湖南洛塔干河猪场表层岩溶泉BP人工神经网络分析

采用湖南洛塔地区干河猪场表层岩溶泉日降水—日平均流量长期观测资料训练BP人工神经网络,建立了该泉的径流预测模型。通过模型训练输出结果中降水量对径流量的贡献率,分析了表层岩溶带对水资源的调蓄能力。结果表明,降水对泉流量的显著影响时间为6天,当天和前一天的降水对当天的流量影响最大;干河猪场表层岩溶带可调蓄26.1%的岩溶水资源;干河猪场泉的全部流量可作为可采资源量,平均流量5.8 L/s,可满足目前的引水需求;通过改善土壤和植被覆盖条件可提高其调蓄能力。

湘西洛塔表层岩溶泉的生态环境类型及水文特征

岩溶石山区表层岩溶带的调蓄功能可有效控制石漠化的加剧并为严重缺水地区提供饮用水。文章以湖南洛塔为例,在大量的野外调查基础上,通过对洛塔岩溶区表层岩溶系统生态环境与表层岩溶泉水文特征的对比研究,按生态环境属性将表层岩溶泉分为三种主要类型:森林环境表层岩溶泉、石漠化环境表层岩溶泉及石漠化-森林过渡环境表层岩溶泉。详细论述上述三种表层岩溶泉的发育条件与水文特征:森林环境表层岩溶泉具有持续稳定的水文动态与流量;石漠化环境表层岩溶泉流量与降雨量相对应,动态极不稳定;石漠化与森林过渡环境表层岩溶泉流量排泄峰值具有随泉域植被覆盖率增加而缓和的趋势。按照环境类型对表层岩溶泉进行分类,可直观地显示其特殊的水文特征,有助于岩溶泉的合理开发和综合利用。

表层岩溶地下水出露地表后的脱气作用——以重庆市南川区柏树湾表层岩溶泉溪流为例

以重庆市南川区柏树湾表层岩溶泉溪流为例,沿柏枝溪流程以一定间距监测水体中HCO3-的浓度及其pH、电导率、溶解氧等水化学参数,并初步探究溪流水的脱气效应。结果显示(1)表层岩溶地下水出露地表后,HCO3-浓度沿流程呈现出递减的规律;(2)HCO3-浓度递减的快慢反映了脱气作用的强弱,溪流脱气速率具有"枯水期>平水期>丰水期"的特点;(3)暴雨期间由于稀释效应HCO3-浓度递减趋势不明显,但降雨后期,递减又开始逐渐产生;(4)脱气效应在造成溪流水HCO3-浓度减小的同时,也导致电导率(EC)沿柏枝溪流程逐渐降低,而pH值逐渐升高;(5)沿途溶解氧(DO)昼夜变化表明,水生生物作用对脱气作用可能也有一定的影响,但其影响机制还有待进一步的研究。

雪玉洞上覆土壤CO_2变化及对表层岩溶泉水化学特征的影响

通过对雪玉洞上方山神庙和火石垭两处土壤CO2和出露于上覆基岩中的红庙水井和一碗水两处表层岩溶泉水化学特征近1年的监测,发现各深度(20,30,60cm)土壤CO2浓度在300～30 000ml/m3范围内变化,呈现夏秋高、冬春低的特点。其中火石垭土壤CO2浓度在2011年10月3个不同深度土壤层都出现明显低值,指示了外界干湿条件的变化。随深度的增加,土壤CO2浓度表现出递增的趋势,但是受不同因素的影响不同地点、不同土壤层中CO2浓度的变化有所不同。表层岩溶泉水化学对土壤CO2浓度的变化具有较好的响应,Ca2+、HCO3-、电导率(EC)与土壤CO2浓度的变化趋势基本一致,呈现夏秋高、冬春低的特点。pH值与土壤CO2浓度的变化趋势相反,呈现夏秋低、冬春高的特点。全年表层岩溶泉水的方解石饱和指数(SIc)>0,Ca2+处于饱和状态,但季节变化明显。二氧化碳分压(P(CO2))与方解石饱和指数变化趋势相反,二者在2011年10月都出现极值,反映出表层岩溶泉水化学的变化受土壤CO2影响显著。

