峰丛洼地的坡地径流成分划分

峰丛洼地的石质坡地具有独特的包气带结构和产流模式,其表面岩石裸露,土壤薄且呈现斑块状分布,下部发育表层岩溶带.表层岩溶带的存在决定了石质坡地的产流模式.原本不透水的岩石表面成为"筛子",表层岩溶带和下部包气带之间的界面成为重要的产流界面,称之为表层岩溶带产流.石质坡地的径流是表层岩溶带产流、超渗产流、饱和产流的集合.由于岩溶动力系统的差异导致来自不同界面的径流的温度、pH、电导率、方解石溶解饱和指数(SIc)和二氧化碳分压(P_(CO2))也不同.利用径流的物理、化学曲线对石质坡地的径流进行初步的定性划分,将径流分为洪峰和基流.洪峰的上升段由超渗产流和饱和产流构成,退水过程以及基流则主要是由表层岩溶带径流提供.     

坡地径流入渗机制对水文模拟的影响分析

建立了适用于栅格单元系统的基于运动波理论的降尺度新安江模型(KWXAJ)。在栅格单元中采用新安江模型计算产流,运动波模型进行坡面汇流演算。模型中,为考虑上游坡地单元入流的径流入渗(run-on)效应,在进行坡地产流计算时,降雨及上游坡面流及壤中出流被同时作为来水输入新安江模型。在运动波模型中,糙率系数依据土地利用方式及洪水量级确定。选取淮河史灌河流域黄泥庄以上集水区域,作为研究区域。用流域历史上的13次洪水过程来率定和验证此模型。研究表明,run-on机制对流域产汇流预测有重要影响,其显著影响流域内土壤蓄水量时空分布,进而改变产汇流机制。数据分析还显示,不考虑run-on机制将导致模拟洪峰滞后。     

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。     

喀斯特坡地不同土地利用方式碳氮流失的水文驱动特征

喀斯特坡地壤中流与地表径流并存,共同驱动了土壤关键生源物质的迁移,造成该区土壤生产力下降、地下水污染。为揭示喀斯特坡地土壤碳氮流失途径及其水文驱动机制,本研究以喀斯特坡地径流微区(2 m×1.2 m)为研究对象,分析了火烧、轻度砍伐、重度砍伐、人工林、耕地、牧草6种不同土地利用方式对土壤碳氮流失途径、形态及通量的影响。结果表明:降雨是土壤碳氮流失的主要驱动因子,降雨产流阈值为16 mm,55 mm时达到产流峰值。各土地利用方式仅在暴雨下有显著差异,其中,人工林的土壤碳氮流失量较大,而重度砍伐的流失量较小。土地利用方式不改变土壤碳氮的流失途径,各土地利用方式均以地表流失为主(51.29%～75.15%),壤中流为辅,其中壤中流主要通过A层流失(65.20%-89.12%)。氮素流失形态以NO₃^--N为主(45.84%～56.49%)。研究结果可为揭示喀斯特坡地生源物质流失过程及其水文驱动机制、研发水土流失与面源污染阻控技术提供参考。     

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。     

陕北能源化工基地河川径流特征和产流机理

陕北能源化工基地东、西部河川径流特征迥异,产流机理和及“三水”转化关系各不相同,探讨径流的时空变化特征和产流机理是进行水资源合理开发、高效利用的关键。根据1956—2005年径流的系列资料,综合运用水文计算、基流分割、Mann－Kendall检验、特征指标等方法,分析了研究区河川径流的空间组成特征和年际、年内的变化规律,并对其产流机理和水资源开发模式进行了相关的探讨,认为：黄土沟壑区流域下垫面介质为粉土质黄土,不利于降水入渗而利于产流,径流过程线表现为暴涨陡落型,地表径流主要来自降水补给,宜采取以地表水为主、地下水为辅的水资源开发模式;风沙滩地区流域下垫面介质以风积粉细砂为主,利于降水入渗而不利于产流,径流过程线表现为平缓型,地表径流主要来自地下水补给,宜采取地表水、地下水联合开发的模式。     

黄土区坡地降雨入渗产流过程中的滞后效应

利用黄土高原沟壑区典型小流域坡地天然降雨入渗-产流的实测资料分别对考虑滞后效应与不考虑滞后效应的情况进行了模拟研究,结果表明:在降雨入渗-产流过程中,滞后效应加快入渗速率,减少径流量;滞后模型使土壤含水量、产流过程更加接近实测值.由此可见,土壤水滞后效应对土壤含水量、入渗速率、产流过程及产流量都有相当大的影响,因此在水量转化研究工作中考虑滞后效应的影响是必要的.     

