深部含水系统水文过程线谱特征及其传递函数

深部含水系统水文过程线的波动在很大程度上记录了岩石圈的流脉动及一些地质过程的定向变化。大量实践已经证明,地下水是地壳十分重要的信息载体。本文利用频谱分析和系统理论方法,剖析了两深部含水系统水位动态的形成,揭示了深部不同含水系统水位(或流)过程线与当地降水序列、气压及固体潮序列有密切关系的谱结构与特征。在水文地质领域引入传递函数,并提出了两类谱的结构模式。     

流域生态水文过程模拟研究进展

生态水文学作为生态学和水文学的交叉学科,得到了相关研究者的广泛关注,并成为水文水资源研究领域中的一个热点,生态水文过程主要包括水文过程、生态过程以及二者之间相互作用的过程。从生态水文学内涵的角度,对山地、湿地、干旱区生态水文过程模拟以及流域集成模拟进展做了阐述,并分析建模的策略和统计了部分生态水文模型,考虑了建模过程中的尺度、数据、精度3个关键问题。并对生态水文模拟发展趋势做了展望,指出在未来的研究中应更多的关注以下几个方面:①生态水文过程模拟建模基础研究;②生态水文过程集成模拟研究;③基于数据库和GIS/RS技术的生态水文过程耦合模拟研究;④与原型观测相结合的生态水文过程模拟研究。建立符合我国实情的生态水文模型,是现阶段我国生态水文学研究的重要任务。     

沙地地区水文过程及模拟——以秃尾河流域为例

根据气候条件的不同,沙漠可分为沙质荒漠和沙地两种类型.其中沙地地区降水相对丰富,具有降水、蒸发、下渗、产流及汇流等过程的相对完整的水文过程,但已有研究较少.以黄河中游沙地地区的秃尾河为例,分析了沙层水分分布及演化特性,进而将整个水文过程进行概化,得到物理意义明确,结构简单的概念性水文模型.该模型应用方便,精度较高.研究定量地阐明,研究区域沙层孔隙特征决定了沙层水分易保存而不易蒸发,使该地区径流深相对较大,而地下水丰富,调节能力强,是该地区河流径流年内分配均匀,年际变化小的重要原因.流域的非闭合性是该类地区水文研究中需要重点考虑的问题.     

冻土退化对海拉尔河流域水文过程的影响

利用海拉尔河流域内气象站点1974—2006年冻土冻结深度资料和水文站点1974—2008年的径流资料,通过建立冻结深度和径流的关系,研究了区域近30年来冻土变化对径流变化的影响。结果表明:近30年来,海拉尔、坝后和红花尔基水文站1~3月份径流量有13%~20%的增长,牙克石水文站径流量增长不显著。退水曲线由陡峭趋于平滑,冬季2月份径流量与秋季11月份径流量比值呈增大趋势,同期流域冻土的最大冻结深度减小了50 cm左右。这表明海拉尔河流域冬季退水过程有减缓趋势且冻土的退化是导致退水变慢的主要原因。冻土退化的这一水文效应主要是由于:① 随着冻土年内隔水效应减弱,流域内有更多的地表水入渗变成地下水,造成流域地下水储水量加大,导致冬季径流增加; ② 随着春夏季冻土平均厚度的减薄,流域地下水库库容增加,地下水枯季径流补给能力增强,导致流域退水时间延迟;③ 冻土对气候变暖的响应是一个缓慢的过程,因此冻土退化对径流过程的影响也是一个渐变过程。     

奎屯河流域南洼地地下水补给特征分析

独山子石油化工基地第二水源地(简称二水源)位于新疆奎屯河流域南洼地,认识和掌握南洼地地下水补给特征是研究和评价独山子石化基地用水保障程度的重要基础。通过南洼地地下水和主要河流的水化学、环境同位素特征分析,对南洼地地下水的补给得到如下认识:二水源西北缘和中部主要接受奎屯河、小巴音沟水的补给,其东南缘主要接受乌兰布拉克沟和乔路特沟地表水的补给;就整个二水源来讲,奎屯河与小巴音沟的补给是主要的。     