典型表层岩溶水系统降水量与泉流量的交叉小波分析

利用2002年3月至2008年12月龙怀表层岩溶水系统降水量与2个表层岩溶泉泉流量资料,采用连续小波变换、交叉小波变换与小波相干方法,对龙怀表层岩溶水系统降水量及表层岩溶泉泉流量多时间尺度特征及相关关系进行了分析。结果表明:龙怀表层岩溶水系统降水量主振荡周期为0.77～1.16a,布洋1号泉与龙何下泉泉流量的主振荡周期均为0.82～1.23a,而其高频部分周期变化均不连续,其动态特征均以年际变化为主;交叉小波变换揭示COI区域外降水量与布洋1号、龙何下泉泉流量的主共振周期均为0.77～1.23a,且涵盖全部时域,2个表层岩溶泉对降水的响应是显著和稳定的;表层岩溶泉泉流量存在稳定的落后于降水量的相位变化,布洋1号、龙何下泉分别落后于降水量0.61d、2.63d左右,表层岩溶泉径流过程为其泉域特征所制约;小波相干谱表明降水量与布洋1号泉流量在0.17～2.45a的全频域均显著共振,与龙何下泉在0.17～1.55a的周期上显著共振,且二者均涵盖了大部分时域,降水量与泉流量动态高度相关。

亚高山表层岩溶泉域土壤溶蚀速率季节变化及碳汇量估算——以重庆金佛山水房泉流域为例

利用标准溶蚀试片法测定了重庆金佛山水房泉流域林地、草地和灌丛三种土地利用类型不同深度年溶蚀速率。结果表明,不同土地利用类型、不同季节、不同土壤深度的溶蚀速率具有很大的差异。通过对各土地利用类型下不同季节不同深度土壤有机质、土壤CO2浓度和土壤pH分析发现:土壤有机质和pH相互耦合共同对溶蚀速率产生影响,有机质含量越高,则pH值越低,溶蚀速率就越大;三种土地利用方式下土壤CO2浓度与溶蚀速率具有一定的相关性,夏秋季土壤CO2浓度较冬春季高,相对应地,其土下溶蚀速率也比冬春季大。最后利用试片溶蚀数据对泉域内年碳汇量进行了估算,结果约为:25.595t/a。

贵州荔波岩溶峰丛区表层岩溶泉对大气降雨的响应及其指示意义

以贵州荔波岩溶峰丛区表层岩溶泉为研究对象,采集同期大气降雨和泉水样品,根据它们的δ18O值和δD值以及水量特征,分析植被-土壤-表层岩溶带的调蓄功能。根据表层岩溶泉对降雨的响应特征,将植被-土壤-表层岩溶带分为慢速流域和快速流域,两域之间存在一定的水力联系。卷积积分理论的余弦模型计算结果表明,补给水体经慢速流域调蓄后,其氢氧同位素运移至泉水出水口的平均渡越时间不小于181 d,说明慢速流域具有较强的调蓄功能。通常,从水量特征上看,大的降雨事件易于引起快速流,而雨水和泉水的同位素特征表明,快速流不仅仅源于降雨通过植被冠层形成的穿透雨和树干径流,快速流域也可能具有一定的存储特征,但快速流暴涨暴落的特性显示其调蓄功能较差。因此,有必要采取相应措施,如改善生态环境,以防止水土流失,减少快速流的发生,提高水分的利用效率。

打狗河流域表层岩溶泉分布特征及水化学特征的影响因素

利用野外调查所得的打狗河流域表层岩溶泉的水化学数据,分析地形地貌、地层岩性、土壤植被、地质构造等因素对表层岩溶泉分布特征及水化学特征的影响。结果表明,打狗河流域表层岩溶泉主要发育于峰丛地貌;白云岩最有利于表层岩溶泉的形成;植被越茂盛,表层岩溶泉越容易发育;地质构造通过控制岩溶发育来影响表层岩溶泉发育。受含水介质中地层岩性控制,打狗河流域表层岩溶泉水化学类型比较集中,主要为HCO3-Ca型;表层岩溶泉流域面积较小,径流时间、径流路径较短,水岩相互作用较弱,使得其pH值偏低,地下水中方解石饱和指数与白云石饱和指数均未达饱和。

