基于管道流模型的岩溶含水系统降雨泉流量响应规律——以贵州后寨典型小流域为例

为深入研究高度非均质岩溶含水系统的补给、运动机理,以贵州后寨岩溶典型小流域为例,运用管道流程序(conduit flow process),基于后寨岩溶典型小流域实际的降雨流量资料,建立降雨泉流量响应理想模型,对不同落水洞补给位置、不同渗透系数和给水度组合情况下的降雨泉流量互相关系数曲线陡缓程度和峰值特征进行研究.研究结果表明:含水介质参数的改变远没有补给位置不同对互相关系数曲线的改变程度高;在不同渗透系数和给水度组合情况下,短距离排水互相关系数峰值可接近1,而远距离排水互相关系数峰值最高仅为0.4.野外实际研究区分析也表明,短径流路径下降雨流量互相关系数峰值高达0.7,而长径流路径下降雨流量互相关系数最大为0.4.辅以必要的水文地质调查,降雨泉流量互相关曲线可用来分析管道径流路径等岩溶含水系统水动力特征.     

岩溶泉域降雨径流水文过程的模拟——以重庆金佛山水房泉为例

通过地貌、水文地质、土壤、植被、地下洞穴管道等实地调查,以及示踪试验确定水房泉泉域范围和地下水文系统特征,并通过代表性点的土壤入渗试验、降雨和流量监测以及DEM数据等获得泉域水文模型所需的面积、结点高程、入渗率、糙率、管道长度、含水层孔隙度、出流系数等参数。选择SCS径流曲线模型估算地表产流,利用SWMM模型模拟泉域对场降雨的径流响应过程。通过运行模型,与实测流量比较,结果显示模拟曲线与观测流量曲线吻合较好,用于校正和验证的两场降雨产流的模拟误差分别为9.5%和12%,表明SWMM可应用于岩溶区以管道流为主要排水系统的含水介质的模拟。     

贵州荔波岩溶峰丛区表层岩溶泉对大气降雨的响应及其指示意义

以贵州荔波岩溶峰丛区表层岩溶泉为研究对象,采集同期大气降雨和泉水样品,根据它们的δ18O值和δD值以及水量特征,分析植被-土壤-表层岩溶带的调蓄功能.根据表层岩溶泉对降雨的响应特征,将植被-土壤-表层岩溶带分为慢速流域和快速流域,两域之间存在一定的水力联系.卷积积分理论的余弦模型计算结果表明,补给水体经慢速流域调蓄后,...     

贵州印江朗溪岩溶槽谷龙洞湾泉流量衰减分析

文章对贵州省印江县朗溪隔槽式向斜岩溶槽谷轴面南东侧的龙洞湾岩溶泉流量衰减规律进行了分析,通过在泉口设置复合堰、安放水文气象自动监测仪,获取了该泉降雨量和相对水位的高时间分辨率监测数据,并采用水力学公式计算了泉流量,分析了降雨过后岩溶泉流量的动态特征,再利用分区间指数函数衰减方程确定了该泉所在含水介质的结构特征及亚储水量,结果发现:（1）龙洞湾泉流量峰值滞后时间受降雨过程特征影响较大,当降雨量大或前期有降雨影响时,滞后时间短;当降雨量小或前期无降雨影响时,滞后时间长;（2）强降雨后,龙洞湾泉流量的衰减可分为三个亚动态,且衰减系数的差异较大,第I亚动态和第II亚动态的衰减系数分别是第III亚动态的11倍和3倍,这表明其三重岩溶含水介质的特征明显;（3）龙洞湾泉的含水介质具有不均匀性,以管道流和裂隙流为主,岩溶发育强烈。      

