岩溶洞穴的分形弯曲度

本文对岩溶洞穴提出了分形弯曲度的概念,并且以洛塔地区岩溶洞穴为例,计算了各岩溶洞穴的分形弯曲度,对岩溶洞穴的形状研究,具有一定的意义。     

岩溶地质分形预报应用技术初步研究

岩溶问题始终是困扰隧道工程界的一大难题,对于施工期岩溶地质预报,其预报准确性和可靠性始终是一个值得研究的课题。本文提出以宏观与微观、定性与定量、数值模拟与系统分析三结合的研究思路,着力于应用分形理论开展岩溶地质预报方法的应用研究。本文应用分形理论基础,在工程岩体微观裂隙、孔隙的分形特征研究成果基础上,提出了岩溶元的基本概念,并对岩溶元的分形生长规律进行了描述,分别对宏观岩溶形态和微观岩溶形态开展分形特征研究,根据岩溶发育程度分形评价指数将岩溶发育程度分为5级,以桐子林隧道地表及洞内宏观和微观岩溶形态为例,进行了分形计算和岩溶发育程度的分形评价,为进一步开展掌子面前方岩溶地质分形预报奠定了理论基础。     

济南岩溶含水介质孔隙结构特征

以济南泉域为例,基于2004-2019年济南岩溶泉域大气降水资料、地下水水位动态监测资料和岩芯的压汞实验结果,采用分形理论中孔隙分形维数法和数理统计的方法,探究含水岩层孔隙结构对泉水位动态的影响。结果表明:（1）炒米店组和三山子组2号样的孔隙发育均匀,孔喉分布集中,岩层储水性能好、储水空间较大;马家沟组北庵庄段的孔隙发育均匀,孔喉分布集中,岩层储水性能差,储水空间小;三山子组1号样和马家沟组东黄山段的孔隙发育不均匀,孔喉分布分散,岩石内部储水空间大;（2）岩层渗透率主要受孔喉分布的影响,济南泉域碳酸盐岩含水层的孔隙储水空间大、储水性能好,济南泉域独特的孔隙结构在维持趵突泉水位动态稳定中起到重要作用。      

临汾市岩溶大泉保护研究

岩溶水是临汾市工农业与城市的主要供水水源,对临汾市经济社会的发展起着举足轻重的作用。近年来,由于人类活动和大规模开发岩溶水,使得岩溶泉域水环境发生了很大变化,岩溶泉水流量趋势性衰减、区域岩溶水位持续下降、水质遭受污染等岩溶水文地质环境问题日趋严重,给当地工农业生产和人民生活带来了巨大影响,对当地生态环境造成了严重的破坏。本文通过科学划分岩溶泉保护区,合理开采岩溶水,避免水质受到污染、为保障居民饮水安全及身体健康提供技术支持。     

岩溶管道介质空隙率变化（视表征体元）及分形研究

本文参照Ｊ．Ｂｅａｒ对于多孔介质提出的表征体元,以杭州瑶琳洞为例给出了岩溶管道介质空隙率变化曲线,并应用分形理论研究空隙率变化规律。这种作为基础理论的研究,具重要的岩溶水文地质意义。     

渝东南岩溶山区耕地利用变化下土壤颗粒体积分形特征研究

通过对重庆东南部喀斯特山区的野外调查采样和室内粒度分析,利用土壤颗粒体积分维模型,分析了该区域耕地土壤与撂荒地土壤颗粒体积分形维数特征,探讨了颗粒体积分形特征与颗粒体积含量的关系。研究结果表明:土壤颗粒体积分形维数与土壤中粘粒(<0.002mm)含量呈明显的线性相关,表现为粘粒含量越高的土壤,其分形维数也越高。土壤粘粒含量与土壤颗粒体积分形维数在不同土地利用方式的土壤剖面上表现出相同的变化规律。土壤分形维数不仅受粘粒含量的支配,还与土壤质地的均一程度有关,分形维数与土壤质地均匀指数表现出一定的相关性,但相关性较弱。耕地土壤分形维数值(平均值为2.5065)大于撂荒地分形维数值(平均值为2.4835),说明岩溶区人类农耕活动对土壤质地尤其是粘粒含量影响明显。土壤体积分形维数可以作为区域耕地土壤质量评价指标之一。      

硫氧同位素示踪污染物来源在济南岩溶水中的应用

近年来,济南岩溶水硫酸盐浓度逐年升高,为了对硫酸盐污染区域实施有效的防治措施,保障饮用水安全,识别硫酸盐的污染来源极其重要.在系统分析研究区水文地质条件的基础上,根据实际的采样测试数据,采用硫、氧(S、O)双同位素示踪技术,分析识别了济南趵突泉泉域硫酸盐的主要污染来源,并通过IsoSource质量守恒模型,估算了硫酸盐各污染来源的贡献率.结果表明:泉域内硫酸盐主要污染来源有大气沉降、污水和土壤;大气沉降来源贡献率最大,均值达到53.9%;其次是污水来源,均值为31%;土壤来源贡献率最小,均值为15.1%.该研究为北方岩溶区地下水硫酸盐来源的定量研究提供了一种新方法,为济南趵突泉泉域硫酸盐污染防治提供了科学依据.     