第二松花江流域地表水与地下水相互关系

通过野外采样和室内分析,采用稳定氢氧同位素和水化学相结合的方法,研究了第二松花江地表水和地下水的相互关系。地表水和地下水中稳定氢氧同位素（δD,δ18O）空间差异明显,上游水体中同位素最贫化,下游最富集。水化学类型从长白山源区的Na-HCO₃型,演化成Ca-Mg-HCO₃型;而在人类活动的影响下,向Ca（Mg）-Cl（SO₄）演化。运用端元法定量计算了地表水与地下水的相互转换比例,上游山区深层地下水接受江水和浅层地下水的补给,浅层地下水补给比例占50%左右;下游平原区浅层地下水补给江水,补给比例占20%左右。研究结果可为综合利用地表水和地下水、促进水资源的可持续利用提供理论基础。     

典型寒区流域水文过程模拟及分析

西北高山区寒区流域在全球变化背景下,河川径流发生了明显的变化,定量分析和评估径流变化对制定西部水资源可持续利用有着重要的意义.在VIC模型（含有冻土计算方案）的框架基础上,成功了耦合能量-物质平衡方案,改善了其在寒区冰川流域的水文过程模拟的效果.选择新疆阿克苏河流域作为研究区,验证表明改进后的模型取得比较理想的模拟结果...     

黑河流域中游盆地水文地球化学演化规律研究

黑河是我国第二大内流河,研究其水化学演化规律,对于区域水资源科学利用与管理、保障饮水安全和下游生态安全都具有重要作用。本文利用2014—2018年在黑河流域开展1∶50 000水文地质调查所获取的资料,研究了黑河干流和丰乐河两个典型剖面的水化学和同位素变化规律。结果表明,黑河中游盆地地下水主要来源于祁连山区大气降水补给,黑河干流区地下水氘氧同位素比丰乐河流域更为富集,反映了氘氧同位素的高程效应。在丰乐河流域排泄区发现了非现代气候条件下形成的古水,说明现在的盐湖盆地早期就是地下水滞留区。山前戈壁带含水层经长期淋滤作用,地下水溶解性总固体(total dissolved solids,TDS)较低,水化学类型以重碳酸型为主。溢出带以北下游地区TDS逐步增高,地下水类型以硫酸型、硫酸-氯型为主,具有两种地下水化学背景和演化模式:一种是石膏溶解-碳酸盐沉淀析出-氯化物溶解-缓慢的硅酸盐非完全溶解和阳离子交换反应模式;另一种在此基础上增加硫酸钠溶解演化模式。流域补给区和径流区地下水TDS升高的主要原因是溶滤作用。丰乐河排泄区地下水TDS升高的主要原因仍是溶滤作用,溶滤盐分的来源是表层的盐分,以石盐为主。黑河干流排泄区由于含水层较薄,水位埋深较浅,蒸发对地下水咸化的影响更大。     

中国天山乌鲁木齐河径流分割和水文化学过程

Daily samples of stream water were continuously collected for solute analysis at three sections in the headwater basin of the rmqi River from April 30 to June 8, 1997. Solute data for chemographs showed that ionic pulse occurred in stream water at G1 and DC Sections, having a weak impact on solute concentrations of BS Section. Hydrological separation using reactive dissolved silica as a tracer demonstrated that soil-restored water or subsurface water occupied approximately 39.6%, 69.9% and 77.1% of the total discharges at G1, DC and BS Sections, respectively. However, low runoff and subsurface water proportion at the glacial basin didn′t mean lower exports of some solute in stream water. High denudation rates derived from glacial comminution for pyrite, gypsum and biotite made the concentrations of K + and SO 2- 4 in stream water at G1 Section several times those at DC and BS Sections. Dissolution of pyrite might produce extra H +, while dissolution of carbonate and gypsum might largely consume H +, resulting in stream water not to be finally sensitive to acidification.     

黑河源区高山草甸的冻土及水文过程初步研究

介绍了黑河源区野牛沟流域在试验点尺度和山坡尺度上所开展的冻土水文过程初步结果.冻土水文观测场建于最大冻结深度约为3.0 m的季节冻土区,近50 a来,该区降水量变化不大,器测蒸发量(Φ20)和风速呈明显的降低趋势,而气温和地表温度则分别上升约1.0℃和1.7℃.研究区季节冻土冻结上限和下限深度均与地表温度呈二次多项式关系,这表明地表温度与冻结或融化区地温变化之间有一个滞后过程.在地表融化季节,季节冻土存在两层现象.当融化深度接近最大冻结深度时,存在向上和向下的双向融化现象,但自下而上融化速率较慢.2005年9月-2006年9月,具有较高代表性的3个山坡径流场均没有观测到产流量,结合蒸散发观测和野外调查,发现夏季高山草甸具有明显的地表径流拦蓄和水源涵养作用.COUP模型能够较好的连续演算试验场生长季节高山草甸-季节冻土-大气-维水热传输和耦合过程,但因其土壤完全冻结临界温度阀值设置偏高,影响了非生长季节的计算精度.     

