子汇水区划分精度对SWMM模拟城市非点源的影响

SWMM作为动态模拟的城市非点源污染模型,被广泛应用于城市非点源负荷估算研究,并在很多小尺度研究中取得了很好的效果。随着中国城市发展不断加快,城市非点源污染研究的空间尺度也随之变大,如何科学合理选择建模时子汇水区划分精度成为研究中一个重要问题。文章主要分析SWMM应用于城市区域非点源污染模拟时,不同子汇水区划分精度对水质模拟结果的影响,并在此基础上,以降低SWMM建模工作量并保证模拟结果的准确度为原则,对如何选择子汇水区的精度进行了深入的探讨。结果表明事件降雨为降雨输入时,子汇水区划分精度对水质模拟结果影响较大,宜采用高精度或高中精度模型;单月份和雨季连续降雨为降雨输入时,子汇水区划分精度对水质模拟结果影响较小,可以使用低精度模型。     

子汇水区的划分对SWMM模拟结果的影响研究

利用SWMM模型可以对城市排水系统进行动态模拟,可以辅助解决与城市排水系统相关的水量与水质问题.在使用SWMM进行模拟时,子汇水区划分方式和子汇水区之间流经路径的不同,将对模拟结果的时间过程曲线有很大的影响.本文主要分析在进行子汇水区划分时,考虑汇水区地形数据空间分布不均匀性,子汇水区划分的细致程度以及之间的流经路径对模拟结果中坡面径流总量、坡面径流量峰值以及峰值出现的时间产生的影响.并在此基础上,以简化SWMM输入数据并保证模拟结果的精度为原则,对子汇水区的合理划分程度进行了探讨.     

典型岩溶区旱季板栗树下岩溶溶蚀速率的研究

广西是全国板栗树主要种植区之一,研究区的隆安县具有"板栗之乡"之称,并且大部分板栗树种植在岩溶区。为了研究岩溶区种植板栗树后岩溶溶蚀的变化,本文通过野外溶蚀标准试片法,在典型岩溶区测定了相同地质背景下洼地板栗树、洼地草地、坡地灌木丛旱季试片绝对溶蚀量、溶蚀速率和土壤pH值等,并对洼地草地、坡地灌木丛土壤和洼地板栗树进行比较。结果表明:板栗树下土壤pH值偏低,呈弱酸性,低于坡地灌木丛和洼地草地,土地试片的溶蚀率则高于坡地灌木丛和洼地草地,而且土壤试片的溶蚀速率与土壤pH值呈显著负相关关系。因此,岩溶区板栗树的种植可能对岩溶溶蚀作用有促进的作用。     

基于改进新安江模型的岩溶地区径流过程模拟——以庙沟岩溶流域为例

为改善新安江模型对岩溶地区径流过程的模拟效果,根据岩溶地区降雨集中灌入补给的特点,对原始新安江模型结构进行了改进,定义降雨分配系数φ用来描述部分降雨通过管道转化为自由水,直接参与水源划分,并在前人研究的基础上,根据岩溶管道含水介质与裂隙含水介质径流过程的差异,采用快速地下径流水箱和慢速地下径流水箱分别描述地下径流(RG)中的快速径流部分和慢速径流部分。通过将改进的新安江模型应用于庙沟岩溶流域径流过程的模拟,结果表明:2014年3月1日—2014年12月1日期间,原始新安江模型模拟结果的平均确定性系数为0.592,改进的新安江模型模拟结果的平均确定性系数为0.901,且改进后新安江模型对单次洪水过程的模拟效果更好,模拟精度最高可达0.993;改进的新安江模型模拟精度随着参数φ值的增大逐渐增高,当参数φ值为0.61时,模型模拟效果最优;参数φ提高了岩溶地区径流对降雨的敏感度,该参数敏感性较强。     

