峰丛洼地岩溶泉流量和水化学变化过程中地面径流的作用

峰丛洼地地区分布大量封闭洼地,暴雨过程中洼地内产生的地面径流通过落水洞进入岩溶管道,最终组成岩溶泉的一部分。本文选取典型的峰丛洼地地貌区——桂林丫吉试验场为研究区,通过修建径流小区监测地面径流量,结合示踪试验等手段探讨暴雨期间岩溶泉S31流量和水化学变化过程中这部分地面径流的作用。2010年径流小区监测结果显示当日降雨量大于64.4mm/d时研究区才产生地面径流,地面径流系数在0.48%~0.71%之间。选取5月19日降雨径流过程进行水均衡分析和离子质量守恒计算。S31泉域水均衡分析显示地面径流仅占S31泉总流量0.65%,不能显著影响S31泉流量变化。离子质量守恒模型结果表明暴雨期间S31泉电导率变化主要由裂隙水造成,虽然地面径流含有大量雨水,但对S31泉电导率影响有限。因地面径流的产生条件高和比例小,在适当降雨条件下可以忽略岩溶泉流量和水化学变化中地面径流的作用。     

垂直气候带表层岩溶泉昼夜动态变化研究

以重庆金佛山岩溶动力系统监测站为例,通过多功能自动化监测记录仪Greenspan,对表层岩溶泉的降雨量、水温、pH值、电导率昼夜变化进行了监测.昼夜尺度监测表明,表层岩溶动力系统对环境变化比较敏感,响应及时,其地球化学行为表现为明显的昼夜变化,且在不同气候条件下,水的物理化学动态变化有不同的表现.降雨对岩溶泉有较强的稀释作用,但在降雨数小时后,表层岩溶高裂隙率和渗透性开始发挥作用,水动力作用和CO2效应逐渐占主导地位.由于岩溶泉流经的基岩内部结构和岩溶泉流经出露的时间的不同,其时间有较大差异,并且从降雨前后泉水化学性质变化,表层岩溶地球化学行为有必要把水、岩、CO2气体作为一个整体来解释物理化学的变化.植被对降水有较强的调蓄作用,延长了水-岩相互作用时间,降低了降雨对岩溶泉的影响.     

贵州某山区溶洞口径流计算

贵州岩溶发育强烈,国土面积73%为岩溶地貌,境内多峰丛山地、洼地、落水洞、干沟、伏流等岩溶形态十分典型,对洪水和径流都有一定的调节作用。由于地下暗河的发育,往往造成地表径流与地下径流之间的关系复杂化,同时山区河道常无实测水文资料可以参考。以贵州北部山区某溶洞口径流计算为典型,介绍其溶洞口径流计算过程。     

典型岩溶地下河入、出口处强降雨过程中水动态变化

在强降雨过程中,对典型岩溶地下河入口、出口处pH值、电导率、水温、水位进行监测,对比分析了强降雨过程中该地下河入口、出口处水动态变化特征,及入口处水动态变化对出口处的影响。结果表明:强降雨过程中,地下河系统水动态变化对降雨的响应速度快,降雨随岩溶裂隙进入地下河迅速,岩溶含水层对强降雨过程中水资源调蓄能力差。地下河入口、出口处水动态变化差异性较大,上游地下河入口处水化学特征变化速度快,幅度大,受环境影响因素大。地下河出口处水化学变化较上游有规律,主要受稀释作用影响。影响入口处水动态变化的环境因素对出口处水动态变化影响不明显。     

典型表层岩溶泉水化学对暴雨响应特征研究——以广西马山弄拉兰电堂泉为例

利用多参数自动记录仪对广西马山弄拉兰电堂泉的降雨量、水位、水温、pH值、电导率、K+、NO3-和Ca2+浓度进行了自动监测。结果发现,泉水在降雨期间pH值呈降低趋势的同时还伴随着电导率和Ca2+浓度的急剧降低。此外,利用WATSPAC软件计算泉水饱和指数(SIC、SID)和二氧化碳分压(logPCO2),发现暴雨期间的SIC、SID和logPCO2均比正常情况下的低。由此可以推断泉水的水化学动态规律是由雨水的稀释作用造成的。进一步分析K+和NO3-的动态变化(暴雨时K+和NO3-出现富集的异常现象),推断石山地区植被的生长受限可能不但与土壤中必需元素的有效背景值低有关,而且还与表层岩溶带具有较高的裂隙易造成大量有益元素流失有关。此外,农业活动中施用的化肥等也将随着降雨进入水体造成表层岩溶泉和地下河的污染并产生一系列的环境问题。     