高寒山区冻土对水文过程的影响研究——以黑河上游八宝河为例

冻土对寒区水文过程具有重要的调节作用,是寒区水循环研究的核心内容之一.在分布式水文模型中对土壤冻融过程进行显式表达,对探索寒区水循环的机理、定量研究寒区流域径流的时空变化十分重要.先在黑河上游八宝河流域对考虑了土壤冻融过程的分布式水文模型进行简单验证,然后分析土壤冻融对流域水文过程的影响.对考虑和不考虑土壤冻融的模型模拟结果进行对比,发现冻土对流域的产流方式和速度有很大的影响,主要表现为：1）考虑冻土时,流域产流以壤中流为主,径流对降雨或融雪的响应速度较快,径流过程线变化较为剧烈,径流系数较高.冻土有效地阻碍了入渗过程,促进地表径流和壤中流的形成.壤中流发生的平均土壤深度冬季深,春季浅,年平均深度约为1.1 m;2）在不考虑冻土时,土壤下渗能力强,地下水补给是考虑冻土时的3倍,流域产流方式以基流为主,径流对降雨或融雪的响应速度减缓,径流过程线较为平滑,夏季洪峰在时间上存在明显的延迟.即便在降水强度较大的夏天,流域内都不会产生地表产流,而且壤中流产流的平均土壤深度平稳地处于2.4 m左右.研究对从机理上认识土壤冻融对水文过程的影响有一定的帮助.     

祁连山古浪河流域径流组分特征

为了探究气候变暖、冰冻圈急剧萎缩背景下祁连山内陆河的水文状况,依据古浪河流域所采集的各类水体样品和相关观测数据,分析了各水体稳定同位素特征及其所指示的环境意义,并进行了径流分割。结果表明：（1）与降水相比,河水稳定同位素年际变化较小,从季节变化角度来看,河水δ¹⁸O值夏季 > 秋季 > 春季 > 冬季,反映了不同季节蒸发强度的差异。（2）泉水稳定同位素特征与河水相似,年际变化较为稳定,表明山区河水与泉水之间可能存在转换过程。（3）由于土壤水分交换、地表土壤蒸发、植被蒸腾以及土壤水和地下水之间的同位素差异,引起土壤水同位素组成的梯度差异比较明显,土壤水δ¹⁸O由地表向下经历了富集―贫化―富集的过程,d-excess变化则与之相反。（4）径流分割结果显示大气降水对古浪河流域出山径流的补给率高达76%±2.4%,冻土层上水补给为24%±2.4%。     

砾石覆盖紫色土坡耕地水文过程

紫色土中砾石分布广泛,地表常为砾石覆盖,砾石覆盖对土壤水文过程有着重要影响。试验小区(2 m×1 m)为坡度23°的坡耕地, 试验降雨强度为(53.9±2.8)mm/h、 (90.8±6.1)mm/h和(134.3±14.9)mm/h, 砾石覆盖度为0%,11%,20%,33%和42%。通过原位人工模拟降雨试验,定量研究了不同降雨强度下砾石覆盖对降雨入渗、地表产流及壤中流产流的影响。结果表明:砾石覆盖对入渗过程影响显著,稳定入渗速率及稳定入渗系数与砾石覆盖度呈正相关关系,3种降雨强度下,稳定入渗系数分别为47.70%~86.59%,30.61%~82.83%、17.76%~77.44%,42%砾石覆盖度小区的稳定入渗速率分别是裸露小区的1.95~4.94倍;地表砾石覆盖延迟地表产流、减少地表径流量,地表产流时间随着砾石覆盖度的提高呈增加趋势,地表径流速率及地表径流系数随砾石覆盖度的增加而降低,相对地表径流系数与地表砾石覆盖度呈指数负相关关系;地表砾石覆盖促进壤中流的发生、增加壤中流量,壤中流产流时间随着砾石覆盖度的增加逐渐缩短,壤中流径流速率及壤中流径流系数随地表砾石覆盖度的增加而提高,相对壤中流径流系数与地表砾石覆盖度呈指数正相关关系。     

