1.1　研究背景及意义

我国喀斯特（又称岩溶）地貌分布广泛，岩溶区总面积约344万km2，其中裸露岩溶区面积90.7万km2。西南地区碳酸盐岩地层分布面积11.4万km2，出露面积78万km2，出露面积约占全国岩溶区总面积的22.67%，是我国主要的岩溶区。西南四省（贵州、云南、湖南、广西壮族自治区）岩溶区地下水资源量占据了我国25%的地下水资源量，而水资源的开发利用率却仅有8%～15%。贵州省位于我国西南岩溶区的中部，岩溶分布面积占全省总面积的70%以上，形态丰富复杂，裂隙洞穴迂回曲折，纵横交错，致使降水迅速渗漏到地下，造成很多地区工农业缺水，甚至影响居民生活用水。因此，开展研究和探索岩溶含水系统水流运动规律，具有重要意义。该地区岩溶多重介质环境性质独特，具有以下特点：

（1）岩溶作用强烈，地表、地下岩溶形态多重组合，构建了岩溶多重介质环境承灾脆弱的基础。

（2）降水丰沛，降水历时长、强度大。岩溶多重介质环境内广泛发育岩溶地下水系统，下垫面透水性强，岩溶地下水系统多以地表江河为排泄基准，致使岩溶多重介质环境内岩溶水文过程分为地表和地下两大部分。通常地下水文过程占主导地位，致使旱涝灾害交替发生。

（3）岩溶地貌景观奇特。多类峰体、多级洼地、多层次化洞穴、谷地、平原等形态组合复杂，类型多样，致使岩溶多重介质环境内滑坡、岩体崩塌时有发生。

（4）碳酸盐岩质地较纯，不溶成分少，成壤能力低，土壤层薄而贫瘠，且分布零星。因特殊的地质、水文和气候组合，岩溶多重介质环境中，“水-土-岩”呈多元结构，大多互为分层、相互独立，造成石多水少，水源漏失，致使水土流失和石漠化加剧。

岩溶含水系统是一个复杂系统，含水介质通常由管道暗河、大裂隙、微小裂隙、孔隙等多重空隙构成，具有高度的非均质性和各向异性，水动力参数呈现出显著的尺度效应。孔隙达西流、裂隙流、地下暗河的管道流等多相水流混合，水流运动极其复杂，因此抽水试验等传统的水文地质调查方法难以准确掌握其中的水流运动规律。物理模型可以根据岩溶地区的气象水文、水文地质等条件随意设置不同的水文情景及不同的内部空隙结构特征，逐渐成为研究岩溶含水系统的有力工具。本书基于国家重点基础研究发展规划（973计划）项目“喀斯特地区水循环动力过程及其水文生态效应”（2006CB403204）的第四课题，在对贵州后寨地下河气象水文、水文地质条件现场调查分析及前人研究所提出的后寨河流域水文地质概念模型，建立裂隙网络-管道双重介质室内物理试验模型；并结合国家自然科学基金项目“西南岩溶裂隙-管道介质地下水流运动规律试验研究”（41172203），利用自主研发的裂隙网络-管道双重介质物理模型，根据野外岩溶地区不同的水文地质条件，设计3种不同的水文情景（补给大于排泄，补给等于排泄，补给小于排泄），不同的含水层结构特征（3个不同含水层倾角，6个不同泉口大小，落水洞的有无）以及不同的含水层初始饱和状态（主要指含水层初始饱和厚度），来研究裂隙网络-管道双重介质水流运动特征。本书的研究成果可为解决喀斯特地区水资源短缺和石漠化治理工作提供理论支撑，从而推动多重介质水流运动规律的理论发展。