太行山东缘典型岩溶泉流量变化特征及规律分析

为揭示太行山东缘小南海泉流量变化特征及规律,基于小南海泉1971-2016年的流量资料,采用R/S分析法、Mann-Kendall趋势分析法和小波分析法,探讨小南海泉流量变化规律及特征。结果表明:小南海泉年流量呈显著下降趋势,年变化幅度为0.05 m3·s-1;未来泉流量的变化趋势和过去一致,具有持续性特征,且持续性强烈;泉流量的变化存在约15、27年的主周期与6年的次周期。降水量的减少和气温的增加是导致泉流量减少的主要气象因素,且这种暖干化现象会持续发展。泉流量对降雨的响应存在一定的滞后,流量与前五个月的月降水量均呈高度相关,其中与前2月的降水相关性最高,研究成果可为小南海泉水资源合理开发和保护提供依据。      

基于小波变换的北京地区1724～2009年降水量多尺度分析

基于小波分析方法,对1724~2009年北京气象站年降水量序列的变化特征进行了分析。结果表明,北京地区年降水量在其计算时域内各时间尺度分布不均匀,具有明显的局部化特征;其中,19~23a的时间尺度,震荡中心分别在1889年和1979年;35~37a左右的时间尺度主要发生在1920~1928年、1950~1960年和1983~1991年;83~87a的时间尺度在整个计算时域上均有发生,1769~1859年间表现明显。分析结果显示北京地区年降水量具有21a、35a和86a左右的主周期,其中86a左右的周期振荡最强,为第一主周期。计算的趋势表明,未来10余年北京仍属于降水偏少的时期。     

降水入渗补给滞时的确定及其在泉流量模拟与预测中的应用

由于岩溶含水系统的调蓄作用,降水入渗补给泉水具有明显的滞后,滞后时间视具体水文地质条件而定.本文以济南泉域为例,利用逐步回归方法确定降水对泉水入渗补给的滞时为一年,说明不仅当年的降水量对泉流量有贡献,前一年的降水量对表流量也有明显的贡献,并得到了相应的泉流量模拟与预测模型,得到了较好的模拟与预测精度,证明考虑降水入渗补给滞时的泉流量模拟与预测模型比不考虑的模型精度要高.     

娘子关泉域降水补给的时滞研究

针对娘子关泉域降水补给的时滞问题展开研究,根据泉域水文地质条件的灰色系统特征,提出了带有时滞的灰色关联分析模型,并运用该模型对泉域不同区域的降水量与泉水流量进行了时滞分析,结果表明,娘子关泉域不同区域的降水对娘子关泉的补给时滞存在差异,位于中间主流带的阳泉市、平定、盂县、昔阳与和顺的降水时滞为2年;位于西南、西北径流区边缘的寿阳和左权的降水时滞为4年。      

山西娘子关泉流量的滑动平均模拟

<正> 娘子关泉位于山西省平定县娘子关附近,多年平均流量11.7米~3/秒,为一稳定型岩溶泉水,从水循环角度看,泉水流量实质上是地下水系统对补给调蓄作用的结果,泉流量动态不仅保留大气降水周期性变化的特征,而且包含着地下水系统调蓄作用的信息。笔者应用滑动平均模型,试图通过对娘子关泉流量与降水量之关系的模拟,从统计平均角度揭示地下水系统的总体特征,探讨泉流量动态预测、计算地下水资源的方法,为类似水文地质区地下水资源计算提供一个范例。      

柳林泉域降水补给的时滞研究

柳林泉位于山西省柳林县东川河河谷,是中国北方最大的岩溶泉之一.1984～2005 年间的平均流量为 3.29 m3/s.流域内的大气降水是泉水的主要补给来源.根据柳林泉域水文地质条件的灰色系统特征,通过对泉域降水补给的时滞问题研究,提出了带有时滞的灰色关联分析模型.在此基础上,运用该模型对泉域不同地区的降水量与泉水流量进行了时滞分析.结果表明,柳林泉域不同区域的降水对柳林泉域的补给时滞存在差异.离石、中阳和方山的降水时滞分别为 3 a、4 a 和 6 a.该方法可应用于山西省其它岩溶大泉的岩溶水动态分析.     

