。
❖ 风化裂隙深度有限 ❖ 局部形成层状裂隙含水层 ❖ 动态变化大
10.3.2 裂隙的成因类型及其中的地下水
10.3.2.2 构造裂隙水
1、裂隙发育规律的控制因素 ❖ 岩石（层）力学性质
▪ 岩性：受力后的破坏（脆，塑）
▪ 结构：厚层，互层等 ❖ 构造应力
▪ 大小， ▪ 应力频率， ▪ 性质（张，压） ❖ 构造部位 应力集中的部位，裂隙常较发育，岩层透水性也好。 背斜轴部常较两翼富水，倾斜岩层较平缓岩层富水，断 层带附近往往格外富水。
❖ 例如： 西北某些新构造运动影响的洪积扇 山西霍县--新构造运动结果→有多个溢出带
西北某些新构造运动影响的洪积扇
山前水位埋深 深 浅 深 浅
10.1.5 冲积物（fluvial plain）中的地下水
❖ 河流沉积物与洪积物相比：
① 经常性水流作用的结果 ② 河流是线状或带状分布的，横向与纵向差异大；
▪ 水力联系不统一性 ——裂水含水系统的迭置与独立
▪ 渗透的各向异性 ——KX≠KY
裂隙水特点
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裂隙水的特点、裂隙水含水系统
❖ 水量分布不均匀 ——有的地方打井有水，有的地方无水 ❖ 水力联系不统一性 ——裂水含水系统的迭置与独立 ❖ 渗透的各向异性 ——KX≠KY
10.3.1 概述
岩溶水
发育条件之四
h n 其作用：不断更替补充具侵蚀性的水；将溶解与侵蚀 w o r u o n i s i 的物质带走----留下空洞（岩溶） e r u t u f r u O
！ s d an
myliu86@
1.岩溶发育基本条件和影响因素
影响因素
！ s d an
桂林溶岩
myliu86@
1.岩溶发育基本条件和影响因素
发育条件
岩溶是水与可溶性岩石相互作用的产物，岩溶化过程是水 作为营力对可溶岩层的改造过程。因此，岩溶发育必不可少的 两个基本条件是：岩层具有可溶性及地下水具有侵蚀能力。考 ！ s d 虑到其相互作用，又将两者一分为二，故基本条件有四个。即： an
可溶岩的界面上，可溶岩中岩溶格外发育。
myliu86@
2. 岩溶水系统的演变
地下水流对介质的改造
由于裂隙通道规模上的差别引起水流分配的不均匀性，而水流的不均匀性 又造成裂隙溶蚀扩展上的差别，由此便形成了一个岩溶演化的正反馈过程：
不均匀介质
不均匀水流
r u 更不均匀的水流 O
e r u fut
卤化物岩(岩盐、钾盐、镁盐) our
in s i e r 硫酸盐岩(石膏等) u t u f r u O 分布不广，岩体较小
h n ow
！ s d an
碳酸盐岩(石灰岩、白云岩、大理岩等) 分布广、岩体大，有普遍意义
作为溶解对象，不同成分和结构的岩石溶解的难易程度不同。
myliu86@
myliu86@
2015年4月 成都理工大学
主要内容
！ s • 1.岩溶发育基本条件和影响因素 d an r u o • 2.岩溶水系统的演变 in s i e r u t u f r u • 3.岩溶水的特征 O h n ow
岩溶水的特征
五、岩溶水的循环速度
岩溶水的循环速度(V)是指岩溶循环体内的水流速度。即由输入端 通过循环体至输出端的流程(L)与循环系统反应时间(τ)的比值：
V=L/τ 这个概念里也包含了两个效应：粘滞效应和加速度效应，主要是 由于介质糙率和水力坡度不同引起的。
循环速度可通过示踪剂连通试验测得，示踪剂的类型很多，如 萤光红、食盐和放射性元素。岩溶水的循环速度变化范围较大，我 国广西、云南、贵州岩溶区，枯水期、平水期和洪水期的流速一般 分别为每秒0.1~0.2、0.2~0.5和0.5~1.5米，有的洪水期可达到2米/秒。
落水洞、漏斗、竖 井、溶洼等负岩溶
迅速径流 (管、洞流)
地下径流
附属系统
输出
附属系统
出口 大泉
地下河
海
地表江河、湖
岸
泊、水库
或
海
海洋
底
泉
充
气
非
带
饱
水季 垂
带节 直
变循
动环 岩
带带 溶
浅 饱 水 带
水 平 循 环
水 循 环 体
饱
带
水
浅
带
循
深环
饱带
水 带
深 循
环
带
二、岩溶水循环系统分析
在岩溶水循环系统分析中，把渗入、运移与蓄存、排泄，分 别相应称为输入函数e(t)、传递函数z(t)（或叫系统特征函数）、 输出函数s(t)。三者之间的关系如下：
