一个岩溶地下河流域模型及其应用

许多无地下水观测资料的岩溶山区,其水资源评价主要靠岩溶水文学方法。本文根据桂林岩溶区寨底地下河水文与水文地质条件,建立了一个模拟非岩溶地表水与岩溶地下水相互转化的流域模型。并在空间上外延至较大的无地下水资料岩溶区间,模拟岩溶水对地表河补给,与地表河流量演算模型衔接,构成整个岩溶区域地表水、地下水评价的计算机模型。      

SWAT模型在东江流域的应用研究

以SWAT模型为研究工具,对该模型在东江流域的3个子流域的适用性进行研究,研究表明,SWAT模型在东江流域3个子流域的适用性较好,校准期（19701975年）日径流模拟和月径流模拟的相对误差Re均在10%以内,日径流模拟的决定系数R2均在70%以上,月径流模拟的决定系数R2均在80%以上,Nash-Suttcliffe效率系数基本达到70%;验证期（19761985年及19962005年）,月径流模拟的决定系数R2和Nash-Suttcliffe效率系数均在70%以上,相对误差Re基本在±20%以内,可以满足该流域的水资源评价与规划的要求。     

西南岩溶石山地区不同类型地下河开发利用模式探讨

西南岩溶石山地区岩溶发育规律复杂, 给地下河的有效开发利用带来了困难。在近年来西南岩溶区地质调查成果的基础上,系统总结不同岩溶地貌类型区地形地貌条件、岩溶发育特征,提出了6种典型地下河开发利用模式:（1）峰丛洼地区地下河溶洼成库模式;（2）岩溶深切河谷区地下河堵洞成库模式;（3）岩溶槽谷区地表-地下联合成库模式;（4）岩溶垄脊褶皱区隧洞引水模式;（5）峰林平原（谷地）区地下河机井提引利用模式;（6）断陷盆地边缘地区地下河地表-地下联合成库模式。这6种模式的提出,为因地制宜、合理高效开发利用地下水资源,提供了切实可行的方法借鉴,可有效服务国家精准扶贫战略。      

滦河流域土地利用/覆被变化的水文响应

以滦河流域为研究区,利用1985和2000年土地利用数据,结合SWAT分布式水文模型定量评价了流域土地利用/覆被变化的水文效应,并分析了流域地表径流变化与主要景观类型的响应关系。结果表明:SWAT（Soil and Water Assessment Tool）模型可以较好地模拟滦河流域的月流量过程,在研究区具有较好的适用性;1985—2000年流域林地向草地和耕地的转变导致流域年均地表径流和总径流量分别增加了12.6%和5.1%;并使得流域年均地表径流变化空间差异显著,整体呈增加趋势,且主要受到林地变化的影响,而在三道河子以上集水区地表径流的变化则主要受到耕地景观的影响。合理规划土地利用格局,对于流域水资源可持续利用具有重要意义。     

贵州乌江南源上游流域不同岩溶地貌单元的流量衰减分析

选取云南高原向贵州高原过渡地带上的乌江南源——贵州省三岔河上游流域作为研究对象，分别提取其流域内的花渔洞地下河流域与三塘地下河流域的地形指标，分析两者的流量衰减现状，并探讨了岩溶地表形态和岩溶含水介质结构之间的关系。结果显示:（1）花渔洞地下河流域的平均起伏度为73.2 m，可分为高起伏度的Ⅰ区（均值122 m）和低起伏度的Ⅱ区（均值64 m）两个区，其分别占整个流域面积的14.9%和85.1%；三塘地下河流域的平均起伏度为87.6 m，可分为高起伏度的Ⅰ区（均值106 m）、中起伏度的Ⅱ区（均值81 m）和低起伏度的Ⅲ区（均值48 m）三个区，其分别占流域面积的40.2%，49.7%和10.1%；（2）花渔洞地下河流域各阶段的衰减系数为0.000 3，0.000 1，0.000 06（0.5 h）-1，总蓄水量达2 199.356×104 m3，各亚动态蓄水量分别占总蓄水量的0.1%，9.9%、90.0%；三塘地下河流域各阶段的衰减系数为0.001、0.000 3、0.000 1（0.5 h）-1，总蓄水量为2 310.902×104 m3，各亚动态蓄水量分别占总蓄水量的9.4%、30.8%、59.8%。这表明地面起伏度和衰减动态之间可能存在着关联性，即高起伏度对应岩溶发育强烈的管道流，低起伏度对应导水通道较小的裂隙、溶隙等含水层。      