叶尔羌河径流量与降水量的变化特征分析

利用叶尔羌河源流区近50 a的逐月降水量与径流资料,借助 Mann-Kendall单调趋势检验、小波分析等方法研究了叶尔羌河年径流量与降水量变化特征。结果表明：（1）叶尔羌河径流量呈不显著的增加趋势,而降水量增加显著。（2）叶尔羌河径流量存在9和17年的周期变化,而降水量的周期则为8和22 a。（3）径流量在9 a周期处的2008-2011年和2015-2017年将处于枯水期,而降水量8 a周期在2008-2010年和2013-2015年将处于枯水期。     

典型北方山前岩溶泉历史流量序列重建研究

泉水流量序列的缺失严重影响对水文地质条件变化的认识,故对缺失的泉水流量序列重建具有重要意义。以北方某典型山前岩溶大泉泉群实测流量、流入下游湖水流量和补给区降水量为研究对象,基于泉水动态的周期性和趋势性,采用多元线性回归模型、考虑泉流滞后降水的多元线性回归模型、SARIMA模型和SARIMA与多元线性回归相结合模型,开展了1961—1974年缺失的该典型大泉泉群流量序列的重建研究。结果表明采用SARIMA和多元线性回归相结合模型重建的流量结果较合理。     

辛安泉流量变化的时间序列分析

利用时间序列分析方法建立了描述辛安泉流量变化过程的混合回归模型。该模型表明辛安泉当年流量与前1年流量、前11年降水量及前1年岩溶水开采量有关。通过模型对泉流量变化的影响因素做进一步分析，结果显示：1980年是辛安泉流量变化的转折点，大气降水对1980年前的泉流量变化具有控制作用，而岩溶水开采量迅速上升则是1980年后泉流量不断衰减的重要原因。     

济南岩溶泉域地下水位、降水、气温与大尺度气象模式的遥相关

济南岩溶泉域地下水资源丰富,对供水及维持"泉城"特色均具有重要意义。基于1959—2011年济南泉域地下水位、降水、气温观测及NINO3.4 SSTA、SOI、AO与NPI监测资料,采用小波分析方法对泉域地下水位、降水、气温与大尺度气象模式间的遥相关关系进行了分析。结果表明,上述长时间序列监测数据之间存在遥相关,并因各气象模式周期性的差异使遥相关具有不同的时频域特征。泉域地下水位、降水、气温与NINO3.4 SSTA的遥相关主要为1~7a周期尺度;与SOI主要为6~13a及2~6a周期尺度;与AO主要为14~19a及1~8a周期尺度;与NPI为1a、14~19a及6~10a周期尺度。研究有助于从长时间尺度上,了解岩溶泉域地下水资源变化机制,为完善岩溶水资源管理提供依据。     

基于小波分析与Mann-Kendall法的岩溶大泉动态研究

研究地下水动态是认识地下水资源的有效手段。根据1956－2013年济南岩溶泉域大气降水及地下水水位动态监测资料,采用小波分析法、Mann-Kendall趋势检验、突变检验法研究了58个水文年泉水位对大气降水的响应,可以看出:（1）大气降水和泉水位呈现出多尺度的变化特征,长时间尺度上两者的变化周期基本相同,变化周期为16年和12年,说明大气降水对泉水位有直接影响;（2）在1956—2013年,济南泉域地下水水位具有0.65 m·（10a）-1的年际显著下降趋势,但降水具有12.65 mm·（10a）-1的不显著上升趋势,说明在人为因素影响下泉水动态的影响因素的权重发生了变化;（3）大气降水在1999年发生突变,1999年之后年降水为增加趋势;而地下水水位突变年份为1967年,1967年以后水位持续降低,2004年以后水位快速上升,泉水位未来趋势应与降水保持一致,呈上升趋势,说明大气降水并非泉水动态的唯一影响因素;（4）通过建立不同时段的多元回归模型,表明近58年来地下水水位的主要影响因素由大气降水到人工开采之间的转换,同时验证了小波分析和Mann-Kendall法研究地下水动态的适宜性和可靠性,也为济南市的保泉提供了参考依据。      

基于小波变换的大安地区年降水量变化特征

基于小波分析的方法,对吉林省大安地区1959—2007年的年降水量序列的变化特征进行了分析。经分析表明,大安地区年降水量在其计算时域内各时间尺度分布不均匀,具有明显的局部化特征;其中4～6 a尺度主要发生在1959—1969年和1984年之后,10～12 a尺度主要发生在1965—1999年,20～25a尺度在整个计算时域内均有发生。不同时间尺度下,降水量偏多、偏少交替变化也不相同。此外,分析结果显示该地区年降水量具有4 a、10 a和21 a左右的主周期,其中4 a周期为第一主周期。     

Overexploitation and cumulative drought trend effect on Ras El Ain karstic spring discharge (Khabour Sub-basin,Syria)

