隐伏断层高密度电法响应特征与应用研究

【目的】为探究高密度电法不同装置类型对不同倾角断层的探测效果,开展了高密度电法温纳alpha、温纳beta、温纳gamma、偶极装置对不同倾角断层探测效果研究。【方法】通过参数设计建立了不同倾角断层模型,进行正演计算得出结果,并采用最小二乘法对不同倾角断层模型的正演结果进行反演成像。【结果】比较结果得出高密度电法对探测断层倾角的最优识别装置为温纳alpha,其识别结果与设置值的匹配度高达96.1%。【结论】在试验场地预埋断层并利用温纳alpha装置对其进行探测,结果验证了高密度电法温纳alpha装置对断层响应效果最优,可有效确定断层产状信息,且实测结果与数值模拟结果基本符合。

基于高密度电阻率法的灌溉过程田间水分入渗特征研究

灌溉是农业生产中的重要环节,大量的田间水灌溉会诱发黄土滑坡等地质灾害,因此研究灌溉过程中田间水分入渗特征对于确定合理的灌溉制度与地区水资源管理具有重要意义。为研究灌溉水在田间的入渗特征,本文通过高密度电阻率法和土体含水率监测系统,在浸水试验过程中观测含水率和电阻率的变化情况,构建含水率和电阻率关系的模型,研究灌溉过程中水分入渗的空间变异性。结果表明,土体含水率随深度增加呈现先增大逐渐减小的趋势,在埋深30 cm处达到峰值。埋深小于1.5 m的土体电阻率受灌溉过程的水分入渗影响较大,随着水分入渗量增加,土体电阻率值减小。埋深大于3.5 m区域由于水分入渗微弱,土体电阻率变化不大。灌溉水在此处土体中的入渗深度约为3.0-3.5 m。构建的含水率和电阻率关系的对数模型θ=-6.681lnρ+54.59的相关性良好,误差较小,在水文地质调查中合理应用该模型可以得到含水率变化情况。

郑州市“7·20”特大暴雨时空分布特征分析

利用郑州市39个气象观测站降水资料对郑州市2021年7月17—23日出现的特大暴雨进行统计分析,通过数据处理软件研究郑州市强降雨的时空分布特征。结果表明:郑州市降雨量在空间上呈明显的梯度变化,呈现中部多、东西部少的特点;强降雨中心自7月17—22日开始由西南向东北移动,特别是7月20—21日郑州市主城区出现特大暴雨;郑州市强降雨具有明显的季节性,汛期内郑州降雨总量占全年降雨总量的86%,具有较大的降雨量级;郑州市此次强降雨事件是由多种因素共同作用的结果,其中包括地形因素、水汽因素和环流背景因素等,人口城市化和土地城市化的发展进程也对强降雨的强度和频次具有促进作用。

基于多种方法联合反演的河床岩性结构特征研究

河床结构探测是研究河水-地下水转化过程的关键,复杂河床结构探测过程中,单一物探方法通常精度不高。本文采用多普勒声学流速仪、地质雷达法、高密度电阻率法相结合,在淮北平原典型工作区进行河床形态和沉积物分布特征探测,构建了完整的联合反演河床岩性结构特征的技术体系,取得了较好的识别效果。结果表明:新汴河节制闸上游呈“蝶形”,河床结构均匀,底泥厚度变化范围小;下游河床形态受分水坝影响起伏较大,河床形态不平整,底泥厚度为0.8~1 m;涡河处河道形态呈半椭圆形,且底泥两岸薄中间厚。韩村剖面受抽砂干扰严重,河床出现中间高两侧低的情况,底泥分布不均匀;两河口断面下存在弱透水层(粉质黏土),下方为承压含水层,其潜水含水层分布不均匀。实践证明,多种技术联合反演在河床形态探测上能够相互印证,提高成果解译的可靠性和准确性,为河水-地下水转化研究提供支撑。