济南趵突泉泉域岩溶水硝酸盐污染特征及其来源识别

为有效防治硝酸盐污染,保障区域饮用水安全,识别硝酸盐的污染来源,在系统分析济南趵突泉水文地质条件的基础上,进行岩溶水取样调查,采用N、O双同位素技术,识别其泉域内硝酸盐的主要污染来源,并利用IsoSource模型定量计算各污染来源的贡献率。结果表明：趵突泉泉域岩溶水中硝酸盐主要污染来源有动物粪便与污水、土壤有机氮、化肥中的NH$_4^{+}$;其中动物粪便与污水来源贡献率最大,均值达到51.07%,其次是土壤有机氮和化肥,均值分别为25.21%、23.71%。     

济南岩溶水微量元素分布特征及其水文地质意义

济南以泉名扬天下,故称泉城。20世纪后半期,由于地下水的开采,济南泉水流量逐年递减,并于1976年始出现断流,20世纪末限制岩溶水开采量后,泉水复涌。自1980年开始,保泉地质调查工作陆续开展,但迄今对泉水补给方向及影响泉水因素尚无定论。采用微量元素水文地球化学方法,对济南可能的泉域范围内的枯丰水期岩溶水化学特征及其变化进行了研究。结果表明,丰水期较枯水期离子浓度总体偏低,由南部山区向北至泉群地带,元素浓度由低到高,显著地反映出由补给区通过径流区至排泄区的整个水化学过程。利用PHREEQC软件MIX模块,选择趵突泉及其周围的不同采样点岩溶水进行配比混合模拟。结果显示,泉水补给方向多样,趵突泉不仅有近源补给来源,还有远距离深循环补给。作者结合调查区地质构造及相关水文地质条件,认为济南泉水的形成是多源混合补给、深浅循环结合而成,千佛山断裂北部透水段,对济南泉群的形成具有极其重要的作用。     

济南趵突泉泉域岩溶水化学特征时空差异性研究

水文地球化学一直是水文地质领域的研究重点,而地下水化学组分的时空变化特征受多种因素的影响。为了掌握济南趵突泉泉域岩溶地下水水化学特征时空差异性,本文分别于枯、丰水期在泉域内采集并分析了岩溶地下水样品,并采用数理统计、Piper三线图、Gibbs图解法及离子比例系数法等分析手段,对研究区岩溶地下水水化学特征及时空差异性进行了研究。结果显示,研究区地下水优势阳离子为Ca,优势阴离子为HCO3,丰水期除HCO3外,其他离子的变异系数较枯水期普遍升高,且大于05,表现出丰水期空间差异性增大的特点。地下水水化学类型具有以HCO3·SO4- Ca为主,多种类型并存的特点。Ca、Mg、HCO3含量在枯、丰水期比值要小于1,且比其他离子要相对稳定,呈现出全局性特点。而Na、K含量在枯、丰水期比值波动较大,大部分比值大于1,Cl、SO4、NO3含量在枯、丰水期比值具有波动剧烈的特点,呈现出区域性特征,同时表明人类活动大大改变了研究区地下水水化学场的分布特征。     

基于小波分析与Mann-Kendall法的岩溶大泉动态研究

研究地下水动态是认识地下水资源的有效手段。根据1956－2013年济南岩溶泉域大气降水及地下水水位动态监测资料,采用小波分析法、Mann-Kendall趋势检验、突变检验法研究了58个水文年泉水位对大气降水的响应,可以看出:（1）大气降水和泉水位呈现出多尺度的变化特征,长时间尺度上两者的变化周期基本相同,变化周期为16年和12年,说明大气降水对泉水位有直接影响;（2）在1956—2013年,济南泉域地下水水位具有0.65 m·（10a）-1的年际显著下降趋势,但降水具有12.65 mm·（10a）-1的不显著上升趋势,说明在人为因素影响下泉水动态的影响因素的权重发生了变化;（3）大气降水在1999年发生突变,1999年之后年降水为增加趋势;而地下水水位突变年份为1967年,1967年以后水位持续降低,2004年以后水位快速上升,泉水位未来趋势应与降水保持一致,呈上升趋势,说明大气降水并非泉水动态的唯一影响因素;（4）通过建立不同时段的多元回归模型,表明近58年来地下水水位的主要影响因素由大气降水到人工开采之间的转换,同时验证了小波分析和Mann-Kendall法研究地下水动态的适宜性和可靠性,也为济南市的保泉提供了参考依据。      