论岩溶地下水系统中的快速流与慢速流

<正> 由于岩溶区多重含水介质(大型岩溶洞穴管道与网络状溶蚀裂隙)受到不同强度降水入渗补给,各类含水介质对岩溶地下水的调节具有明显差异,导致岩溶地下水出现快速流与慢速流这两种不同流态流速的水源成份。研究这两种水源的形成过程,与含水介质结构相互关系以及如何划分这两种水源,不仅有助于岩溶水基本理论的研究,而且在水资源评价与规划中也具有重要意义。通过水源划分,可了解评价区域有多少快速地下径流需经工程措施调节,有多少慢速地下径流可直接作为供水水源。      

喀斯特流域分布式水文模型及植被生态水文效应

根据喀斯特流域多孔介质与裂隙水流特征,建立了达西流、裂隙渗流与槽蓄汇流演算相结合的混合汇流演算模式,实现了对分布式水文-植被-土壤模型(DHSVM)的改进。利用贵州普定喀斯特生态水文试验站陈旗小流域观测资料,对模型计算的流量过程及植被截流、蒸散发及土壤含水率时空分布进行验证。结果表明,模型能较好地模拟喀斯特流域陡涨、陡落的流量过程。同时,模型能模拟出土壤含水率、实际蒸散发与降雨、下垫面岩溶裂隙、植被覆盖的响应关系,对分析中国南方喀斯特地区下垫面变化条件下的生态水文效应具有重要意义。     

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。     

岩溶水柜集流坡面的径流模式和调控建议

作为南方岩溶地区水柜水源的坡面径流,其形成和动态变化缺少精确且详细的解析。选择桂林丫吉试验场峰丛洼地的一个表层岩溶泉为对象,通过1个水文年多指标的监测,获得不同降雨条件下坡面径流的水文和水化学动态过程,以水文分析和水化学示踪解析径流水文特征、产流条件和水源组成。结果表明:坡面径流的水文过程季节性变化对比强烈,低水位总时长占全年的一半,连续时长超过3个月,全年连续断流有40多天,显示坡面径流水源不稳定,具有调控的必要性;受控于溶蚀作用的水化学动态展示了来自于多种界面的径流汇合过程;电导率等指标的波动共同指向降雨事件中形成于裸岩区的石面流发挥先锋作用。依据集流场的下垫面结构从3个方向提出调控建议:减少裸岩区径流渗漏;改善表层岩溶带通透性;揭露覆盖区隐伏径流。这些措施将有助于增加水柜蓄水量,提高径流利用效率。     

喀斯特断陷盆地水资源高效开发利用模式构建

在调查研究典型喀斯特断陷盆地水文地质特征、地表水文过程、“五水”转换及水资源均衡,研发地下水高效开发利用、地表水调蓄、水污染风险评估与水质修复、农田节水灌溉及土壤保墒、水资源优化调控等系列技术的基础上,以可持续发展和系统科学理论为指导,构建了喀斯特断陷盆地水资源高效开发利用模式,包括理论与技术支撑体系和开发利用工程体系两个层次。前者的基本构成及内涵为:水资源高效开发利用工作流程、理论依据及技术支撑,是模式的理论与技术内涵;后者为沿着盆地地表、地下水的形成、运动和转换过程,从上游山区到下游河谷区,逐级分区部署的水资源开发利用工程体系,工程布局做到因地制宜、科学合理,大、中、小、微型并举,集中供水与分散供水兼顾,同时系统推进水质修复、水循环利用、节约用水等措施,实现水资源的高效和可持续开发利用。      

华蓥山中段某岩溶水系统循环演化条件变化分析

针对华蓥山岩溶山区岩溶泉水枯竭,水质污染等问题,为查明其原因并做好防范措施。本文根据已有资料和实际调查研究,对比分析华蓥山中段某岩溶水系统天然条件和人工活动下循环演化条件的变化,主要表现在含水介质特征、岩溶水补给径流排泄特征、水化学特征和水资源量等方面的变化。分析引起岩溶水系统循环条件变化的影响因素并提出合理建议,研究结果对区域岩溶水资源的合理利用和水环境良性循环有较好指导作用。      

