基于物理试验的岩溶区PSSK转化关系研究

为深入了解岩溶地区不同水源转化机理,文章以Basic Hydrology System为平台设计了4组小尺度物理试验。分别对裸露型岩溶区裂隙管道地下径流衰减规律,覆盖型岩溶区土壤达西流、裂隙管道水流转化规律,地表径流、土壤达西流、裂隙管道地下径流三者在覆盖型岩溶区和不同覆盖厚度条件下的转化关系进行了物理模拟。通过试验数据并结合指数衰减方程,得到了裸露型岩溶区流量衰减系数与降雨强度的关系;覆盖型岩溶区以及不同覆盖厚度条件下PSSK(precipitation-surface water-soil water-karst water,降水-地表水-土壤水-岩溶水)转化规律。     

南方小型岩溶流域与非岩溶流域的释水过程及径流组分差异

我国南方岩溶流域和非岩溶流域下垫面条件和含水介质结构的差异造成了不同的产汇流过程及机制,进而导致不同释水时段径流组分的开发利用价值不同。为深入理解岩溶流域的产汇流机制并探索岩溶流域的水资源评价方法,文章对鄂西庙沟岩溶流域和高家坪非岩溶流域共31次洪水过程进行了流量衰减分析,对比分析了两个流域的标准衰减方程、典型次降雨的释水过程以及不同洪峰流量下的径流组分差异。结果表明:岩溶流域的释水过程快于非岩溶流域,其衰减系数比非岩溶流域大40％;两个流域的河流基流均来自裂隙介质释水,裂隙介质为流域的主要储水空间,但非岩溶流域的裂隙介质比例比岩溶流域高8.8％;随洪峰流量增加,两个流域的地表径流占比均呈对数形式增大,地下径流占比均呈对数形式减小;岩溶流域径流组分随洪峰流量变化比非岩溶流域更为敏感,其地表径流占比变幅为4％~40％,而非岩溶流域则始终小于10％。文章定量评价了管道和裂隙介质在流域中的导水及储水功能,在进一步刻画岩溶流域产汇流过程及机制方面进行了有益的探索,研究结果可为岩溶山区水资源评价和流域水文模型的改进提供科学依据。     

流域植被对径流调节作用的实验研究

根据河北省邢台市西部山区两个小流域实验站的水文监测资料,研究了不同流域内的不同植被对径流的影响。分析了流域植被对径流的年内分配、径流系数、削减洪峰以及枯季径流量等的影响。结果表明,流域植被对涵养水源、调节径流量、增大枯季径流量起到重要作用。     

岩溶包气带水流衰减过程与调蓄能力影响机制研究

我国岩溶水资源丰富,是岩溶地区重要的生产生活用水来源。岩溶包气带对地下水起着涵养调蓄作用,为定量评价岩溶包气带水流衰减过程和调蓄能力影响因素,通过搭建实验室尺度的岩溶包气带物理模型,分析衰减曲线与调蓄系数,探究降雨强度、传输带裂隙发育程度、传输带厚度对岩溶包气带水流过程与调蓄能力的影响。试验结果表明,降雨强度的增大将引起岩溶包气带水流衰减系数的增大与调蓄系数的减小,降雨强度对结构一定的岩溶包气带调蓄能力的影响有一定限度;随着传输带裂隙增加,快速流衰减系数呈增大趋势,慢速流衰减系数呈减小趋势,调蓄系数呈减小趋势;传输带厚度的增加引起衰减系数的减小与调蓄系数的增大,但对调蓄系数的影响不明显。     

大清河流域枯季径流变化规律和中期预报

大清河流域处于东亚季风范围,降水季节性变化十分明显,河川径流变化亦有汛期枯季之分,在枯水季节,径流的形成主要取决于流域蓄水的消退,春秋季,降水对径流影响不大,冬季径流变化受气温、降雪、冰冻影响较大.利用望宝山水文站1980～1990年的旬平均流量的实际资料,用退水系数法和相关分析法分析枯季径流变化规律是径流演变基本服从退水规律.根据枯季径流变化规律,采用退水系数法和一元线性回归方程法建立中期预报方案,通过1980～1990年资料检验,预报合格率在90%左右.     

