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, 最新更新时间 , doi: 10.11932/karst2023y013
摘要:
岩溶泉对西南喀斯特地区生态系统稳定和经济社会发展具有重要意义。受喀斯特地区独特水文地质结构与多重水流过程控制，岩溶泉流量具有复杂的动态变化特征，机器学习模型为其模拟和预测提供了有效手段。然而，岩溶泉域降雨-泉流量过程及其时空变异特征对机器学习模型结构与模拟精度的影响仍不明晰。本文选取西南典型岩溶泉，基于长短期记忆网络（LSTM）建立岩溶泉流量模拟模型，利用泉域实测逐小时降雨与泉流量序列进行模型训练与验证。在此基础上，分析了不同降雨-泉流量过程对岩溶泉流量模拟精度的影响，以及喀斯特水文地质结构对降雨-泉流量响应滞时的控制作用。研究结果显示，山坡岩溶泉与流域出口岩溶泉训练期纳什效率系数（NSE）分别为0.942与0.951，验证期分别为0.831与0.834。对于山坡岩溶泉与流域出口岩溶泉，利用全年实测序列训练的模型预测雨季泉流量存在较大偏差，NSE分别为0.793与0.798，而利用雨季实测序列训练的模型预测雨季泉流量，精度显著提升，NSE分别为0.956与0.962，且此差异在暴雨频繁的5、6、7月尤为显著。受浅薄土壤与表层岩溶带分布影响，山坡岩溶泉LSTM模型时序步长显著小于流域出口岩溶泉。
岩溶泉对西南喀斯特地区生态系统稳定和经济社会发展具有重要意义。受喀斯特地区独特水文地质结构与多重水流过程控制，岩溶泉流量具有复杂的动态变化特征，机器学习模型为其模拟和预测提供了有效手段。然而，岩溶泉域降雨-泉流量过程及其时空变异特征对机器学习模型结构与模拟精度的影响仍不明晰。本文选取西南典型岩溶泉，基于长短期记忆网络（LSTM）建立岩溶泉流量模拟模型，利用泉域实测逐小时降雨与泉流量序列进行模型训练与验证。在此基础上，分析了不同降雨-泉流量过程对岩溶泉流量模拟精度的影响，以及喀斯特水文地质结构对降雨-泉流量响应滞时的控制作用。研究结果显示，山坡岩溶泉与流域出口岩溶泉训练期纳什效率系数（NSE）分别为0.942与0.951，验证期分别为0.831与0.834。对于山坡岩溶泉与流域出口岩溶泉，利用全年实测序列训练的模型预测雨季泉流量存在较大偏差，NSE分别为0.793与0.798，而利用雨季实测序列训练的模型预测雨季泉流量，精度显著提升，NSE分别为0.956与0.962，且此差异在暴雨频繁的5、6、7月尤为显著。受浅薄土壤与表层岩溶带分布影响，山坡岩溶泉LSTM模型时序步长显著小于流域出口岩溶泉。
, 最新更新时间 , doi: 10.11932/karst2023y010
摘要:
明确植被覆盖对碳酸盐岩溶蚀的影响对提升岩溶生态系统碳汇能力具有重要意义。文章采用标准溶蚀试片法对比两种亚热带岩溶森林不同坡位的碳酸盐岩溶蚀速率，并分析其与土壤CO2含量（pCO2）和土壤含水量的对应关系。结果表明：青冈林的平均溶蚀速率（5.22±0.99 mg·cm−2·a−1）显著高于化香树林的（3.58±2.59 mg·cm−2·a−1）。青冈林的土下溶蚀速率在垂直剖面上先增加后递减，峰值位于土下20 cm，化香树林的随土壤深度增加而增加。青冈林不同坡位的溶蚀速率差异不显著，但化香树林中坡显著高于上坡和下坡；不同森林类型坡位间的溶蚀速率未表现一致规律。森林类型间溶速率差异与土壤含水量较好的对应而与土壤pCO2相反，森林内坡位间及土壤垂直剖面的溶蚀速率差异与土壤pCO2有更好的对应性。亚热带不同岩溶森林类型间溶蚀速率差异显著，可用土壤含水量较好的解释；不同坡位间差异没有一致的规律，但可用土壤pCO2较好的解释。
