太行山东缘典型岩溶泉流量变化特征及规律分析

为揭示太行山东缘小南海泉流量变化特征及规律,基于小南海泉1971-2016年的流量资料,采用R/S分析法、Mann-Kendall趋势分析法和小波分析法,探讨小南海泉流量变化规律及特征。结果表明：小南海泉年流量呈显著下降趋势,年变化幅度为0.05 m3·s-1;未来泉流量的变化趋势和过去一致,具有持续性特征,且持续性强烈;泉流量的变化存在约15、27年的主周期与6年的次周期。降水量的减少和气温的增加是导致泉流量减少的主要气象因素,且这种暖干化现象会持续发展。泉流量对降雨的响应存在一定的滞后,流量与前五个月的月降水量均呈高度相关,其中与前2月的降水相关性最高,研究成果可为小南海泉水资源合理开发和保护提供依据。     

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。     

基于多元线性回归的表层岩溶泉流量预测

利用贵州省安顺市普定县陈旗小流域泉流量动态变化及降雨观测资料,根据泉流量系列自相关和偏自相关以及降雨-泉流量系列互相关分析,确定泉流量系列以及降雨-泉流量响应滞时,建立泉流量与降雨及前期泉流量的多元线性回归模型。率定期(模型参数率定的时段)模型的输出结果与实测流量过程线较为吻合,效率系数为0.996,均方误差为3.0×10-7m3/s,平均相对误差为2.12%。验证期效率系数为0.985,均方误差为3.96×10-7m3/s,平均相对误差为5.36%。研究也同时表明,随着预测时段的增长,泉流量消退阶段的预测误差增大,因此文中所建模型用于10小时之内泉流量预测较为可靠,六场降雨后泉流量退水过程预测的泉流量相对误差平均值小于5%。      

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。     

贵州印江朗溪岩溶槽谷龙洞湾泉流量衰减分析

文章对贵州省印江县朗溪隔槽式向斜岩溶槽谷轴面南东侧的龙洞湾岩溶泉流量衰减规律进行了分析,通过在泉口设置复合堰、安放水文气象自动监测仪,获取了该泉降雨量和相对水位的高时间分辨率监测数据,并采用水力学公式计算了泉流量,分析了降雨过后岩溶泉流量的动态特征,再利用分区间指数函数衰减方程确定了该泉所在含水介质的结构特征及亚储水量,结果发现:（1）龙洞湾泉流量峰值滞后时间受降雨过程特征影响较大,当降雨量大或前期有降雨影响时,滞后时间短;当降雨量小或前期无降雨影响时,滞后时间长;（2）强降雨后,龙洞湾泉流量的衰减可分为三个亚动态,且衰减系数的差异较大,第I亚动态和第II亚动态的衰减系数分别是第III亚动态的11倍和3倍,这表明其三重岩溶含水介质的特征明显;（3）龙洞湾泉的含水介质具有不均匀性,以管道流和裂隙流为主,岩溶发育强烈。      

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。     

典型岩溶泉主要化学成分来源及地球化学敏感性研究

为定量研究岩溶区突出的地球化学敏感性和脆弱性,引入地球化学敏感指数概念,以重庆金佛山水房泉为例,利用2016年1月至12月观测的水化学数据,对水房泉的主要化学成分来源及地球化学敏感性进行研究。结果表明,水房泉水化学类型为Ca-HCO3型和Ca-HCO3·Cl型;岩溶作用与人类活动综合影响下, HCO3- 、Cl- 和Ca2+成为研究区主要阴阳离子,Cl-主要来源于人类旅游活动造成的污染物,SO42- 主要来源于硫酸型酸雨沉降;岩溶作用的季节变化使得HCO3-、Ca2+成为敏感指数最高的阴阳离子;水房泉的宏量元素地球化学敏感性指数在旅游活动影响下,除NO3- 外均有不同程度的升高,其敏感性指数依次为HCO3- > Ca2+ >Na+ > SO42- > Cl- > NO3- =K+ >Mg2+ 。受人类活动影响,岩溶泉水化学表现的更为敏感,减少并净化人类活动污染物、增强游客环保意识等措施对岩溶泉的保护至关重要。      