胶东半岛丘陵区典型流域径流衰减态势及驱动力分析

利用大沽夹河流域1966-2004年各水文站逐年月实测水文资料,从年际、年内和年代际三个不同时间尺度,分析了近40年来大沽夹河流域径流变化趋势及其影响因素。结果表明,近40年来,在不同时间尺度上,大沽夹河流域径流均呈明显衰减态势。由年际变化知,流域年径流量自20世纪70年代初至80年代中期下降明显,70年代年径流距平值均大于0,变化范围为0．58-2．81亿m3,平均距平值高达1．73亿m3,80年代以后,距平值基本处于0线以下,为径流低值期。年内各季变化趋势和年际变化基本相似。从年代际变化看,20世纪80年代径流衰减幅度最大,年平均径流量仅为70年代的23．24％,多年平均的53．91％,表明近20年来大沽夹河流域径流锐减。降水、气温与径流量的统计、相关分析表明,流域径流量随降水减少和气温上升呈明显下降趋势,两者与径流量的相关系数分别为0．8861和-0．3842,分别在α=0．001和α= 0．05时达显著相关。此外,水利工程取用水量(蓄、引、提河道来水)也是导致大沽夹流域径流量衰减的主要因素。     

流域地貌结构因子对径流特征的影响分析

选取淮河两个主要暴雨中心的11个中小流域为研究对象,分析流域地貌结构因子(流域高程曲线特征值等)对其水文响应特征(多年平均径流系数、流量历时曲线斜率值)的影响.研究发现,流域高程曲线积分值及其斜率对径流特征影响最大.多年平均径流系数、流量历时曲线高流量阶段的斜率值(S_fh)与高程曲线斜率成正比,确定性系数达到0.77和0.67;而流量历时曲线低流量阶段的斜率值(S_fl)与高程曲线积分值也成正相关,确定性系数达0.65.这表明:在地形起伏较大的流域,其蓄水能力较弱,容易造成暴雨洪水过程的陡涨陡落,且多年平均降雨径流系数较大;反之在较为平坦的流域,其径流响应相对缓慢,表现出较强的流域调蓄能力.     

基于GIS 分析喀斯特流域下垫面因素对枯季径流的影响——以贵州省河流为例

本文采用GIS 作为空间分析的工具, 分析了喀斯特流域地貌类型等下垫面因素对枯季径流的影响, 并从流域结构的角度, 选择了空间尺度、岩性、地貌类型、森林植被等自然因素作为参数, 借助于SPSS 软件, 运用多元统计学的方法, 建立了多元回归方程数学模型, 对喀斯特流域枯季最小日流量进行预测。      

裂隙-管道介质泉流域水文地质模拟试验

为了深入认识岩溶泉流域的流量过程影响因素和作用机制,以西南岩溶泉流域水文地质概念模型为原型,建立了实验室尺度下的裂隙-管道介质物理模型和数值模型。选取补给雨强、泉口直径、落水洞与开采井的位置作为影响因子,模拟了泉流量过程。试验结果表明:单次降水试验可以观测得到泉流量增加、平稳波动和衰减共三个阶段;同一泉口直径条件下,补给强度对泉流量衰减系数的影响极小,直径为3,4,5,7 mm的泉口直径对应的衰减系数分别为0.003 6,0.006 7,0.011 5,0.012 9,泉口直径与衰减系数呈近似对数关系;落水洞汇流水量占泉流量的比例远大于裂隙;2~3 mm是微小裂隙与较大裂隙的过渡区域,两种类型的介质泉流量过程差异明显;开采井分别位于泉口附近、模型中间位置和落水洞时,泉流量衰减系数依次减小。     

喀斯特流域岩性与枯水径流特征值的灰色关联度分析

喀斯特流域枯水径流特征值的影响因素很多,如气候、流域面积、岩性、土壤、地貌等等,而能够确知的信息不多。本文视喀斯特流域为灰色系统,对流域枯水径流特征值与岩性组成之间的灰色关联度及灰色相对关联矩阵进行分析,从而揭示枯水径流特征值与流域面积和岩性之间的关联规律。      

