疏干开采条件下晋祠岩溶水系统的水箱模型

根据晋祠岩溶水系统的水均衡要素,建立晋祠岩溶水系统水箱模型及水均衡方程。使用晋祠岩溶水系统的补给量、排泄量和岩溶水位等数据建立晋祠岩溶水贮量的亏缺量与岩溶水位间的关系,采用非线性回归分析建立泉流量与岩溶水位的关系,并利用这两个关系替换水均衡方程中的未知量,从而求解所建水箱模型。通过1981至2006年的岩溶水位、亏缺量、泉流量数据检验所建模型,并以绝对误差的绝对值及线性相关系数评价模型的模拟效果。结果表明岩溶水位、亏缺量、泉流量模拟结果的误差均小于0.5,多数误差值小于0.01,线性相关系数均大于0.7,说明所建模型能够较准确地在以年为单位的时间尺度上模拟泉流量、岩溶水位和亏缺量的变化。该模型考虑了人工补给量、管井开采量及煤矿排水量等人为因素,可用于宏观的地下水资源保护及管理。      

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。     

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。     

神头泉流量衰减原因分析及趋势预测

运用季节分解、回归分析等时序分析方法对该泉42年(1958-1999)的月观测流量资料和大气降水、人类开采地下水资料进行了分析处理。结果表明大气降水的减少是神头泉流量衰减的主要原因,其控制着泉流量变化的基本趋势,而人类活动对泉流量的衰减起促进作用,属次要因素。其中,泉流量对大气降水变化的响应存在11年的滞后期,对390～450mm区间的年降雨量变化响应最敏感; 而泉流量对人类活动的响应只有在第四系孔隙水开采量大于5×107m3/a时才明显。在此基础上,预测了泉流量未来演化趋势。此外,对山西近几十年来出现泉流量普遍减少的原因进行了讨论。      

山西龙子祠岩溶泉流量动态特征与影响因素分析

选取山西南部典型岩溶泉龙子祠泉域为研究对象,利用1954-2018年65年长时序的泉水流量、降水监测数据及1990-2018年的开采数据,分析其动态特征及响应规律。结果表明:该泉域泉流量在2.94～8.39 m3·s-1之间波动,多年平均流量为4.74 m3·s-1;年内泉流量对降水补给响应有4个月的时间滞后性;开采量保持较高水平时,泉流量总体呈明显下降趋势。利用多元回归方法建立两个阶段（1954-1989年和1990-2018年）的数学模型,并对其进行模拟和误差分析,结果显示:第一阶段泉流量影响因素主要为前一年降水和前两年降水;1990年开始存在开采活动,第二阶段受降水和开采共同制约,与当年开采量负相关且受其影响最为强烈,其次受前一年和前两年降水影响;整个时间序列上流量误差为11.62%,模拟效果较好。      

神头泉流量衰减的时间序列分析

神头泉流量自七十年代初以来不断衰减。本文采用混合回归的随机模型,分别就降水量与松散层地下水开采量对泉流量的影响进行了时间序列分析。结果表明:泉流量变化具有周期性和滞后性;降水量对泉流量衰减影响很小;开采松散层地下水是引起泉流量衰减的主要原因之一。此外,深层岩溶水开采量(包括采煤排水)及泉口取水量的增大也是引起1985年之后泉流量衰减的主要原因。      

自然与人类活动叠加影响下晋祠泉域岩溶地下水动态特征

为了查明山西省晋祠泉泉水断流、泉口水位下降及近年来泉口水位回升的原因,为泉水复流工作提供理论参考,以长系列气象、水文、开采量、泉流量、地下水位等资料为基础,在详细分析了晋祠泉域不同水动力分区年内、年际动态特征的基础上,从自然气候与人类活动两方面出发,阐述了不同历史时期晋祠泉域岩溶水位变化的影响因素。结果表明：1956-1994年,因20世纪80、90年代人工开采量达到历史高峰期,一度超过2.4 m³/s,且80年代以后我国北方干旱化发展趋势较为严重,晋祠泉水流量逐渐减小直至断流;1994-2008年,人工开采量虽有一定程度减少,但仍维持在2.0 m³/s左右,且恰逢连续枯水年,降水量、河流径流量较多年平均值分别减小了11%和27%,此阶段泉口水位快速下降至历史最低值;2008年以后进入相对丰水期,在采取多项措施减少泉域岩溶水开采量的同时,汾河二库蓄水水位逐步抬高,其对岩溶水的渗漏补给量在经历了约2 a的滞后期后到达泉域排泄区,晋祠泉口水位近年来逐步回升。     