岩溶地下水系统中快速流与慢速流的模拟

<正>一、前言 本文从岩溶地区地下水排泄量随降雨补给强度变化的特征入手,运用系统理论观点,对岩溶地下水系统的内部结构要素做了全面的分析,找出了快速流与慢速流的形成机制,选择了相应的模型,对岩溶地下水系统快速流与慢速流的模拟得到证实。 二、快速流与慢速流的形成机制 在岩溶地区,从峰丛山区到峰林平原区,岩溶地下水的性质一般从无压转为承压。地下水一般在承压区与无压区分界面附近出露。      

论岩溶地下水系统中的快速流与慢速流

<正> 由于岩溶区多重含水介质(大型岩溶洞穴管道与网络状溶蚀裂隙)受到不同强度降水入渗补给,各类含水介质对岩溶地下水的调节具有明显差异,导致岩溶地下水出现快速流与慢速流这两种不同流态流速的水源成份。研究这两种水源的形成过程,与含水介质结构相互关系以及如何划分这两种水源,不仅有助于岩溶水基本理论的研究,而且在水资源评价与规划中也具有重要意义。通过水源划分,可了解评价区域有多少快速地下径流需经工程措施调节,有多少慢速地下径流可直接作为供水水源。      

岩溶水系统结构和水文响应机制的定量识别方法——以三峡鱼迷岩溶水系统为例

岩溶水系统结构复杂难以刻画,介质结构对地下水文特征的控制机制不清.以三峡鱼迷岩溶水系统为研究对象,利用人工示踪试验和地下水动态监测技术,建立了对流-弥散模型和扩散模型,求取了标准衰减曲线,构建了电导率和流量的高斯混合分布模型.结果表明:该系统中存在“单源单汇”、“单源多汇”和“多源单汇”3种地下水循环模式;水文事件的响应阶段地下水运动以对流为主,管道流占优势,衰减阶段则以扩散为主,裂隙流和孔隙流占优势;鱼泉洞在丰、枯水期分别识别出5种和6种地下水径流组分,以电导率180 μS/cm和流量0.6 m3/s为界,低电导率和大流量组分为快速流,其平均时间贡献占比为3.5%,径流量占比为19%.岩溶水系统中,管道和溶洞是快速流的储蓄和运移空间,空间尺寸大、开放性强、易受降雨影响;裂隙和孔隙是慢速流的储蓄和运移空间,空间尺寸小、开放性弱、对降雨有一定调蓄作用.研究可为岩溶水系统结构识别和水文机制研究提供参考,为岩溶流域水文地质调查提供理论依据.      

岩溶泉典型径流曲线的建立及应用

泉是岩溶地区普遍而最有意义的现象之一。它是研究水文地质条件的基本出发点,也是水资源评价的主要对象。笔者首先分析了影响岩溶泉径流特征的因素,认为降水和岩溶发育尤为重要。在降雨分配特征基本一致的滇东地区,岩溶发育程度的影响进而上升为岩溶泉径流分配的主导因素。岩溶类型有别,岩溶的发育殊异,则含水介质的调节能力有很大差別,因之,岩溶泉的径流特征亦表现出不同的类型。     

基于迟滞排泄水箱模型模拟岩溶断流泉水文过程

传统的连续排泄水箱难以模拟岩溶泉断流现象,通过将表层岩溶带调蓄水箱对管道水箱的补给设置为迟滞排泄模式,模拟岩溶断流泉水文过程,并应用于丽江市黑龙潭岩溶泉域。研究结果表明,该模型较好地模拟了泉群流量动态及断流现象;当降雨量明显增大时,通过表层岩溶带调蓄水箱进入裂隙水箱的水量变幅不明显,而管道水箱的分配水量迅速增加,反映了集中补给的大气降水在岩溶系统中形成快速流的过程;黑龙潭泉群水量的绝大部分（82%～95%）来自于管道水箱,岩溶水流在时间和空间上分配的不均匀性易导致泉群断流。该研究提供了将水箱模型应用于岩溶断流泉模拟的参考,有助于理解该类型岩溶水系统的水文过程。     