建筑与小区雨水外排峰值流量计算研究

建筑与小区海绵城市建设主要目标要实现源头雨水径流总量、峰值流量和径流污染的控制。径流总量和径流污染控制计算方法已较为统一,但外排雨水径流峰值计算未能形成统一思路。以项目层面海绵城市建设为例,说明了建筑与小区雨水外排峰值流量计算过程中降雨历时推荐取值,论述了利用暴雨强度公式和暴雨雨型计算外排雨水峰值流量的计算方法。结合工程案例论证了通过采取源头减排、优化竖向设计和溢流排放等综合措施后,可有效地削减外排峰值流量和延缓峰值,为建筑与小区外排峰值流量计算提供了依据和参考。     

用于裂隙岩溶含水层回灌的屋面雨水径流水质特性研究

本文以北方地区裂隙岩溶水典型城市济南市为研究区，监测分析了2008年2月至8月降水过程的降雨量、降雨强度，同时对研究区13次天然降水的11项指标与位于裂隙岩溶水直接补给区7次降水形成的屋面径流的28项指标进行检测，识别出屋面径流主要污染物类型，探讨了2008年春季和夏季各次降雨形成的屋面径流中不同污染物随降雨历时、降雨强度和季节的变化规律；分析了径流污染物的来源，并对屋面径流雨水通过井回灌裂隙岩溶含水层用于饮用水的处理方法及效果进行了探讨。济南市屋面水质的研究为济南城市屋面雨水回灌裂隙岩溶含水层提供了依据。     

初绿化屋顶对雨水截留作用研究

屋顶绿化是管理城市雨水的手段之一。通过对比监测模拟初绿化小区(绿化层结构为SBS防水层+3cm碎砖泄水层+4cm人工基材层+景天植被层)和本地区流行的常规屋面小区,在2012年1年内对所有降雨的截留量和在两次暴雨下的径流分钟流量,研究了华中地区气候条件下初绿化屋顶对屋面径流的截留作用和对单次降雨径流过程影响。结果表明,相对于常规屋面,初绿化屋面能通过截留更多雨水而减少屋面径流量,全年比常规屋面减少屋面径流量176.4mm(占年降雨量的23%);初绿化屋顶对强降雨截留作用比对弱降雨小,对超强降雨的截留作用有限;降雨前基材含水量越低,初绿化屋顶截留效果越好;初绿化屋顶对持续时间长的降雨有更大的截留能力。两次暴雨径流过程观测表明,相对于常规屋面,即使绿化基材含水饱和,初绿化屋顶也可以滞留雨水,延迟径流产生,延长径流时间,降低径流洪峰和减少径流总量。     

用于裂隙岩溶含水层回灌的屋面雨水径流水质特性研究

以北方地区裂隙岩溶水典型城市——济南市为研究区,监测分析了2008年2—8月降水过程的降雨量和降雨强度,同时对研究区13次天然降水的11项指标与位于裂隙岩溶水直接补给区7次降水形成的屋面径流的28项指标进行检测,识别出屋面径流主要污染物类型,探讨了2008年春季和夏季各次降雨形成的屋面径流中不同污染物随降雨历时、降雨强度和季节的变化规律;分析了径流污染物的来源,并对屋面径流雨水通过井回灌裂隙岩溶含水层用于饮用水的处理方法及效果进行了探讨。     

LID径流控制效果对设计暴雨重现期的响应

为分析不同重现期降雨与径流控制率的变化规律,以西咸新区典型海绵建设小区为例,采用基于GPU加速技术并耦合了管网系统的二维城市雨洪过程模型,对该小区不同重现期设计降雨条件下的径流控制效果变化规律进行量化分析。结果显示:通过与实测资料进行对比验证,模型模拟的流量与实测流量过程吻合度较高;随着降雨重现期的增大,径流控制率逐渐减小;在1年一遇降雨条件下,径流控制率为82.5%,100年一遇条件下,径流控制率降为29.5%;随着重现期的增大,径流控制率的差值逐渐减小,径流控制率减小的趋势逐渐平缓。     