Analysis of karst spring recession curves,west of Iran

The recession hydrographs of karst springs provide important information about aquifer characteristics such as storage properties and drainage potential, karstification degree, and other hydrological features. The Faresban, Famaasb, Gonbad-e-Kabood, and Gian springs are the important karst springs which drain main karst aquifers in west of Iran. In this study, we evaluate hydrological characteristics of these four karst springs using different analytic equations. Almost, all the recession curves were well fitted by a function that consists of three main exponential terms. The initial portion of the recession curve represents the fast drainage of large fractures and conduits, ending with the slowly decreasing curve, where the drainage of rock matrix and small fissures or baseflow is dominant. The Gian spring has the largest storage volume but the lowest drained water (7%). Using Mangin’s equation, it is apparent that the baseflow supplies over 85% of the total drained water to the Gian spring, while a small quantity of total outflow is made up of quickflow periods. Of the water available to the Famaasb, Faresban, and Gonbad-e-Kabood springs, 85, 80, and 70% are drained during period of baseflow, respectively, whereas the quickflow periods have minor importance in some springs. Based on the Coutagne’s equation results, it can be concluded that the catchment of the Famaasb and Gonbad-e-Kabood springs have a karstified saturation zone with drainage channels that provide a rapid discharge with little storage capacity. At Gian catchment area, the initial discharge is not as rapid as karstification but is fairly homogeneous throughout the aquifer.     

岩溶石山区坡地土壤剖面水分与蒸发特征——以桂林丫吉试验场为例

选取桂林丫吉试验场岩溶石山坡面上典型覆盖土壤的两个单元体为对象,对其土壤剖面层含水量的分布变化、土壤蒸发速率大小及其相关影响因素进行分析研究,结果表明:(1)土壤剖面最大含水率层位于土壤底部与基岩的交界处,中间过渡层土壤含水量最少,表层土壤水分受外界因素影响而变化显著;(2)在夏季岩溶石山区地表蒸发强烈,直径10cm的土壤柱日蒸发量为5~12mL之间,夜蒸发量在0~3mL之间;(3)几天内决定地表土壤日蒸发量(y)大小的因素主要是太阳辐射(x2)和土壤温度(x4),其关系式可表示为:y=18.018+0.001x2-0.691x4。      

巢湖北岸浅层地下水水化学成分与分布规律

以巢湖北岸1000km2范围内的地下水为研究对象,采集样品130个,利用多种方法测试了15种水质指标。综合运用描述性分析、Piper三线图、相关性分析和离子比例系数,系统地研究了地下水水化学的分布及空间变化特征。最后得出:①巢湖北岸地下水属于弱酸—弱碱性水,水体硬度基本上不大,TDS基本上小于1g/L,水质属于淡水。②主要超标指标为F-、NO3-、总硬度、NO2-,污染类型主要表现为氟污染、总硬度和氮污染;③研究区地下水水化学类型复杂,共有28种水化学类型,其中比例比较大的水化学类型为:HCO3 Cl-Na Mg、HCO3 SO4-Na Mg、HCO3 SO4 Cl-Na Ca、HCO3 SO4-Na Ca Mg,分别占总类型的11.38%、8.94%、8.94%和7.32%。④通过计算c(Na+)/c(Cl-)系数,发现区内大多地下水的水质存在变异。     

柳江流域岩溶草丛群落生物量和碳储量的初步研究

根据柳江流域草丛群落类型、高度及其分布面积选择平均高度>1.5m、0.5~1m和<0.5m的高、中、低3种高度的代表性草丛,通过收获法研究了其群落生物量,并对其碳储量进行了初步估算。研究结果表明:(1)五节芒(Miscanthusflorid-ulus)、毛秆野古草(Arundinellahirta)和假俭草(Eremochloaophiuroides)草丛群落的生物量分别为8609.68g/m2、1022.61g/m2和821.63g/m2,生物量与高度呈正相关,但随群落高度增加,地上生物量增加迅速,地下生物量增长平缓;(2)随群落高度增加,生物量迅速向地上部分聚集,低矮的假俭草群落地下生物量与地上生物量的比值为1.91,高度中等的毛秆野古草群落为1.32,但高度大的五节芒群落仅为0.21,地下/地上生物量比值与群落高度呈负相关,其中毛秆野古草与五节芒群落的地下生物量和地上生物量可以用幂函数很好的拟合(R2>0.79,P<0.01),因此二者可以依据地上生物量便捷的估算其地下生物量,但假俭草地下和地上生物量的关系模型不理想;(3)地下生物量以幂函数关系随深度递减(R2>0.95,P<0.01),主要集中分布在0~20cm土层,可达根系生物量的80%以上,40cm以下土层中根系很少;(4)柳江流域岩溶区草丛植被的碳储量达9.51TgC。      