典型表层岩溶泉域植被对降雨的再分配研究

本文在表层岩溶泉域植被结构特征分析的基础上,监测桂林丫吉试验场S31号泉域内香椿和云实两种主要植被的穿透雨和树干径流特征以及钻孔和表层岩溶水的变化。结果表明:香椿林的总穿透雨量1 861.83 mm,占总降雨总量的59.65%;云实灌丛总的穿透雨量为1 626.42 mm,占总降雨量的52.11%;穿透雨率随降雨量增加而减少。香椿林的树干径流总量为89.4 mm,占总降雨量的2.86%;云实灌丛的树干径流总量为27.79 mm,占总降雨量的0.89%;香椿林和云实灌丛的林冠截留总量分别为1 169.97 mm和1 466.99 mm,平均截留率为37.48%和47.01%;用水量平衡法计算得出以灌丛覆盖为主的S31号表层岩溶泉域年蒸散量为1 623.81 mm,占降水量的52.03 %,年径流深度为1 497.39 mm,占降水量的47.97%。植被冠层改变了降雨对表层岩溶带的补给形式和补给量。降雨经过植被冠层的截留后转化成穿透雨和树干径流进入表层岩溶带,穿透雨以连续波状的形式补给表层岩溶带,而树干径流则以快速集中的方式补给表层岩溶带。      

石漠化治理区表层岩溶泉流量衰减分析及无机碳通量估算——以重庆酉阳龙潭槽谷老泉为例

应对“双碳”目标,加强岩溶石漠化综合治理工作,地下水是关键。为探究重庆市酉阳县龙潭槽谷石漠化治理区岩溶泉的流量衰减及无机碳通量变化特征,采用流量衰减方程与水化学径流法对研究点老泉进行模拟与分析。结果表明：(1)老泉的流量衰减分为两个亚动态,衰减系数分别为0.089 2、0.019 6,其具有双重性含水介质特征。(2)暴雨期老泉的碳通量随流量变化的特征明显;而伏旱期(7月底-8月底)老泉的碳通量与土壤CO₂、泉水CO₂均具有明显的昼夜变化特征,表现为夜间低、日间高。(3)老泉夏季的碳通量与降水量呈正相关(R=0.78),与蒸发量呈负相关(R=-0.36),气候的不稳定性变化对碳通量影响显著。老泉的月HCO^-₃浓度与月土壤CO₂浓度的相关系数为0.64,HCO^-₃敏感地响应土壤CO₂的变化;而老泉年碳通量与年土壤CO₂浓度的相关系数为0.90,且年均δ¹³C_DIC...     

短时间尺度下岩溶泉碳汇效应研究——以重庆金佛山水房泉为例

通过对金佛山水房泉的离子含量、电导率、水位等参数进行监测,采用水化学—流量法计算出水房泉一个完整水文年的月碳汇通量。结果显示,水房泉雨季碳汇通量远大于旱季,碳汇通量最大值出现在7月,最小值出现在1月。月碳汇通量与月降雨量和月径流量之间存在很好的同步关系。水房泉HCO3-的含量受温度、降雨、流量以及表层土壤CO2等因素综合影响,且月碳汇通量的最值与HCO3-含量的最值在时间上存在很大的差异。降雨量是控制岩溶地下水碳汇通量的绝对主导因素。相比于年尺度下大流域的碳汇估算,短时间尺度下小流域的碳汇计算更加准确。另外,分析地下水流量、气候变化等因素对岩溶碳汇的影响,对于水化学—流量法的准确运用以及岩溶碳汇机制的深入研究也有十分重要的意义。     

