裂隙-管道介质泉流域水文地质模拟试验

为了深入认识岩溶泉流域的流量过程影响因素和作用机制,以西南岩溶泉流域水文地质概念模型为原型,建立了实验室尺度下的裂隙-管道介质物理模型和数值模型。选取补给雨强、泉口直径、落水洞与开采井的位置作为影响因子,模拟了泉流量过程。试验结果表明:单次降水试验可以观测得到泉流量增加、平稳波动和衰减共三个阶段;同一泉口直径条件下,补给强度对泉流量衰减系数的影响极小,直径为3,4,5,7 mm的泉口直径对应的衰减系数分别为0.003 6,0.006 7,0.011 5,0.012 9,泉口直径与衰减系数呈近似对数关系;落水洞汇流水量占泉流量的比例远大于裂隙;2~3 mm是微小裂隙与较大裂隙的过渡区域,两种类型的介质泉流量过程差异明显;开采井分别位于泉口附近、模型中间位置和落水洞时,泉流量衰减系数依次减小。     

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。      

岩溶泉流量衰减曲线分析

由于岩溶含水介质的强烈非均质性和各向异性,如何有效认识岩溶含水层内部的水文地质特征为研究难点之一,岩溶泉衰减曲线分析为认识岩溶含水层的一种有效手段。总结了目前广泛用于泉流量衰减曲线分析的几种常见方法,主要包括指数型衰减、非指数型衰减分析方法以及综合型的衰减曲线分析方法,讨论了管道可能对泉流量衰减曲线的影响,最后提出了今后对岩溶泉流量衰减曲线分析拟解决的一些关键问题。     

石期河流域岩溶水系统及其水资源构成分析

在深入研究石期河流域岩溶水系统含水介质结构特征、水资源形成的基础上,通过对流域岩溶水总排泄口流量动态长观资料系列的分析,选择2005年丰水期内最后一次洪峰(年内最大洪峰)后的流量衰减过程,根据该过程的数据资料建立本流域岩溶水总排泄口的流量衰减方程,并利用该流量衰减方程对流域岩溶水资源的构成进行定量分析研究。结果表明,石期河流域岩溶水系统在2005年最大洪峰状态下,可自然排泄的岩溶水资源总量为69 469.95×104 m3, 其中:流域坡面产流占3.64%,赋存于大型溶洞或管道中的溶洞-管道水占4.53%,赋存于小型管道或强岩溶化裂隙中的管道-裂隙水占74.10%,赋存于细小溶蚀裂隙中的溶隙水占17.73%。从衰减期的初始时刻起,它们各自可供消耗(可作为有效利用岩溶水资源)的时效分别为2日、8日、35日和126日以上。      

基于流量衰减曲线的岩溶含水层水文地质参数推求方法

分析流量衰减曲线是研究岩溶含水层水文地质参数的重要手段。在阐明流量衰减分析理论的基础上,通过连续监测一年寨底地下河出口的小时流量过程,共获取8 784组流量数据。首先选取典型的2013年9月25日3:00暴雨后至2013年10月13日17:00的446组流量数据作为研究对象,并利用MATLAB软件对该时间段的流量过程进行曲线拟合,从而确定了不同阶段流量衰减系数分别为0.642 5、0.025 8、0.001 5;然后通过流量衰减系数计算寨底不同含水介质导水系数T与给水度S的比值;最后利用裂隙率近似给水度的方法确定了寨底不同含水介质的水文地质参数。结果表明,寨底岩溶管道、裂隙、基岩介质导水系数分别为:258.87、3 865.98、40.64 m²/d。说明辅以必要的水文地质调查,确定管道分布和径流距离,流量衰减曲线可用于计算岩溶含水层不同介质的导水性能和给水度。     

基于物理试验的岩溶区PSSK转化关系研究

为深入了解岩溶地区不同水源转化机理,文章以Basic Hydrology System为平台设计了4组小尺度物理试验。分别对裸露型岩溶区裂隙管道地下径流衰减规律,覆盖型岩溶区土壤达西流、裂隙管道水流转化规律,地表径流、土壤达西流、裂隙管道地下径流三者在覆盖型岩溶区和不同覆盖厚度条件下的转化关系进行了物理模拟。通过试验数据并结合指数衰减方程,得到了裸露型岩溶区流量衰减系数与降雨强度的关系;覆盖型岩溶区以及不同覆盖厚度条件下PSSK(precipitation-surface water-soil water-karst water,降水-地表水-土壤水-岩溶水)转化规律。     