分布式水文模型在岩溶地区的改进与应用研究

在我国西南岩溶峰林地区,碳酸盐岩岩溶的强烈发育使含水层空间结构具有高度非均质性,加之表层岩溶带对降雨入渗的影响,导致传统的含水层高度概化的水文模型难以定量刻画地表水对地下水的补给过程。文章在开源的SWAT（土壤和水评估工具）模型基础上,通过改进土壤水及地下水模块,刻画水分经表层岩溶带以慢速流和快速流的方式进入含水层的过程,分别以活塞式推进方式及以捷径式入流方式进入浅层含水层,构建了适应于岩溶地区的分布式水文模型。以桂林市漓江流域为例,在碳酸盐岩和碎屑岩交叉分布的流域建立水文模型,并对构建的模型进行率定与验证,结果表明:与原模型径流模拟相比,本文构建的模型较好体现了表层岩溶带的调蓄作用,改善了各水文站枯水期模拟较差的情况（其中潮田站纳什系数由0.78提高到0.92,决定系数由0.85提高到0.92,比改进前有明显提高）;改进后的模型能适用于碎屑岩与碳酸盐岩分布不均的岩溶流域水分循环模拟。     

基于SUFI-2算法和SWAT模型的妫水河流域水文模拟及参数不确定性分析

敏感性分析和不确定性分析是分布式水文模型参数校准和模型应用的基础。本文以妫水河流域为例,基于SWAT模型和SUFI-2算法进行模型参数敏感性分析,结合手动调参和自动率定,通过SUFI-2的P因子和R因子进行模型不确定性分析,构建妫水河流域分布式水文模型。本次妫水河流域月尺度模拟中:率定期,确定系数R2=0.59,效率系数NSE=0.56;验证期,确定系数R2=0.82,效率系数NSE=0.80;P因子均大于0.5,R因子均小于0.5。结果表明,妫水河流域SWAT模型水文模拟效果较好。     

基于SWAT模型的绍兴城市径流时空演变规律分析

为克服较大尺度城市径流的定量难题,引入了分布式流域水文模型(SWAT),对绍兴城市径流开展了定量模拟及时空演变规律分析。经DEM建模分析,将绍兴城市置于合适尺度的流域内建立SWAT模型;在敏感性分析的基础上,利用径流监测数据对模型进行了校准与验证,模型评价结果表明,所有站点校准期与验证期的平均相对误差Re(-5.29%~8.81%)、判定系数R2(0.91~0.96)和效率系数Ens(0.90~0.94)均满足年水平和月水平径流定量要求。在此基础上,以1992~2011年的降雨为驱动模拟得到了子流域的月径流数据;最后利用地统计学方法(GSM)对绍兴城市径流的时空演变规律进行了分析,并得到了关键源区,为绍兴城市水资源保护与利用提供科学依据。     

滦河流域土地利用/覆被变化的水文响应

以滦河流域为研究区,利用1985和2000年土地利用数据,结合SWAT分布式水文模型定量评价了流域土地利用/覆被变化的水文效应,并分析了流域地表径流变化与主要景观类型的响应关系。结果表明:SWAT(Soil and Water Assessment Tool)模型可以较好地模拟滦河流域的月流量过程,在研究区具有较好的适用性;1985—2000年流域林地向草地和耕地的转变导致流域年均地表径流和总径流量分别增加了12.6%和5.1%;并使得流域年均地表径流变化空间差异显著,整体呈增加趋势,且主要受到林地变化的影响,而在三道河子以上集水区地表径流的变化则主要受到耕地景观的影响。合理规划土地利用格局,对于流域水资源可持续利用具有重要意义。     

复杂岩溶含水介质概化初探

介质概化是水文地质概念模型建立和进行地下水流三维数值模拟的基础。目前国内、外已建立的岩溶介质地下水流模型,都有一个共同的特点:在进行岩溶介质概化的时候,大都采用等效裂隙介质模型方法。由于岩溶介质的空间不连续性和各向异性,决定了采用该方法概化岩溶介质必然造成与实际情况不符。为了更加准确地概化岩溶含水介质,同时也为了使概化后的介质模型,能比较真实地刻画出实际岩溶介质的含水层,这里以广西合山煤田为例,针对岩溶含水介质的特征,以及岩溶发育规律,提出了对模拟区域采用多种方法进行介质概化,对不同类型的岩溶介质采用不同的方法进行概化处理,从而实现了对复杂岩溶介质的概化。     

云南南洞地下河系统边界及性质研究

地下河系统具有固定补给范围和资源要素,是岩溶地下水进行独立循环的基本单元,控制了岩溶水的运移富集、水化学演化特征、资源构成以及环境地质问题。开展地下河系统研究首要任务是确定系统边界位置及其水文地质性质。以南洞地下河系统为研究对象,据野外调查、勘探、试验资料,以地球系统科学理论为指导,运用现代岩溶学、地质学及水文地质学的分析方法,确定南洞地下河系统是由1号暗河和2号暗河系统组成的,其中2号暗河还有叠置于其上的平石板和黑龙潭两个全排型暗河子系统;其含水岩层主要为三叠系个旧组（T2g）灰岩、灰质白云岩、白云质灰岩;根据边界的水文地质性质可以划分为地表分水岭边界、地下分水岭边界、隔水边界、岩溶含水层深埋滞留型边界。      