蒸散降雨落水洞流渗流渗入土壤水裸露岩石裂隙水封闭洼地渗流隙流小洞穴快速渗流渗流渗漏狭窄裂隙缓慢渗流洞流充水洞穴主管道存储于充水裂隙泉水或地下河溢流时间降雨量水位线岩溶水循环系统渗入储存运移排泄示意图渗流关系图水文图第一水文显示类型泉水或地下河溢流存储于充水裂隙主管道充水洞穴洞流渗流渗漏狭窄裂隙缓慢渗流渗流隙流小洞穴快速渗流封闭洼地裂隙水裸露岩石土壤水渗流渗入落水洞流降雨蒸散降雨开始后历时水位线降雨量第二水文显示类型水位线降雨量时间蒸散降雨落水洞流渗流渗入土壤水裸露岩石裂隙水封闭洼地渗流隙流小洞穴快速渗流渗流渗漏狭窄裂隙缓慢渗流洞流充水洞穴主管道存储于充水裂隙泉水或地下河溢流第三水文显示类型2
岩溶水的特征
2．水动力分带
岩溶区存在着四个水动力带：充气带、季节变动带、完全饱水 带和深饱水带。前二者水动态呈不稳定状态，水流性质多呈重力 梯度流；后两者的动态较稳定，多呈压力梯度流。在不同地区， 这四个水动力带的优势和组合是有差异的，如在峰林、峰丛地区， 充气带和季节变动带比较深厚，在岩溶平原则很薄。
3．水动力分带的意义
b. 时间动态的不稳定性不仅表现在补给期动态上，而且还反应在 消耗期动态上。
c. 用调节系数γ（或称非稳定系数）表示时间动态的不稳定性：
tt1
Qmax Qmin
Qmax表示t时间最大流量，Qmin表示t1时间最小流量。按时间 区分，分为多年、年、季等调节系数，一般用年调节系数的较多。
峰林、峰丛岩溶区的地下河出口流量年调节系数正常值为50~200，
三、岩溶水循环的动力特征
1．循环系统的调蓄能力
当在一段时间内，无大气降水有效渗入补给，但在输出端仍有 流量消耗时，表明以前的输入量对流量起着滞缓调节释放作用， 这个时期水的动态就称为消耗期水动态。如果这种状况持续时间 较长，说明系统的调蓄能力较强。
当一段时间内，有大气降水有效渗入补给时，流量、水位回 升，这个时期水的动态就称为补给期水动态。
第二节 岩溶水的基本特征与分类
一、岩溶水的基本特征 1．空间分布的不均匀性
主要归因于含水介质的结构、构造在三度空间上的非均质性 和渗透性的各向异性，形成溶蚀优势方向的岩溶发育强于其他方 向。如洞穴或管道发育方向，就代表溶蚀优势方向，这个方向的 渗透性比原生孔隙大100万倍，比溶蚀扩大的节理和层面大100倍。
表16 岩溶水水位动态稳定性程度
Δh（米） 稳定性
<=1~2 极稳定
2~5 稳定
5~10 较稳定
第十三章岩溶水
本章内容
13.1 13.2 13.3 13.4 13.5 概述 岩溶发育的基本条件与影响因素 岩溶水系统的演变 岩溶水的特征 我国南北方岩溶水特征
第十三章 岩 溶 水
岩溶水 赋存并运移于岩溶化岩层中的水。 岩溶水变化特点 演化初期的岩溶水系统往往与裂 隙水相同。演化后期的岩溶水系统，管道系统发育， 大范围内的水汇成一个完整的地下河系，具有地表 水的特征：空间分布极不均一，时间上变化强烈， 流动迅速，排泄集中。
构造开启程度对岩溶发育的控制
碳酸盐岩隔水底板上发育层状岩溶 Nhomakorabea三、我国南方岩溶的地下河系化 与地表水一样，岩溶水流系统也有溯 源发展趋势，在溯源发展过程中，处于同 一构造边界之内的局部岩溶水流系统相互 袭夺，优势系统并吞弱势系统，最终形成 统一地下河系。 一般南方岩溶地下河系化主要经历四 个阶段：溶蚀初期，岩溶水流系统出现， 溯源溶蚀，水流系统汇合和转变为统一区 域岩溶水流系统——即地下河，见下图。
4.水流对岩溶发育的控制作用
影响岩溶发育的基本条件中，最关键的水流 条件，所以要掌握岩溶及岩溶水 发育规律，必须 抓住关键即水流分析，水流对岩溶水系统的改造 与演变，主要是通过改造介质机制：即溶蚀-机械 侵蚀-重力崩塌机制进行的。其次，差异性水流与 介质差异性改造也是关键因素，最后加上新构造 运动对岩溶发育也有很大影响。
四、岩溶水动态特征 南北方岩溶有明显区别，南方的岩溶泉对 降水的响应十分灵敏，流量季节变化很大。 在典型的岩溶化地区，贯入式的补给、畅 通的径流与集中的排泄决定着岩溶水水位 动态变化特征。而北方正好相反，对降水 入渗补给响应慢，水位变化不灵敏，所以 导致地下水流量动态相当稳定。
开启型岩溶系统：存在强烈的季节性，对降水反 应快，大起大落。常以暗河的形式排泄。
第十三章岩溶水
• 岩溶对大多数人来说都不陌生，岩溶现象对许多人来说是很神密的（含 部分专业人员），岩溶现象的壮观奇特，岩溶水的神出鬼末，有着积极 的一面：
§ 济南泉城世界著名：蕴育滋养了该城文明与发展; § 山西自北向南沿太行山脉的名泉：晋祠泉，娘子关泉，洪山泉，郭
庄泉，广胜寺胜泉，龙子祠泉，是山西盆地的工农业发展的主要支柱; § 广西桂林山水甲天下，奇特岩溶景观; § 云南的路南石林，壮观与气势，让游人流涟忘返.