干旱半干旱地区包气带热参数模型研究

在干旱半干旱地区,包气带垂向温度梯度对其中水分运动的影响不可忽略。欲定量研究温度变化引起的包气带水分运移,需要建立水热耦合模型,而模型中热参数的确定成为模型求解的关键和难点。本文以实测数据为基础,对数据进行深入分析,提出一种以含水率为自变量推求导热系数的模型,模型中提出饱和导热系数和残余导热系数的概念,并对其可靠性、求解方法及敏感性进行了分析和验证,结果认为该模型能够方便求解水热耦合模型中的导热系数,并且可用多种方法求解,拟合精度高,实用性强。

介质含水量与介电常数模型参数试验研究

介质含水量与介电常数之间的关系研究奠定了利用电磁波理论测定含水量的重要理论基础,探索一种快速、无损、精确地测量包气带中水分变化过程的方法,为利用地质雷达等技术快速、精确测定上覆风积沙地区包气带水分提供理论支持。以鄂尔多斯盆地风沙滩地区风积沙为试验介质,通过试验测定介质含水量与介电常数,结合试验结果对Topp模型、Roth模型、Herkelrath模型进行讨论,并确定模型中的参数。研究结果表明,Herkelrath模型和拟合多项式优于Topp模型和Roth模型,更适合于本地区。

近30年鄱阳湖与洞庭湖水文变化与归因

为揭示鄱阳湖和洞庭湖水文特征并综合分析其影响因素对湖泊水资源管理及江湖关系,以两湖水系统为研究对象,采用非参数秩次相关检验法(Mann-Kendall M-K)分析方法和近30年两湖-流域-长江水位和流量长序列数据集,解析湖泊水文变化特征、趋势和程度,并通过两湖水文的对比来系统分析长江中游大型通江湖泊水文变化规律及其影响因素,旨在对两湖流域水资源的整体认识和把控,丰富对江-河-湖复杂水系统作用机制与内涵的深入理解。结果表明:两湖水位在近30年总体上呈"上升-非稳定状态-下降"3个变化阶段。2003年前,鄱阳湖和洞庭湖水位总体呈上升趋势,且在1980-2000年间基本处于不稳定的波动状态,2003年后两湖水位呈明显的下降趋势。Mann-Kendall分析得出:两湖水位可能在2005年左右发生明显突变,且鄱阳湖和洞庭湖水位与之前相比,最大降幅分别可达9.4%和3.4%,表明两湖水位变化的趋势程度存在差异,鄱阳湖水情变化的敏感程度要强于洞庭湖。对长江干流的补水期洞庭湖为4-10月,鄱阳湖为3-8月,表明两湖对长江干流水文的不同调节补偿作用。

毛乌素沙地典型岩性导热系数试验和模型研究

【目的】研究毛乌素沙地4种典型岩性的导热系数与含水率之间的关系。【方法】根据毛乌素沙地岩性特征和沉积环境不同,制定了相应的试验方案,利用JW-Ⅲ型热流计测定不同含水率条件下的导热系数,利用Campbell模型和赵贵章模型分析了毛乌素沙地典型岩性的导热系数与含水率之间的变化规律及其拟合误差。【结果】毛乌素沙地4种典型岩性中砂质壤土和风化砂岩的导热系数-含水率变化曲线呈线性,而风积沙和莎拉乌苏组的导热系数-含水率变化曲线基本呈非线性。Campbell模型对各种岩性导热系数曲线的拟合均呈线性,而用赵贵章模型可很好地反映参数的变化特征。赵贵章模型拟合的不同岩性导热系数-含水率变化曲线的相关系数均大于0.97,而均方根差均小于0.005。【结论】利用赵贵章等提出的导热系数和含水率模型能很好地反映参数的变化特征,可见该模型的拟合精度可以满足要求。