石漠化治理下重庆酉阳典型岩溶槽谷区不同坡向地下水时空变化特征

岩溶槽谷区独特的地质背景制约着地下水的空间分布和赋存规律,探究槽谷区地下水动态变化对石漠化治理具有重要意义。本文以重庆酉阳龙潭槽谷为例,在2017～2019年对槽谷地下水进行动态监测和采样分析,探究石漠化治理下典型岩溶槽谷不同坡向地下水时空变化规律。研究表明,槽谷区地下水对环境变化敏感,石漠化治理过程中不同程度农业活动直接影响着地下水水化学动态特征。强降雨期间,逆层坡坡面流全Fe、Al~(3+)浓度峰值分别为1.3 mg/L、2.0 mg/L,是逆坡岩溶泉全Fe、Al~(3+)浓度的13倍,表明轻度石漠化的逆层坡水土流失严重。逆层坡地表物质和土壤颗粒难以直接进入地下含水层,顺层坡雨水将地表或残留在裂隙、溶隙或管道等含水介质中的土壤颗粒或土壤营养元素迁移至水文系统中,土壤肥力下降。从空间上,顺逆坡石漠化裸岩出露差异所致的汇流机制、土层厚度和植被状况造成了顺逆层坡在"二水"转化上存在差异,对研究区地下水的时空变化有重要影响。     

基于在线监测+模型的海绵城市建设径流水量控制效果研究

以青岛市海绵城市典型项目区为研究区,通过收集、整理和概化汇水区资料,构建了研究区降雨径流模型——SWMM模型。利用2018年雨季的降雨-径流实时监测数据,进行了模型关键参数的率定和模型验证,研究了海绵城市建设在削减径流量、增加入渗与滞蓄雨量方面的定量效果。结果显示:海绵改造后,不同降雨强度下形成径流的雨量占总雨量的平均比例由56%下降至29%;下渗雨水的平均比例由40%增加至60%,滞蓄深度由0.63 mm增加至5 mm。海绵改造前后研究区场降雨径流总量控制率变化显著,当以1~10年一遇的短历时（120 min）设计降雨作为模型边界条件进行模拟时,海绵化改造后场次降雨径流总量控制率提高了26%~34%,认为研究区基本达到了海绵城市关于水量控制的建设要求。     

西南喀斯特峰丛-洼地水力联系特征分析

西南喀斯特流域具有独特的峰丛-洼地水流特征及水力联系,本文针对陈旗小流域,根据山坡岩溶泉、洼地观测井水位、水温、水化学以及气象实测数据,利用统计分析方法,分析不同水源动态变化特征;结合电阻率层析成像(ERT)探测结果,解析山坡与洼地之间的水力联系。结果表明:反映山坡表层岩溶带作用的山坡泉对降雨响应迅速,土层覆盖厚的洼地含水层相对较慢。洼地含水层与山坡表层岩溶带水力联系呈现分段规律,反映枯期和雨季山坡侧向流、洼地降水垂向补给对洼地地下水影响程度存在差异,该研究为揭示喀斯特山区峰丛-洼地水文循环过程提供科学依据。     

重庆南山表层岩溶泉与地下河三氮运移及氮通量估算

岩溶区特殊的地质构造使地下水系统存在多重水流.为研究三氮在表层岩溶带水流和地下河水流中的特征和运移方式,选取城市化进程中的重庆南山老龙洞地下河流域表层岩溶泉和地下河按月采样,分析水化学特征,结合SPSS的相关性分析,认为两种水流三氮特征差异很大.表层岩溶泉三氮质量浓度月变化小,受降水、污水影响较小,NO_3~--NNH_4~+-N;地下河水三氮质量浓度月变化大,受降水、污水影响较大,旱季NH_4~+-NNO_3~--N,雨季NO_3~--NNH_4~+-N.表层岩溶泉DIN主要来源于与农业活动有关的非点源污染,在土壤、表层岩溶带中经氨化、吸附、硝化作用等过程以扩散流形式运移至出露地表.地下河DIN随管道流、扩散流运移,并以管道流为主.DIN全年有点源的工业、生活污染物经落水洞、裂隙、溶隙进入.雨季同时存在占更大比例的非点源污染物,或由降雨产生的表面坡流、壤中流、表层岩溶带水流经落水洞进入,或经深裂隙、溶隙下渗进入,硝化作用明显.流域DIN输出通量为56.05 kg·(hm~2·a)~(-1),其中NH_4~+-N、NO_3~--N分别占46.03%、52.51%;根据径流分割法估算出点源污染、非点源污染的贡献率分别为25.08%、74.92%.     