• （2）局部地下水流动系统：循环深度浅，源汇距离短，地下径流强烈， 大体以水平运动为主，岩溶最为发育，多形成以水平溶洞为主的管道系 统、倾斜溶洞。
• （3）区域地下水流系统：地下水流受区域性侵蚀基准面控制，径流途径 长，径流迟滞且随深度增大而更缓慢，岩溶通常不发育，仅在局部径流 较强烈的地段形成岩溶洞穴。
解的难易程度不同；作为导水介质，在后期的构造应力作用下形成的裂隙有 所差异，控制地下水流动而影响岩溶发育。
• 13.2 岩溶水的演变 • 13.2.1地下水流对介质的改造
• 具有化学侵蚀作用的水进入可溶岩层，对原有的狭小通道（原生裂隙和构 造裂隙）进行扩展，水流不断溶蚀裂隙壁面，溶于水的岩石成分被流动的 水流带走，裂隙通道不断加宽。
• 岩溶水系统，演化初期与裂隙水系统差异不大；演化后期，大范围内形成完 整的地下暗河，空间分布极不均一，时间上变化强烈，流动迅速，排泄集中。
• 水量丰富的岩溶含水系统是理想的供水水源，岩溶区有奇峰异洞和大泉，易 渗漏，危及采矿。可溶岩占全国1/3。
• 13.1岩溶发育的基本条件与影响因素
• 13.1.1岩溶发育条件 • 岩溶发育条件包括两个基本条件、四个必备条件。 • 两个基本条件： • （1）岩层具有可溶性； • （2）地下水具有侵蚀能力。 • 四个必备条件： • （1）可溶岩的存在； • （2）水是流动的； • （3）可溶岩必须是透水的； • （4）具有侵蚀能力的水。
第十二章岩溶水
12.1 岩溶发育的基本条件与影响因素 12.2 岩溶水系统的演变（差异溶蚀与地下河系化） 12.3 岩溶发育与岩溶水的分带性 12.4 岩溶水的特征 12.5 我国南北方岩溶及岩溶水的差异
概述
1.岩溶：水对可溶岩石进行化学溶解，伴以冲蚀作用及重力崩坍，在地 下形成大小不等的空洞，在地表造成各种独特的地貌现象以及特殊的 水文现象。也叫喀斯特。 岩溶可以划分为地表岩溶和地下岩溶。
注意：经过白云岩化后的岩石，孔隙度可以增大到百分之十几（由 于白云岩化使岩石体积变小）；在裂隙不发育的条件下孔隙对岩溶发 育起控制作用，多形成岩溶中等发育、比较均一的岩溶含水层。 2.岩石的透水性： 1）碳酸盐岩的透水性确定因素： a.碳酸盐岩形成时的原生孔隙：孔隙度小，孔隙细，连通不好，对透水 性的作用不大； b.成岩后形成的次生裂隙：包括风化裂隙和构造裂隙。尤其是后者对透 水性起决定性作用。 2）各类碳酸盐岩中构造裂隙发育及岩溶透水性特点： a.厚层质纯灰岩：构造裂隙发育很不均匀，比较稀疏、宽而长。各部分 的透水性差别大。有利于形成大型岩溶洞穴，岩溶发育极不均匀。 b.中薄层灰岩：构造裂隙往往发育密集、短小而均匀，连通性好的层面 裂隙尤其发育，有利于形成溶蚀比较均匀的岩溶含水层。但由于厚度 所限，且一般含杂质较多，因此，岩溶发育均匀而不强烈。 c. 泥质灰岩：具有比较强的塑性，形成的裂隙张开宽度比较小，延伸 性也比较差，不溶的泥质充填裂隙会阻碍水的循环流动，不利于岩溶 的发育。
2.岩溶水：赋存并运移于岩溶化岩层中的水称为岩溶水。
3.岩溶水作用：岩溶水在流动过程中不断扩展介质的空隙，改变其形状， 改造着自己的赋存与运动的环境，从而改造着自身的补给、径流、排 泄与动态特征。
4.岩溶水总体特点：
岩溶水补给径流排泄特征
岩溶水补给径流排泄特征
岩溶水具有以下补给、径流和排泄特征：
1. 补给特征：岩溶水的补给来源主要包括降雨、地表水、地下水以及生产、生活用水等。
在岩溶地区，地下水对碳酸盐岩的溶蚀作用形成了各种溶洞、溶孔和溶蚀裂隙等，这些空隙成为地下水的储存空间和流动通道。
在岩溶不发育地区，地下水对碳酸盐岩仅有微弱的改造，分异作用不强烈，以溶孔、溶蚀裂隙为主的岩溶含水空间，补给形式以缓慢的入渗为主。
2. 径流特征：由于岩溶水在地下流动的特性，其径流方向一般沿构造裂隙、层面裂隙或层内裂隙等通道流动。
在岩溶发育地区，地下水通过各种形式的溶洞、溶孔和裂隙等通道流动，形成了复杂的地下水网。
3. 排泄特征：岩溶水的排泄通常通过地表水、泉、地下河等形式。
在岩溶发育地区，由于地下水与地表水相互转化，形成了一种复杂的联系。
岩溶水的排泄方式不仅受控于地下水循环的条件，也受地质构造和地貌的影响。