生态系统变化对湘西岩溶水资源的影响

本文在分析岩溶山区典型生态系统类型及其演化特征和岩溶水资源特点的基础上，通过湘西20年来的生态系统变化的对比，就其对岩溶水资源的影响进行了详细的论述。认为生态的恶化是引起岩溶石山区水资源短缺的一个重要因素，生态系统变化对岩溶水资源的影响主要是通过对岩溶水的补给、迳流、排泄等的影响，使岩溶水资源产生水质和水量的变化。明确生态系统变化是如何影响岩溶水资源的质与量这一重大问题，将有助于岩溶水循环机制的深入研究，为揭示岩溶水资源的形成、演化规律及控制机理，建立岩溶水资源评价、开发利用和保护的系统理论，探索岩溶水资源可持续利用模式提供科学的依据。     

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。      

基于表层岩溶带调控的峰丛洼地低影响开发构建

岩溶峰丛洼地地区石漠化、饮水困难和水污染等环境问题高发,生态环境十分脆弱。低影响开发概念的引入有助于规范开发行为,促进水资源的高效利用,降低石漠化和地下河污染风险。根据水文条件和开发方式岩溶洼地空间分为坡耕地水土流失敏感区、表层岩溶泉水源地敏感区和落水洞污染输入敏感区。低影响开发模式总体是在3类敏感区实现5个管理目标。坡耕地敏感区的低影响开发目标设置为降低农田耗水量和减少水土流失,开发途径是减少蒸发和调控坡面洪水径流。表层岩溶泉敏感区的管理目标是降雨－径流资源化利用和饮用水安全保障,通过实施雨水收集回用工程和设置水源地保护区来实现。落水洞敏感区需要通过设置径流缓冲区和沉淀过滤池来预防污染物进入。我国南方石漠化地区探索和总结出以表层岩溶带降雨－径流管理为特征的低影响开发模式。该模式要求峰丛顶部留置生态保护区涵养水源。岩溶洼地底部为落水洞排洪预留缓冲区,利用岩溶裂缝设置下凹式绿地,实现自然渗透和净化。“峰”、“洼”之间过渡区划定水源地保护区边界,同时设法增加雨水资源化利用率,补充生态和生活缺水量。低影响开发模式也适用于峰丛洼地发育的东南亚和中美洲等地区。      

桂林会仙湿地狮子岩地下河系统水循环对降水的响应

岩溶湿地是西南岩溶生态系统的重要调节器,对该地区的可持续发展有重要意义,而水循环作为维系岩溶湿地健康运转的核心因素,已经成为当前的研究热点。2020年4月15日—5月30日野外监测了桂林会仙湿地狮子岩地下河系统参数,采用水文动态分析与水均衡等方法,开展了地下河系统水循环研究。结果表明：（1）地表径流、土壤水、表层岩溶带...     

花江喀斯特峡石漠化治理示范区水资源赋存特点及开发条件评价

文章阐述了贵州花江喀斯特峡谷石漠化治理示范区水资源赋存特点:降水资源比较丰富,但垂直差异大、干湿季节明显;坡面径流比较丰富,但时空分布不均;过境河流水量丰富,但水质较差;地下水资源量大,但空间分异明显。然后,从资源、经济、技术等不同层面综合分析了示范区水资源开发利用条件,指出示范区水资源开发利用中存在的主要问题:"三水"资源开发利用程度低,工程性缺水严重;"三水"资源时空分布不均,调控相对困难,有些技术还需开展攻关研究。最后简要提出相应的对策建议。     

川北元坝地区茅口组顶面古地貌恢复与岩溶发育特征

川北元坝地区茅口组碳酸盐岩岩溶储层发育,但该套储层非均质性强,储层预测有较大困难,需要进一步恢复岩溶古地貌、古水系,从而掌握储层分布规律,指导下一步油气勘探开发。文章选用残厚法恢复了元坝地区茅口组顶面岩溶古地貌,并结合现代岩溶学和岩溶动力学理论,划分了岩溶台地、岩溶缓坡地、岩溶平原和岩溶盆地4类二级地貌单元。应用现代岩溶分类方法,根据微地貌组合形态,划分了6类三级地貌单元,并对古水系进行了刻画。分析认为元坝地区茅口组顶面岩溶古地貌属岩溶地貌形成演化的初期阶段,不同地貌位置岩溶发育有较大差异,岩溶缓坡地属地下水径流区,水动力条件最强,孔洞最发育,是下一步储层勘探方向。