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2018年  第37卷  第4期

水文地质
岩溶区地下水数值模拟研究进展
徐中平, 周 训, 崔相飞, 拓明明, 王昕昀, 张 颖
2018, 37(4): 475-483.
摘要:
岩溶含水介质的不均一性导致岩溶地下水流动、溶质运移和热量迁移的数学模拟研究成为地下水模拟的难点。本文综述了岩溶区地下水流模拟的几种方法,重点阐述了等效多孔介质法、双重连续介质法和三重介质法的定义、发展过程和适用范围,并回顾了这几种方法的研究成果。从等效多孔介质法到三重介质法,模拟精度不断提高,适用范围也逐渐由大区域实际问题向小区域理论研究过渡。介绍了溶质运移模拟和热迁移模拟的研究方法及实例。溶质运移模拟以对流弥散方程为基础,其中尺度效应是溶质运移模拟的重点研究问题;热量迁移模拟应考虑地下热水密度变化对地下热水运动的影响。溶质运移模拟和热量迁移模拟往往是将迁移模型和已经调试成功的地下水流动模型相耦合,从而达到模拟溶质及热量迁移的目的。由于溶质运移和热量迁移的复杂性,现阶段水流模型多数处于等效多孔介质模型阶段。综合理论及实际应用,指出精确刻画裂隙及管道和注重基础数学算法是岩溶水数值模拟进步的关键。
不同城镇功能区岩溶地下水化学敏感因子识别
朱丹尼, 邹胜章, 周长松, 李录娟, 谢 浩
2018, 37(4): 484-492.
摘要:
随着西南地区城镇化进程的不断推进,西南城市区岩溶地下水环境压力迅猛增加,水质恶化显著。采集西南岩溶区四个典型城市(遵义市、桂林市、贵阳市和娄底市)的86组地下水样,运用描述性统计分析、变异系数分析及主成分分析法,综合研究了不同城镇功能区岩溶地下水化学特征及易受人类活动影响的敏感因子。结果表明,工业区岩溶地下水中电导率、总硬度、TDS、Na+、Mg2+、Cl -、SO2-4、NO-2、Mn这9项指标的含量均最高,商业住宅区次之,城乡结合处最低;而K+、NH+4和NO-3三者浓度表现为商业住宅区最高。研究区各地下水化学组分普遍具有较高的空间变异性,其中工业区易受人类活动影响的敏感因子为SO2-4、I-、Fe,商业住宅区易受人类活动影响的敏感指标为Na+、NO-2、NO-3,城乡结合处的主要敏感指标为Na+、Mg2+、NO-2。
山西太原西山汾河二库的泉域归属及其渗漏量计算
郭芳芳, 梁永平, 王志恒, 申豪勇, 赵春红
2018, 37(4): 493-500.
摘要:
山西省汾河二库是建于汾河中上游的一座大型水库。由于水库处于晋祠兰村泉域交界地带的碳酸盐岩河段,水库蓄水并淹没了天然条件下出流的悬泉寺泉群,造成库区岩溶水文地质条件发生根本性改变,直接影响到泉域岩溶水的水资源评价、开发管理和以泉水复流为目标的生态修复的措施制定。本文针对汾河二库修建后的以下两个问题开展了讨论。第一,利用最新调查与勘探资料分析二库修建对岩溶水文地质条件的影响,并对二库库区的泉域归属问题进行了划定,认为悬泉寺泉水的出流受控于汾河河谷内向西倾斜的下奥陶统区域相对隔水层的阻水作用,汾河二库蓄水水位提高近40 m,天然条件下挟持于晋祠-兰村泉域间相对独立循环的悬泉寺泉域降落漏斗被“充满”,泉水消失,形成对岩溶地下水渗漏反补给,水库渗漏水量通过中奥陶统主要进入晋祠泉域,汾河二库以寺头-下槐间下奥陶统出露的地段为界,下槐泉以上划归晋祠泉域,下槐泉以下则划归兰村泉域;第二,利用二库上游寨上水文站、下游的上兰村水文站资料和二库蓄水水位系列资料,由均衡法建立了二库蓄水水位与渗漏量之间的非线性方程,并据此预测,当二库水位提高至905.7 m时的渗漏量为2.862 m3·s-1,而对兰村泉域岩溶水及山前西张水源地的补给量有限。
水生植物对岩溶区河水地球化学昼夜变化的影响——以漓江为例
王奇岗, 肖 琼, 赵海娟, 郭永丽, 汪智军
2018, 37(4): 501-514.
