晋祠泉域岩溶地下水防污性能评价与水质保护区划分

晋祠泉域岩溶水是太原市生活和工农业生产等重要的水源。文章以新划分的晋祠泉域岩溶水系统为评价对象,在欧洲方法及“水量脆弱性评价”的基础上,选取包气带厚度、入渗补给强度、上覆地层岩性及岩溶含水层的富水性4个指标,进行泉域岩溶水系统防污性能评价及水质保护区划分。结果表明:泉域泉源保护区主要分布在晋祠公园及周边;一级保护区主要分布在汾河主干流、西山山前碳酸盐岩裸露区,屯兰川、天池河及柳林河碳酸盐岩渗漏段等;二级保护区主要分布在泉域北部、汾河北岸等;准保护区主要分布在汾河南岸、东南部的太原盆地地区等。

晋祠岩溶泉流量衰竭分析

根据晋祠泉域41年的补径排资料,对晋祠泉流量的衰减进行了综合分析,得出了导致晋祠泉断流的因素有:大气降水量、汾河渗漏量、人工开采量(含采煤排水)、太原盆地孔隙水开采量等,其中人工开采岩溶水(含采煤排水)是引起泉流量衰减的最主要因素。

基于EOF和M-K的晋祠泉域岩溶地下水水化学时空变化特征分析

为研究晋祠泉域岩溶地下水水化学的时空变化规律,以2001-2014年该泉域内具代表性的岩溶水监测点水质资料为基础,以pH值、7大主要离子及TDS作为因子,运用经验正交函数(EOF)分析与Mann-Kendall(M-K)突变分析相结合的方法,对晋祠泉域14年的水化学场进行时空结构分离。结果表明:在空间分布特征上,pH值由北向南逐渐减小,汾河中段以南出现低值区;Ca^(2+)、Mg^(2+)、HCO^-_3、SO^(2-)_4和TDS的空间变化趋势相似,整体上均是由北向南逐渐增加,等值线在古交一带较周围地区升高;K^++Na^+和Cl^-含量在整个泉域普遍较低,但K^++Na^+在泉域边界处的王封和西寨一带含量升高,Cl^-在古交以及西华苑处增高。在时间演化特征上,从2001-2014年pH值、Mg^(2+)、K^++Na^+、HCO^-_3和Cl^-含量基本在平均值上下波动;Ca^(2+)和SO^(2-)_4含量逐年降低,且分别在2008年和2009年之后呈明显的下降趋势;TDS在2005-2007年呈明显的下降趋势,在其它时段下降趋势不显著。

基于修正PI模型的晋祠泉域岩溶水脆弱性评价

为有效管理和应用晋祠泉域岩溶地下水资源,需要确定晋祠泉域岩溶地下水保护带。根据晋祠泉域水文地质条件及岩溶地下水特征,在PI评价模型的基础上,增加煤层开采S和人工排泄Ad两个影响因子,构建PISAd指标体系,应用CIM-AHP评价体系,基于GIS技术,对晋祠泉域岩溶地下水脆弱性进行评价。结果表明:晋祠泉域岩溶地下水脆弱性分区面积比例由大到小依次为高脆弱区38.3%、较高脆弱区26.8%、中等脆弱区18.0%、较低脆弱区9.8%和低脆弱区7.1%。高脆弱区主要集中在灰岩裸露区、汾河渗漏段以及煤层带压开采区。

晋祠泉域地下水开采决策的风险分析

以山西省太原市晋祠泉为例 ,在简要阐述研究区基本条件及风险分析基本概念的基础上 ,对该泉域地下水开采决策进行了风险分析 ,计算泉水发生断流的概率 ,分析断流对工农业生产、旅游业和生态环境的影响 。

山西晋祠泉域地下水位回升原因分析

通过对晋祠泉域地下水动态监测资料和水文资料的分析研究,确定泉域地下水位回升的主要原因是关井压采和煤炭资源整合压采,汾河清水复流等水生态系统修复工程对泉域地下水位回升也起到了不可忽视的作用。