The effects of climate change and overexploitation are being strongly perceived in the studied area and the springs discharge is obviously affected. In this paper, Ras El Ain spring discharge and precipitation were analyzed by normalized methods on an yearly timescale. The deficit of Ras El Ain spring discharge due to overexploitation factors and drought effects was estimated. Cumulative drought analyses were carried out using SPI10 and SQI10. Finally, the decreasing trends of the spring discharge due to the deficiency in rainfall were analyzed. The main results reveal that the annual mean deficit of Ras El Ain spring discharge due to overpumping was between 32 and 45%, whereas, annual mean deficit related to drought was between 22 and 35% on average, during the last 30 years (post-1984). The moving averages of SPI and SQI delineate very well the drought periods during last three decades. The cumulative droughts using SPI10 and SQI10 reveal that wet period (pre-1984) with positive values was characterized by high precipitation and spring discharge. Overexploitation period (1984–1989) is distinguished by decreasing SQI10 values whereas, SPI10 is almost stable. The response of the karst system to the precipitation signal has been changed, during the drought period (1990–2000), and the spring behaviour has been modified due to the first overexploitation period. Finally, overexploitation period (2001–2008) is related to the second phase of groundwater intensive pumping for irrigation purposes. Consequently, this period is completely catastrophic causing the drying up of the spring. The decreasing trends analyzed using DPI and DQI showed annual decreasing rates relative to the mean values of ?0.268% and ?0.105%, respectively. Thus, the results of theoretical model reveal that precipitation will decrease by about \(\hbox {DPI} = -20.7\)% and the discharge will decline by about ?9.2% by 2050. Consequently, the declining discharge due to climatic variation under natural conditions as pre-1984 was about 10%. Whereas, the catastrophic drying up of the spring was probably the consequence of the anthropogenic effects. Accordingly, it requires the development of sustainable water resources management program to reduce long-term drought risks, restore the groundwater reservoir and minimize the overexploitation effects on spring discharge.     

珠江流域降水周期特征分析

运用小波分析方法,研究了珠江流域全年、汛期(4～9月)和非汛期(10～翌年3月)三种降水序列时间周期演变特征,结果表明:(1)珠江流域不同区域降水周期不一,大体可分成三个片区,周期尺度分别为6～8a、12～14a和20～21a;(2)珠江流域全年与汛期降水周期以年际变化为主,且两者降水周期分布一致;非汛期降水周期以年代际变化为主,与全年及汛期的降水周期差异较大。     

长江源区1956-2000年径流量变化分析

利用Mann-Kendall趋势检验法对长江源区直门达水文站的资料进行分析,揭示长江源区年径流量在1956-2000年间呈微弱的减少趋势。结合流域气象资料分析,该时段流域内升温明显,最大可能蒸发量呈增加趋势,降水也呈微弱减少趋势。径流变化与降水变化基本一致,降雨-径流关系没有发生明显变化,表明1980-2000年降水量减少是该时段径流量减少的直接原因,温度升高有利于融冰融雪和降水形式的变化,但由于融冰融雪占径流补给的比率相对较小,该时段温度升高导致融冰融雪的增加不足以抵消降水量的减少对径流的影响。径流量季节变化分析,揭示长江源区春季径流呈增加的趋势,这可能与融雪过程提前以及融雪量增加有关。     

基于时间序列分形的济南岩溶大泉动态研究

为研究岩溶大泉动态变化的影响机制,以济南泉域为例,根据2003年关闭地下水供水水源地以来趵突泉及黑虎泉的泉水位、泉域内降水量、地下水开采及人工补源资料,采用分形理论中时间序列分形维数法,计算各要素数据序列分维值及稳定性指数,结果表明:旬尺度下泉水位分维值大于月尺度下泉水位分维值;奥陶系灰岩分布区雨量站降水量分维值较小,但奥陶系灰岩降水入渗补给条件好,因此与泉群的水位波动关系更为密切。各泉水位影响因素中,人工补源因素的稳定性最差,极易受外界因素干扰发生改变。利用灰色关联度验证分析表明降水量、人工开采量、人工补源量与趵突泉泉水位的关联度分别为0. 858、0. 647、0. 667,与黑虎泉泉水位的关联度分别为0. 859、0. 646、0. 668;关联度总体排序为:降水量>人工补源量>人工开采量,说明2003年以来影响泉水位动态的首要因素是大气降水并非人工开采,即泉水动态主控因素发生转变。在分析了泉域资源量的演化基础上,对各影响因素的分维值与泉水位动态分维值进行回归分析认为,为保持泉水持续喷涌奥陶系灰岩分布区更适宜作为泉水人工补源地带。研究结果为济南岩溶大泉的保护提供科学依据。     

