岩溶流域水文模型初步研究

岩溶流域水文模型初步研究卢卫中（广西大学）１岩溶流域径流形成特点岩溶地区由于石灰岩出露，在长期的风化作用下，形成大量的裂隙、溶沟、漏斗、天窗、竖井和落水洞。降雨时地面径流通过这些通道大量涌入地下，成为地下径流。一次雨洪径流过程中，地下径流所占的比重较...     

岩溶流域地下水调蓄资源量评价

提出了岩溶水资源调蓄资源量和调蓄系数的概念和评价方法,拓展了岩溶水资源评价的内容。基于水均衡原理,通过估算月度蒸散发量,求取参与调蓄的地下水月度储存量或释放量。选取了中国香溪河流域和清江流域,以及美国Meramec河流域,探讨对比了三个流域径流转化能力与调蓄资源量的差异;以Meramec泉和雾龙洞为例,分析了岩溶含水系统的调蓄作用。结果显示:在降水分布集中、流域坡度大、岩溶发育程度高的岩溶流域内,降水与径流的相关关系好,径流转化能力强,但调蓄能力弱;岩溶裂隙介质是岩溶含水系统对地下水进行调蓄的主要媒介,岩溶发育程度低、裂隙介质比例高的岩溶含水系统具有更强的调蓄能力。     

溶蚀丘陵型岩溶流域概念性水文模型及其应用

为弥补传统概念性水文模型在岩溶水文模拟上的缺陷,基于三水源新安江模型,采用多个线性水库表达岩溶地下系统的异质性,同时引入流域虚拟面积系数修正岩溶流域的非闭合性。将改进的概念性水文模型应用于湘中南典型溶蚀丘陵型岩溶流域,并在此基础上探讨岩溶流域非闭合性的动态变化。研究结果表明:①改进模型的日径流模拟精度提高11.21%,水量平衡误差及低水误差分别降低23.29%、27.64%;②岩溶地下汇流系统的多向性导致流域非闭合状态具有双重性;③地下汇流面积与时段降雨量呈正相关,然而受地下饱和程度的制约,地下汇流面积的变化率随时段降雨量的增大而减小;④由于岩溶地貌的蓄水滞水作用,地下流域受外侧补给的过程存在滞后性。模型的改进与拓展研究可为岩溶水文模拟提供新思路。     

石期河流域岩溶水系统及其水资源构成分析

在深入研究石期河流域岩溶水系统含水介质结构特征、水资源形成的基础上,通过对流域岩溶水总排泄口流量动态长观资料系列的分析,选择2005年丰水期内最后一次洪峰(年内最大洪峰)后的流量衰减过程,根据该过程的数据资料建立本流域岩溶水总排泄口的流量衰减方程,并利用该流量衰减方程对流域岩溶水资源的构成进行定量分析研究。结果表明,石期河流域岩溶水系统在2005年最大洪峰状态下,可自然排泄的岩溶水资源总量为69 469.95×104 m3, 其中:流域坡面产流占3.64%,赋存于大型溶洞或管道中的溶洞-管道水占4.53%,赋存于小型管道或强岩溶化裂隙中的管道-裂隙水占74.10%,赋存于细小溶蚀裂隙中的溶隙水占17.73%。从衰减期的初始时刻起,它们各自可供消耗(可作为有效利用岩溶水资源)的时效分别为2日、8日、35日和126日以上。      

基于MODFLOW-CFP的贵州大井流域岩溶地下水数值模拟

贵州大井流域岩溶分布广泛，岩溶水是当地人民生产和生活的主要来源。由于对岩溶水资源的不合理开发利用，水资源短缺现象经常发生。大井流域水文地质条件复杂，管道-多孔介质双重介质特征明显。文章采用MODFLOW-CFP耦合模型对大井流域展开数值模拟，进而掌握大井流域地下水运动规律、准确评价岩溶水资源，促进其合理开发利用。结果表明：大井流域管道与多孔介质交换量为6 719.1 m³·a^-1，主要集中在上游和中游；总补给水量为10 977.3×10⁴ m³·a^-1，补给模数为133.495m³·km^-2·a^-1，其中降雨汇入量和降雨入渗量占总补给量的81.35%，而总排泄量为10 813.47×10⁴ m³·a^-1，主要在地下河出口排泄。     