利用高精度示踪技术和大功率充电法确定地下河系统的管道分布特征——以毛村地下河系统为例

由于岩溶发育的非均一性和复杂性,确定岩溶地下河流域范围及地下河管道的位置是非常困难的。高精度示踪技术可用来确定地下河管道的连通性及地下河流域大致范围;大功率充电法能够准确定位岩溶地下河管道的平面分布特征并追踪地下河系统的管道展布方向。综合高精度示踪技术和大功率充电法等成果,并结合地下河的地表出露特征和钻探等信息进行验证,查明毛村地下河系统的地下河管网分布特征及大致流域范围,探测技术方法组合成效显著。主要成果体现:在毛村地下河系统上游,存在多个地下河管道分支,且还存在一个未被发现的地下河管道,连通各地下河分支;在地下河系统中游径流区,地下河主管道接受周围山体的补给并与次级管道、岩溶裂隙带形成复杂的地下河网状系统;在地下河系统下游排泄区,地下河管道分支呈扇形向排泄点聚集。另外,大功率充电法探测结果显示灯明泉可能是毛村地下河系统的一个分支,但是两者之间的连通性较差,在雨季或水位上涨时,两者之间的联通性可能会有所改善。      

贺州市合宝地下河系统的定量示踪试验与分析

在岩溶水文地质调查中,示踪试验的应用是较为广泛且行之有效的方法。为确定地下河系统的岩溶含水介质结构,采用高精度在线监测技术在广西壮族自治区贺州市合宝地下河主管道上进行示踪试验。试验采用的示踪剂为荧光素钠,在线监测设备为GGUN-FL30野外荧光分光光度计。试验结果显示: 合宝地下河入口S₁与出口S₄之间地下河以管道流为主要特征,结构相对简单,不存在溶潭等地下储水体; 示踪剂回收率为63.18%,说明该地下河还有其他排泄途径,很有可能为地下潜流。基于Qtracer2数据分析可知,合宝地下河枯季水流的最大流速为156.00 m/h,平均流速48.09 m/h,岩溶管道储水量26 714 m³,管道过水断面面积13.70 m²,平均直径4.18 m,弥散系数0.505 m²/s,纵弥散度37.81 m,摩擦系数0.178,雷诺数48 937,舍伍德数1 875.4,施密特数1 140。合宝地下河岩溶极其发育,含水介质不均一性强,为规模较大的单一管道系统。地下水流态呈紊流型,且局部具备承压特征。研究数据及成果为建立地下河系统数值模型提供了依据。     

滇东南南洞地下河系统源区洞穴特征及其成因演化机制

滇东南岩溶地貌发育,岩溶洞穴是该区典型空洞体系。文章以滇东南南洞地下河系统源区典型岩溶洞穴为研究对象,基于地学理论和地球化学分析,对该区地貌特征、成因及演化机制开展科学研究。研究表明,NW向的张性断裂、区内可溶部分最高个旧组碳酸盐岩以及杨柳河向西流动的水动力作用是南洞地下河系统源区洞穴发育的主要成因;全新世中期6 kaBP以来,该地区洞穴演化过程经历了三个阶段,其中,主体形成时间为6~4 kaBP;此外,建立石洞洞穴与地下河发育模式。本次研究对南洞地区地下水资源评价具有实际意义。      

桂林会仙湿地狮子岩地下河系统水循环对降水的响应

岩溶湿地是西南岩溶生态系统的重要调节器,对该地区的可持续发展有重要意义,而水循环作为维系岩溶湿地健康运转的核心因素,已经成为当前的研究热点。2020年4月15日—5月30日野外监测了桂林会仙湿地狮子岩地下河系统参数,采用水文动态分析与水均衡等方法,开展了地下河系统水循环研究。结果表明：（1）地表径流、土壤水、表层岩溶带...     

Pollution pattern of underground river in karst area of the Southwest China

Investigation of groundwater pollution has been carried out on multiple typical karst underground river systems in recent years in order to reveal the characteristics and mechanism of underground river pollution. Through the summary of the survey results, five characteristics of underground river pollution have been revealed, including directionality, weak hysteresis, easier for reversibility, linear and intermittent (or seasonal); combining with karst geomorphic types, pollution sources (primordial, secondary pollution and compound), pollution ways and pollution receptors, three basic pollution patterns of the underground river were depicted: Recharge area pollution, runoff area pollution and discharge area pollution. At the same time, the study discloses the reality of the underground river pollution is the three basic patterns and their subgenera in combination with super imposition on the space and time. And from the angle of the hydrogeological model, the study expounds the process of underground river pollution. Finally, the study gives naming rules of pollution pattern of the underground river and sets up PISAB method of pattern recognition. The results provide scientific basis for pollution repair and management of underground river in the southwest karst region.     