岩溶区地下水位下降致塌的数值模拟研究

文章运用三维数值模拟的方法对复杂的岩溶塌陷机理及过程进行了系统性研究,探讨了Flac3D三维数值模拟应用于岩溶塌陷的模拟技术及方法,为岩溶塌陷的客观评价及预测开辟了有效途径。在研究中成功地应用数值模拟的方法时地下水面以上的土洞塌陷机制进行了模拟,并对岩溶区的典型地质概化模型的致塌机理进行验证。     

川东平行岭谷区典型岩溶含水系统中NO3-的存储和运移

为了研究NO3-在岩溶含水系统中的存储和运移规律,对降雨条件下重庆川东平行岭谷区青木关地下河系统的水化学动态进行在线监测和高密度采样测试,结合NO3-的月动态变化,并利用主成分分析方法.结果表明,降雨期间地下河中的NO3-与全Fe、全Mn、Al3+是两组不同来源的元素,在含水系统中表现出不同的地球化学行为.NO3-从地表输入后随土壤水下渗存储于岩溶非饱和带的裂隙、孔隙和溶隙等含水介质中,而全Fe、全Mn、Al3+则是地表受雨水侵蚀的土壤随地表径流通过落水洞、竖井等通道,以集中流的形式灌入地下河造成的.进而将NO3-在岩溶含水系统中的运移过程分为输入存储、快速输出和再输入存储这3个理想的阶段.在外部条件大致相同的情况下,非饱和带的岩溶发育程度是影响降雨期间地下河中NO3-浓度变化的关键因素.降雨条件下存储于非饱和带的NO3-很容易被释放出来,破坏地下水生态环境,严重威胁着当地群众的健康安全.需要加强岩溶生态系统管理工作,改善土地利用方式,科学施肥,有效控制地下水营养成分的地表输入.     

基于稳定同位素和水化学成分的西南喀斯特流域径流划分

针对喀斯特流域下垫面空间异质性强,地表、地下径流转化复杂的特点,本文选择贵州陈旗实验小流域,根据实地调查流域内水源位置以及同位素、水化学样品的采集,将流域内水源划分为地表水(仅当强降雨时发生)、表层岩溶带水和深层地下水,采用稳定同位素和水化学成分组合方法划分了流域出口径流的水源成分。结果表明:降雨期间,坡面地表径流所占比例较少,小于10%,表层岩溶带所占比例在28%～45%之间,地下径流所占比例在49%～62%之间;降雨过程中表层岩溶带径流比例增大,地下径流比例减少。降雨过后,表层岩溶带径流比例迅速减少、地下径流比例呈现增加趋势;地下径流是无雨期流域出口断面径流的主要组成部分,无雨期地下径流占地下暗河出口径流量68%～88%。     

SWMM模型应用于城市住宅区非点源污染负荷模拟计算

以温州市典型住宅区非点源污染为对象,基于SWMM(storm water management model)模型的模拟机理,借鉴国内外相关研究的模型参数,结合降雨径流实测数据率定模型参数,将模型"本地化",构建了基于SWMM模型的研究区非点源污染负荷计算模型,并设计了4种不同降雨情景,分析在不同降雨条件下研究区非点源污染固体悬浮物(TSS)、CODCr、TN和TP的污染负荷量及其累积变化过程.结果表明,构建的SWMM模型的模拟值可以较好地与实测值相吻合,4种污染物模拟的相对误差均小于10%.在设计的4种降雨情景下:①污染物浓度峰值出现在降雨30～40 min内,降雨强度越大,出现浓度峰值的时间越早;②高强度降雨较低强度降雨可对受纳水体造成更大的污染.      

岩溶区峰丛洼地植被指数的克里格分析

为了全面掌握岩溶区峰丛洼地植被指数(NDVI)的空间分布状况,解决岩溶区峰丛洼地遥感影像山体阴影区域NDVI信息"缺失"的问题,对广西平果县果化生态重建示范区内的典型峰丛洼地非阴影区域NDVI进行了提取.利用地统计学的方法对NDVI的空间结构特征进行了分析,并对山体阴影区的NDVI进行了预测与验证.结果表明,研究区域NDVI主要受到内在因子的作用,具有强烈的空间自相关性,自相关距离为300 m;Kriging插值结果表明,研究区域NDVI的均值为0.196,在空间分布上表现为条带状和斑块状分布,NDVI高值区域主要分布在峰丛坡度>25°的山体区域,低值区域主要分布在峰丛坡度<25°的山脚和洼地等区域;Kriging插值验证结果表明,研究区域NDVI具有非常高的预测精度,能很好地估计山体阴影区NDVI,为岩溶区生态环境监控、石漠化评估提供了新的思路与方法.     