摘要:
为研究河流非岩溶区断面和岩溶区断面生物地球化学昼夜变化过程、特征及影响因素,探讨水生生物对岩溶区河水碳汇作用的影响,于2016年10月30日-2016年11月1日,在广西桂林漓江干流非岩溶区的峡背和岩溶区的省里设置两个监测点同时开展了为期48小时的高分辨率在线监测和高频率取样工作,研究其水文参数(电导率(EC)、水温(T)、pH以及Ca2+、HCO-3、NO-3等离子和溶解无机碳同位素(δ13CDIC)等水化学参数的昼夜变化规律,并分析其影响因素。发现:(1)峡背和省里两断面水化学类型为HCO3-Ca型,但水文地球化学昼夜变化过程不同:省里断面的物理化学参数昼夜变化显著,T、pH、DO、SIC白天上升夜间下降,Ca2+、HCO-3的质量浓度和EC、p (CO2)白天降低、夜晚上升;而峡背断面理化指标昼夜变幅小,这与峡背断面处于岩溶区与非岩溶区交界处,非岩溶河流汇入、生物量较小等环境特征有关。(2)省里断面营养元素(NO-3、SO42-、Cl-、Na+)昼夜变化过程主要受水生植物同化作用控制,呈现白天降低、夜间升高的变化规律。(3)峡背断面和省里断面TOC 与DOC白天上升、夜间下降,最高日变化幅度可达79%和61%,利用端元混合模型计算得出省里断面和峡背断面内源有机碳占总有机碳的比例分别为91.99%和88.39%,省里断面和峡背断面水生植物光合作用利用HCO-3作为无机碳源的比例为67.42%~99.75%和57.76%~69.78%,平均值分别为79.54%和63.13%。(4)省里断面溶解无机碳(DIC)变化范围为67.1~115.9 mg·L-1,平均值为96.5 mg·L-1,呈现白天下降夜间上升的变化。δ13CDIC变化范围-7.8‰~-9.9‰,平均值为-8.9‰,表现为白天偏重、晚上偏轻的动态变化,两者呈显著的负相关关系(相关系数为-0.79)。研究表明省里断面水生植物光合作用和呼吸作用以及钙沉降是控制DIC昼夜变化的主导因素。通过估算监测期间省里断面光合作用DIC转化速率平均值为1.2×10-5 mmol·L-1·S-1,Ca2+离子的沉积速率平均值为0.18×10-5mmol·L-1·S-1。因此,岩溶区河段水生生物光合作用及其固碳能力较非岩溶区河段明显增强。
基于小波分析与Mann-Kendall法的岩溶大泉动态研究
迟光耀, 邢立亭, 侯新宇, 黄林显, 杨 奕, 张文静
2018, 37(4): 515-526.