在某些情况下，岩溶水的排泄可能会突然发生，如水库放水、地震等事件。
总的来说，岩溶水的补给、径流和排泄特征受到多种因素的影响，包括地质构造、地貌、气候条件等。
因此，需要综合考虑这些因素来研究和理解岩溶水的特性。
岩溶及岩溶水课件 (一)
岩溶及岩溶水课件 (一)岩溶是指由于地下水的化学侵蚀作用和物理侵蚀作用而形成的一类自然地貌。
岩溶水则是指天然流经岩溶地貌地区的地下水和地表水。
岩溶及岩溶水作为地理学中一个重要分支，继承和发扬了自然地理学和动力地貌学的理论和方法，为人类认识和开发地球资源提供了重要的科学依据。
以下是有关岩溶及岩溶水课件的详细内容。
一、岩溶与其特征1、岩溶的概念：岩溶是指在地下水的化学腐蚀和物理侵蚀作用下，岩石、矿物和土壤形成的一类地貌。
2、岩溶的发育特征：（1）丰富的地表水和地下水资源；（2）地貌类型多样，形态复杂；（3）普遍存在的地下水通道与溶洞空间。
二、岩溶水及其特征1、岩溶水的概念：岩溶地貌下，由于地下水、地表水经过岩溶作用而形成自然流通的水文系统。
2、岩溶水的特征：（1）构成复杂，呈现多元化类型；（2）含水量大，水文循环速度快；（3）水文特征活跃，水质好，污染少。
三、岩溶及岩溶水在人类生产生活中的应用1、作为城市地下管网岩溶地质带地下空间多，又有不规则的裂隙和洞穴，天然的岩溶地质可以开挖形成城市道路、地下管网和地下停车场等。
2、清洗污水的补给水岩溶区容水能力强，地下水埋深深，水流速度快，水质清澈、微生物污染少。
利用岩溶区域自净能力进行地下水前期处理，如污水再生、供水一体化和河道治理等，可以达到良好的净化效果。
3、矿产资源的开发岩溶区域中泉水受到地热作用和岩溶作用的双重影响，容易形成丰富的地热矿泉水和喀斯特储水大气压、负气压等不同受力环境下各自具有的运移特性，所以岩溶带地区的矿产品颇多。
例如石漠化的治理，可将脆化石灰岩切割成不同的规格，作为建筑材料，消耗极小，符合可持续发展的需求。
总结如上所述，岩溶及岩溶水作为地理学中一个重要分支，是人们对于自然环境进行理论探讨和人工开发的重要依据，可以广泛应用于城市建设、环保治理、水利开发等多个领域，对于人类社会的可持续发展具有极其重要的意义。
岩溶水
岩溶水目录编辑本段裸露型岩溶水岩溶化地层广泛出露地表，特点是以潜水为主。
其主要接受降水入渗补给，地下水循环交替快，常以泉河地下河形式排泄。
动态变化大、水化学成分简单、矿化度低。
覆盖型岩溶水岩溶含水层之上有松散岩层覆盖厚度不同，分为两个亚型。
浅覆盖亚型：上覆第四纪堆积物，厚度一般不超过30m。
其特点是：赋存潜水，但有承压现象；埋藏受基岩面几地貌控制；接受降水、地表水和浅部地下水补给。
有类似裸露型的径流、排泄及动态特征，但变化幅度小。
深覆盖亚型:第四纪覆盖层厚度大于30m。
其特点是：分布范围较大，赋存承压水或部分自流水。
补给来源管饭，径流条件复杂，天然排泄点少。
地下水动态对降水反应滞后，水化学成分稍复杂，但矿化度仍较低。
埋藏型岩溶水岩溶含水层被固结的岩层覆盖。
常以向斜、单斜等蓄水构造等形式出现。
其特点是：埋藏、径流主要受构造控制，赋存承压水或自流水。
补给主要来源于相邻的其他含水层，径流缓慢，极少见有天然排泄点，动态变化幅度小，水化学成分复杂。
编辑本段岩溶水的分布特征岩溶含水层的富水性总的来说是较强的，但是含水又极不均匀。
因岩溶水并不是均匀地遍及整个可溶岩的分布范围，二十埋藏于可溶岩的溶蚀裂隙、溶洞中，所以往往同一岩溶含水层在同一标高范围内，或者同一地段，甚至相距几米，富水性可相差数十倍至数百倍。
例如在广西拔良附近进行水文地质勘探时，在石灰岩和白云岩分布区利用人工开挖的方法，两个点上都找被盗了丰富的集中涌出的地下水。
一个点水位下降8m是出水量为15600m3/d；另一点水位下降5.2m出水量仍达2600m3/d。
两点相距1000m 左右。
而在两点之间打的7个钻孔，降深大于5m时出水量都不到40m3/d，富水性之差达60~360倍。
岩溶的发育具有向深部逐渐减弱的规律，使含水层的富水性相应也具有强弱的分带性。
昆明附近钻探结果说明，该地区石灰岩分布地段，深度不超过100m范围内地下水较丰富。
岩溶水在水力联系上也具有明显的各向异性。