降雨条件下岩溶槽谷泉水的水文地球化学特征

在示踪试验判断岩溶含水介质形态的基础上,通过观测降雨条件下姜家泉泉水的电导率、pH值、水温、泉口实时水位、降雨量以及降雨的pH值、钙离子浓度、电导率和计算出的泉水方解石饱和指数及CO2分压,分析了降雨条件下岩溶槽谷泉水文地球化学行为的动态变化。研究结果表明在以管道为主的岩溶含水介质槽谷中,泉水水位随降雨暴涨暴落,其水温、电导率、pH值、方解石饱和指数和CO2分压对降雨响应迅速,能敏锐地感应和反馈环境的变化。酸雨将可能引起泉水pH值的降低和电导率的升高,因而应重视酸雨对岩溶泉水文地球化学行为和岩溶含水介质演化过程的影响。降雨期间雨水将地表土壤带入地下河,引起泉水浊度的升高,表明此时泉水可能受到微生物的污染。     

Calibration, Validation and Sensitivity Analysis of the MIKE-SHE Model Using the Neuenkirchen Catchment as Case Study

Calibration and validation of the MIKE-SHE model was performed using the Neuenkirchen research catchment hydrologic characteristics and a two-year time series of stream flows at the outlet of the catchment. A reasonable match was obtained between the observed and simulated hydrograph at the catchment outlet with minor calibration effort. For the validation runs, the base flows were overestimated in the period of high rainfall intensity while the peak flows were reasonably matched. Sensitivity of the model to structural parameters such as grid size and time step, and to the functional parameters, including hydraulic resistance coefficient, surface and subsurface hydraulic properties, was investigated. The results indicated that the peak overland flow and the total overland flow were very sensitive to the flow resistance parameters and to the vertical hydraulic conductivity of the surface soil, while the peak aquifer discharge and the total aquifer discharge were sensitive to the horizontal hydraulic conductivity in the saturated zone. The model output variables considered were neither affected, to a significant extent, by the vegetation parameters nor by the specific storage coefficient.     

娘子关泉域岩溶水资源开发利用与保护

在深入调查山西省娘子关泉域岩溶水资源现状的基础上 ,分析了岩溶水位逐年下降 ,泉水流量减少 ,水质受到不同程度污染的原因是由于煤矿开采、工业用水及废水的不达标排放、农业灌溉及农药化肥的使用。制定了泉域岩溶水质和水量的保护管理目标 ,指出只有依法保护泉域岩溶水资源 ,控制岩溶水位下降及泉流量减少 ,加强污染源的综合治理 ,推行清洁生产 ,完善泉域水资源的监测网络系统 ,才能实现岩溶泉域水资源的可持续利用。     

坡面汇流的试验研究

本文根据大量的室内模拟降雨汇流试验，分析了降雨强度、雨型、坡面形状、坡度及粗糙度等因素对坡面汇流的影响。着重探讨了雨强与洪峰流量及汇流时间的关系、雨型对洪峰流量的影响规律等问题，对坡面汇流的理论研究及小流域的径流计算都具有现实的意义。     

Karst Spring Discharges Analysis in Relation to Drought Periods,Using the SPI

Based on the long hydrological time series, the correlation between karst spring discharge series and rainfall has been analysed, using the Standard Precipitation Index (SPI). Analysis has been focused on the drought periods. Data come from a large karst system (Campania, Southern Italy), in an area characterised by a distribution of the precipitation prevalently during autumn-winter period. Insufficient recharge due to poor rainfall results in flat spring hydrographs (with no peak during spring season) that indicate a continuously decreasing discharge. Specifically, it has been found that 12 months cumulative rainfall, expressed by SPI₁₂, and spring discharge have similar trend. When SPI₁₂ will be equal or less that − 1, springs reduce the discharge, and a flat spring hydrograph will be produced when SPI reaches value less than − 1.5. In these cases, the prolonged shortage of accumulated rainfall causes a reduction in spring discharge also during the following year as well, pointing out a memory effect of the karst aquifer, and more complex rainfall–discharge relationship is observed.     

