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。     

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。     

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。     

基于泉流量过程线的管道流与裂隙流识别

??根据岩溶含水系统的双重特性,岩溶含水系统出口处泉流量可分为三个组成部分—前期蓄水量,快速径流和慢速径流,将快速径流和慢速径流视为两线性并联水库,经过系统的调蓄作用,得到一个单位降雨脉冲下快速流和慢速流的响应函数,建立了前期降雨和瞬时单位线之间的识别函数,识别降雨在岩溶不同空隙类型中的水量分配系数。将该函数模型应用到后寨河岩溶小流域,通过参数识别,结果表明从上游到下游前期蓄水量呈现增加的趋势,而水量进入到管道中的分配系数呈现递减的趋势,说明岩溶裂隙结构越往下游越发育,这一研究结果和实际情况相符,说明该模型有一定的适应性,但由于模型假设岩溶系统是线性变化的,所以该模型不适用于大流域以及长期的泉流量预测。      

济南岩溶泉水流量衰减原因分析及动态模拟

以济南岩溶泉水为例,采用统计学方法,结合统计学分析软件SPSS对岩溶含水系统的流量动态进行分析。根据济南市38年（1959—1996年）的观测资料,将泉水流量多年动态过程分为两个阶段（1959—1968年及1969—1996年）,分别对其进行偏相关分析。结果发现,前一阶段的影响因素主要为自然因素,而后一个阶段则受自然因素和人类活动共同影响。在此基础上,建立了各阶段的数学模型并对流量动态进行了模拟和预测。结果表明,模拟阶段（1959—1980年）的流量误差为2％,预测阶段（1981—1987年）的流量误差为3．4％,结果较好。     

兰村泉域岩溶水位动态遗传回归模型与岩溶地下水保护

近年来对兰村泉域岩溶地下水的大规模开采导致了兰村泉断流、泉域地下水位大幅下降等一系列问题。本次研究在分析兰村泉域1960年到2003年间岩溶地下水动态特征的基础上,建立该区地下水位动态遗传回归模型,定量分析了各种影响因素对系统岩溶地下水位动态的作用强度。最后,提出了包括削减人工开采、增加入渗补给等保护兰村泉域岩溶水的对策和方案。     

娘子关泉流量衰减原因的初步定量化分析

以娘子关泉为例,从水资源系统观点出发,通过系统水资源要素间转换关系的分析,对引起娘子关泉流量的衰减原因进行了初步量化计算。结果表明,在娘子关泉1956- 1979年和1980- 2000年前后两个系列平均流量所减少的4. 07m3 /s中,由于降雨减少、气温升高引起的泉流量减少量为1. 28m3 /s; 泉域西部采煤等导致的水环境变化引起的泉流量减少量为0. 84m3 /s;岩溶地下水直接开采引起的泉流量减少量为1. 48m3 /s。      

兰村泉域岩溶地下水水位多元回归模型研究

兰村泉域地下水是太原市工业、农业和城市生活供水的主力水源,采用多元线性回归模型研究了兰村泉岩溶地下水水位,分析岩溶地下水水位与诸多因素之间的相关关系。结果表明:影响岩溶水水位变化的因子主要包括:大气降雨入渗补给量、汾河入渗补给量、泉域开采量、向盆地孔隙水的侧向排泄量。根据不同水平年不同保证率下的补径排关系,对泉域的岩溶水水位进行预报分析。     