Depletion risk assessment of the Nossana Spring (Bergamo, Italy) based on the stochastic modeling of recharge

A hydrogeological study of the Nossana Spring (Val Seriana, Bergamo, Italy) is presented with the aim of assessing the spring’s depletion risk. In the last few years, the discharge of the Nossana Spring showed a decreasing trend, similar to the trend of many other springs in the Prealpine Region. The study was carried out using a groundwater flow model to simulate the depletion curve of the spring in different recharge conditions. The simulations have shown that the depletion curve of the Nossana Spring depends on the recharge during the previous season. As a result, a negative exponential relation giving the spring depletion curve as a function of the recharge was obtained. This relation was also used to statistically calculate the actual probability of the occurrence of a deficiency in water resources, which for the present day is equal to 2%. Finally, the effect of climate change was considered, showing in the next 100 years a flat decline of about 40% in the average spring discharge and a considerable shortening of the critical length (the time to reach the critical discharge at which supply problems occur) in the dry season, which will be halved by the end of the century.     

西北内陆盆地降水入渗补给季节性变化——以新疆昌吉地下水均衡试验场为例

西北内陆盆地降水稀少,一年中有较长时间的冻结期,了解其降水入渗补给规律的季节性变化对于准确评估其地下水资源量和解释气候变化对其地下水补给的影响非常重要。采用新疆昌吉地下水均衡试验站27套地中蒸渗仪1992—2015年试验资料,应用拉依达法则筛选出长系列观测资料中的异常值,结合昌吉试验场相关气象要素观测资料划分西北内陆盆地冻结期、冻融期和非冻结期的时间区间,分析不同时期影响降水入渗补给地下水的主要因素;计算不同时期多年平均降水入渗补给量占多年平均年降水入渗补给量的百分比,确定不同季节对年降水入渗补给的重要性;依据多年平均降水入渗补给量随潜水埋深的变化规律,确定冻融期、非冻结期不同土质降水入渗的最佳潜水埋深。结果表明:在试验条件下,砂卵砾石和细砂非冻结期最佳潜水埋深为0.5 m,轻黏土非冻结期最佳潜水埋深0.1 m;细砂冻融期最佳潜水埋深为1.0 m,砂卵砾石冻融期最佳潜水埋深为0.5 m,轻黏土冻融期最佳潜水埋深为0.1 m;冻结期地下水位埋深对土壤入渗能力的影响十分明显,潜水埋深和降水入渗补给量之间没有显著的线性关系;冻融期是西北内陆盆地浅埋型地下水降水入渗补给的重要时期,冻结期是西北内陆盆地深埋型地下水降水入渗补给的重要时期。     

泉域地下水数值模拟及泉流量动态变化预测

本文对位于岩溶地区的小南海泉泉域地下水进行了数值模拟和水平衡分析，全面分析了降雨、河、渠、库地表水系入渗对地下水动态变化的影响，模拟了泉流量动态变化与区域地下水关系。在此基础上，分析了不同气候条件和开采方案对泉流量的影响。模型计算结果表明，小南海泉流量多年平均相对变化率与降雨量多年平均变化率基本一致，减少泉域地下水开采量，特别是矿坑排水可有效地增加枯期泉流量。     

龙子祠泉域不同下垫面陆面蒸散量的对比研究

龙子祠泉域是北方著名的岩溶大泉,目前泉流量衰减严重,评估泉域内涵养水源林工程对岩溶水增补效果成为一项重要研究课题。本文利用NOAA/AVHRR遥感数据,运用地表能量平衡系统（SEBS）模型并结合临汾气象站的实际观测数据(气温、气压、相对湿度和风速),反演了龙子祠泉域2014年4-10月的日均蒸散量和月均蒸散量,通过GIS的空间叠加对比分析了不同岩性和不同植被覆盖率条件下的陆面蒸散量特征。结果表明:碳酸盐岩地区陆面蒸散量与植被覆盖率之间呈正相关关系,而碎屑岩地区中等植被覆盖率的陆面蒸散量最低,在整体上碎屑岩地区的陆面蒸散量要高于碳酸盐岩地区。仅从陆面蒸散量的角度考虑,在碎屑岩地区保持中等的植被覆盖率将有利于增加岩溶水的入渗补给量,而在碳酸盐岩地区开展植树造林将提高陆面蒸散量,不利于降水入渗补给。