表层岩溶泉域短时间尺度岩溶作用碳汇效应初步研究——以重庆市金佛山水房泉域为例

本文以水房泉表层岩溶泉域为例,通过CDTP300多参数自动水质监测仪提供的年际连续的电导率、水温、水位,利用岩溶水化学-径流量方法计算出水房泉连续两年各月的CO2吸收量和年吸收总量。计算结果显示水房泉各月CO2吸收量中6、7、8三个月吸收量较大,1、2、12月吸收量均较小;年最大CO2吸收量出现在7月份,年中最小CO2吸收量出现在1月份。水房泉各月CO2吸收量同水房泉出口月径流量和月降雨量都有很好相关性,雨季吸收量远大于旱季吸收量。泉水HCO3-含量受到气温、降水、径流量和土壤CO2含量的综合影响,HCO3-含量的最高值与月CO2吸收量的最大值在时间上存在2个月的滞后现象。相对于较大流域碳汇的估算,以小流域为对象从短时间尺度计算碳汇更加精确,而且对于流域岩溶作用碳汇过程及其控制机理的深入揭示也是非常必要的。

环境对湘西洛塔表层岩溶泉水文地球化学特征的影响

对湘西洛塔不同生态环境类型灌木丛裸露区、旱地与灌木丛半覆盖区、旱地与草丛全覆盖区下表层岩溶泉进行了取样分析,其水文地球化学特征表明:生态恢复对表层岩溶泉水资源具有调蓄作用,使表层岩溶泉在丰水期减峰,枯水期延后;干河猪场、黄家湾、小路湾坡面径流泥沙平均含量分别为94.10 mg/L、389.30 mg/L、1 639.92mg/L,大小顺序为小路湾>黄家湾>干河猪场;表层岩溶泉水化学组分均以HCO-3、Ca2+为主,HCO-3、Ca2+含量的大小顺序均为黄家湾泉>干河猪场泉>小路湾泉;表层岩溶泉pH均大于7.00,呈弱碱性;游离CO2在干河猪场泉、黄家湾泉、小路湾泉中的浓度分别为4.06 mg/L、9.38 mg/L、2.78 mg/L,暂时硬度在干河猪场泉、黄家湾泉、小路湾泉中的浓度分别为124.31 mg/L、173.95 mg/L、88.19 mg/L,总酸度在干河猪场泉、黄家湾泉、小路湾泉中的浓度分别为4.62 mg/L、10.67 mg/L、3.16 mg/L。pH的大小顺序为小路湾泉>干河猪场泉>黄家湾泉;暂时硬度、游离CO2、总酸度的大小顺序均为黄家湾泉>干河猪场泉>小路湾泉,说明良好的植被覆盖具有更好的水文地球化学效应。

水化学对水体着生微型生物群落组成与丰度的影响——以桂林毛村表层岩溶泉、砂页岩裂隙泉为例

用载玻片作人工基质,放置在桂林毛村岩溶生态试验场碳酸盐岩分布区表层岩溶泉水和砂页岩区裂隙泉水中,开展着生微型生物群落结构研究。通过对比研究发现:毛村表层岩溶泉水中pH、游离CO2、固定CO2、K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、HCO3-、NO3-和SO42-浓度均较砂页岩区裂隙泉水的高;砂页岩区水体中着生生物群落的种数和总个体密度均比岩溶区的低;富钙、偏碱性的岩溶泉水体中形成的着生藻类群落结构以硅藻门为主,而砂页岩区裂隙泉水的着生藻类群落结构则以绿藻门为主。岩溶泉水体的这种着生藻类群落结构的形成与岩溶泉水的富钙、偏碱性有很大的关系。