香溪河岩溶流域水系结构与洪峰特征关系

为研究香溪河岩溶流域地表水系结构特征与洪峰流量衰减过程规律,采用统计方法分析典型子流域的水系结构特征,采用流量衰减方程分析其典型退水过程。地表水流量衰减过程存在若干个亚动态,将各个亚动态的水量分配比例作为描述洪峰特征的特征值,将水系数目比例、水系长度比例作为描述水系结构的特征值,把两者作相关分析。结果表明:岩溶区水系长度比例与水量比例在第一和第三亚动态具有较高的相关性,相关性判定系数高达0.84,使用水系长度比例更能反映水系结构的特征。      

非闭合流域岩溶水模型

通过对贵州普定后寨河实验流域的研究,论述了非闭合流域岩溶水形成机制,根据流域地表、地下结构,将全流域划分为4个单元,并考虑各单元的闭合程度,建立了概念性岩溶水模型,为非闭合岩溶流域水文研究提供了新的途径。     

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。     

岩溶地区土地利用变化的水文响应研究——以贵州后寨河流域为例

以贵州普定后寨地下河流域为研究区,在分析流域生态环境特征以及岩溶水形成机制的基础上,通过野外调查、资料收集并结合现代空间技术、地理信息系统和遥感技术,研制开发了适合我国后寨河流域的基于落水洞的岩溶半分布式水文模型,分析了土地利用/覆被变化对流域径流的影响以及流域产汇流参数对比关系。结果表明:生态建设后除最大土壤蓄水量增大外,其它产流参数变化不大;汇流参数基本小于生态建设前,但相差不大;在降雨条件不变的情况下,生态建设后的产流量小于生态建设前的产流量,生态建设前土地覆被下的流量在低水位时比生态建设后的流量稍高,而在高水位时生态建设前流量比生态建设后的流量稍低。      

季节冻土区地下水观测成果在流域产汇流理论研究中的应用述评

将山坡水文学产流机制——超渗地面径流、饱和地面径流、壤中径流和地下径流等成分的产流机制,概括为界面(不透水层)产流机制。介绍季节冻土区近地表地下水若干创新的观测成果,综述其在季节冻土区流域产汇流理论研究领域中的应用,建议水利、农业、气象、林业、地质等部门在季节冻土区近地表地下水观测方面通力合作。可以预期,季节冻土区近地表地下水观测成果在产汇流理论研究以及流域水文模型研制中得到进一步的应用。     

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。     

泸西喀斯特断陷盆地地表水与地下水流域边界与水动力性质

在详细调查基础上,采用系统科学及水文地质分析方法,依据地形地貌、地层岩性、地质构造、示踪试验、地下水排泄基准面、喀斯特发育条件及发育规律等剖析论证流域边界,并通过钻探及示踪试验进行验证。研究结果:（1）对泸西喀斯特断陷盆地南东部的水系统边界向北移进行了修正,证实了三塘一带深部不发育的喀斯特是地下水分水岭边界,使得泸西喀斯特断陷盆地流域的径流系统和边界圈化更加准确;（2）泸西喀斯特断陷盆地流域地表水、地下水转化频繁,地表水径流特征主要以小江河在水库、河流、伏流间的径流转化过程为体现,地下水在侵溶山区接受大气降水补给后,上层径流以泉、暗河的形式在泸西盆地底面排泄后转化成地表水,最终汇集于盆地南部、通过工农隧洞及落水洞排向小江,而下层径流则以小江水面为基准,通过深层径流排泄。      

Global significance of the carbon cycle in the karst dynamic system: evidence from geological and ecological processes