摘要:
研究地下水动态是认识地下水资源的有效手段。根据1956-2013年济南岩溶泉域大气降水及地下水水位动态监测资料,采用小波分析法、Mann-Kendall趋势检验、突变检验法研究了58个水文年泉水位对大气降水的响应,可以看出:(1)大气降水和泉水位呈现出多尺度的变化特征,长时间尺度上两者的变化周期基本相同,变化周期为16年和12年,说明大气降水对泉水位有直接影响;(2)在1956—2013年,济南泉域地下水水位具有0.65 m·(10a)-1的年际显著下降趋势,但降水具有12.65 mm·(10a)-1的不显著上升趋势,说明在人为因素影响下泉水动态的影响因素的权重发生了变化;(3)大气降水在1999年发生突变,1999年之后年降水为增加趋势;而地下水水位突变年份为1967年,1967年以后水位持续降低,2004年以后水位快速上升,泉水位未来趋势应与降水保持一致,呈上升趋势,说明大气降水并非泉水动态的唯一影响因素;(4)通过建立不同时段的多元回归模型,表明近58年来地下水水位的主要影响因素由大气降水到人工开采之间的转换,同时验证了小波分析和Mann-Kendall法研究地下水动态的适宜性和可靠性,也为济南市的保泉提供了参考依据。
华蓥山中段地区地下水资源量评价
康小兵, 罗 声, 许 模, 刘 宏
2018, 37(4): 527-534.
摘要:
四川华蓥山中段地区水流失比较严重,供需矛盾突出,水环境持续恶化,不但影响到居民正常的生产和生活,而且严重影响了该地区国民经济的建设和发展。通过野外调查和综合分析现场收集的资料,总结出华蓥山中段地区地下水资源量流失情况:该区每年流失的水资源量约为0.914 4亿m3,且华蓥山褶皱西翼水流失总量大于东翼,而西翼北端是区内水流失量最严重的区域,其水资源量流失的影响因素主要为气候、社会发展及人类活动等。
黔西北裸露岩溶地区水文地球化学特征对土地利用方式的响应研究
杨桂花, 潘晓东, 袁建飞, 邓国仕, 唐业旗
2018, 37(4): 535-544.
摘要:
为了探讨不同土地利用方式下的水文地球化学特征与地下水循环演化的关系,文章选取贵州省毕节市典型农业区的农田、林地、草地灌木和建筑用地等四类土地利用方式,通过区域地质调查、遥感解译、水化学分析和图解方法,研究裸露岩溶地区其对地下水水化学组分的影响。结果表明:这四类土地利用区域地下水主要组分的浓度和主要矿物的饱和指数都呈差异性。此外,土壤易溶盐组分也随土地利用类型发生改变。并且发现,绝大多数样品中,土壤易溶盐组分浓度高于地下水中相同的组分。因此,降雨入渗补给条件下淋滤作用可导致土壤中易溶盐组分进入地下水中,进而影响地下水化学组分浓度的演化趋势。研究区域地下水均以HCO3-Ca型,HCO3-Ca-Mg型和HCO3-SO4-Ca型水为主,但是,受自然地理因素和人类活动的影响,地下水组分和水化学类型在不同土地利用类型区域中存在差异性。基于本研究建立了地下水演化的两种概念模型。
生态地质
50余年来岩溶山地近郊村域土地利用与景观格局演变——以贵州省清镇市王家寨地区为例
徐 倩, 李阳兵, 黄 娟
2018, 37(4): 545-554.
摘要:
选取贵州省清镇市近郊村域王家寨地区为研究对象,在GIS支持下,利用该区域1963年、1982年、2005年、2010年和2015年5期土地利用图形数据叠加分析,提取出研究区50余年来的土地利用/覆盖信息,并结合相应的社会经济统计数据,分析了其驱动力因子,其结果表明:(1)1963—2015年间,土地覆盖类型的总体变化为高被草地和平坝旱耕地明显减少,低被草地、农村居民点、工矿用地、公路用地面积大幅增加,其中,平坝旱耕地有向经济效益更高的土地利用方式转变的趋势;(2)景观格局演变的总体趋势是:自1963年起,斑块数量、斑块密度持续增加,到2015年呈下降趋势,而最大斑块指数逐年减小,形状趋于不规则,同时,近50年景观的多样性指数持续增加;(3)区内土地利用/覆盖和景观格局呈阶段性变化,从1963年到2005年,坡地土地利用活动较强,2005年后,平地土地利用强度增加、农业逐渐转型、聚落持续扩展;(4)区内土地利用及景观格局的变化主要受经济、人口和政策因素的影响。
滇石林石漠化与次生林的土壤含水率时空变化比较研究
何贝贝, 沈有信, 朱习爱, 刘志勇
2018, 37(4): 555-561.