基于地形因子特征值的喀斯特流域地貌类型判别

利用数字地面高程模型进行子流域划分,提取反映喀斯特地貌形态的7个地形因子——高程、坡度、地形起伏度、地形粗糙度、地表切割深度、高程变异系数和地形指数,提出根据地形因子特征值进行喀斯特地貌类型判别方法。以贵州省后寨河流域为例,在划分的18个流域中,选取16个流域通过单个地形因子特征值相关分析和多个地形因子特征值模糊聚类分析,确定峰丛-洼地和峰林-盆地地貌类型判别的阈值,选取另外两个流域进行判别方法检验。结果表明:基于地形因子特征值可定量判别出喀斯特流域不同地貌类型。      

太原市西山岩溶水系统水文地球化学特征分析

岩溶含水系统的水化学特征能够反映地下水补径排关系、含水介质特征及水岩相互作用等。本文通过分析太原市西山岩溶含水系统地下水中TDS、Sr2+ 、HCO-3 、SO2-4 的分布特征、相互关系及指示意义,得出以下结论: 从补给区到径流排泄区, TDS 随着径流途径、径流时间及循环深度的增加而逐渐增加。Sr2+ 、Mg2+ 、Ca2+ 浓度沿着地下水径流方向具有同步增加的趋势,但Sr- Mg 的变化斜率小于Sr- Ca ,这主要是碳酸盐岩中白云石与方解石含量及溶解度不同造成, CaO与MgO比值越大,相对溶解度越大。沿地下水径流方向,水化学类型由HCO3 型过渡为HCO3· SO4 型、SO4· HCO3 型、SO4 型, SO2-4 离子浓度逐步增加,总体来看,Ca2+ 、Mg2+ 离子总含量与HCO-3 、SO2-4 离子总含量达到平衡,说明在西山岩溶区,水中离子的主要来源除碳酸盐外,硫酸盐的溶解也是一个重要途径,且受煤系地层及煤矿开采活动的影响强烈。      

吉林省龙井市石井金银矿矿区水文地质条件评价

吉林省龙井市石井金银矿位于长白山系老爷岭南麓的丘陵地貌中,区内地下水的形成、分布、埋藏条件严格受地质构造、岩性、地貌等条件控制,地下水的补给来源为大气降水。矿区含水层主要类型为：第四系砂砾石孔隙潜水含水层、基岩风化构造裂隙水含水层、构造裂隙脉状水含水层（带）;三种地下类型水富水性都较小,对矿床影响不大,该矿区水文地质条件属简单类型。     

中国大陆科学钻探工程主孔斜长角闪岩中锆石的SHRIMPU-Pb定年及其地质意义

矿物包裹体激光拉曼测试、阴极发光图像分析和SHILIMPU—Pb定年综合研究结果表明,中国大陆科学钻探主孔斜长角闪岩（样品G12）中的锆石可划分为2种类型：第一类颗粒粗大,舍有大量矿物包裹体和杂质;第二类颗粒细小,舍有少量矿物包裹体且十分干净。第一类锆石具有明显的双层结构。核部阴极发光图像显示典型的岩浆结晶环带,相应的矿物包裹体为单斜辉石（Cpx）＋斜长石（P1）＋磷灰石（Ap）±石英（Qtz）,表明其寄主岩石的原岩为基性岩浆岩;边部阴极发光图像十分均匀,保存柯石英（Coe）＋石榴子石（Grt）＋绿辉石（Omp）＋多硅白云母（Phe）＋磷灰石（Ap）等标志性超高压包裹体矿物组合,记录的变质温压条件为T=732-839℃、p=3．0-4．0GPa,表明该类变质增生锆石微区形成于超高压变质阶段。第二类锆石阴极发光图像十分均匀,发光性明显增强,保存角闪石（Amp）＋斜长石（P1）等标志性角闪岩相包裹体矿物组合,记录的变质温压条件为T=612-698℃、p=0．76-1．05GPa,表明该类锆石形成于后期角闪岩相退变质阶段。SHRIMPU-Pb定年结果显示,继承性岩浆结晶锆石核部记录的^206Pb／灿的年龄为685-650Ma．表明其原岩形成于新元古代;舍柯石英等超高压矿物包裹体的边部记录的^206Pb／^238U年龄为243-225Ma,表明超高压变质时代应归属于晚三叠世。第二类舍低压包裹体矿物的锆石微区记录的^206Pb／^238U年龄为219-210Ma．应代表后期角闪岩相退变质作用的时代。上述研究结果表明,苏鲁地体斜长角闪岩的原岩在晚三叠世深俯冲至上地幔100-120km的地幔深处并经历了超高压变质作用。约15Ma之后,这些超高压岩石抬升到约25km的中部地壳,并经历了后期角闪岩相退变质作用的改造。相应的折返速率为0．57cm／y。     