岩溶试片的岩性差异对估算岩溶速率和碳通量的影响

研究岩性差异对溶蚀速率的影响有助于提高溶蚀试片法估算岩溶碳汇强度的精确度。本文以贵州省普定县为研究区,将埋放地的主要基岩类型（石灰岩与白云岩）制成标准尺寸的试片,并将其埋设于不同土地利用类型和土壤深度下,经过4个水文年的监测后将估算的结果与前人在同一区域使用标准溶蚀试片的研究结果进行对比分析,结果表明：（1）在相同气候和土壤环境条件下,岩性对溶蚀试片的溶蚀速率有显著影响,且溶蚀速率与岩石中CaO含量呈正相关关系,与MgO含量呈负相关关系;（2）石灰岩与白云岩试片溶蚀速率的差异程度受土地利用及埋放深度的调控,整体上石灰岩溶蚀速率比白云岩溶蚀速率大14%;（3）不同岩性试片估算的岩溶碳汇强度相差较大,标准溶蚀试片估算的结果比埋放地基岩试片估算的结果高。故使用溶蚀试片法估算区域岩溶碳通量时应考虑埋放地基岩的岩性,或者对基于标准溶蚀试片的估算结果进行校正,才能准确反映区域尺度真实的岩溶碳通量大小。     

An analysis of MONTBLEX data on heat and momentum flux at Jodhpur

Parameterization of sensible heat and momentum fluxes as inferred from an analysis of tower observations archived during MONTBLEX-90 at Jodhpur is proposed, both in terms of standard exchange coefficientsC _H andC _D respectively and also according to free convection scaling. Both coefficients increase rapidly at low winds (the latter more strongly) and with increasing instability. All the sensible heat flux data at Jodhpur (wind speed at 10 m Ū₁₀ < 8 ms⁻¹) also obey free convection scaling, with the flux proportional to the ‘4/3’ power of an appropriate temperature difference such as that between 1 and 30 m. Furthermore, for Ū₁₀ < 4 ms⁻¹ the momentum flux displays a linear dependence on wind speed.     

湿润亚热带典型白云岩流域的岩溶无机碳汇强度

岩溶作用积极参与全球碳循环过程,进一步弄清岩溶碳汇机制对于精确评估碳循环过程意义重大。中国碳酸盐岩分布面积广大,尤以西南地区最为广泛与集中,虽然本区已开展了较多以石灰岩为主流域的岩溶碳汇研究,但是与白云岩流域相关的研究较为薄弱,这不利于精确评价中国岩溶碳汇潜力和服务于国家碳中和战略。为此,本文以中国西南岩溶区内具代表性的贵州施秉黄洲河白云岩流域作为研究区,对湿润亚热带典型白云岩小流域的水-岩-气相互作用及其无机岩溶碳汇进行了为期1年(2018年5月至2019年5月)的水文水化学自动监测研究。获得了黄洲河白云岩流域的降雨量、流量、水温、电导率、pH值等高时间分辨率的连续监测数据,并采用化学热力学模型计算了方解石与白云石饱和指数及河水中CO₂分压等水化学指标。结果显示:(1)该白云岩流域属典型的山区雨源型河流,洪水流量过程虽然呈现显著的暴涨暴落特征,但是流域出口河水的化学动态仍受水化学稳态行为的控制;(2)流域上游高原面上浅切割地表河两侧发育溶隙型含水介质,中下游排水系统为地表河,由于地表河水中CO₂的释放,使该流域出口河水的方解石饱和指数较高,并伴有河床钙华沉积;(3)采用白云石开放系统化学热力学模型,结合不同土地利用类型的土壤CO₂数据,计算出泄流于地表河的岩溶地下水 {\mathrm{HCO}}_3^{-}浓度为5.1 mmol/L,该值要高于黄洲河出口河水 {\mathrm{HCO}}_3^{-}平均浓度16%,表明该岩溶流域内的地表河因受紊流脱气和水生生物光合作用的影响,水中的溶解无机碳有所降低;(4)由水化学-径流法准确计算了该白云岩流域的岩溶碳汇通量(以CO₂计),为36.43 t/(km²·a),该值并未显著高于中国南方其他碳酸盐岩流域的岩溶碳汇通量,表明白云岩流域覆被中CO₂浓度仍与流域径流量呈反比关系,这两个主控因子的共同作用,使湿润亚热带岩溶流域的岩溶碳汇通量不至于发生较大变化。     

岩溶含水层降雨非线性入渗补给的处理方法

岩溶地区由于发育有溶隙、漏斗以及落水洞等特殊的地质结构,使其具有特殊的降雨入渗方式--不同的雨量级有不同的有效降雨入渗补给.本文根据岩溶地区这一特性,提出降雨量系数的概念,来调节不同的雨量级所产生的不同的降雨入渗量.并将降雨量系数用于山西延河泉岩溶水系统数值模拟中,得到了很好的效果.     