摘要:
土壤水分是植被发育和生态恢复的关键。降雨、植被等影响着土壤含水率的时空异质性等的变化,这种作用在西南喀斯特地区尤为显著。以云南石林为例,选取典型石漠化样地及次生林样地,利用PR2(PR2-UM-2.0)传感器于每月月末对两类样地中0~1 000 mm土层的土壤含水率进行测定。结果表明:(1)石漠化样地各土层的土壤含水率在1年测定时间范围内均显著高于次生林样地,这与非喀斯特区域植被-土壤含水率关系不同;(2)两类样地的1年内各月土壤含水率之间差异显著,雨季各层土壤含水率高且波动较旱季小;(3)土壤含水率随土层深度增加而增加,400~600 mm范围增幅最大,600 mm以下的土壤含水率增幅会逐渐减小。
贵州喀斯特区域土壤水分时空分布特征
何兴潼, 袁淑杰, 潘 媞, 谷晓平, 于 飞
2018, 37(4): 562-574.
摘要:
基于贵州喀斯特区域2011-2015年53个自动土壤水分观测站0~100 cm的逐日土壤水分、降水、气温资料,分析了不同农业气候区土壤水分时空分布特征、变异系数以及土层之间的相关关系。得出以下主要结论:(1)各区土壤水分的范围总体相差较小,据 0~100 cm层土壤水分相对小值区的分布形态,可分为持续性土壤干旱区、季节性土壤干旱区、土壤湿润区。(2)依据各区土壤水分的变异系数相对大值区的时空分布形态类似可分为变异一致区、季节变异区及持续变异区。(3)通过10~50 cm对其下层土壤水分的关系研究发现,温暖湿润区、温和湿润区、高寒区研究土层(10~50 cm)与其下层(20~90 cm)土壤水分相关系数均>0.60,其余各区土层只与其下20~40 cm土层相关系数较大,而对其下更深土层相关系数较小;从滑动日数来看,各区10~50 cm土层与其下10~20 cm、30~50 cm、60~100 cm层最大相关系数的滑动日数随深度的增加而增加,分别为3~10日、10~20日、20~30日。(4)通过对比各区土壤水分与其变异系数分布特征发现,土壤水分的低值区发生的层次及时间与变异系数大值区基本相对应,土壤水分的变化除与降水、气温直接关系外,还可能与土质及环境等其他要素有关。
基于支持向量机的喀斯特山区土壤环境质量评价——以贵州北部一茶叶园区为例
尚梦佳, 周忠发, 王小宇, 黄登红, 张珊珊
2018, 37(4): 575-583.
摘要:
以贵州北部一茶叶园区80个表层土壤样品为研究对象,对其Hg、As、Cd、Pb、Cr和Cu含量进行测定,在MATLAB中应用支持向量机构建土壤环境质量评价模型,并与模糊综合评价法和内梅罗综合污染指数法的评价结果对比分析,探究支持向量机模型在喀斯特山区土壤环境质量评价中的适用性,其结果表明:研究区土壤质量Ⅰ类与Ⅱ类样品比例为33∶7,土壤环境质量大多数为I类;支持向量机方法的评价结果与模糊综合评价法和内梅罗综合污染指数法结果的相同率分别达到82.5%和80.0%,并分析结果有差异的样品,发现支持向量机评价结果更符合实际情况,这说明该模型适用于土壤环境质量的评价。
油气地质
碳酸盐岩缝洞型储层类型识别与分类预测
赵 军, 刘彦斌, 王菲菲, 戢宇强
2018, 37(4): 584-591.