基于多元线性回归的甘池泉流量 对降水响应特征分析

以房山长沟镇甘池泉流量为研究对象,采用多元线性回归方法,分析泉流量-降水的响应特征。自相关性及互相关性分析结果表明,泉流量对降水表现为短期滞时(快速响应)和长期滞时(5~6个月)。建立大气降水-泉流量的多元线性回归模型,将输出结果与实测过程曲线相拟合,纳什效率系数NSE为0.72,表明建模效果较好。经分析,所建模型用于4个月之内的泉流量预测较为可靠。结合甘池泉域含水层特性分析,泉流量在降水后产生快速响应,其径流主要来自于表层岩溶带裂隙水流;而5~6个月的长滞时响应来源于深远部岩溶带裂隙水流。     

郭庄泉流量衰减机理研究

为研究郭庄泉流量衰减机理,以郭庄泉流量的衰减量为母因素,煤矿排水量、岩溶水开采量、降水量及汾河流量为子因素。采用灰色关联度分析法,分析泉流量的衰减量与相关因素之间的关系。分析结果可知:郭庄泉流量衰减最为密切的因素为岩溶水的开采量,其次为矿坑排水量,再次为降水量及汾河流量,说明郭庄泉流量的减小与岩溶水的开采及煤矿的开采有密切的关系;在后期保护工作中应加强地下岩溶水的开发利用管理,避免乱采现象,加大采煤保水的研究,有效合理开发利用区域地下水资源。研究结果对修复郭庄泉流量,保护郭庄泉域生态环境具有重要意义。     

贵州盘县乐民河流域三股水岩溶泉水文地质条件分析

三股水岩溶泉为贵州碳酸盐岩山区典型的岩溶大泉,周边煤企广布,排污现象普遍,岩溶地下水系统较为脆弱,分析岩溶泉形成的水文地质条件是地下水污染防治的基础。在环境水文地质调查的基础上,对岩溶地下水系统边界及补给、径流、排泄特征进行了分析。地表岩溶形态调查及物探成果显示,盘关向斜东西两翼各发育1条岩溶管道,并在三股水一带相互贯通。示踪试验成果表明,平关及小果郎河一带的降雨及地表水与三股水岩溶泉存在水力联系,三股水岩溶地下水系统中的岩溶含水介质以裂隙-管道型为主,裂隙的大量发育使该岩溶地下水系统具备较强的调蓄能力。     

南方小型岩溶流域与非岩溶流域的释水过程及径流组分差异

我国南方岩溶流域和非岩溶流域下垫面条件和含水介质结构的差异造成了不同的产汇流过程及机制,进而导致不同释水时段径流组分的开发利用价值不同。为深入理解岩溶流域的产汇流机制并探索岩溶流域的水资源评价方法,文章对鄂西庙沟岩溶流域和高家坪非岩溶流域共31次洪水过程进行了流量衰减分析,对比分析了两个流域的标准衰减方程、典型次降雨的释水过程以及不同洪峰流量下的径流组分差异。结果表明:岩溶流域的释水过程快于非岩溶流域,其衰减系数比非岩溶流域大40％;两个流域的河流基流均来自裂隙介质释水,裂隙介质为流域的主要储水空间,但非岩溶流域的裂隙介质比例比岩溶流域高8.8％;随洪峰流量增加,两个流域的地表径流占比均呈对数形式增大,地下径流占比均呈对数形式减小;岩溶流域径流组分随洪峰流量变化比非岩溶流域更为敏感,其地表径流占比变幅为4％~40％,而非岩溶流域则始终小于10％。文章定量评价了管道和裂隙介质在流域中的导水及储水功能,在进一步刻画岩溶流域产汇流过程及机制方面进行了有益的探索,研究结果可为岩溶山区水资源评价和流域水文模型的改进提供科学依据。