晋祠泉域岩溶水生态系统健康评价

文章尝试性地提出岩溶水生态系统的概念,从系统的特征、功能和面临的威胁三方面论述了其内涵,基于驱动力-压力-状态-影响-响应(DPSIR)模型,综合考虑自然因素和人类活动叠加影响,构建了岩溶水生态系统健康评价指标体系;用层次分析法(AHP)确定指标权重,用综合评价法确定岩溶水生态系统所处健康状态,并将其分为很健康、健康、亚健康、不健康和病态五级。并以晋祠泉域为例,采用ArcGIS空间分析技术确定岩溶水生态系统健康评价等级。结果表明:泉域煤矿开采区处于不健康状态,东部平原区和中部径流区均处于亚健康状态,碳酸盐岩裸露区和汾河周边区域处于健康状态,分别占晋祠泉域总面积的29%、31%和40%。

基于人工神经网络的晋祠泉水位模拟研究

晋祠泉是太原市第二岩溶大泉,受太原市工农业生产大量开采岩溶水影响,该泉已于1994年4月断流。为了探索人类因素影响下的泉水水位变化趋势,采用前馈神经网络、动态递归神经网络、时延神经网络、非线性动态自回归神经网络、级联神经网络5种人工神经网络,结合14种训练算法构建晋祠泉水位预测模型,基于2013—2017年实测泉水位数据分析各种人工神经网络预测模型精度,结果表明:动态递归神经网络可用来对晋祠泉水位进行准确预测,traincgb、trainrp、traincgf、traincgp等算法效果比较理想。同时应用LSTM深度学习模型预报未来10 a的降水量,进而计算出降水入渗补给量等,并结合动态递归神经网络预测晋祠泉域未来水位变化,结果测定2019年晋祠泉水位可以超过复流最低水位802.59 m。

晋祠泉域岩溶地下水三维水流模型及复流方案

针对晋祠泉断流提出了解决方案。基于Visual MODFLOW建立晋祠泉域岩溶地下水位与各种源汇项间的定量数值模型,分析了晋祠泉域岩溶地下水位的现状及趋势,从控制人为开采量(包含采煤排水)和加大补给量两个方面提出使得晋祠泉复流的方案,并预测了复流时间。结果表明,所建立的三维地下水水流模型具有较高的拟合精度,运行模型所得的预测结果与实际情况相符,对晋祠泉域的岩溶地下水研究具有指导意义。

太原市晋祠泉域生态环境特征分析

山西太原市晋祠泉是华北有名的岩溶大泉,近年来泉水流量一直呈衰减趋势甚至断流,恢复和保护晋祠泉水的昔日风貌让名泉复流,深化对泉域的研究在全省的水资源战略格局中至关重要。文中从水土保持的角度研究了晋祠泉域的自然地理与水资源系统环境特征。泉域内有土石山区、黄土丘陵沟壑区、黄土丘陵阶地区三种地貌类型;土地利用布局不合理,水土流失严重,土壤侵蚀模数500～7 000 t/(km.2a);降水是泉水流量变化的主要影响因素,1974年之后,降水量与汾河渗漏量的逐年减少、岩溶地下水开采逐年增加以及补给区水土流失成为导致晋祠泉水流量衰减的综合因素;结合晋祠泉岩溶水介质系统构造发育,研究了晋祠泉水资源系统结构特征与泉水补给区域特点,泉水的补给主要依靠灰岩裸露区接受大气降水和河流渗漏。对晋祠而言,汾河水在深水位灰岩区的渗漏则不容忽视,这种补给更可能占主要地位。

山西省水资源实时监控系统运行情况分析——以晋祠泉域2012年度运行情况为例

通过分析晋祠泉域水资源实时监控系统2012年度的运行情况,证明山西省水资源实时监控系统确实能为我们采集取水量、水位埋深、水位高程等基础数据,为太原市进行地下水量变化、水位下降情况、水质变化情况的科学研究提供数据支撑。