同一道沟,坡脚一线渗出细流,沟底却有一圈翻涌的水窝,带出细砂。两处都叫泉,成因却分属两类:一个靠重力往下淌,一个靠水头往上顶。泉口形态把这件事写在了地表。
水从坡面渗出、没有翻涌,是下降泉
下降泉由潜水补给,含水层被沟谷切开,水在重力作用下从坡面或坡脚渗出。泉口是一片湿地、一条湿线,水沿地表往下流,看不到上涌,也带不出砂粒,流量随手一捧就能接住。
它常成排出现在同一高度,这个高度就是隔水层的顶面。沿着这道高度横着走,往往能连着找到几个泉眼,彼此相距几十米。同一高度上的成排泉眼,比单个泉眼更能说明含水层的层位。
水向上翻、带出细砂与气泡,是上升泉
上升泉由承压水补给,水沿裂隙或断裂向上顶,出露在谷底、平地或洼地中央。泉口多呈圆形或椭圆形的水窝,直径几十厘米到几米,水面翻花,底部细砂被顶起又落下。
翻砂是最好认的一条。砂粒在水窝里持续跳动,说明水有向上的流速;停止翻涌的泉口,多半已经换了补给层位或流量衰减。冬季泉口不结冰、水面冒细泡,也支持上升泉,这是本文判断。
泉华锥与水温,是最硬的两条旁证
上升泉反复在同一位置出露,碳酸钙在泉口四周沉淀,逐年堆成锥状或丘状的泉华,高 0.5–3 米,顶部留有出水孔。下降泉沿坡面漫流,沉积物摊成薄壳,堆不成锥。
水温更直接。下降泉接近当地年平均气温,年变化 5 度以上;上升泉来自深部,循环路径长,水温常年稳定,可比气温高出 5–10 度。水温与气温的差值比绝对温度更有意义,测气温要在泉口背阴处。
侵蚀泉、接触泉、溢出泉,都是下降泉的不同出口
沟谷下切到含水层,水从谷坡流出,是侵蚀泉;透水层与隔水层接触面出露,是接触泉;谷底被冲积层覆盖,水从砂砾层中溢出,是溢出泉。三者的共同点是水往下走,泉口没有上涌。
混淆常出在谷底这个位置上:谷底的泉不一定都是上升泉。冲积层里的溢出泉同样在谷底,但它是潜水补给的。分辨要看有没有翻涌与泉华锥,位置只作参考,不能单独定案。
关键数据
下列数值为常见范围,流量用体积法粗测即可:接满 10 升容器计时,重复三次取平均。
- 下降泉单泉流量多为 0.1–5 升/秒
- 上升泉单泉流量多为 1–50 升/秒
- 泉华锥高 0.5–3 米,顶部留出水孔
- 上升泉水温可高出当地气温 5–10 度
- 下降泉成群出现在同一高度,间距几十米
- 上升泉沿断裂分布,间距 50–500 米
- 泉口翻出的砂粒直径多在 0.5–2 毫米
边界:流量衰减与人工改造会抹掉泉口特征
流量降到 0.1 升/秒以下,翻涌消失,上升泉看上去只是一小片湿泥。泉口被石块砌成池子、被管道引走,泉华锥也会被拆掉,形态判据随之失效,只剩水温还能用。
水库蓄水与灌溉回归水抬高了浅层水位,会让原本的季节性下降泉常年出水。泉口形态只能定成因类型,流量与水温要连续观测一个水文年,才有比较的意义。
参考文献
- 王大纯, 张人权, 史毅虹, 等.《水文地质学基础》. 地质出版社, 1995. —— 泉的类型与成因。
- Fetter C W. Applied Hydrogeology (4th ed.). Prentice Hall, 2001. —— 泉与地下水排泄。
- Freeze R A, Cherry J A. Groundwater. Prentice-Hall, 1979. —— 排泄与泉的分布。