西南喀斯特小流域水文过程模拟研究取得新进展

  • 环江站 (中国科学院亚热带农业生态研究所)
  • 创建于 2016-01-18
  • 894

西南喀斯特地区虽降雨充沛,但土层浅薄且入渗快,二元水文地质结构高度发育,水文过程异常迅速,岩溶干旱频发。因此,以典型喀斯特小流域为研究对象,深入分析土壤、表层岩溶带结构及水文过程特征,对提升小流域水源涵养功能,指导水资源管理有重要意义。

中科院亚热带农业生态研究所博士生付同刚在陈洪松研究员和王克林研究员的指导下,依托环江喀斯特生态系统观测研究站,运用网格和剖面采样的方法,结合各采样点的环境信息,分析了喀斯特小流域土壤饱和导水率分布规律及其主要影响因素。结果显示,饱和导水率在水平方向上呈现出较强的空间相关性,块基比仅为0.06%;在垂直方向,饱和导水率总体上随土壤深度的增加而减小,并可用对数函数模拟。土壤理化性质中,非毛管孔隙度和容重是控制土壤饱和导水率的主要因素,而其他性质的影响相对较小;环境因素中,植被类型和地形部位对土壤饱和导水率的影响均未达到显著水平,但二者的交互作用明显,说明喀斯特土壤饱和导水率影响因素更为复杂。因此,喀斯特地区土壤水文过程的研究应重点考虑土壤孔性及植被、地形的综合影响。

通过对小流域出口流量的监测与模拟,评估了三种流量衰减模型(改进的Maillet模型、Mangin模型、Boussinesq模型)在喀斯特小流域的适用性,并利用衰减系数估算了含水层不同介质的有效孔隙度及储水能力。结果表明,将含水介质分为管道、裂隙、基质的改进的Maillet模型对小流域出口流量拟合精度最高,利用该模型计算的管道、裂隙及基质的有效孔隙度分别为0.07%、0.33%和3.33%,而各自的排水体积分别为25.43%、33.40%和41.17%。这表明将含水介质分为管道、裂隙、基质的水文模型可应用于喀斯特小流域水文过程模拟。研究区管道系统虽然发育程度不高,但连通性好,仍然是重要的排水介质;含水层在衰减初期的20小时内排出约60%的水量,表明研究区水文过程非常迅速,衰减初期对水资源调控尤为重要。该结果可为喀斯特小流域水文模型的构建及水资源管理提供科学依据。

以上研究成果分别以“Spatial variability of surface soil saturated hydraulic conductivity in a small karst catchment of southwest China”为题发表在Environmental Earth Sciences期刊上;以“Vertical distribution of soil saturated hydraulic conductivity and its influencing factors in a small karst catchment in Southwest China”为题发表在Environmental Monitoring and Assessment期刊上;以“Structure and water storage capacity of a small karst aquifer based on stream discharge in southwest China”为题,发表在Journal of Hydrology期刊上。该研究得到国家重点基础研究发展计划(973计划)项目和国家自然科学基金项目的资助。

责任编辑:宋超