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。     

岩溶地下水灰色系统分析软件开发

结合灰色系统在岩溶地下水方面的研究进展,从实际应用的角度出发,通过逐步求精的方法,使用VisualC++6.0编程,开发出一套能够满足水文地质工作者使用且操作方便的岩溶地下水灰色系统分析软件。该软件分别由灰色关联分析、数据预处理、GM(1,1)模型、等维递补预测、残差周期模型和GM(1,N)预测模型6个模块组成,具有操作简单便捷、计算结果精确、出错信息处理完善、预测结果直观、数据输入输出方式灵活、残差结果曲线输出及可推广性强等优点。利用该软件对山西柳林泉2008和2009年的泉水流量进行预测检验,GM(1,1)模型的残差周期修正预测精度明显提高,2008年的预测误差由0.32m3/s下降到0.17m3/s,2009年的预测误差由0.29m3/s下降低到0.19m3/s。      

适用于多年冻土区具有碳通量自动观测性能的OTC系统开发设计

在现有的OTC内碳通量观测仪器设备基础上, 设计开发出一套以AT89S51单片机为控制核心, 通过L293D控制电机正反转控制箱盖定时开关, 实现了多年冻土区OTC内碳通量自动观测. 观测主体箱用透明采光性良好的玻璃纤维材料制成, 电机传动采用齿轮传动, 箱口和箱盖接触地方用橡胶密封圈包裹, 防止箱盖密闭时漏气. OTC内碳通量自动观测仪最大可能性的减小了当前模拟增温条件下碳通量观测受自然条件和人为因素的影响, 极大的降低观测费用, 提高了数据的连续性, 基本上实现了多年冻土区模拟增温条件下碳通量较为精确地自动、连续观测. 试验表明: 在气象条件相对较好的2013年5月15日, OTC内碳通量自动观测仪观测结果和传统OTC内利用LI-COR6400观测结果规律性都较强, 野点较少, 二者相关性显著(R²=0.96); 而在气象条件相对较差的2013年9月1日, OTC内碳通量自动观测仪观测结果受外界干扰小, 观测结果规律性强, 野点较少; 而传统OTC内利用LI-COR6400 观测结果规律性较差, 野点较多, 数据可信度不高, 二者观测结果相关性不显著(R²=0.67).     

会仙湿地岩溶地下水系统水位动态特征与均衡分析

会仙湿地为中国最大的岩溶湿地,近半个世纪,由于人类不合理的开发利用,会仙湿地水域已严重萎缩,开展会仙湿地地下水动态和水均衡的研究,对维持湿地生态功能、湿地水资源管理和湿地保护等方面有极其重要的意义。根据会仙湿地的水文地质条件,将会仙湿地划分为两个地下水系统,即马面狮子岩地下河系统和睦洞河（湖）分散排泄系统,并分别分析了两个地下水系统的补给、径流、排泄特征和地下水动态特征,最后对两个地下水系统进行了地下水均衡计算。结果表明：会仙湿地水位波动受降雨影响明显,各监测点水位变幅不均且水位对降雨响应时间不一致。会仙湿地地下水系统的蓄存量为-6.19万m3,为负均衡,这与均衡期后期干旱有关;会仙湿地岩溶地下水主要补给来源为大气降水入渗,主要排泄方式为潜水径流和蒸发,其系统具有一定的储水调蓄功能,但调蓄能力有限。要长期维护会仙湿地的生态功能,应加强其调蓄能力,可从减少湿地蒸散发量和开采利用量入手,配合湿地生态环境恢复重建,提高水源涵养能力,使湿地水位维持在一个稳定的变化区间内。