基于SARIMA模型的岩溶山区泉流量动态预测

地下水天然露头作为岩溶山区农村的重要供水水源,其流量动态的变化对供水的保障程度起到决定性作用。本文以堰塘泉为例,分析了泉流量的年内、年际变化规律,采用SARIMA模型,建立了拟合预测模型。分析结果表明,堰塘泉流量存在年内的季节性变化;拟合及预测结果表明,SARIMA模型应用于短期预测精度较高,长期预测虽然精度降低,但实测值仍处于95%的预测范围之间,说明该模型可用于短期预测,其长期预测结果对地下水天然露头开发利用也有一定的参考价值。     

管道流模型参数敏感性分析及其在许家沟泉域的应用

在岩溶含水系统中,作为主要排水通道的管道对泉流量动态具有一定的控制作用,而管道特征参数对流量变化亦有影响。为确定管道各参数的影响,前人以管道发育的岩溶水系统为研究对象,进行了短时间序列泉流量响应的分析探讨,而对岩溶管道不十分发育的岩溶水系统的研究较薄弱。为此,本研究结合北方岩溶水系统的发育特征,借助CFP管道流模型对管道各参数对岩溶系统流量和流态的影响程度及各参数的敏感性进行了分析,而后基于河南鹤壁许家沟泉域岩溶水文地质特征构建了泉域的MODFLOW-CFP模型,对泉域岩溶地下水渗流进行了模拟,并对不同降水保证率下的泉流量进行了预测。结果表明:管道流量与管壁渗透系数、管道坡度和管径呈正相关,而随弯曲度和埋深的增加管道流量呈先增大后减小的趋势。管壁粗糙度对流量的影响较小,且呈现出一定的波动性,尤其是当管壁粗糙度较小时,波动比较明显。经敏感性分析发现,管壁渗透系数和埋深的敏感性最高,其次为弯曲度和管道坡度,而管道直径和管壁粗糙度敏感性最低。许家沟泉域在25%降水保证率下,年最大泉流量为0.45 m3/s,平均泉流量为0.36 m3/s;在75%降水保证率下,年最大泉流量为0.41 m3/s,平均泉流量为0.31 m3/s,与实际情况吻合。该法可为我国北方岩溶区水资源评价及泉域水资源开发保护提供借鉴。     

基于时间序列分析的辛安泉流量变化研究

本文利用时间序列分析方法建立了辛安泉流量模型。根据泉流量模型计算出1981~2006年的资源量并与天然资源量进行了对比分析。结果显示:辛安泉系统的功能在逐渐退化,导致系统退化的原因是人类的开采和泉域系统内降雨量的减少。目前系统仍具有维持其水资源稳定的能力。     

洪山泉流量动态及影响因素分析

以39年洪水泉流量观测资料为基础，对泉水稳定性、变化特征及影响因素进行了探讨分析，结果表明洪水泉39年的泉水流量动态曲线出现了4个高峰、4个低谷，峰谷交替时间间隔周期为8年左右。大气降水是洪水泉水的主要补给来源，对泉水补给存在着8年的滞后期，是控制着泉水的流量的主要因素，随着多年降雨量的减少泉水流量呈下降趋势，采煤及地下水超采改变了地下水的补经排条件，影响了洪水泉水量水质，也是洪水泉流量减少的重要原因，今后应加强洪水泉的保护，进行合理开发以达到可持续利用的目的。     

