地下水位升降与空气流耦合的砂柱实验及其模拟

地下水位的上升或下降会驱动包气带中的空气流动,并与水位升降运动发生相互作用.当潜水含水层被低渗透介质覆盖时,这种水位升降与空气流的耦合现象更加明显.利用细砂盖层作为低渗透介质与厚层粗砂组合成双层结构砂柱,进行了注水和排水实验研究.在排水实验中砂柱水位面下降,包气带会形成显著真空,吸取外界大气.在注水实验中砂柱水位面抬升,包气带气压增大,空气向外流动.包气带气压随时间的变化曲线呈单峰形式,且受到细砂盖层厚度的影响.考虑砂柱饱水带的Darcy流和包气带可压缩空气的线性渗流,提出了一个描述砂柱水-气运动的简化动力学模型,通过Runge-Kutta法进行实验过程的数值模拟,重现了观测到的包气带气压变化特征.模拟结果表明,包气带气压的极值随着低渗透盖层厚度的增加而呈非线性增大趋势.     

节理产状分组的k均值聚类分析及其分组结果的费歇尔分布验证法

裂隙岩体内的节理往往是变化的,有时甚至变化很大。测得大量节理产状以后,对其分组是一项基础性的工作,但是如何分组目前还没有很好的理论和方法。采用快速聚类分析的方法,将节理产状的样本数据划分为不同的簇,利用极大似然估计的原理,通过数值方法求解费歇尔概率分布模型的参数,并用皮尔逊检验说明了费歇尔逊概率模型的有效性。通过不同簇的概率模型计算及其簇心的分布特性比较说明了簇数分类的适度性。利用所提出的快速聚类分析方法及其推导的计算公式,可以方便地求解费歇尔分布的参数。结合皮尔逊检验,形成了解决这类问题的系统实用的方法。     

地下水对银川平原植被生长的影响

植被是反映区域性生态环境状况的重要指标之一,而地下水对植被的生长有着重要的影响。结合MODIS-NDVI遥感数据与地下水位观测数据,从大尺度上研究了银川平原地下水与植被的关系,并结合实测的数据,利用最小二乘法拟合出地下水位埋深与NDVI变化率的关系曲线,定量分析了地下水位埋深对植被生长的影响,并对适宜植被生长的地下水位埋深进行了探讨。研究结果表明：地下水位埋深在3 m时,植被长势最好;而适宜植被生长的地下水位埋深范围是1~5 m;当地下水位埋深超过5 m时,地下水位埋深对植被的影响逐渐减弱;当水位埋深超过8 m时,地下水位埋深对植被的生长没有影响。     

因子分析法在矿井涌水来源判别中的应用

结合恒源煤矿六八采区实例,采用因子分析方法研究矿井涌水水源。取各充水含水层样品与采区涌水样品的主要离子含量指标为分析对象,经过系列处理得到正交因子载荷矩阵。用因子1和因子2分别代表太灰水和煤系砂岩水,在因子载荷坐标系中,六八采区涌水水样则分布在因子1和因子2之间,并同时具有很高的共同度,充分证明了六八采区涌水属于太灰水与煤系砂岩裂隙水之间的过渡类型。      

银川平原植被生长与地下水关系研究

干旱区植被生长与地下水的关系是生态水文地质学研究的热点之一。西北内陆干旱地区降水稀少,植被的生长发育与地下水的关系极为密切,从大尺度上研究地下水变化的生态效应问题对生态环境的保护和恢复具有重要的意义。借助遥感方法,结合地下水观测数据,在区域尺度上定量地研究了中国银川平原地区地下水埋深及矿化度与植被生长的关系。结果表明:适宜植被生长的地下水埋深范围约为1~6m,当地下水位埋深为3.5m左右时,植被长势最好。而在水位埋深为3.5m左右的地区,植被生长的相对好坏又受地下水矿化度的影响。当地下水矿化度为0.9g/L时对该地区植被的生长最为有利。     