第12章岩溶水
第十二章岩溶水学习目的和要求：掌握岩溶发育的基本条件与影响因素、岩溶水的特征，了解岩溶水的垂直分带、我国南北方岩溶及岩溶水的差异。
12．1 岩溶发育的基本条件与影响因素岩溶水——贮存并运移于岩溶化岩层中的水称为岩溶水（喀斯特水）。
岩溶发育应具备四个条件：（1）可溶岩的存在；（2）可溶岩必须是透水的；（3）具有侵蚀能力的水；（4）水是流动的。
1．碳酸盐岩的成分与结构（1）成分；（2）结构；（3）构造2．碳酸盐岩、水、二氧化碳体系（1）岩溶化过程（方解石）是CaCO3－H2O－CO2体系间相互作用的过程，用CaCO3的饱和指数判断水是否仍具有侵蚀性。
（2）如果CaCO3－H2O－CO2形成一个封闭体系，用不了多久，这一体系中因CO2的消耗及溶解CaCO3的积累而达到平衡状态，岩溶化作用不再继续进行；如果CaCO3－H2O－CO2形成一个开放体系，不断有新的CO2进来，溶解下来的CaCO3又不断被流动的水流所带走，则岩溶化作用继续进行。
（3）二氧化碳的主要来源：土壤中微生物分解有机质使之氧化，以及植物根系呼吸作用产生的CO2是地下水中CO2的主要来源（土壤空气中CO2含量通常为1% ~ 3%）。
（4）小结：在CaCO3－H2O－CO2体系中，通过大气降水的入渗，CO2不断地补给地下水，CaCO3的排出也必须依靠径流和排泄来完成。
因此，地下水的循环交替是保证岩溶发育的充要条件。
12．2 岩溶水系统的演变1．地下水流对介质的改造不均匀的介质→不均匀的水流→差异性溶蚀→更不均匀的介质→更不均匀的水流→进一步的差异性溶蚀。
岩溶发展的过程实质上便是介质的非均质化过程和水流的集中化过程。
岩溶发育的三个阶段：起动阶段、快速发展阶段、停滞衰亡阶段。
2．地下水流动系统与岩溶发育的空间特征（1）地下水径流条件是控制岩溶最活跃最关键的因素；（2）岩溶发育部位；（3）岩溶发育的垂直分带：总的来看，从上→下，岩溶发育由强→弱；从补给区→排泄区，岩溶发育由弱→强。
地质课件-岩溶水
巨厚的純灰岩形成的構造裂隙往往比較稀疏、寬而長，有利於 形成大型岩溶洞穴，岩溶發育不均勻。
碳酸鹽岩由不同比例的方解石和白雲石組成，並含有泥質、矽 質等雜質。實驗表明，純方解石的溶解速度約為白雲石的兩倍，故 純灰岩要比白雲岩容易溶蝕，矽質與泥質灰岩最難溶蝕。
➢ 具有侵蝕能力的水；
➢ 水是流動的。
（一） 岩溶發育的基本條件
➢可溶性岩石
鹵化物岩(岩鹽、鉀鹽、鎂鹽)，硫酸鹽岩(石膏等)：分佈不廣，岩體較小 碳酸鹽岩(石灰岩、白雲岩、大理岩等) 。分佈廣、岩體大，有普遍意義。
❖岩石成分對其溶解的影響 泥質含量比較高的岩石往往表現出較強的塑性，形成的裂隙張
開寬度比較小，延伸性也比較差，不利於岩溶的發育。 成份不很純的岩層一般沉積間斷比較多，多呈中厚層至中薄層，
地下喀斯特水的垂直分帶
1.垂直滲透帶；2.季節變動帶；3.水準流動帶；4.深部 滯流帶
水經過相當長的流程以後，仍可具有一定的溶解能力。
➢ 地下水徑流強度 岩溶發育的一個必要條件是水的流動。 在水流停滯的條件下，隨著水中的侵蝕性CO2不斷消耗，
最終完全喪失其侵蝕能力，溶蝕作用便告終止。只有當地下 水不斷流動，富含CO2的滲入水不斷得到補充更新，水才能 經常保持侵蝕性，溶蝕作用才能持續進行。因此，地下水的 徑流條件是控制岩溶發育最活躍最關鍵的因素。
四 川 黃 龍 的 鈣 華 堤 壩
地表鈣華沉積 岷山南麓黃龍一帶河谷中的瀑布華
黃龍寺鈣華
黃龍寺鈣華
二、地下喀斯特
蝕空形態
1.溶洞
溶洞:是地下水沿著可溶性岩石的層面、節理或 斷層進行溶蝕和侵蝕而成的地下孔道。
2.地下河(暗河、伏流)
第13章 岩溶水
洞、天生桥、石钟乳、石笋、石柱、石幔、钙（硅）华。地下
河、千谷、盲谷等。
第1节 岩溶发育的基本条件
第1节 岩溶发育的基本条件
天坑——竖井
第1节 岩溶发育的基本条件
四、岩溶发育的基本条件
岩溶是水与可溶岩发生化学作用和岩土机械破坏的结果 岩溶与溶滤作用的区别？ 1、岩溶发育的基本条件（水与岩石两大类） （1）可溶性岩层的存在 主要为碳酸盐岩：灰岩、白云质灰岩、灰质白云岩、白云岩
第3节 岩溶水特征
三、岩溶水的补给、排泄与动态