On the basis of proposing the existence of a karst carbon cycle and carbon sink at a watershed scale, this paper provides four pieces of evidence for the integration of geology and ecology during the carbon cycle processes in the karst dynamic system, and estimated the karst carbon sink effect using the methods of comparative monitoring of paired watersheds and the carbon stable isotope tracer technique. The results of the soil carbon cycle in Maocun, Guilin, showed that the soil carbon cycle in the karst area, the weathering and dissolution of carbonate rocks under the soil, resulted in a lower soil respiration of 25% in the karst area than in a non-karst area (sandstone and shale), and the carbon isotope results indicated that 13.46% of the heavy carbon of the limestone is involved in the soil carbon cycle. The comparative monitoring results in paired watersheds, suggesting that the HCO₃^- concentration in a karst spring is 10 times that of a rivulet in a non-karst area, while the concentration of inorganic carbon flux is 23.8 times. With both chemical stoichiometry and carbon stable isotopes, the proportion of carbon in karst springs derived from carbonate rocks was found to be 58.52% and 37.65% respectively. The comparison on carbon exchange and isotopes at the water-gas interface between the granite and carbonate rock basins in the Li River showed that the CO₂ emission of the karst water is 10.92 times that of the allogenic water from the non-karst area, while the carbon isotope of HCO₃^- in karst water is lighter by 8.62‰. However, this does not mean that the karst water body has a larger carbon source effect. On the contrary, it means the karst water body has a greater karst carbon sink effect. When the karst subterranean stream in Zhaidi, Guilin, is exposed at the surface, carbon-rich karst water stimulated the growth of aquatic plants. The values of carbon stable isotopes in the same species of submerged plants gradually becomes heavier and heavier, and the 512 m flow process has a maximum range of 15.46‰. The calculation results showed that 12.52% of inorganic carbon is converted into organic carbon. According to the data that has been published, the global karst carbon sink flux was estimated to be 0.53-0.58 PgC/a, equivalent to 31.18%-34.41% of the global forest carbon sink flux. In the meanwhile, the karst carbon sink flux in China was calculated to be 0.051 PgC/a, accounting for 68% of its forest carbon sink flux.     

降雨和地形地貌对水文模型模拟结果的影响分析

概念性水文模型数量众多,判断模型是否适合研究流域可以通过模拟结果来体现,但是熟悉流域的产汇流特性可以筛选模型,从根源上大量减少工作量,也可以解决相似流域无资料的问题。选取6种概念性水文模型,以马渡王、板桥和志丹这3个半湿润与半干旱流域为研究区域,探讨流域特性与模型结构之间的关系,并通过降雨和地形地貌分析其对模型模拟结果的影响。研究结果表明,流域地形及植被对产汇流过程有重要影响,由于局部产流现象严重,河道坡度影响大于流域平均坡度,当区域气候条件相差不大时,地形地貌比降雨对流域产汇流特性影响更大。因此对于水文模型的选择,可以在熟悉流域产汇流特性的基础上因地制宜,必要时可以增加适合研究流域的模块来获得更好的预报,在半干旱与半湿润流域,同时具有蓄满和超渗机制的模型能得到更好的应用。     

漓江流域水土流失特征及其侵蚀影响因子典型分析

选择漓江流域及其典型岩溶小流域为研究对象,通过遥感数据综合分析和地面路线验证调查与定点监测相结合的方法,对漓江流域岩溶区和非岩溶区的水土流失特征进行了研究,并重点分析岩溶区内典型小流域——寨底小流域侵蚀影响因子对水土流失的影响。研究结果表明:漓江流域水土流失以中度和轻度等级为主,约占流域面积的29.9%;流域内岩溶区与非岩溶区的水土流失表现出一定的差异性,岩溶区以中度、极强烈和轻度等级水土流失为主,水土流失面积约占岩溶面积的53%;非岩溶区中度和轻度等级水土流失分别占非岩溶区面积的12.4%和10.4%。高程、坡度、植被覆盖、土地利用等因子对岩溶小流域土壤侵蚀面积和侵蚀量比例的影响表现出明显的差异性和独特性,这四种影响因子中的高程(300,500] m,坡度[15°,25°]、植被覆盖度≤20%、土地利用为工矿用地等对岩溶小流域土壤侵蚀的影响最大,是寨底岩溶小流域水土流失治理中应重点考虑的因素。      