气候变暖对黄河源区生态环境的影响

黄河源区位于多年冻土区,严酷寒冷的气候条件和冻土共同构建成一种特殊的冻结水环境,使地下水类型和水文地质结构均发生变化,与非冻土区有显著的差别,形成特殊的水文地质区。近几十年来,由于全球性气候温变暖,出现大面积冻土退化,以及过度放牧、鼠害加剧等原因,造成草场退化,沙漠化趋势日渐明显,严重地冲击着黄河河源区的水源养涵功能,导致黄河在源头段多次出现断流。通过水平衡计算,探讨了气候变暖对黄河源区多年冻土退化的影响,并阐述了冻结层上水环境变化和人类活动对生态环境的影响。     

氢氧同位素在地下水流系统的重分布：从高程效应到深度效应

大气降水的氢氧同位素含量具有高程效应,降水入渗后参与地下水循环,其高程效应如何受地下水流系统的影响转化为地下水氢氧同位素的深度效应？现有研究对于这个问题缺少定量认识。文章构建单向倾斜盆地和双峰波状盆地的稳态地下水循环理论模型,采用MODFLOW模拟剖面二维地下水流场、采用MT3DMS模拟重同位素分子的对流-弥散过程,得到地下水D和¹⁸O含量的空间分布,探讨了氢氧同位素高程效应在地下水流系统转化为深度效应的机理。结果表明：在单斜盆地,补给区大气降水D和¹⁸O含量的高程效应转化为排泄区地下水δD和δ¹⁸O值随埋深增大而指数型衰减的深度效应;在双峰波状盆地,当含水层渗透性相对入渗强度较大时(K₀/w=1 000),仅发育一个区域地下水流系统,在区域地下水的排泄区δD和δ¹⁸O随埋深增大呈现S形曲线分布;当含水层渗透性相对入渗强度较小时(K0/w=250),双峰波状盆地发育多个局部地下水流系统,区域地下水的排泄区δD和δ¹⁸O随埋深增大呈现S形曲线,而局部地下水排...     

生态水文学与生态水文地质学

在分析生态水文学学科发展过程的基础上，对生态水文地质学的研究对象、内容和方法进行了讨论。生态水文地质学是生态学与水文地质学交叉渗透后形成的学科，是地下水资源可持续利用的理论基础。当前中国生态水文地质学研究的主要任务是生态状况的定量描述、水文地质条件与生态状况的关系、多重界面水分转换机制及其生态效应、含水层中地下水各种物理化学过程的生态效应和气候变化对地下水的影响及其生态响应等问题。生态水文地质学必将在中国实施可持续发展战略的过程中发挥巨大的作用。     

利用稳定同位素识别黑河流域地上水的补给来源

本文利用稳定同位素(2H和18O)及水化学方法识别黑河流域地下水的补给来源,估算黑河水与地下水的转化数量。研究结果表明,黑河流域地下水的主要补给来自山区出山河流,山前戈壁带是地下水快速补给区,中下游盆地地下水补给来源为引河灌溉和河流侧渗。黑河干流出山河水在张掖以上河段约4.4×108m3/a渗漏补给地下水,约占出山迳流量的27%。张掖—正义峡河段道地下水向河道平均排泄量为11.4×108m3/a,占该段河流迳流量的69%。研究成果不仅对黑河流域地下水的开发管理有着重要意义,对我国西北类似的内陆盆地地下水的开发管理有着借鉴意义。     

基于RS的鄂尔多斯北部盆地地表蒸发量的计算

蒸发是鄂尔多斯北部盆地地下水排泄的重要途径,是水资源评价中的一项重要内容。为了计算鄂尔多斯北部盆地的蒸发量,为地下水数值模型的建立提供参数,采用了遥感方法计算蒸发量。应用美国国家海洋与大气管理局的NOAA/AVHRR卫星图像数据,根据SEBS模型计算了研究区的日蒸发量,并用气象站的蒸发观测数据对遥感计算结果进行标定,得到全年的蒸发总量。这种方法使遥感计算蒸发量由科学研究向应用前进了一步。