洪山泉域水源地保护区的划分探讨

以山西省介休市的洪山泉域为例,分析了泉域的地形地貌、水文地质情况、岩溶水系统特征及泉水成因,探讨了流量变化规律及衰减原因,结合岩溶水系统污染现状以及山西岩溶水系统保护区划分的相关规定,对洪山泉水源地进行了保护区划分,并提出了具体保护措施。     

石太客运专线特长隧道地区水文地质研究 及隧道开挖环境影响效应*

文章在充分分析已有地质和水文地质资料的基础之上,综合大面积水文地质调绘和多种勘探成果,对石太客运专线太行山隧道和南梁隧道所在区域的水文地质条件进行了系统分析。将隧道区域划分为娘子关泉域系统、威州泉域系统和散泉系统三大地下水含水系统,同时将太行山隧道区划分为5个水文地质单元,将南梁隧道区划分为两个水文地质单元。另外,论述了隧道开挖对地下水和地表水环境的影响,主要表现在对断层或岩脉与隧道相交地段的水位、水量产生影响,这为进一步解决特长隧道施工过程中的突水、涌水等问题提供了可靠的基础性资料,加深了对河北、山西两省交界处水文地质条件薄弱地带的了解。     

森林覆盖的喀斯特地区表层岩溶带的产流阈值

选择中国南方喀斯特森林石山地区的表层岩溶带中出露的泉水为研究对象,通过对泉水水位、pH、电导率、水温和降水的连续监测,发现表层岩溶带的降水补给的产流阈值为12mm。同时分析了不同降水补给引起的表层岩溶泉pH、温度、电导率的变化规律。雨季pH在降水后出现暂时的降低,电导率和水温出现暂时的升高。旱季pH、电导率等表现出比雨季更复杂的变化。按照水位、pH、电导率、水温对降水补给的反应的强弱不同,将表层岩溶带对降水的反应分成三个等级。第一等级为表层岩溶泉的流量等都不发生变化;第二等级是表层岩溶泉的4个指标有部分发生微小缓慢的变化;第三等级是表层岩溶泉的4个指标发生显著的变化。表层岩溶带的产流阈值是区别有效降雨和无效降水的标准,并对理解岩溶地下水的形成有帮助。     

敦煌月牙泉湖近百年水位变化及其原因分析

敦煌月牙泉形成于第四纪全新世,距今约12 ka。因泉湖地处鸣沙山环抱之中,形似月牙并兼具沙水共生的淡水泉湖特征,成为世界瞩目的自然地理环境的重要地质遗迹。对月牙泉湖近百年水位动态变化进行了综合分析,认为月牙泉湖水位动态变化的综合原因可归结为气候和人为因素。1960年开始农业打井灌溉、党河水库和渠系的修建导致地下水补、排失衡,到2001年月牙泉湖水位下降9. 98 m,年均下降0. 24 m,致使区域性地下水位的下降是造成月牙泉湖水位下降的主要原因,气温的升高加大蒸发量是月牙泉湖水位动态变化的次要原因。通过月牙泉人工补水工程,2018~2019年月牙泉湖水位上升1. 58 m,湖水域面积由9472. 59 m2逐渐扩大到13334. 75 m2,昔日古人心中美丽的月牙泉面貌再次展现在我们的眼前。     

山西晋祠泉在引水条件下的可再生性研究

应用模糊线性回归与时间序列分析手段,通过分析长期动态资料,建立起晋祠泉流量与降水量、汾河渗漏量、矿坑排水量及人工开采量之间的模糊关系方程;在此基础上预测了在万家寨引黄工程完工后,晋祠泉域在地下水得到涵养条件下的可再生性,同时还预测了不同方案调控条件下,晋祠泉的大致出流时间。在一般情况下,晋祠泉的大致出流时间在2007～2009年之间。为了实现晋祠早日复流,节流是今后最重要的管理措施,同时应该注意晋祠泉的水质保护问题。      

Numerical simulation and environmental impact prediction of karst groundwater in Sangu Spring Basin,China