基于Elman神经网络的表层岩溶泉动态预测及应用——以广西平果县果化镇布洋1号表层岩溶泉为例

基于Elman网络基本原理,建立了布洋1号表层岩溶泉Elman神经网络模型,并以2005年8月2日开始的一次衰减过程为例,详述了Elman神经网络模型应用分析过程,给出了在无降雨影响下该次衰减过程具有的总排泄量及最佳的储水时间。经检验,该模型预测精度较高,为布洋1号表层岩溶泉水资源的科学利用提供了依据,同时也为Elman网络技术在表层岩溶泉动态系统的其它领域应用提供了借鉴。

典型表层岩溶泉锶、钡水文地球化学特征

对西南地区不同碳酸盐岩背景下6个表层岩溶泉锶、钡水文地球化学特征进行了分析，结果表明：①各表层岩溶泉Sr^2＋、Ba^2＋含量普遍不高，所有水样Sr^2＋浓度为19.6-45.1μg／L，Ba^2＋浓度为3.17-5.88μg/L，并表现出旱季高于雨季的季节变化特征，石灰岩地区锶、钡含量高于白云岩地区，尤以Sr^2＋浓度特征表现明显；②表层泉中Sr^2＋与Ca^2＋浓度呈显著线性正相关关系，与Mg^2＋浓度线性负相关，这由元素本身的特性及碳酸盐岩中白云岩含量所决定，而Ba^2＋与其他碱土金属元素相关关系不明显；③Sr^2＋、Ba^2＋浓度本身相关性不好，但Sr^2＋／Ca^2＋与Ba^2＋／Ca^2＋、Sr^2＋／Mg^2＋与Ba^2＋／Mg^2＋分别显著相关。

典型表层岩溶泉域旱季与雨季溶蚀速率分析——以重庆金佛山水房泉流域为例

溶蚀速率是岩溶进程的重要指标。通过对重庆金佛山水房泉流域内林地、草地、灌丛3种不同土地利用类型下不同深度旱、雨季溶蚀速率的影响因素分析发现,雨季土壤的溶蚀速率大于旱季,各土层溶蚀速率的趋势表现为:林地>灌丛>草地,而旱季溶蚀速率的变化规律不是很明显;雨季林地和灌丛的平均溶蚀速率随着土层深度的增加而减小;不同土地利用类型下的土壤pH值波动较小,且随着土层深度的增加,土壤酸性趋于减弱,溶蚀速率变小;雨季土壤CO2浓度与溶蚀速率均高于旱季。

湘西洛塔岩溶生态微景观结构对表层岩溶泉的影响

以湘西洛塔典型表层岩溶泉域为例,从表层泉水动态变化和水化学变化两方面研究了微景观结构对表层岩溶泉水调蓄功能的影响。表层岩溶泉降水入渗系数、水动态变化以及水化学组分含量与微景观结构的植被和土壤的覆盖程度呈正相关关系;景观结构和景观类型的空间组合及其变化影响着表层岩溶带的水动态变化。改善生态环境,对增强表层岩溶带的调蓄功能具有重要意义。

乌蒙山岩溶缺水地区表层岩溶泉有效开发模式研究

乌蒙山是我国偏远的贫困山区,缺水问题是造成农民生活水平低下,制约经济发展的因素之一。该区域岩溶地下水分布不均,深部地下水开采利用条件受到限制,只有通过合理开发利用浅部的表层岩溶水能有效解决人畜饮水困难的问题。表层带岩溶泉的开发利用主要可分为利用天然露头点形式和人工开挖形式,利用方式则根据不同的岩溶地貌及植被覆盖条件又分为蓄、引,蓄、提和蓄、引、提、人工大井、人工隧洞、人工浅井、人工浅槽、人工小水窖等形式。本文以乌蒙山区叙永县营山乡的一处表层泉为例,对表层泉水资源量进行估算,合计设计蓄水池的规模,在此基础上合理修建工程,有效经济地解决了当地村民人畜饮水困难的问题。