岩溶石山区山坡表层径流水文动态特征对比分析——以桂林丫吉试验场为例

选择桂林丫吉试验场溶洞—硝岩洞及其上方的汇水坡面作为研究区,通过在不同降雨条件下,对坡面径流和硝盐洞中流水水文动态进行监测并做对比分析研究。结果表明:（1）降雨强度、降雨持续时间和各含水系统前期含水情况决定了岩溶石山区坡面地表和包气带水文动态变化过程;（2）在不同降雨条件下,地表坡面流和经过上部包气带调蓄过的硝盐洞水文动态都表现为暴涨暴落,坡面径流表现的更为明显,一般坡面径流的整个水文过程持续几个小时到十几个小时,而硝盐洞中流水水文过程持续13d;（3）一般大到暴雨条件下,坡面流最大流量大于硝盐洞,但由于持续时间短,其一场降雨后所获得的水量远不如下渗到包气带—硝盐洞中滴水水量。     

模式单位线的推求与应用

单位线与之对应的影响因素，构成了一个模式单位线。模式单位线是由选择的历史洪水经过聚类，然后由同类型洪水推求出来的，因而提高了单位线的代表性。单位线用曲线分段拟合，简化了推求和修改中设试过程，便于计算机实现。文中以柴河水库为背景，对此法进行了详细说明，并用实际洪水过程进行了试报，表明了此法的可行性。     

推求地面径流单位线的Free Search算法

地面径流单位线在水文计算和水文预报工作中应用十分普遍,但当净雨时段较多时,传统的单位线推求方法存在工作量大、效率不高、过分依赖专业经验、计算过程复杂、模拟结果可能出现负值等问题。为此,本文引入源于动物群体迁移行为的自由搜索(Free Search,FS)算法,将FS单个动物每步探查行走的位置向量作为一条初始单位线,在FS算法迭代过程中再将所有的初始单位线转化为符合定义的单位线,从而利用动物群体的迁移行为推求出最优单位线。该方法的优点是概念清晰,操作简便,能够直接给出单位线的各时段流量值。三个典型实例模拟结果表明:利用FS推求单位线时,寻优一次即可得到满意结果,所得单位线不需要修正,并且能够有效克服锯齿现象,对地面径流量的模拟精度也较高。     

GIS支持下的小流域设计洪水过程线推求

浙江省衢州庙源溪为典型的山区河流,庙源溪雨量丰富,河流比降大,源短流急,洪水陡涨陡落,汇流速度快,洪峰流量大。基于GIS的不规则三角网和空间分析功能,实现水文特征值等值线的内插。根据GIS获取的水文特征值,计算不同历时平均点雨量,考虑点面折算系数,得到平均面雨量。通过频率分析,获得不同频率下的设计雨量。采用瞬时单位线法,进行汇流计算,推求设计洪水过程线及洪峰流量,为制作山洪风险图,建立小流域防洪避洪保障体系提供依据。     

异参K的瞬时单位线研究

纳希在假设入流过程经过n个具有相同调蓄参数k的线性水库的调蓄的情况下,推导出著名的纳希瞬时单位线.显然相同k值的假设是欠妥的,且求得的水库个数n一般不为整数.作者在各水库调蓄参数k各不相同的情况下,推导出瞬时单位线,并将各水库的后值与相应的河段比降建立了有机的联系,从而扩展了纳希瞬时单位线.     

岩溶管道结构影响泉流量变化的数值模拟研究

采用MODFLOW-CFP建立管道流数值模型,模拟岩溶含水系统在暴雨期的响应过程,以泉口流量峰值作为因变量,分别对控制管道结构的4个参数以及落水洞集中补给比例进行调整,研究管道结构如何控制泉流量变化过程。结果表明:管道直径、管壁渗透系数和落水洞补给比例对泉口流量峰值均表现为正相关,其中管壁渗透系数影响最大;管道弯曲度值较小时其增大促进出口流量峰值变大,当径流途径变长引起的流量减小幅度超过管壁面积变大引起的流量增大幅度时,流量峰值逐渐变小;管壁粗糙度在达到两个相对应的雷诺数临界值时水流状态发生突变,导致流量峰值也表现为两次突变。      