基于时间序列分析法的岩溶泉水位预测

济南城区岩溶泉是当地主要的供水水源,查明泉水动态规律并科学合理的预测泉水位对于泉域岩溶水资源的开发利用和保护具有重要意义。本文首先应用时间序列分析法将趵突泉和黑虎泉自2012年5月2日至2018年10月31日的逐日水位数据分解为趋势项、周期项和随机项,分析其水位动态变化规律并建立水位预测模型,结果显示泉水位动态在该阶段无显著趋势性;但受降水的影响,泉水位动态变化呈现两个主要的周期,多年性变化（3.2年）和季节性变化;同时由于受到各种无规律干扰因素的影响,泉水位动态呈现随机波动的随机项。其次,利用2018年11月1日至2020年8月24日的逐日泉水位数据验证上述水位预测模型的预测精度,结果表明该模型运行合理,预测效果较好,具有一定的实用价值。最后利用该模型预测了2020年8月25日至2022年10月31日泉水位动态变化,为当地岩溶水资源开发和管理提供了依据。     

岩溶高原山区表层岩溶泉绿能与高效开发利用模式

为解决岩溶高原山区缺水的问题,合理开发利用表层岩溶水,开展了水文地质详细调查。查明区内表层岩溶泉出露13个,流量0~67.53 L·s⁻¹,动态变化与降水关系密切。文章总结了表层岩溶水“泉－池（窖）－库”优化调控、绿能高效开发利用模式：①在有砂泥岩夹层分布的凹部山岩溶洼地,采用防渗帷幕灌浆,建设悬挂式凹部山水库,积蓄地表水、表层岩溶水形成自流供水;②在湾半孔表层泉处建设蓄水池直接引流利用;③在湾半孔表层泉附近建设水泵站、光伏电站,平水期时通过光伏电站发电,由泵站自动控制抽取表层岩溶水补给凹部山水库,形成地表、地下水优化调控,联合调度调蓄利用25.3万m³·a⁻¹,解决了区内13 000余人的生活生产用水困难问题。     

济南泉域岩溶地下水有机污染特征研究

对济南泉域岩溶地下水系统水质进行了系统的采样分析.结果表明,泉域岩溶水已普遍受有机物污染,有机污染物检出率高达93%.检出有机物多于5项的样品多分布于大中型企业附近.在所有检出的有机物中,有机氯农药类、卤代烃类检出率最高,分别达到60%、57.8%.尽管岩溶水有机污染较普遍,但有机物含量较低,仅局部地段存在有机物超标现象.泉域岩溶水有机污染特征受控于工业企业分布及地下水流场,在济南侵入岩体南缘附近形成了近长方形的岩溶水有机污染区,面积达156 km2.污染区南部地带是济南市工业集中区,灰岩浅埋,防污性能差,另外由于地下水径流方向与侵入岩体南缘线近垂直,进入灰岩含水层的有机污染物随地下水径流向北运移,造成埋藏于火成岩体之下的埋藏型岩溶水也受到污染.     

矿井涌水量时间序列的长程相关性分析及分维数估算

根据矿井涌水量实测数据,探讨了矿井涌水量时间序列的两个重要特性,即:长程相关性和统计自相似特性。利用小波分析和分形理论在多尺度分析和自相似本质上的一致性,把小波分析和分形理论引入到矿井涌水量时间序列的分析中,得到矿井涌水量时间序列小波变换系数,在此基础上,提出了矿井涌水量时间序列分形维数的小波计算方法,并对巷道涌水量和回采工作面涌水量时间序列的分维值进行了计算,验证了小波分形维数估计法在提取矿井涌水量中所具有的分形特征信息是稳定的和可靠的。     

济南玉符河重点渗漏带岩溶地下水补给特征与保护

玉符河是济南趵突泉域的重点渗漏带之一,是天然河道型渗漏带,其流域面积较大,具有较好来水条件,且卧虎山水库与锦绣城水库水系联通工程使其具备调水补源的条件,能通过增加外调补水增加重点渗漏带的补水能力。文章根据渗漏补给功能特征,采用RS、GPS、GS、物探测量、水文地质试验等技术手段,利用岩性、构造、地形、渗透性、植被覆盖度五大矢量数据的叠加分析方法,以主河道为中心划定玉符河重点渗漏带的保护范围,并利用变化参数法计算出玉符河重点渗漏带多年平均天然地下水补给量约为1 290万m³,其是岩溶地下水的重要补给来源。玉符河重点渗漏带的补水效果主要是通过提升西郊区域岩溶地下水水位,阻止趵突泉南部山区地下水向北径流过程中的向西分流,使地下水集中向泉水出露区汇聚,从而增大泉水的出流量。在保护渗漏带自然入渗功能的前提下,可充分挖掘玉符河重点渗漏带的补水功能,通过调水补源、河道生态修复、入河污染控制等措施,增大玉符河重点渗漏带的渗漏补给量。     

济南泉域排泄区岩溶地下水水化学特征

文章通过分析研究济南泉域排泄区地下水水化学成分特征及形成过程,结合岩溶地下水的补径排条件,揭示了不同位置、不同深度循环的水质存在差异的原因。为保护泉水、优化泉域内地下水的开采方案提供了依据。