重庆喀斯特山地典型表层岩溶泉水化学分析

表层岩溶泉是储存于表层岩溶带的地下水,为近地面的表层地下水系统,它的普遍分布是西南岩溶峰丛区居民聚集和繁衍的重要条件。本文选取重庆市南川区典型的岩溶峰丛区6个较有代表性的表层岩溶常流泉点,分析表层岩溶泉水化学特征。研究发现:①6个泉点泉水化学类型以HCO3.SO4-Ca型为主,其次为HCO3.SO4-Ca.Mg型,个别为HCO3-Ca型;②常规水化学指标中,受人类活动的影响,各泉点泉水HCO3-含量较高,SO42-和NO3-含量偏高。③各泉点微量金属元素除As和Ba未达地下水质量标准GB/T 14848-1993Ⅰ类水体标准,其余测试指标均符合Ⅰ类水体标准。

典型表层岩溶泉域植被对降雨的再分配研究

本文在表层岩溶泉域植被结构特征分析的基础上,监测桂林丫吉试验场S31号泉域内香椿和云实两种主要植被的穿透雨和树干径流特征以及钻孔和表层岩溶水的变化。结果表明:香椿林的总穿透雨量1 861.83mm,占总降雨总量的59.65%;云实灌丛总的穿透雨量为1 626.42mm,占总降雨量的52.11%;穿透雨率随降雨量增加而减少。香椿林的树干径流总量为89.4mm,占总降雨量的2.86%;云实灌丛的树干径流总量为27.79mm,占总降雨量的0.89%;香椿林和云实灌丛的林冠截留总量分别为1 169.97mm和1 466.99mm,平均截留率为37.48%和47.01%;用水量平衡法计算得出以灌丛覆盖为主的S31号表层岩溶泉域年蒸散量为1623.81mm,占降水量的52.03%,年径流深度为1 497.39mm,占降水量的47.97%。植被冠层改变了降雨对表层岩溶带的补给形式和补给量。降雨经过植被冠层的截留后转化成穿透雨和树干径流进入表层岩溶带,穿透雨以连续波状的形式补给表层岩溶带,而树干径流则以快速集中的方式补给表层岩溶带。

降雪及旅游活动对金佛山表层岩溶泉水化学的影响

金佛山是世界自然遗产,冬季到景区赏雪的游客众多。为探究降雪过程及旅游活动对金佛山表层岩溶泉的影响,本文对2014年12月一次大规模降雪前后的水房泉水化学变化进行高频自动取样监测,获取高分辨率的水化学变化曲线,与大气降水、土壤水及污水的理化特征进行比较,并采用主成分分析法剖析影响泉水化学的主要因素。结果表明泉水理化学指标在降雪的不同阶段表现出显著的动态变化:在积雪初期(2014-12-10至2014-12-14)大部分水化学指标基本稳定;此后至积雪大面积融化前(2014-12-15至2014-12-28)旅游排污量增大,泉水的水温、流量、浊度、盐度以及各项离子含量呈上升趋势,而pH、溶解氧则呈下降趋势,水化学指标变幅大;积雪融化期间,融水补给使泉水溶解氧和浊度上升,其他水化学指标先下降后上升。主成分分析显示旅游活动的污水输入是引起泉水水质变化的首要因素,主成分贡献率达59%;积雪融化的稀释作用能一定程度缓解流域地下水污染状况,是第二影响因素,贡献率31%。

不同类型表层岩溶泉水源划分及对降雨的响应

表层岩溶泉的水文水化学特征是认识岩溶含水介质结构的重要手段。基于泉域水文地质调查,2018年对广西环江木连小流域内降水和泉水流量及电导率进行监测,利用端元模型与电导率频率分布分析方法,解析表层岩溶泉径流来源及对降雨的响应特征。结果表明:(1)年尺度上,受驱替作用排泄的水流分别占季节泉、常流泉总径流的32.3%和23%;(2)次降雨过程季节泉和常流泉径流均以驱替含水层中未联通的“旧水”为主,强降雨条件下存在的雨水稀释现象仅约占3.6%;(3)季节泉在次降雨过程中受多重水流补给且对降雨响应敏感,其中管道流和壤中流分别占23%、34.2%,以基质或岩溶裂隙释放的重力水流仅占10.5%,导致持续供水能力较差;(4)常流泉补给来源单一,次降雨过程中主要受到以基质或岩溶裂隙排泄的重力水补给(77%),具有较高的有效涵养地下水资源功能及供水可持续性能力。