Determination of areas vulnerable to pollution in a karstic river basin in Turkey via a decision support system based on DRASTIC,SWAT and isotopes analysis

Determination of areas vulnerable to water pollution in river basins helps to generate appropriate water management protection plans. This study aims to define areas vulnerable to pollutants in a data-scarce karstic river basin in Turkey by using a holistic approach integrating the Soil and Water Assessment Tool (SWAT), the DRASTIC framework, and selected isotopes within a decision support system based on a geographic information system to delineate vulnerable areas. DRASTIC was used to show groundwater vulnerability to pollutants. The concentrations of isotopes ¹⁸O, ²H, and ³H in groundwater were used to define the vulnerable areas of the karst region. SWAT was utilized to show watershed vulnerability to pollutants in shallow aquifers. The recharge rate parameter in DRASTIC was obtained from SWAT. This methodological approach was applied to the Yuvacık Dam Basin in Kocaeli, part of the Marmara River Basin, as it is a good example of a karstic watershed. According to this study, each approach provides different vulnerabilities when applied separately. The final map obtained from the integrated approach shows that drinking water supplies in the northeast and northwest parts of the basin are highly vulnerable to pollution. All the karst spring catchments and areas near the basin outlet are highly vulnerable. Moreover, across all water samples taken across the basin, those exhibiting the highest concentrations in nitrate were all found in the areas mapped as highly vulnerable. The methodology was validated by analyzing nitrate concentration in 22 groundwater and surface-water samples.

     

微动HVSR法在岩溶区探测地下河管道和溶洞的有效性研究

微动HVSR(Horizontal-to-Vertical Spectral Ratio)法是一种简单有效的被动源地震勘探方法,当测点下方介质存在明显的速度变化时,HVSR曲线会呈现相应的异常形态。为探索该方法在岩溶区探测地下河管道和溶洞的有效性,选择桂林毛村地下河流域内的大岩前村作为研究区,并在此开展野外试验。研究区发育有一条地下河管道,通过精准的洞穴测量,获得了此地下河管道的平面位置和洞高等信息。在研究区的地下河管道上方地面布设3条物探测线,均进行微动HVSR法测量,并用探地雷达法测量作对比。结果表明,两种物探方法的异常位置与测线下方地下河管道的实际平面位置基本一致,证明微动HVSR法可作为一种有效的地下河管道和溶洞探测方法。     

重庆典型岩溶区地下河水体有机氯农药污染初步研究

利用GC-ECD对重庆典型岩溶区地下河水体中有机氯农药(OCPs)进行检测,结果表明,地下河水中OCPs浓度为3.41～51.34ng/L,均值为13.23ng/L;滴滴涕(DDTs)浓度为0.07～2.37ng/L,均值为0.72ng/L;六六六(HCHs)浓度为1.16～39.82ng/L,均值为7.89ng/L。南川湾滩地下河水体有机氯农药污染最为严重,其上游纸厂排放废水是影响该地下河有机氯农药污染的主要原因。与国内外其它河流相比较,研究区地下河水体有机氯农药含量处于中低水平。由于岩溶区特殊的二元结构,地表水体一旦受到污染,将直接影响到地下水体。因此,对岩溶地下河进行有机污染物的调查研究具有重要的现实意义      

泸西喀斯特断陷盆地地表水与地下水流域边界与水动力性质

在详细调查基础上,采用系统科学及水文地质分析方法,依据地形地貌、地层岩性、地质构造、示踪试验、地下水排泄基准面、喀斯特发育条件及发育规律等剖析论证流域边界,并通过钻探及示踪试验进行验证。研究结果:（1）对泸西喀斯特断陷盆地南东部的水系统边界向北移进行了修正,证实了三塘一带深部不发育的喀斯特是地下水分水岭边界,使得泸西喀斯特断陷盆地流域的径流系统和边界圈化更加准确;（2）泸西喀斯特断陷盆地流域地表水、地下水转化频繁,地表水径流特征主要以小江河在水库、河流、伏流间的径流转化过程为体现,地下水在侵溶山区接受大气降水补给后,上层径流以泉、暗河的形式在泸西盆地底面排泄后转化成地表水,最终汇集于盆地南部、通过工农隧洞及落水洞排向小江,而下层径流则以小江水面为基准,通过深层径流排泄。