1、补给源—— 大气降水是岩溶水的主要、甚至是唯一的
补给源，基本来自上边界的各种补给，但表现多种方式。
补给条件： （1）面状补给或渗入式补给; （2）点状集中补给—灌入式；入渗系数大（60—80% 南方，北方30%）
（3）南方岩溶地下水与地表水常常互为一体，互为转
初始介质场 K0
K1 K2
V0
V1 V2
K 小
V小
水流分散
……….……… Kn Vn K 大 V大 水流集中
第2节 岩溶水系统的演变
一、地下水对介质的改造 1、过程 （1）水流愈来愈集中在少数通道中，少数通道则优先 发展为溶洞
（2）介质改造过程也称为差异性溶蚀改造过程，其结
第3节 岩溶水特征
3、岩溶泉动态差异
南方——云南喷水洞地下暗河流量动态曲线
第3节 岩溶水特征
3、岩溶泉动态差异
北方——山西广胜寺岩溶泉流量动态曲线
第3节 岩溶水特征
4、影响南北方岩溶发育及岩溶水系统的因素
（1）岩溶含水介质 南方：常是高度管道化与强烈不均质的
北方：均匀得多（溶蚀裂隙为主以及局部的岩溶管道）
南方的岩溶地下河排泄成为地表水之源
岩溶水的特征
岩溶水的特征岩溶水是指通过岩石中的裂隙和溶洞流动的地下水。
它具有以下几个特征。
岩溶水具有丰富的溶解物质。
岩石中的溶解物质通过水的作用被溶解并带走，使得岩溶水中含有丰富的矿物质和离子。
这些矿物质和离子对生物生长和地质作用具有重要影响。
岩溶水具有很高的溶解能力。
由于岩溶水中含有丰富的二氧化碳，形成了碳酸水，具有较强的溶解能力。
它可以溶解石灰石等碳酸盐岩，形成溶洞和地下河道。
在溶洞中，岩溶水溶解的岩石部分会沉积下来，形成钟乳石、石笋等奇特的地下岩石景观。
第三，岩溶水具有高度的活性和流动性。
岩溶水可以通过裂隙和溶洞迅速流动，形成地下河道和地下水系。
它对地表和地下的岩石具有侵蚀和破坏作用，形成地下溶蚀地貌，如溶洞、溶壑、峡谷等。
岩溶水的流动性还使得它可以携带溶解的矿物质和离子，对地下水环境和生态系统产生重要影响。
岩溶水具有一定的渗透性和储存能力。
由于岩石中的裂隙和溶洞，岩溶水可以在地下形成一定规模的水库，储存大量的地下水资源。
同时，岩溶水具有较强的渗透性，可以通过岩石的裂隙和孔隙进入地下水层，补给地下水资源。
岩溶水还具有一些特殊的性质。
例如，岩溶水中的溶解氧含量较低，对水生生物的生存和繁殖有一定限制。
岩溶水中还含有一些特殊的微生物，如岩溶细菌和真菌，对岩石的溶解和侵蚀有一定的作用。
岩溶水具有丰富的溶解物质、高度的溶解能力、活性和流动性强、渗透性和储存能力大等特征。
它对地下水资源的形成和分布、地下水环境和生态系统的维持和保护具有重要意义。
同时，岩溶水也是地下水资源利用和地质灾害防治的重要研究对象，对于人类社会的可持续发展具有重要意义。
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Δ h（米） 稳定性 <=1~2 极稳定 2~5 稳 定 5~10 较稳定 10~20 不稳定 20~50 极不稳 定 >50 超极不稳定
（3）水质时间动态的不稳定性
水质动态变化，取决于岩溶水的化学元素迁移和交换的时空规律， 主要取决于下列因素：a. 流程边界地层岩性；b. 岩溶水流量、水温、 压力的变化；c. 地下水开采引起的水质动态变化。a和c属于环境地 质研究的范畴。 在一定的水文地质边界条件下，当流量增加的速度比溶解（即离 子交换和迁移）速度快时，就会出现离子浓度随流量增加而减小的 规律。美国学者R.P.Betson提出了一个水质数学模式，即： Q b Conc（浓度） a( ) DA a、b为系数，Q表示排泄流量，DA表示补给面积。
五、岩溶水的循环速度
岩溶水的循环速度(V)是指岩溶循环体内的水流速度。即由输入端 通过循环体至输出端的流程(L)与循环系统反应时间(τ)的比值：
V=L/τ
这个概念里也包含了两个效应：粘滞效应和加速度效应，主要是 由于介质糙率和水力坡度不同引起的。
循环速度可通过示踪剂连通试验测得，示踪剂的类型很多，如 萤光红、食盐和放射性元素。岩溶水的循环速度变化范围较大，我 国广西、云南、贵州岩溶区，枯水期、平水期和洪水期的流速一般 分别为每秒0.1~0.2、0.2~0.5和0.5~1.5米，有的洪水期可达到2米/秒。