东南沿海乡镇单元地质灾害风险评估——以杭州富阳区洞桥镇为例

地质灾害风险评估的方法较多,但多以中、小比例尺下的区域及县域为评价单元,对于乡镇等大比例尺为评价单元的研究较少。本文以杭州富阳区洞桥镇为例,结合研究区降雨的特点,以网格划分作为评价单元,以1:10,000地质灾害详细调查数据及收集到的相关社会、经济资料为基础,运用Arcgis,对杭州富阳区洞桥镇在降雨条件下的地质灾害风险进行综合评估;采用综合指数法对研究区地质灾害易发性进行了评价。在此基础上,模拟四种降雨条件工况对研究区进行综合评价。以人口易损性和承灾体易损性为指标,对研究区人员伤亡风险、经济损失风险进行了评价与制图,并耦合两种风险评价,得到综合风险等级评价结果,最终形成富阳区洞桥镇地质灾害风险评估分区图,分析不同风险等级的结果,旨在为政府部门进行宏观决策、地方进行减灾防灾提供基础依据,为东南沿海地区乡镇单元地质灾害风险评估的研究提供参考。

多元集对分析在湿地健康评价中的应用

湿地健康综合评价是一项影响因素多、关系非线性化、不确定性复杂的系统工程。利用集对分析原理及其可展性,以主同、超同、同化度等概念和新的定元准则,弥补了常规集对分析不能确定权重与多级定元准则粗糙的不足,而建立的多元集对分析模糊评价模型。应用该模型对河南境内黄河湿地进行健康评价,并与常规集对分析模型与改进集对分析模型评价结果进行比较,实例应用显示该模型能够真实地反映评价对象客观健康状况,评价结果更符合客观实际。研究表明,基于熵权的多元集对分析模糊评价模型结构简单,计算简洁,可行有效。

介质含水率与探地雷达电磁波特征参数关系

【目的】研究GPR电磁波属性参数与含水率的内在关系,揭示流域范围内土壤水分赋存特征具有重要意义。【方法】利用美国劳雷工业SIR-3000型地质雷达,对不同含水状态风积沙进行GPR探测试验,分析了不同含水率风积沙试样中电磁波传播过程的参数特征,建立了其与含水率的关系模型,并推算介电常数;利用介电常数仪直接测定不同含水率风积沙试样的介电常数,对比基于波速间接所得介电常数,校验了介质含水率与电磁波特征参数关系模型的有效性。【结果】随介质含水率增加,GPR电磁波的双程走时呈非线性增加趋势,波速呈负线性降低趋势;随含水率增加,基于GPR波速间接推算介电常数与介电常数仪直接测定介电常数呈相似增大趋势,相同条件下两类介电常数最大误差约3.6%。【结论】借助GPR电磁波波速与双程走时可以有效评价风积沙水分赋存特征与介电特性。

包气带水分特征曲线参数模型及算法分析

[目的]为包气带水分特征曲线参数寻找一种合理有效的拟合方法。[方法]结合试验实测数据,利用非线性无约束算法、非线性最小二乘法和粒子群优化算法对模型中的参数进行拟合。[结果]在对Brooks-Corey模型采用非线性回归分析、优化算法拟合的参数中,拟合的θr分别为0.830和0.349,显然脱离了物理背景;非线性回归分析拟合Van Genuchten模型中的参数α显然脱离物理背景。不同算法对Gardner模型中参数影响不大。Van Genuchten模型能完整地刻画整个脱湿曲线,Brooks-Corey模型和Gardner-Russo模型在含水率接近饱和状态时不适用或在进气值处存在不连续。Van Genuchten模型在不同算法之间的差别较小,Brooks-Corey模型和Gardner-Russo模型在不同算法之间的差别较大。非线性回归分析拟合的误差最小,优化算法次之。[结论]非饱和带水分特征曲线参数模型的选用不能脱离参数的物理背景。