Watershed urbanization and changing flood behavior across the Los Angeles metropolitan region

This article examines the effects of watershed urbanization on stream flood behavior in the Los Angeles metropolitan region. Stream gauge data, spatially distributed rainfall data, land use/land cover, and census population data were used to quantify change in flood behavior and urbanization in multiple watersheds. Increase in flood discharge started at the very early stage of the urbanization when the population density was relatively low but the rate of increase of flood discharge varied across watersheds depending on the distribution of the imperviousness surface and flood mitigation practices. This spatial variability in rainfall–runoff indices and the increasing flood risk across the metropolitan region has posed a challenge to the conventional flood emergency management, which usually responds to flood damages rather than being concerned with the broader issues of land use, land cover, and planning. This study pointed out that alternative land use planning and flood management practices could be mitigating the urban flood implemented hazard.     

滇东南岩溶区找水打井经验——以云南省广南县珠琳地区为例

以1996-2012年期间抗旱打井实例,总结了找水技术方法、勘查工作流程,提出了滇东南高原斜坡地带岩溶区找水要点:分水岭弱径流带,主要目标是在古溶蚀台面上接近区域分水岭的地段、规模较大的溶蚀洼地中的扬起端寻找浅层岩溶水;缓坡区较强径流带,主要目标是寻找面积较大、产状较平缓的悬托弱透水层之上的滞水型岩溶水;斜坡区强径流带,主要应寻找暗河天窗、竖井中的岩溶水。确定井位应遵循区域调查分析+井位附近详细调查分析的工作程序,必要时配合开展物探准确定位;不宜在排泄区、强径流区、峰丛洼地区、大泉、地下河附近、负地形最低部位布井,物探成果应用须与水文地质调查成果紧密结合。      

Test of a distributed modelling approach to predict flood flows in the karst Suoimuoi catchment in Vietnam

The major obstacles for modelling flood processes in karst areas are a lack of understanding and model representations of the distinctive features and processes associated with runoff generation and often a paucity of field data. In this study, a distributed flood-modelling approach, WetSpa, is modified and applied to simulate the hydrological features and processes in the karst Suoimuoi catchment in northwest Vietnam. With input of topography, land use and soil types in a GIS format, the model is calibrated based on 15 months of hourly meteorological and hydrological data, and is used to simulate both fast surface and conduit flows, and groundwater discharges from karst and non-karst aquifers. Considerable variability in the simulation accuracy is found among storm events and within the catchment. The simulation results show that the model is able to represent reasonably well the stormflows generated by rainfall events in the study catchment.     

天山南坡黄水沟与清水河寒区流域极端水文事件对气候变化的响应

冰川、积雪和冻土变化产生的水文效应对下游水资源供给具有重要影响,近几十年来新疆区域洪水呈显著加重趋势,尤其是南疆区域洪水明显加剧. 以天山南坡黄水沟与清水河寒区流域为研究区域,通过分析水文站极端水文事件,结合流域上游山区巴伦台气象站资料,研究了高寒山地流域在气候变化背景下极端水文过程出现时间、年最大和最小径流的响应特征. 结果表明：1986年是水文过程的突变点,从1986年开始随着降水、气温的增加,河流径流量呈增加趋势;最大年径流出现时间从6月中下旬推迟到7月下旬;最大径流和最小径流与年径流量呈正相关关系,最大径流与夏季降水关系密切,而最小年径流与冬春季的气温关系密切. 随着1986年以来的气温升高,冻土退化产生的水文效应使冬季径流增加明显,也使年最小径流明显增大;1986年以来降水变化决定着年径流量增加,使年最大径流集中出现在夏季且量级增大. 总体来讲,20世纪80年代中期以后山区河流年极端洪峰量增大,洪水量增多,年际间变化幅度明显增大,从而对下游造成更严重的灾害. 因此,加强气候变化对寒区流域水资源和洪水灾害的影响评估,使科学技术在减灾方面发挥主导作用.