土壤有机碳地球化学及其与岩溶作用的关系──以桂林丫吉村岩溶试验场为例

岩溶土壤有机碳地球化学研究表明：岩溶土壤是有机碳的巨大储库；土壤有机碳含量以松结态为主，紧结态次之，稳结态最少；土壤表层，鞍部、坡地土壤有机碳较活跃（较多松结态），为岩溶作用CO2的丰富来源。有机碳可氧化性分级分析表明：表层土壤有机碳中易氧化态占60－85％，A层土壤较B层更易被氧化；土壤来源CO2是岩溶驱动CO2的潜在动力。从鞍部－坡地－洼地，B层土壤有机磷可氧化性由弱到强递增。野外监测表明：在干、晴气候下，岩溶土壤CO2含量高且CO2释放速率大，岩溶作用欠发育；在湿雨气候下．岩溶土壤CO2含量及CO2释放速率急剧降低，岩溶作用发育；雨后转晴．岩溶土壤CO2含量及CO2释放速率逐渐增高，岩溶作用减弱。     

酸雨对红色石灰土壤中Ca2+迁移及岩溶土壤生态系统的影响

为探讨酸雨对粤北岩溶区岩溶土壤中Ca迁移和流失的影响,选择酸雨频率和酸雨程度较高的我国广东省佛山市,开展自然降雨对红色石灰土壤中Ca2+的流失影响试验,于2011—2013年共收集到61次有效降雨产生的渗漏液,分析渗漏液中ρ(Ca2+)的变化情况,并间隔0.5 a左右测定供试土壤中的w(水溶性Ca)和w(TCa)(TCa为全钙),将试验3 a后供试土壤的w(有机质)、w(TN)、pH与供试源地土壤进行比较. 结果表明:①单位降雨造成的红色石灰土壤中Ca2+流失量与渗漏液中ρ(Ca2+)呈极显著正相关,与降雨量、渗漏液pH均呈正相关,而与雨水pH呈负相关,但不显著;单位降雨造成的土壤Ca2+净流失量达到2.16×10-5 g/(mm·kg),61次有效降雨造成的Ca2+净流失总量为0.05 g/kg. ②与蒸馏水及石灰岩采样点所在的坡麓洼地积水比较,酸雨明显增加了红色石灰土壤Ca2+流失量,但其影响因素复杂. pH为4.50~<5.65的轻度酸雨造成的土壤Ca2+流失量最大,其次是pH为5.65~6.29的非酸雨和pH<4.50的重度酸雨. ③降雨使石灰土壤中的w(TCa)呈持续减少趋势,2011—2013年供试石灰土壤中w(水溶性Ca)减少量为0.36 g/kg,并且呈明显的由上至下的减少迁移过程. ④与供试源地土壤相比,历经3 a酸雨淋溶的红色石灰土壤的w(有机质)和w(TN)均极显著增加,表层pH也极显著升高,意味着酸雨加速了土壤的分解转化,存在潜在的养分流失风险. 研究显示,酸雨不仅造成石灰土壤中Ca2+的加速流失和迁移,也加速了土壤中各类养分的分解转化,同时还会对岩溶地形、岩溶植物、流域水环境产生潜在或直接的影响.      

溶解性有机质在岩溶水系统中的迁移转化及影响因素分析

溶解性有机质(DOM)的荧光物质是一种较好的示踪剂,用于鉴别DOM的来源及其在水文系统中的地球化学行为.该物质在岩溶水系统中的研究较少,并且要作为潜在示踪剂,系统中有很多因素影响其光谱信息.实验选取一典型岩溶流域,通过三维荧光光谱技术(EEMs)和平行因子分析(PARAFAC),结合水化学数据分析,揭示DOM荧光物质在不同岩溶含水空间的组成和转化关系,刻画流域尺度DOM的来源,探讨水化学因素对DOM荧光物质转移的影响机制.结果表明,流域外源地表水和岩溶地表水中的DOM以类蛋白色氨酸为主,浅层岩溶水和深层岩溶水以类蛋白色氨酸和酪氨酸为主.荧光指数(FI)、生物指数(BIX)和腐殖化指数(HIX)的综合分析认为,浅层岩溶水和深层岩溶水的DOM主要来自于内源微生物分解,岩溶地表水和外源地表水的DOM既有陆源输入又有内源微生物分解,且内源贡献占有较大比例.受岩溶水化学参数的影响,3种荧光物质具有明显的分异特征:类酪氨酸物质对Ca~(2+)和HCO_3~-具有较强的适应性,在岩溶水中存在的比例比较大.类色氨酸物质则相反,类富里酸物质则与TDS、浊度、Cl~-、SO_4~(2-)等呈现极显著正相关关系.流域上游浅层岩溶水中的DOM主要来自内源.出露地表以后,其有机质同时来自内源和外源输入.在流域下游渗入深层岩溶地下水以后,DOM逐渐向低芳香烃有机质化合物转化,大分子DOM逐渐减少,荧光强度减弱.主成分分析(PCA)提取出3个主成分,分别为反映岩溶水渗滤、转化、水流条件的水体矿化指标,反映土壤淋滤和自然渗滤关系的TOC、NO_3~-及类蛋白质指标,以及反映岩溶水系统水化学、生物化学过程的Ca~(2+)、HCO_3~-、荧光指数和类富里酸指标.此外研究还认为,总荧光强度,类富里酸物质和类蛋白物质可以分别作为岩溶水快速渗流、转化及岩溶含水层脆弱性的示踪剂.研究结果有助于认识岩溶地下水DOM的生物地球化学循环,进行岩溶系统有机污染控制,为岩溶水系统中物质的地球化学过程表征提供一种新的工具.     