黑河高山草甸冻土带水热传输过程

以黑河源区高山草甸冻土带的基本气象参数、植被参数和土壤水热性质参数为输入条件,利用CoupModel模型计算了试验点两个完整年度日尺度上的各种基本水热状况,计算结果较符合实测值(7层地温和土壤液态含水量平均R2分别为0.95和0.83).利用模型输出的土壤热通量和土壤水迁移分析了试验点季节性冻土区的水热传输过程:在土壤层开始冻结期,下层土壤液态水向冻结锋面集结,集结期向上的地热通量急剧增加;在冻结期,土壤热传导主要与上下层的土壤温度有关,土壤水迁移基本处于零通量状态;在融化期,在融化锋面未出现液态水分集结现象,融化层土壤水热传输过程迅速改变并与非冻结土壤一致,向下的地热通量急剧增加.     

中国西南河流碳、氮运移机制及其对水文条件变化的响应:以西江为例

流域碳、氮的生物地球化学循环过程关联着区域/全球尺度的气候变化,同时受到气候条件变化的影响。本次研究以我国西南喀斯特地区的西江为例,通过时间序列的高频次样品采集和分析,揭示水文条件变化对河流碳、氮动态变化的影响及其控制机制。结果表明,在高流量条件下,化学风化的加速、土壤CO2的汇入及流域内有机质的降解导致了水体δ13CDIC偏负,碳酸盐矿物的快速风化致使河水HCO3-浓度表现出强烈的"化学稳定性";对DIC、δ13CDIC、流量、温度的联合分析表明,矿物溶解、土壤CO2的汇入与河流中有机质降解的共同作用导致了西江河水碳动态的季节变化;河水NO3-浓度在高流量条件下并未表现出明显的稀释效应,反应了人为输入和化学转化过程对NO3-浓度的影响;硝酸盐氮、氧同位素的分析结果表明,西江NO3-来源受人为活动影响较大,主要转化过程为硝化作用;同位素和水化学证据表明碳酸、硫酸、硝酸共同参与流域岩石化学风化,雨季外源酸参与风化的减弱是河流中HCO3-稀释的重要原因。     

季节性冻土区路基置换层参数确定试验研究

以辽宁西部冻土为研究对象,模拟现场地下水位,对10种重塑土进行了大试件防冻害置换层参数确定试验研究。试验结果表明：对于辽宁西部季节性冻土,当置换层位于地下水位以上30 cm、最大冻深的62 %,且厚度为冻深的30 %时,有明显的防冻害效果。     

青藏高原那曲河流域降水及河流水体中氧稳定同位素研究

根据青藏高原中部那曲河流域1998年夏季测得的上下游中稳定同位素的日变化,并与同期观测的流域降水中稳定同位素比较,分析了河水中δ18O的变化特征,初步研究了该流域的稳定同位素水文循环过程.河水中δ18O的变化幅度远小于降水,它是降水中δ18O、降水量以及地表蒸发过程共同作用的结果.研究发现湖水对于稳定同位素变化起着显著的调节作用.河水中δ18O与流域降水中δ18O的差异可能反映了该流域强烈的地表和湖面蒸发作用.     

大沽河流域上游水化学特征及其控制因素研究

大沽河流域是青岛市、烟台市重要的供水源区,为研究大沽河流域水化学特征及成因机制,选取大沽河流域上游补给区开展研究,采集35个地下水样品和5个地表水样品。综合运用描述性统计分析、Piper三线图、Gibbs图以及离子比值等方法,结合水文地质条件,分析研究区水化学特征,探索其水化学组成的成因机制。结果表明,大沽河流域地下水为弱碱性水,占优势的阴、阳离子分别为HCO-3、SO2-4和Ca2+、Mg2+。水化学类型共分多种,其中以HCO-3·SO2-4—Ca2+·Mg2+为主。大沽河流域水化学特征受水—岩作用、阳离子交换作用的影响,岩石风化溶解是水化学特征的主要控制因素,且阳离子交换作用活跃。Na+、K+、Cl-、偏硅酸主要来源于硅酸盐岩的溶解,Ca2+、Mg2+和SO2-4主要来源于碳酸盐岩的溶解,显著高于来自蒸发盐岩风化溶解的贡献。人类活动对地下水化学特征有较大影响,农业种植、养殖业等人类活动导致水中NO-3浓度普遍偏高,同时人类活动加剧了硅酸盐矿物的风化溶解,使得偏硅酸浓度升高,超过74%的水样偏硅酸质量浓度达到了25 mg/L。