介质含水量与介电常数模型影响因素分析

土壤的介电性质取决于土壤组分、含水量、容重、温度以及含盐量等因素,为了研究各因素对介电常数的影响程度,本文通过试验测定不同影响因素条件下介电常数的变化规律,为不同地区包气带土壤介电常数的修正提供依据。结果表明:含水量与介电常数呈正相关关系,即当介质含水量增加时,介电常数随之增加,其成一定函数关系;当温度为-0.5℃和5℃时,随着含水量的增加,介电常数先增大后减小;在15℃和20℃时,介电常数随着含水量的增加而增加;在一定含水量范围内,介电常数随着土壤容重的增加而增加;对于细砂和粉砂的混合物,在含水量为0和20%时,随着细砂含量的增加,介电常数先减小后增大,细砂含量为0时,介电常数最大;在含水量为5%时,介电常数随着细砂量的增加并无明显变化。

近30年银川平原典型湖泊动态变化及归因分析

湖泊是我国西北地区人民生活生产和社会经济发展等诸多方面的重要水资源,湖泊系统的动态变化将会导致一系列生态环境问题,但干旱区的湖泊变化问题关注度较少。以中国西北部水资源缺乏的银川平原为研究区,采用了遥感和GIS技术、空间分析、连续小波分析和主成分分析等方法,探究了银川平原近30年典型湖泊的面积动态变化情况,并揭示气象因子、人类活动和引黄灌溉等关键因素对湖泊演变的影响。结果发现,1990-2020年银川平原湖泊面积呈现明显的减少趋势,湖泊面积从92 km^(2)减少到81 km^(2),银川平原湖泊数量因水系连通工程,小湖泊大范围合并,导致湖泊数量急剧减少,但湖泊数量仅辅助表明银川平原湖泊动态变化情况,湖泊面积和数量的减少趋势,表明银川平原的湖泊水文和生态功能正面临着威胁。统计分析表明,1990-2020年平均气温和年降雨量呈现微弱升高趋势,而城市居民取水量、耗水量、引黄总量和排黄总量均呈逐步减少趋势,对银川平原湖泊面积动态变化均存在一定影响。归因分析得出,银川平原气象要素,即气温和降水量对银川平原湖泊面积动态变化的影响较小,引黄灌溉量是导致银川平原湖泊面积减少的主要因素。研究可为银川平原湖泊水资源利用、干旱区生态环境保护和城市经济有效发展等方面提供科学依据。

综合物探方法在滑坡地质勘探中的应用研究

综合物探方法在滑坡等地质灾害的勘探中发挥着重要的技术作用。这里以河南省某地滑坡勘探为例,利用高密度电阻率法和地质雷达法等综合物探方法,分析两种物探方法的技术原理、联合解释,并结合地质钻探、地质调查等资料,查明该场地滑坡体的分布情况。结果表明,综合物探方法能有效地减少物探的多解性,提高成果解释精度,其综合物探解释成果与地质情况较为吻合,显示出综合物探方法在滑坡等地质灾害勘探中的重要作用。最后,对综合物探方法及综合解释进行了简要的总结和展望。

毛乌素沙地不同地貌下沙柳根系分布特征研究

[目的]研究毛乌素沙地不同地貌下沙柳（Salix psammophila）根系分布特征,揭示干旱地区不同地貌下植物适应机理。[方法]利用中子水分仪观测沙丘上和丘间洼地沙柳样地的土壤水分动态,采用挖掘法分别对沙丘和丘间洼地上的沙柳样地进行根系分布的调查研究。[结果]在水平方向上,沙丘上沙柳根量呈指数函数减少;丘间洼地的沙柳根量呈乘幂函数减少。在垂直方向上,沙丘上的沙柳根系主要分布在0~30和80~120 cm的土层范围内,根量占总根量的72%;丘间洼地上的沙柳根系主要分布在0~40 cm的土层范围内,根量占总根量的54%。[结论]沙丘上沙柳根系不仅利用表层土壤水,而且还利用中层地下水。丘间洼地沙柳根系则以利用表层土壤水为主。