娘子关泉域水文气象要素演变分析

娘子关泉是我国北方最大的岩溶泉。也是阳泉市的主要水源。选取降雨量、气温、径流量、泉流量4个指标,分别计算各指标5年滑动平均值．并采用最小二乘法拟合趋势线。对序列进行Mann—Kendall检验。结果表明：1951～2000年娘子关泉域面平均雨量、径流量和泉流量均存在显著下降趋势,年均气温存在显著上升趋势。     

Integrated Surface–Subsurface Modeling of Fuxianhu Lake Catchment, Southwest China

This paper describes an integrated surface–subsurface modeling study of the Fuxianhu Lake catchment (southwest China). Pollution threats to this important water resource have led to the need to evaluate transport pathways and the overall water balance of the catchment. Catchment inputs to the lake include river inflows, direct overland flow and groundwater discharge, which are incorporated into a mathematical model of the system. Surface runoff and groundwater recharge are estimated using a parsimonious soil–vegetation modeling approach, while groundwater flow is based on the MODFLOW-2005 code. Overland flow and stream discharge are coupled to the groundwater regime through the soil layer and are routed through the catchment to account for surface water flow pathways. The model is tested using the V-catchment benchmark problem and is compared to existing models to demonstrate accuracy and capability. Application of the model to the Fuxianhu catchment provides for the first-order approximation of the average catchment water balance, which comprises such components as evapotranspiration losses (37% of rainfall), surface runoff to the lake (37% of rainfall), and groundwater discharge to the lake (8% of rainfall), amongst others. The computationally efficient approach to surface–subsurface modeling adopted in this investigation presents as an alternative to more complex methods, and allows for the rapid assessment of flow pathways at the catchment scale. An erratum to this article can be found at     

开阳南江大峡谷岩溶地下水补径排研究

贵州开阳南江大峡谷景区岩溶地下水资源丰富,为独特的岩溶峡谷喀斯特地貌,为了查明该区地下水径流特征,特开展此次研究。在野外1∶10 000水文地质调查的基础上,通过水文地质剖面,结合NaCl示踪试验以及13组地下水样的水化学离子与总溶解性固体(TDS)测试结果进行综合分析,分析研究区地下水补径排特征。结果显示:(1)区内地下水的补给主要来自于大气降水与地表水,具有就地补给、就近泉点排泄循环的特点;(2)兰家寨段地下水受构造控制强烈,火龙潭(SQ2)上升泉同时作为F2断层两盘地下岩溶水的排泄点;(3)梯子岩泉作为断裂带泉也接受顶部洼地与落水洞处地表水的补给,并且存在一条地下岩溶管道;(4)大新场-屯上段鱼梁河与白安河同时作为峡谷两岸的排泄基面,不存在水力联系;(5)坡顶上-老河沟段之间地层的凸起转折对SW向与NE向地下水具有分流作用,构成地下水分水岭并使NE向地下水向老河沟方向径流。研究成果可为该区域供水提供地质依据。     

Sensitivity Analysis of a Physically Based Distributed Model

The objective of this study is to perform a sensitivity analysis of the SHETRAN model on the example of the torrential Lukovska River catchment in Serbia. The sensitivity analysis of the model was performed for the following parameters: the vertical saturated hydraulic conductivity of the subsurface soil, the horizontal saturated hydraulic conductivity in the saturated zone, the Strickler roughness coefficients for overland flow and for streams, the available water content in the soil and the erodibility coefficients due to rain and due to overland flow. It can be concluded that the water and sediment discharge are very sensitive to the values of the vertical saturated hydraulic conductivity of the subsurface soil in the range of 0.001 to 0.1 m/day; to the values of the horizontal saturated hydraulic conductivity in the saturated zone in the range of 0.01 to 5 m/day and to the values of the Strickler’s coefficients for overland flow and for rivers in the range of 0.1 to 100 m1/3s-1 and 15 to 40 m1/3s, respectively. The sediment concentrations in a flow and sediment discharge are very sensitive to the values of erodibility coefficient due to overland flow in the range of 0.5 to 1.5 mg/m2s and to the values of erodibility coefficient due to rain in the range between 0.1 and 40 J-1. The obtained results could be used to simplify the parameter calibration procedure and to facilitate estimation of parameters in ungauged mountainous basins of similar characteristics.     

涞源岩溶地下水系统泉水量变化特征分析

涞源泉泉域是一个全封闭式泉排型岩溶水系统,泉水利用对当地工农业生产发挥了重要作用.通过对涞源岩溶地下水系统特征分析,利用地表水系列资料,采用基流分割法、相关系数法等,计算出泉水量系列资料.由降水补给地下水,再以泉水的形式排泄,在此过程中使水量在时间上滞后,而且水量趋于平稳,泉水量年极值比为7.33,变差系数为0.34,年内分配变化幅度平缓.由降水—入渗—地下径流—泉水排出的过程,水资源经过地下岩溶调节作用,有利于水资源的开发利用,而且对水质也起到净化作用.研究和分析岩溶地下水径流量变化特征,为合理利用泉水资源提供科学依据.