The changes of development and utilization of karst groundwater in Sangu Spring Basin have made the original groundwater resource evaluation unable to meet the needs of future economic development. Based on analysis of existing data, combined with the characteristics of supplement, runoff and draining of regional karst groundwater, the Visual Modelflow software was used to build a numerical simulation model of Sangu spring Basin. The amount of karst groundwater resource and groundwater environment of the Basin were evaluated under different exploitation schemes, and the changes of karst groundwater environment in the future ten years were also predicted. The fitting error which is less than 0.5 m between the calculated value and measured value of the water level in the fitted borehole accounts for 93%. For the lithologically and structurally complex Sangu Spring Basin, the fitting effect of numerical simulation model was ideal. On the basis of the current mining amount of 111.80 million m³/a, the total redistributed exploited amount in the spring region was 61.79 million m³/a. Under the condition that the quantity of recoverable resources reached 173.59 million m³/a and under different precipitation schemes, all constraint conditions were satisfied, such as regional water level drawdown, maximum allowable water level drawdown in every simulated water source area and the flow rate of Guobi Spring. The results will provide a scientific basis for the rational development and utilization of karst groundwater in Sangu Spring Basin.     

霍城县地下水资源构成变化及驱动力分析

地下水资源构成变化及驱动力分析研究对于城市水资源的开发利用、发展规划及城市资源的管理具有实际指导意义。前人对新疆伊犁霍城县的研究多为当年水资源量,未涉及水资源构成变化的讨论。文章采用地下水均衡、数理统计及因子分析等方法,对霍城县近30年地下水资源构成变化及驱动力进行了定量研究。结果表明:1985—2014年霍城县地下水资源总体呈下降趋势,1985—1990年间为正均衡,2000—2014年演变为负均衡。同时地下水资源构成发生了深刻变化,从水均衡法得到河道和渠系入渗补给显著减少,田间入渗补给量持续增加,泉水排泄量减少22.85%,人工开采量增加15.2%;从因子分析法对比出1985—2000年较2000—2014年,水资源构成项中的主要成分与水资源总量的正负相关性发生了改变。泉水排泄量、河道入渗量、水库入渗量与水资源总量的相关性由负相关变为正相关,田间入渗补给及人工开采由正相关变为负相关;水均衡法和因子分析法对地下水资源构成变化分析结果呈现较高的相关性,结果表明人类活动对地下水资源构成产生深刻影响,是造成霍城县地下水资源变化的主要驱动力,其中灌溉面积不断增大的同时,改进灌溉方式提升灌溉水利用系数,使得田间入渗量增加速度较为平缓。人工开采使地下水位持续下降,造成泉水资源量呈阶段性衰减,同时研究区地下水位重新分布,灌溉面积及灌水总量增大,使得蒸发量增大。故而针对各驱动力提出相应节水措施对指导当地水资源的可持续利用有着重要意义。     

Hydrogeological properties of a complex Dinaric karst catchment: Miljacka Spring case study

Miljacka is a karst spring situated in Dalmatia, Croatia. The interpretation of the Miljacka Spring catchment area boundary has repeatedly changed in the past, and the main conclusions of previous studies were that the spring, which is located in the Krka River canyon, receives all of its water from another karst river, Zrmanja. Here, we review a new hypothesis that the Miljacka Spring receives some of its water from the Krka River. It was not possible to verify the hypothesis by solely studying the geological composition, structural–tectonic relations and tracer test results. Therefore, a hydrochemical study was performed to confirm the hypothesis. By studying the geological composition, it was found that part of the catchment area of the Krka River is built of evaporites (gypsum and anhydrite), which are different in their mineral composition than carbonates, the usual rock mass of the Dinaric karst. The hydrochemical model was made using the NETPATH-WIN and PHREEQC software packages. The mixing model results confirmed the hypothesis that the Miljacka Spring waters come from both the Zrmanja (including smaller proportion of precipitation infiltrated directly in the karst aquifer) and Krka rivers. This case study shows the great importance of the application of hydrochemical investigations in karst hydrogeology, where research is often difficult due to the complexity of the groundwater system.