GM(1,1)分解模型与ARIMA模型在岩溶地下水模拟中的对比研究——以柳林泉流量模拟为例

本文运用GM(1,1)分解模型和ARIMA模型分别模拟柳林泉流量。根据影响特征将泉水流量变化分为两个时段研究:1957—1973年泉水流量处于自然状态;1974—2009年泉水流量受气候变化和人类活动双重影响。运用第1时段的数据建模获得自然状态下泉水流量的模型,将模型外推,获得第2阶段自然状态下泉水流量,然后根据水量平衡原理,减去同期实测流量,获得人类活动对泉水流量衰减的贡献。GM(1,1)分解模型的结果显示,从20世纪70年代到21世纪初柳林泉衰减量为2.26m3/s;ARIMA模型的结果为2.32m3/s;与同期实际衰减量2.27m3/s比,相对误差分别为0.44%和2.20%,表明两种模型都适用于泉水流量的模拟。对比人类活动和气候变化对柳林泉流量衰减的贡献,两个模型得到同样结果,即人类活动的贡献是气候变化的8～9倍。实证研究显示,GM(1,1)模型适用于指数序列的模拟,对具有周期波动的泉水流量,可通过周期修正提高精度;而ARIMA模型能够较好地反映泉水流量相对于降水量的时间滞后效应,能比较准确地模拟泉水流量与降水量的量化关系。      

基于管道流模型的岩溶含水系统降雨泉流量响应规律——以贵州后寨典型小流域为例

为深入研究高度非均质岩溶含水系统的补给、运动机理,以贵州后寨岩溶典型小流域为例,运用管道流程序(conduit flow process),基于后寨岩溶典型小流域实际的降雨流量资料,建立降雨泉流量响应理想模型,对不同落水洞补给位置、不同渗透系数和给水度组合情况下的降雨泉流量互相关系数曲线陡缓程度和峰值特征进行研究.研究结果表明:含水介质参数的改变远没有补给位置不同对互相关系数曲线的改变程度高;在不同渗透系数和给水度组合情况下,短距离排水互相关系数峰值可接近1,而远距离排水互相关系数峰值最高仅为0.4.野外实际研究区分析也表明,短径流路径下降雨流量互相关系数峰值高达0.7,而长径流路径下降雨流量互相关系数最大为0.4.辅以必要的水文地质调查,降雨泉流量互相关曲线可用来分析管道径流路径等岩溶含水系统水动力特征.     

历史气候变化影响研究中的社会经济等级序列重建方法探讨

重建历史时期的社会经济序列是研究气候变化对社会经济影响的难点问题.基于中国历史文献记载丰富、覆盖时段长、记录时间分辨率高、含有大量的社会经济信息描述的特点,本文阐述了采用语义差异法定量重建历史时期社会经济序列的方法,特别是其中的文字描述等级化和时间尺度归一化技术.语义差异法源于心理学,通常采用双极(相对、反义)形容词来刻画研究对象的属性,以表示不同程度的言语进行量化区分,根据描述词汇的语义差异构建分级量表.采用语义差异法对历史社会经济变化进行量化的关键是确定重建指标分级量化的标准,需要在兼顾不同词汇的语义是否易于区分的同时,特别注意各等级及其所对应的标准词汇的物理意义.时间尺度归一化主要解决根据原始记录重建的原始等级序列可能存在的时间分辨率不均等或时间不连续问题,以10年分辨率作为时间尺度均一化的基本时间单元,对年分辨率的记录,可采取先逐年等级化重建再加权平均到10年等级值的方法进行升尺度处理;对年代际以上尺度的数据则可先直接对记录进行等级化,再通过多时间分辨率10年数据的融合方法进行降尺度处理,得到10年分辨率的等级值.     

北京清代“晴雨录”降水记录的再研究——应用多因子回归方法重建北京(1724～1904年)降水量序列

本文对早期发表的《北京250年降水》资料进行复算,并讨论其复原方法。在此基础上进一步探讨清代“晴雨录”降水资料复原方法的改进问题。试作了两种多因子回归复原方案,经对比这些方案及其试算结果,认为以8因子的逐步回归方案效果最佳。将此结果与《北京250年降水》1)及同期的器测降水量记录等进行比较,给出新的北京1724～2000年降水量复原序列。