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岩溶泉水温度对降雨-流量响应的指示作用

何清 陈喜 张志才 程勤波

何 清,陈 喜,张志才,等. 岩溶泉水温度对降雨-流量响应的指示作用[J]. 中国岩溶,2024,43(2):1-8 doi: 10.11932/karst2024y003
引用本文: 何 清,陈 喜,张志才,等. 岩溶泉水温度对降雨-流量响应的指示作用[J]. 中国岩溶,2024,43(2):1-8 doi: 10.11932/karst2024y003
HE Qing, CHEN Xi, ZHANG Zhicai, CHENG Qinbo. Indicative function of temperature of karst spring on rainfall-flow response[J]. CARSOLOGICA SINICA. doi: 10.11932/karst2024y003
Citation: HE Qing, CHEN Xi, ZHANG Zhicai, CHENG Qinbo. Indicative function of temperature of karst spring on rainfall-flow response[J]. CARSOLOGICA SINICA. doi: 10.11932/karst2024y003

岩溶泉水温度对降雨-流量响应的指示作用

doi: 10.11932/karst2024y003
基金项目: 自然科学基金重点项目(41571130071);面上项目(41971028,41571020)
详细信息
    作者简介:

    何清(1998-),男,硕士研究生,主要研究方向为喀斯特流域水文。E-mail:211301010011@hhu.edu.cn

    通讯作者:

    陈喜(1964-),男,教授,博士,主要从事地下水及水文数值模拟研究。E-mail:xichen@hhu.edu.cnxi_chen@tju.edu.cn

  • 中图分类号: P641.134

Indicative function of temperature of karst spring on rainfall-flow response

  • 摘要: 岩溶区土−岩交错、裂隙和管道发育,加大了降雨入渗补给方式和多重水流辨识难度。本文利用贵州陈旗小流域场次降雨、泉流量以及大气、土壤和泉水温度观测数据,识别降雨入渗补给方式、泉流量来源以及热传导机制。结果表明:强度小、历时长的降雨,泉水温度缓慢上升且持续时间长,以“分散入渗补给”和热传导作用为主;随着降雨强度增大、持续时间缩短,泉水温度上升时段缩短、下降快速,以“径流集中入渗补给”和“直接集中入渗补给”为主,热传导减弱、平流作用增强。退水初期泉水温度比泉流量下降快速,后期则相反。指示退水初期泉流量来源于大量细小裂隙水向岩溶管道中释放,后期释放量减小并趋于稳定。

     

  • 图  1  陈旗流域地形、岩性、水文气象观测站以及山坡泉域分布

    Figure  1.  Topography, lithology, hydrometeorological observations and distribution of hillslope spring in Chenqi basin

    图  2  不同降雨事件气温(Ta)、土壤(Ts)和泉水温度(TQ)和泉流量(Q)变化

    Figure  2.  Temperatures of air (Ta), soil (Ts) and spring water (Ts) and spring discharge (Q) in different rainfall events

    图  3  泉域降雨入渗补给以及管道与裂隙水流交换过程(右图)及其概化图(左图)

    Figure  3.  Rainfall infiltration and recharge process of spring and flow exchange between pipeline and fissure (right picture) and its generalization (left picture)

    表  1  不同月份场次降水平均降水量以及雨前、雨中平均气温、土壤温度和泉水温度

    Table  1.   Mean precipitation of rainfall events and mean air, soil and spring temperatures of pre- and amidst-rainfall

    降水量
    /mm
    气温Ta
    /℃
    土壤温度Ts/℃ 泉水温度TQ/℃
    埋深20 cm 埋深40 cm
    雨前 雨中 雨前 雨中 雨前 雨中 雨前 雨中
    5月(1场) 28.8 21.59 21.09 21.68 19.25 18.28 18.90 18.08 17.01
    6月(8场) 42.5 22.59 19.19 23.69 19.65 20.29 20.39 17.22 17.02
    7月(3场) 43.1 22.08 19.49 24.39 20.72 21.33 21.40 17.62 17.33
    8月(4场) 20.9 22.23 21.66 22.49 21.24 22.86 22.93 18.21 17.77
    9月(5场) 16.4 23.23 21.28 22.84 19.37 21.79 21.80 19.34 18.76
    平均 30.3 22.53 20.41 23.35 20.25 21.57 21.63 18.10 17.72
    下载: 导出CSV

    表  2  不同降雨类型下泉流量、泉水温度变化特征以及入渗补给方式和泉水来源辨识

    Table  2.   Characteristics of spring flow, spring temperature and soil temperature for identifying infiltration recharge and spring water sources under different rainfall types

    降雨 入渗期 退水期
    类型 降雨特征 泉流量和温度 入渗方式和
    热传导作用
    泉流量和温度 泉水来源
    I类 雨强小(0~10 mm·h-1)、
    历时长(>10 h)
    泉流量和泉水温度缓慢上升,流量峰值维持时间长;土壤温度缓慢下降,但高于泉水温度 分散入渗,
    热传导
    初期泉流量比泉水温度下降慢;后期泉流量迅速下降至平稳状态,泉水温度接近雨前温度 初期大量细小裂隙水的释放;后期细小裂隙水释放量降低,趋于稳定
    II类 雨强大(大于10 mm·h-1)、
    历时短(<10 h)
    泉流量迅速上升,泉水温度先上升后快速下降;土壤温度迅速下降,接近泉温度峰值 径流集中入渗, 热传导和平流
    传热
    泉流量下降与上述类似,泉水温度初期下降迅速,后期低于雨前温度
    III类 雨强大(>10 mm·h-1)、
    历时极短(<1 h)
    泉流量迅速上升,泉水温度快速下降或短暂上升后下降;土壤温度下降迅速 直接集中入渗,平流传热 泉流量下降与上述类似,泉水温度初期下降迅速,后期远低于雨前温度
    下载: 导出CSV
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