（ 3 ）按水流水力学性质分：自由流和限制流，包括承压水、非 承压水（或上升泉、下降泉）。
（ 4 ）按水文地质结构分：断裂带水、层间水、接触带水、裂隙 水。 （5）按水文地质勘察类型分：裸露型、覆盖型、隐伏型。
1．岩溶水的水文学分类
第一水文显示类型：流量、水位起涨猛、跌落快、峰值陡，雨 量、流量峰值之间的滞后时间短，流量非稳定系数大。
在岩溶水分布相对均匀，水力联系比较好的岩溶平原或开 阔谷地，可以用渗流定律直接判断流态：
层流：
Q KIW
Q KI 1/ 2W
Q KI 1/ mW
V KI
V KI 1 / 2
V KI 1 / m
紊流：
过渡流：
K—渗透系数；I—水力坡度；V—流速；W—过流断面；m— 流态指数，取值1.0~2.0。
大气降水
地表江、河、湖泊、水库、 融雪等侧向渗漏补给 另系统
地表径流
蒸
散
非岩溶地层地面
土壤或松散 覆盖层
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
岩溶地层地面 非 饱 水 带
充 气 带 季 节 变 动 带 浅 饱 水 带 垂 直 循 环 带 水 平 循 环 带 浅 循 环 带 深 循 环 带
裂隙、溶隙、 断裂网络 裂隙、孔隙水及 土壤水 覆盖型 隐伏型 迟缓渗流 (脉、隙流)
二、岩溶水的分类
岩溶水的分类方法，到目前都没有一个统一的标准和原则。根 据国内外的文献资料，概括为以下几种分类方法：
（1）按循环系统特征分：扩散流和管道流。包括：隙流、脉流、 网流、管道流；裂隙水、溶洞水、地下河；蓄存岩溶水、运移岩 溶水；扩散补给水、离散补给水等。 （2）按水的运动带分：充气带水、季节变动带水、饱水带水。
3．岩溶水的水文地质和岩溶地貌分类
（1）按岩溶水蓄存、运移和岩体地质构造性质可分为： ① 层间岩溶水：发育于岩溶岩层与非岩溶岩层相间地区，水多为 侧向流动，具有压力流的性质。 ② 断层带岩溶水：发育于断层破碎带，水的流向受断裂带延伸方 向控制，局部受地貌影响。 ③ 裂隙岩溶水：富集于裂隙密集带中的地下水，流量小，但动态 较稳定；
4．地下水与地表水相互转化的敏捷性
根据转化的特点和边界条件，可归纳为季节型、伏流型 （或渗漏型）、阻隔型三种基本类型。
（1）季节转化型 单向转化：洪水期时，甲地下河溢流，以地表河形式排向邻近 地表河乙；枯水期时，甲地下河仍向乙地表河排泄。
循环转化：洪水期时，甲地下河溢流，以地表河形式排向邻近 地表河乙；枯水期时，乙地表河却向甲地下河补偿。
2．水动力分带
岩溶区存在着四个水动力带：充气带、季节变动带、完全饱水 带和深饱水带。前二者水动态呈不稳定状态，水流性质多呈重力 梯度流；后两者的动态较稳定，多呈压力梯度流。在不同地区， 这四个水动力带的优势和组合是有差异的，如在峰林、峰丛地区， 充气带和季节变动带比较深厚，在岩溶平原则很薄。 3．水动力分带的意义 在严重缺水的岩溶山区，建立地下水库，其目的就是滞蓄洪 水期季节变动带中的水资源，增加饱水带厚度，使更多的地下水 得以改造、利用。
（2）伏流转化型（或渗漏型）
地表水流进入岩溶化岩体内成暗流，在岩体另一端又重现为明 流，简称伏流。在岩溶发育区，伏流转化类型很常见。
（3）阻隔转化型 在岩溶地下水流动过程中，遇到隔水岩组时，被顶托 溢流成地表河，称阻隔转化型。
在岩溶发育的不同部位，不同时间，经常出现上面三 种转化关系的组合。
5．地表分水岭与地下分水岭的不一致
第五章 岩溶水
第一节 岩溶水的循环 第二节 岩溶水的基本特征与分类 第三节 岩溶含水层的分类
第四节 岩溶水资源的估算
第一节 岩溶水的循环
一、岩溶水循环的基本模式 岩溶水的循环过程，主要由水的输入、岩体内的蓄存、运移 和水的输出三大部分组成。
渗入
循 蓄存 环 体 运移
排泄
附属系统指的是循环体内地下水与地表水相互转化的水流。 这是理想化的概化图，实际上，每个地区的岩溶水循环系统都 与其本身的边界条件、岩溶地貌以及水动力条件等多种因素相 关，各自的循环体结构是有所不同的。 一般在厚层块状石灰岩、白云岩地区，补给、径流、排泄 条件有利时，可能存在完整的岩溶水循环系统。