Quantitative analysis of springs

Growing demand for groundwater resources and stringent environmental concerns has led to large groundwater investigations, including characterization of aquifer systems that are hydraulically connected to springs. A pumping test is one of the most reliable means of quantifying hydraulic characteristics and the response of natural springs to pumping because it yields results that, in general, are representative of a larger area than are results from a single point observation. Recharge to the aquifer sustaining discharge from springs must be evaluated prior to the utilization of springs. The spring hydrograph is analyzed, as the shape of a hydrograph is a reflection of the response of the aquifer to recharge. The form and rate of recession provide significant information on the storage, lithological composition, and structural characteristics of the aquifer system sustaining the spring. Water tracing techniques have been developed and used over a period of centuries to delineate catchment boundaries, estimate groundwater flow velocities, determine areas of recharge, and identify sources of pollution of spring water.     

考虑降雨时空变化的单位线研究

流域降雨的时空变异性和地形地貌特征，以及不确定性因素对单位线的影响始终是流域汇流计算方法研究的难点问题。本文分析了传统的根据降雨时空分布不均匀性对单位线进行分类的方法及其缺点，推导了考虑暴雨重心位置和降雨强度的影响的S曲线法，给出了新的S曲线方程，建立了S曲线参数与暴雨重心位置和降雨强度的关系，采用该方法可求得任一暴雨重心位置及任一降雨强度下的时段单位线。该方法具有谢尔曼经验单位线简便实用的特点，又具有考虑降雨时空变异性的优点，在沮河流域洪水预报模型中的应用表明该方法是可行的。     

Hydrological modeling in the karst area,Rižana spring catchment,Slovenia

Karst aquifers are known for their heterogeneity and irregular complex flow patterns which make them more difficult to model and demand specific modeling approaches. This paper presents one such approach which is based on a conceptual model. The model was applied in a karst area of the catchment of Rižana spring (200 km2). It is based on the MIKE SHE code and incorporates the main hydrological processes and geological features of the karst aquifer (diffuse and concentrated infiltration, allogenic recharge, quick and slow groundwater flow, shifting groundwater divides and groundwater outflow from the catchment area). Modeling of evapotranspiration and flow in the upper part of the unsaturated zone is more detailed. For the modeling of groundwater flow in the karst aquifer, a conceptual model was applied which uses drainage function for the simulation of groundwater flow through large conduits (karst channels and large fissures). The model was calibrated and validated against the observed Rižana spring discharge which represents a measured response of the aquifer. The results of validation show that the model is able to adequately simulate temporal evolution of the spring discharge, measured by Nash–Sutcliffe coefficient (0.82) as well as overall water balance.     

流量过程线分割的新方法——应用分析

介绍了基于Horton下渗能力曲线的流量过程线分割的新方法的计算流程。选择猴子岩、西峡、东湾、王窑水库和尚义五个分属于不同气候区流域的降雨径流资料。采用该方法对流量过程线进行分割,并与现行的非线性水库假设分割法和数字滤波分割方法相比较。结果表明,该方法是具有物理机制的、客观的分割方法,分割的结果符合水文的基本规律,比其他两种方法更加合理,对于流域时段单位线和降雨径流关系的推求均有重要的意义。     

瞬时单位线法在浙江省应用的几个问题研究

纳希瞬时单位线在浙江省地区得到应用,为了使该方法适用于该地区,需要对其中的模型参数和非线性外延控制两个问题进行研究。通过对瞬时单位线法中n和K参数作用的研究分析,结合浙江省地区的实际情况,研究出按照流域面积大小分级取用n值的关系;同时通过对浙江省地区实际水雨情进行计算分析,得出临界雨强控制在30～40mm/h在浙江省地区是合理的。该成果为纳希瞬时单位线在浙江省地区的使用提供了参考依据。