冻融条件下浅层黄土中温度与水分的空间变化相关性

黄土高原是西北典型的季节性冻土区,在黄土斜坡冻结和融解过程中土体内的温度、水分变化显著,导致土体中含水量及地下水位发生相应的变化,诱发一系列的滑坡、崩塌等地质环境问题。选择甘肃永靖县黑方台黄土斜坡为研究区,原位监测冻结至融解过程中黄土的温度和含水量,研究冻融条件下黄土斜（边）坡冻结层温度和水分及变化特征及其关系。结果表明,本次监测点黄土冻结深度为52cm,黄土剖面温度表现为3个特征带：温度稳定传递带、温度变动带、温度交替显著带。温度在黄土斜（边）坡冻融过程中对水分具有控制性作用,含水量随温度变化划分为3个阶段：1小于2℃,含水量随温度呈现非线性递增趋势;22~6℃,含水量随温度呈现波动性下降;3大于6℃,水分由小幅增加直至稳定,温度影响权重减小。随着冻结土层完全融解,被冻结水分融解后向下运移,最终导致剖面含水量急剧增加,因此,冻结至融解过程中含水量发生急剧增加,是导致浅层黄土滑塌的重要因素。

淮河流域地下水资源概况及开发潜力

淮河流域人均水资源量为475 m^(3),不足全国人均水资源量(2100 m^(3))的1/4,且地下水质量较差,水资源供需矛盾突出,严重制约区域社会经济高质量发展。本研究以水循环理论为指导,利用多期地下水资源调查数据,分析了淮河流域地下水资源量、影响因素及可持续开发利用潜力。分析结果显示:淮河流域水循环过程主要受人工开采影响,导致地下水位持续下降,有效蒸发减弱;淮河流域地下水天然资源量为326.97亿m^(3)/a;流域地下水质量总体一般,平原区孔隙水中Ⅰ~Ⅲ类水占比不足30%,与历史数据对比,水质呈劣化趋势;流域浅层地下水开采潜力呈现南部大于北部、山区大于平原的特征。淮河流域内,江苏全域、安徽沿淮地区浅层地下水开采潜力较大;豫东、鲁西南局部地区浅层地下水已超采,无开发利用潜力;其余地区浅层地下水盈余量较小。研究结果为区域地下水资源科学开发利用提供了地学依据。

毛乌素沙地沙柳根系与土壤水分特征的研究

[目的]分析毛乌素沙地沙柳根系分布特点及土壤水分的关系,进一步确定干旱地区沙柳根系吸水模型。[方法]采用挖掘法对沙柳样地的毛、细和侧根根系分布进行调查研究,使用土壤水分中子仪测量土壤含水率。[结果]沙柳样地毛根根量分布呈现逐渐递减规律,最大值出现在表层20 cm,毛根主要利用表层20 cm以上的土壤水分。细、侧根根量分布呈现先增大后减少规律,最大值出现在100~120 cm土壤深度,细、侧根主要利用100 cm深度上的土壤水分。[结论]沙柳根系生物量总体上逐渐减小,根系分布与土壤水分变化基本符合沙柳吸水规律。

磁共振探测估算含水层渗透系数的原位试验研究

通过一个完整的磁共振探测(MRS)、钻探、抽水试验过程,开展了MRS估算含水层渗透系数的原位试验研究。在分析MRS估算渗透系数准确性的基础上,系统剖析了引起准确性差异的主要因素,并对进一步提高估算效果提出了建议。结果显示:(1)采用现阶段常用的参数设置,与抽水试验计算值相比,MRS估算渗透系数的差值为抽水试验计算值的17. 59%。(2) MRS推断的含水层顶板、底板埋深与钻孔揭示的信息相比,差值分别为4. 11m、1. 03m,表明其对估算渗透系数准确性的影响较小。(3) C_P值是影响估算准确性的重要因素,主要取决于地质条件,其值为10-9数量级符合大多数地层的特点。另外,通过在已知渗透系数的钻孔附近进行MRS,从而获取C_P参考值,应用该值估算的渗透系数准确性高于常用的参数设置。(4)指数a、b设置方面,应用Seevers公式(a=1、b=2)的估算效果优于Kenyon公式(a=4、b=2)。本成果有助于提高MRS估算渗透系数方法在野外条件下的适用性。