摘要:
在碳酸盐岩储层评价中,储层类型的识别与分类是其关键,而储集空间决定了储层类型。储集空间主要以沉积以后的成岩后生及表生阶段改造的次生孔隙为主。由于次生改造作用的千差万别,再加上不同期次的改造作用的叠加,使得碳酸盐岩储层的次生孔隙结构异常复杂,储集空间的复杂性也造成了储层类型的多样性。文章根据研究区块常规、成像测井资料,结合取芯、地质以及测试资料对储层类型进行识别,并应用聚类分析方法对储层进行分类。研究结果表明,储层类型主要分为孔隙型、孔洞型、裂缝型储层,并将其分为四类储层,为研究区碳酸盐岩储层评价奠定了基础。
川西地区雷口坡组顶部不整合面特征及其对储层的影响
王文楷, 许国明, 淡 永, 宋晓波, 王琼仙, 冯 霞, 张 露
2018, 37(4): 592-601.
摘要:
近年来,川西地区在雷口坡组顶部钻遇优质储层,取得了天然气勘探的重大突破。基于野外露头、钻井岩芯、薄片、录井、测井、常量元素和(碳、氧)同位素等资料的分析,对川西地区雷口坡组顶部不整合面特征及其对储层影响进行了研究。结果表明,不同地区雷顶储层受不整合面的影响存在差异性:彭州地区雷顶发育裂缝型灰岩储层,储层发育不受不整合面影响;新场地区雷顶发育孔隙型白云岩储层,不整合面对储层有改善作用;回龙地区雷顶发育石膏溶蚀孔、洞型岩溶储层,不整合面对储层发育起控制作用。岩性和微古地貌是影响川西地区古岩溶作用发育的决定性因素。回龙地区广泛发育的规模性岩溶储层是川西雷口坡组下一步勘探的有利目标。
技术方法
典型岩溶富水构造的多极距联合剖面曲线正演模拟研究
刘 伟, 甘伏平, 周启友, 张 伟
2018, 37(4): 602-607.
摘要:
基于点电源电场微分方程以及电场满足的边界条件出发,结合目前高密度电法找水时常用的点线布设方式,对岩溶区常见的隐伏断层破碎带和溶洞两类低阻富水构造的多极距联合剖面曲线进行了二维正演模拟。模拟结果表明:联合剖面曲线对地下隐伏低阻体反应灵敏,曲线存在良好的分异性。对溶洞低阻富水构造来说,溶洞富水构造埋深约为1/2~2/3倍极距时,正交点异常最明显,随着联合剖面极距继续增大,同步低趋势逐渐显现;地下低阻溶洞空间范围越大,联合剖面曲线分异性越好,正交点异常越明显。对断层破碎带低阻富水构造来说,随着联合剖面极距的增大,正交点向断裂破碎带倾斜方向略为移动,但并不明显,正交点位置主要受浅部低阻的影响,随着极距的逐渐增大,同步低趋势逐渐显现,正交点左侧在断层倾斜方向上越来越多的测点呈现同步低异常,但曲线较平缓,而正交点右侧的曲线较陡,视电阻率在断层顶板的正上方处出现极小值。当联合剖面曲线正交点异常较明显时,随极距的增大正交点处视电阻率值逐渐降低,当联合剖面曲线异常形态以同步低为主时,随极距的增大正交点处视电阻率值趋于稳定。联合剖面曲线左右两支形态对于水平对称模型是对称的,对于倾斜模型是非对称的,倾斜低阻构造的倾向与联合剖面曲线正交点附近较陡一侧的曲线倾向一致。模拟结果可应用到岩溶地区高密度电法的多极距联合剖面曲线资料解释中。
基于Google Earth Engine云平台的植被覆盖度变化长时间序列遥感监测
裴 杰, 牛 铮, 王 力, 黄 妮, 曹建华
2018, 37(4): 608-616.