降 雨 落水洞流 土壤水 封闭洼地
蒸 散 渗流渗入 裸露岩石 裂隙水
水位线
渗流、隙流、小 渗流、渗漏、狭 洞穴快速渗流 窄裂隙缓慢渗流 洞 流 充水洞穴 主管道 存储于 充水裂 隙
降雨量
泉水或地下河溢流
降雨开始后历时
第二水文显示类型
降 雨 落水洞流 土壤水 封闭洼地
蒸 散 渗流渗入 裸露岩石 裂隙水 水位线
t t1
Q max Q min
Qmax表示t时间最大流量，Qmin表示t1时间最小流量。按时间 区分，分为多年、年、季等调节系数，一般用年调节系数的较多。 峰林、峰丛岩溶区的地下河出口流量年调节系数正常值为50~200， 岩溶泉的年γ 值较小，岩溶平原或开阔谷地的γ 值为1.5~5。
表15 岩溶水流量动态稳定性程度
e(t) 激励
Z(t)
响应
s(t)
动量反应
一次降水过程的有效渗入，对循环系统产生一次激励过程， 通过循环体的动量反应，输出相应的流量过程，就显示出一次响 应过程。动量反应取决于降雨因素和循环体的系统特征，具体为： 降雨强度、持续时间、分布；含水层的空间结构、构造、渗透性 （岩溶发育强度）等。整个循环系统就是把雨量过程图，通过含 水层的动量反应，转换为流量过程图。
渗流、隙流、小 渗流、渗漏、狭 洞穴快速渗流 窄裂隙缓慢渗流 洞 流 降雨量 充水洞穴 主管道 存储于 充水裂 隙
泉水或地下河溢流
时间
第三水文显示类型
2．岩溶水的水力学性质分类
（1）有压流（限制流） 取决于两个条件：水头压力差的存在、隔水顶板的存在。压 力流的状态取决于流场的压力梯度。当两种岩层的透水性差别 较大时，强透水层中的流线趋于与相对隔水层平行，等势线与 它接近正交。在弱透水层中，流线与岩层界面趋于垂直，等势 线趋向于同岩层界面平行。 从岩溶水水动力角度看，饱水带中的虹吸管流，就是沿通道的 压力梯度流；季节变动带中的洪水期，多呈局部压力流状态； 包气带中一般以垂向重力梯度流和无压流居多。 （2）无压流 无压流具有自由水面，水流以重力流为主，如下降泉。
降 雨 落水洞流
蒸 散 渗流渗入 土壤水 封闭洼地 裸露岩石 裂隙水
渗流、隙流、小 渗流、渗漏、狭 洞穴快速渗流 窄裂隙缓慢渗流 洞 流 存储于 充水裂 隙
充水洞穴 主管道
泉水或地下河溢流
岩 溶 水 循 环 系 泄统 示渗 意入 图、 储 存 、 运 移 、 排
渗流关系图
水位线
水 文 图
降雨量
第一水文显示类型
对应的是管道流岩溶水类型，代表的是地下河或洞流系统中迅速 流动的岩溶水。 第二水文显示类型：与第一类水文显示相反。反映为扩散流 岩溶水类型，代表裂隙—孔隙系统特征的迟缓渗流。 第三水文显示类型：界于第一类与第二类水文显示之间。反 映为混合流类型，既有管道流，又有扩散流的特征，只是二者之 间的比例程度有差异。水文过程线是两种水流的叠加过程线。
以各向异性系数来表示空间的不均匀性，即：（公式）
K y Kx
或
Kz Kx
Kx、Ky、Kz分别代表三个主轴轴向的渗透性。
图 含水层性质的均匀性和不均匀性
2．时间动态的不稳定性
（1）流量随时间动态的不稳定性
a. 降雨有效渗入量与岩溶含水层系统内的调蓄能力之间的不相容 性，是时间动态不稳定性的根本原因。不相容性的程度决定了不 稳定性的程度，循环系统反应时间越短，动态越不稳定。 b. 时间动态的不稳定性不仅表现在补给期动态上，而且还反应在 消耗期动态上。 c. 用调节系数γ （或称非稳定系数）表示时间动态的不稳定性：
滨海岩溶水水质动态变化，主要取决于淡水和咸水界面的波动， 即接触深度。因此，抽水应克制在水质标准范围内，即允许开采降 深范围内。
3．流态多变性 判断地下水流态的方法，一般都应用水力学中的雷诺数或临界 渗透速度。一般可分为层流、紊流、过渡流三种： 紊流流量与管道直径、水力坡度之间的关系式为：
Q2 a2 2dg dh f dl
γ 值 稳定性 <=1~2 极稳定 2~5 稳 定 5~10 较稳定 10~50 不稳定 >50 极不稳定
（2）水位随时间动态的不稳定性
用水位变幅表示：Δh=hmax-hmin 峰林、峰丛岩溶区的Δh正常值为20~30米，最大达80~100米，甚 至超过100米。平原或开阔谷地的Δh值为1~5米，或5~10米。