明确植被覆盖对碳酸盐岩溶蚀的影响对提升岩溶生态系统碳汇能力具有重要意义。文章采用标准溶蚀试片法对比两种亚热带岩溶森林不同坡位的碳酸盐岩溶蚀速率，并分析其与土壤CO2含量（pCO2）和土壤含水量的对应关系。结果表明：青冈林的平均溶蚀速率（5.22±0.99 mg·cm−2·a−1）显著高于化香树林的（3.58±2.59 mg·cm−2·a−1）。青冈林的土下溶蚀速率在垂直剖面上先增加后递减，峰值位于土下20 cm，化香树林的随土壤深度增加而增加。青冈林不同坡位的溶蚀速率差异不显著，但化香树林中坡显著高于上坡和下坡；不同森林类型坡位间的溶蚀速率未表现一致规律。森林类型间溶速率差异与土壤含水量较好的对应而与土壤pCO2相反，森林内坡位间及土壤垂直剖面的溶蚀速率差异与土壤pCO2有更好的对应性。亚热带不同岩溶森林类型间溶蚀速率差异显著，可用土壤含水量较好的解释；不同坡位间差异没有一致的规律，但可用土壤pCO2较好的解释。
, 最新更新时间 , doi: 10.11932/karst2022y32
摘要:
岩溶热储中地热流体多为中低温低矿化度热水，而岩溶热储中出现高矿化度地热水多与岩溶含水层矿物溶解有关。然而，湖北省巴东县盐场河地热田中地热水TDS高达12 477.7 mg·L−1，水温约34 ℃，含水层矿物溶解并不足以解释其成因。本文在野外调查和地热钻探的基础上，对4个地热钻孔、1个温泉及附近4个冷泉进行了水文地球化学采样和测试。研究结果表明：盐场河地热田地热水化学类型为Cl-Na型，单位涌水量最大可达1 767 m3·d−1，出水口温度在30.2~34.5 ℃。对比钻孔测温和SiO2温度计分析，热储温度为59.1 ℃，循环深度为1 923 m。Phreeqc水化学模拟揭示含水层中的水-岩相互作用（主要是含水层矿物溶解）为地热水化学组分提供了部分贡献，主要来源于径流过程中咸化潮坪泻湖相盐岩的溶解。水文地质条件和氢氧同位素指示地热水的大气降水来源，但季节性的冷水混入控制了水-岩相互作用的平衡。可见，巴东县盐场河岩溶热储高矿化度地热水主要是径流过程中盐岩的溶解提供了水化学组分，但是出露过程中受到季节性的冷水混合影响。
岩溶热储中地热流体多为中低温低矿化度热水，而岩溶热储中出现高矿化度地热水多与岩溶含水层矿物溶解有关。然而，湖北省巴东县盐场河地热田中地热水TDS高达12 477.7 mg·L−1，水温约34 ℃，含水层矿物溶解并不足以解释其成因。本文在野外调查和地热钻探的基础上，对4个地热钻孔、1个温泉及附近4个冷泉进行了水文地球化学采样和测试。研究结果表明：盐场河地热田地热水化学类型为Cl-Na型，单位涌水量最大可达1 767 m3·d−1，出水口温度在30.2~34.5 ℃。对比钻孔测温和SiO2温度计分析，热储温度为59.1 ℃，循环深度为1 923 m。Phreeqc水化学模拟揭示含水层中的水-岩相互作用（主要是含水层矿物溶解）为地热水化学组分提供了部分贡献，主要来源于径流过程中咸化潮坪泻湖相盐岩的溶解。水文地质条件和氢氧同位素指示地热水的大气降水来源，但季节性的冷水混入控制了水-岩相互作用的平衡。可见，巴东县盐场河岩溶热储高矿化度地热水主要是径流过程中盐岩的溶解提供了水化学组分，但是出露过程中受到季节性的冷水混合影响。
