青藏高原腹地多年冻土区活动层冻融过程对冻结层上水动态变化的影响

论文摘要

青藏高原作为世界上海拔最高的低纬度冻土地区,具有极其复杂的水文地质状况,高原地区的地下水受到冻土的影响,分布与运动条件和一般地区存在十分显著的差异。其中,冻结层上水作为冻土地下水中运动最为活跃的类型,大量赋存于活动层中,在春夏季与大气、地表水之间具有十分密切的相互作用,在整个高原的水文循环中占据着举足轻重的地位,特别是在目前全球气候变暖的背景下,地下水动态变化可以作为高原对气候响应的指示针之一,是高原冻土水文极其重要的研究方向。已有研究表明,冻结层上水之所以具有较为明显的季节特征,其一大原因是由于土壤的渗透性也具有相似的季节变化过程,而涉及地下水动态的研究,土壤的渗透系数是不得不考虑的关键参数之一,其不但控制着地下水运动和溶质的运移,也影响着流域水资源评价的准确性。针对冻结层上水动态以及土壤渗透性变化的研究,有助于准确描述寒区地下水动态的时空变化规律以及冻土活动层的季节相态转变过程。因此,我们在长江源区风火山的左冒孔小流域的典型高寒草甸坡面和近河道地带开展了相关研究,实时观测了活动层冻融过程期间冻结层上水的水位动态,在活动层的完全融化期以及逐渐冻结期开展了抽水试验以确定土壤渗透系数变化趋势,并分析了造成水位动态以及渗透系数空间差异性的影响因素。结果表明:(1)在土壤温度的驱动下,研究区冻结层上水位动态与渗透系数的变化趋势与活动层的冻融过程相一致,冻结层上水位动态与各层地温在逐渐冻结期具有显著的非线性Boltzmann函数关系,其中,地下水位对深层地温变化的响应较浅层更为显著。渗透系数则与地温呈现良好的正相关关系,并且在活动层融化与冻结的交界期,渗透系数对温度变化的响应相较水位动态更为敏感,在一定程度上说明了在温度逐渐下降的过程中,地下水流运动呈现出显著减弱的趋势。(2)补排条件的差异对冻结层上水动态的影响显著,而地下水流的活跃程度还会造成能量分布的不同,对土壤渗透性也造成了十分显著的影响。其中,坡度的存在将形成水势差,位于坡下的试验点具有更好的补给条件,故水力性质占优,其地下水位、渗透系数都高于坡上点;此外,水势差的存在还造成了坡上点对大气降水补给的响应更为强烈。河水与冻结层上水动态之间也具有十分显著的相关性,虽然近河道地下水位动态对冻结期的到来更为敏感,但其水力性质在冻融循环期间都显著优于坡面地下水。(3)试验点所处的坡面朝向以及植被覆盖情况的不同对水位动态以及渗透性所造成的影响,主要是通过对能量交换过程的控制。太阳辐射是地温变化的主要驱动因素,处于阳坡的活动层接受太阳的辐射更为直接,这会导致活动层冻融周期和土壤渗透性的差异。结果显示,在活动层的逐渐融化期阳坡观测点的融化先于阴坡29d,并且在逐渐冻结期其水位和渗透系数的下降幅度也小于阴坡。而植被的覆盖情况则在一定程度上阻碍了土壤与大气间的能量交换,根据渗透系数的变化情况可知,植被覆盖情况良好的试验点渗透性的下降更为缓慢。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 选题背景及意义
•   1.2 国内外研究进展
•     1.2.1 冻结层上水动态变化的研究进展
•     1.2.2 多年冻土地区地下水流的研究进展
•   1.3 论文主要研究内容
•   1.4 技术路线图
• 第二章 材料与方法
•   2.1 研究区概况
•     2.1.1 研究区位置
•     2.1.2 地形地貌
•     2.1.3 气象特征
•     2.1.4 植被、土壤特征
•     2.1.5 水文地质条件
•   2.2 实验数据获取及处理
•     2.2.1 水位及土壤温湿度的观测
•     2.2.2 抽水试验装置及实验方法
•     2.2.3 数据计算
• 第三章 活动层冻融过程冻结层上水的动态变化及其影响因素
•   3.1 坡面尺度冻结层上水季节动态变化特征
•     3.1.1 不同坡位地下水季节动态的差异
•     3.1.2 阴、阳坡面地下水季节动态的差异
•   3.2 地下水位动态与不同深度土壤温湿度的关系
•     3.2.1 地下水位动态与地温的关系
•     3.2.2 地下水位动态与土壤水分的关系
•   3.3 降水对地下水动态的影响
•   3.4 溪流对地下水动态的影响
•   3.5 本章小结
• 第四章 活动层冻融过程土壤渗透性的变化特征及其影响因素
•   4.1 活动层冻融循环控制下土壤的渗透性
•   4.2 土壤渗透性在活动层冻融过程中的空间差异性
•     4.2.1 不同坡位土壤渗透性的差异
•     4.2.2 溪流补给对土壤渗透性的影响
•     4.2.3 坡面朝向及植被覆盖对土壤渗透性的影响
•   4.3 本章小结
• 第五章 结论与展望
•   5.1 结论
•   5.2 展望
• 参考文献
• 在学期间的研究成果
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 叶仁政

导师: 常娟

关键词: 多年冻土,冻结层上水,冻融过程,水位动态,渗透系数,影响因素

来源: 兰州大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 地质学,地质学,工业通用技术及设备,建筑科学与工程

单位: 兰州大学

分类号: P642.14

总页数: 51

文件大小: 5304K

下载量: 287