内蒙古镶黄旗乌兰哈达中二叠世碱长花岗岩LA—ICP—MS锆石U—Pb年龄和地球化学特征

内蒙古镶黄旗乌兰哈达岩体位于华北克拉通北缘中段,岩性以中细一中粗粒碱长花岗岩为主。LA—ICP—MS锆石U—Pb定年结果表明．该花岗岩的侵位年龄为265．1Ma_＋1．5Ma（MSWD=I．5）,形成于中二叠世。该花岗岩富硅（SiO2为73．63％-75．47％）,富碱（Na2O＋K2O介于9．25％-9．49％）之间。在SiO2-K2O图中,样品多数落入高钾钙碱性系列。A／CNK值在1．00-1．03之间,属弱过铝质花岗岩。稀土元素含量高（∑REE=94×10^-6-383×10-6）,轻重稀土元素分异明显,（La／Yb）N=6．59～13．20,具有明显的负Eu异常（δEu=0.22-38）。相对亏损Ba、sr、Nb、P、Ti元素,而高场强元素含量高（Zr＋Nb＋Ce＋Y〉350×10^-6）,且具有较高的10000XGa／M比值（236-2.79）。地球化学特征暗示了乌兰哈达碱长花岗岩具有典型的A型花岗岩特征。相对低的Nb的含量进一步暗示了该岩体具有A,型属性。构造环境R,一R：判别图和构造环境（Y＋Nb）一Rb判别图解显示,该岩体可能形成于后碰撞的拉张环境。结合鸟兰哈达岩体的大地构造位置、构造环境及侵位时代．初步推断研究区内华北板块北缘与西伯利亚板块南缘碰撞缝合时代应早于265．1Ma。     

长江口及其邻近海域孔隙水地球化学特征

对长江口沉积物有机碳、总氮、总磷、Fe、Mn、AI及孔隙水和上覆水体中营养盐、Fe、Mn的含量进行了测试,结合早期成岩模型及地球化学热力学分析,探讨了在河口环境中影响孔隙水营养盐和Fe、Mn分布的主要因素,并对沉积物-水界面营养盐扩散通量进行了估算。结果表明,孔隙水中NH4^＋、NO3^-、PO3^4、H4SiO4和Fe、Mn的含量显著高于上覆水体。早期成岩过程是控制长江口沉积物孔隙水营养盐和Fe、Mn分布的主要因素。NH^4＋剖面暗示长江口近岸和远岸海域存在两类不同的生物地球化学过程。孔隙水Fe、Mn剖面暗示在河口环境中其是有机质降解的重要电子受体。在近岸海域MnO2可能是底部NH4^＋ -N移除的重要机制。长江口孔隙水中低磷酸盐与铁及沉积物中磷的形态有关。通量计算结果显示NH4^＋、NO3^-、PO4^3-、地SiO4、Fe和Mn向上覆水体扩散的通量分别为356—3074μmol／（m2·d）、-45．3～62．6μmol／（m2·d）、-0．3～1．7μmol／（m^2·d）、323—3172μmol／（m^2·d）、3．0～10．5μmol／（m^2·d）和35．7～439．5μmol／（m^2·d）。N、P、Si界面通量对上覆水体浮游生物所需营养盐的贡献分别为0．19％～1．65％、0．13％～0．14％和1．2％～12．2％,因此在考虑长江口区域浮游生物所需营养的来源时,沉积物-水界面营养盐扩散通量可以忽略。