摘要:
基于Google Earth Engine遥感大数据云计算平台,以云南省南洞地下河流域为例,利用近2 000景30 m分辨率Landsat-NDVI长时间序列数据,采用像元二分模型对研究区1988-2016年的年最大植被覆盖度进行定量估算,并分别从流域整体和像元尺度分析近29 a间植被覆盖度的时空变化特征。研究结果表明:(1)南洞地下河流域大部分区域处于中等覆盖度和中高覆盖度,覆盖度随高程和坡度的增加而增大,其中年最大植被覆盖度 > 60%的区域占流域总面积的45.75%;(2)近29 a来,流域年最大植被覆盖度整体呈现不断增加的趋势,年均增长速率为0.56%,其中植被覆盖度轻微改善或是明显改善的面积占38.84%;(3)相比1988年,2016年高植被覆盖区和中高植被覆盖区面积分别增长50.51%、18.40%;而中等植被覆盖区、中低植被覆盖区和低植被覆盖区面积分别减少24.05%、47.95%和37.72%。封山育林等石漠化治理工程以及气候变化对于流域植被恢复和生态环境重建具有重要影响,其研究成果可为后续石漠化监测提供重要的基础研究数据。
高密度电阻率法在莱芜市泉河地区岩溶地质勘查中的应用
吴亚楠
2018, 37(4): 617-623.
摘要:
岩溶不仅会导致基岩面起伏很大,而且会产生较多的溶蚀带、溶洞、土洞等岩溶地质特征,灰岩分布区发生的地面塌陷等地质灾害,对建筑物安全及社会经济发展造成了严重的危害,高密度电阻率法是岩溶地质调查的重要物探手段。文章根据高密度电阻率法的基本原理及特点,对莱芜市泉河地区进行了岩溶地质勘查,通过对视电阻率二维成像图异常形态、高低阻等的反演分析,推断了该地区岩溶分布范围、大小和埋深。经钻探验证,推断结果与钻探资料吻合,为该地区岩溶塌陷地质灾害防治提供参考价值。
地球物理方法探索隐伏岩溶古河道——以湖南郴州万华岩为例
杜成亮, 甘伏平, 张远海, 赵 伟, 梁东辉
2018, 37(4): 624-631.
摘要:
为探讨湖南郴州万华岩景区上游岩溶古河道的存在性,丰富景区岩溶洞穴科普知识以推动地方旅游经济发展,探索性地应用高精度磁法、高密度电法、音频大地电磁测深法(EH4)等综合地球物理方法在景区上游进行了探测研究,其结果发现几处磁、电异常部位,并结合区内岩溶垮塌地貌形态、区域地质背景资料及野外地质调查成果,认为景区上游存在岩溶古河道,同时确定出岩溶古河道的剖面位置及平面走向。整个研究思路表明综合地球物理方法在研究岩溶古河道时具有可行性。
三种方法测试岩溶水样氢氧同位素的对比研究
杨 会, 王 华, 吴 夏, 唐 伟, 蓝高勇, 涂林玲
2018, 37(4): 632-637.
摘要:
通过高温热转换元素-同位素比值质谱法(TC/EA-IRMS)、多用途气体制备仪-同位素比值质谱法(GasbenchⅡ-IRMS)以及激光光谱法对岩溶水样进行对比检测,其结果显示:对于氢同位素,TC/EA-IRMS的精密度达到0.3 ‰,激光光谱法的精密度达到0.1 ‰,均优于GasbenchⅡ-IRMS的精密度1.4 ‰;对于氧同位素,GasbenchⅡ-IRMS的精密度达到0.02 ‰,激光光谱法的精密度达到0.04 ‰,优于TC/EA-IRMS的精密度0.16 ‰。使用激光光谱法测定岩溶水样的氢氧同位素,所需要的样品量少,精密度高,能够满足岩溶区样品的高精度测试要求。

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《中国岩溶》编辑部
2022年4月20日