青木关岩溶槽谷地下水含水层固有脆弱性评价

摘要：岩溶地下水脆弱性评价是基于保护岩溶含水层从而有效地管理和利用地下水提出的有效方法和手段。我国西南岩溶区大多数地区缺少应有的地下水保护带,地下水比较容易受到污染。基于“起源一路径一目标”模型,考虑三个因子：覆盖层（0）、径流特征（c）、降雨条件（P）,对重庆市青木关岩溶槽谷地下水含水层固有脆弱性进行了定量评价。结果...     

高家坪隧道岩溶水系统识别及涌水量预测

为查明在建宜保高速高家坪隧道内ZK45+995m处突水点的补给来源以及隧道区的水文地质条件,并预测可能的涌水量,在对隧道区内岩溶发育规律调查分析的基础上,先后在隧道区开展了两次地下水示踪试验,结果查明:高家坪隧道内ZK45+995m处突水点的补给来源于隧道北侧的下埫岩溶洼地,汇水面积为0.66km2,突水点所处的岩溶管道为黄龙洞岩溶水系统的西支,为单一岩溶管道类型,地下水最大流速为341 m/d,平均流速为244m/d,地下水流速快,管道介质相当发育。根据示踪试验划分的黄龙洞岩溶水系统与干洞坪岩溶水系统边界范围,并利用黄龙洞泉长期降雨量-泉流量监测数据,采用大气降雨入渗法预测高家坪隧道ZK45+995m处突水点未来可能遭遇的最大涌水量为13 216m3/d,正常涌水量为5 940m3/d,为隧道防治水方案的制定提供了水文地质依据。     

基于水动力-力学耦合方法的岩溶塌陷预测

岩溶塌陷是危害性较大的地质灾害之一,预测岩溶塌陷是目前公认的难题。基于Terzaghi固结理论和GMS软件建立了地下水动力学-岩土力学耦合数值模型,并利用该模型对武汉市青菱乡塌陷区的某地块土-岩交界处溶洞塌陷进行了数值模拟分析与预测,分析了地下水位升降及降雨入渗作用对岩溶塌陷的影响。结果表明:地下水位快速升降时,大气降雨加速了土洞破坏,引起地面塌陷的范围最大;孔隙水位、岩溶水位同时下降时,地表沉降的幅度最大。基于地下水流场的力学耦合方法用于典型岩溶工程问题岩溶塌陷的空间预测与定量分析,其预测结果客观可靠,可为同类工程地质问题提供借鉴。     

娘子关泉岩溶地下水水化学特征分析

天然地下水系统中的水-岩相互作用是控制地下水水质的主要水文地球化学过程,地下水水质取决于水-岩相互作用的程度。本文通过对阳泉市娘子关泉岩溶地下水水文地球化学的调查,并利用水-岩相互作用理论,分析了娘子关泉岩溶水系统地下水的水化学特征及其水质恶化的原因。结果表明:造成该地区岩溶地下水水质恶化的主要影响因素是采矿活动,其作用方式主要表现为采矿排水下渗补给和矿坑水越流补给两方面,其作用结果导致地下水中SO24-和部分微量元素含量升高;此外来自生活或工业污水的渗漏补给对该地区岩溶地下水水质也有影响,主要表现为地下水中NO3-、硼等污染组分含量上升。