青藏高原作為世界上海拔最高的低緯度凍土地區(qū),具有極其復雜的水文地質(zhì)狀況,高原地區(qū)的地下水受到凍土的影響,分布與運動條件和一般地區(qū)存在十分顯著的差異。其中,凍結(jié)層上水作為凍土地下水中運動最為活躍的類型,大量賦存于活動層中,在春夏季與大氣、地表水之間具有十分密切的相互作用,在整個高原的水文循環(huán)中占據(jù)著舉足輕重的地位,特別是在目前全球氣候變暖的背景下,地下水動態(tài)變化可以作為高原對氣候響應的指示針之一,是高原凍土水文極其重要的研究方向。已有研究表明,凍結(jié)層上水之所以具有較為明顯的季節(jié)特征,其一大原因是由于土壤的滲透性也具有相似的季節(jié)變化過程,而涉及地下水動態(tài)的研究,土壤的滲透系數(shù)是不得不考慮的關(guān)鍵參數(shù)之一,其不但控制著地下水運動和溶質(zhì)的運移,也影響著流域水資源評價的準確性。針對凍結(jié)層上水動態(tài)以及土壤滲透性變化的研究,有助于準確描述寒區(qū)地下水動態(tài)的時空變化規(guī)律以及凍土活動層的季節(jié)相態(tài)轉(zhuǎn)變過程。因此,我們在長江源區(qū)風火山的左冒孔小流域的典型高寒草甸坡面和近河道地帶開展了相關(guān)研究,實時觀測了活動層凍融過程期間凍結(jié)層上水的水位動態(tài),在活動層的完全融化期以及逐漸凍結(jié)期開展了抽水試驗以確定土壤滲透系數(shù)變化趨勢,并分析了造成水位動態(tài)以及滲透系數(shù)空間差異性的影響因素。結(jié)果表明:(1)在土壤溫度的驅(qū)動下,研究區(qū)凍結(jié)層上水位動態(tài)與滲透系數(shù)的變化趨勢與活動層的凍融過程相一致,凍結(jié)層上水位動態(tài)與各層地溫在逐漸凍結(jié)期具有顯著的非線性Boltzmann函數(shù)關(guān)系,其中,地下水位對深層地溫變化的響應較淺層更為顯著。滲透系數(shù)則與地溫呈現(xiàn)良好的正相關(guān)關(guān)系,并且在活動層融化與凍結(jié)的交界期,滲透系數(shù)對溫度變化的響應相較水位動態(tài)更為敏感,在一定程度上說明了在溫度逐漸下降的過程中,地下水流運動呈現(xiàn)出顯著減弱的趨勢。(2)補排條件的差異對凍結(jié)層上水動態(tài)的影響顯著,而地下水流的活躍程度還會造成能量分布的不同,對土壤滲透性也造成了十分顯著的影響。其中,坡度的存在將形成水勢差,位于坡下的試驗點具有更好的補給條件,故水力性質(zhì)占優(yōu),其地下水位、滲透系數(shù)都高于坡上點;此外,水勢差的存在還造成了坡上點對大氣降水補給的響應更為強烈。河水與凍結(jié)層上水動態(tài)之間也具有十分顯著的相關(guān)性,雖然近河道地下水位動態(tài)對凍結(jié)期的到來更為敏感,但其水力性質(zhì)在凍融循環(huán)期間都顯著優(yōu)于坡面地下水。(3)試驗點所處的坡面朝向以及植被覆蓋情況的不同對水位動態(tài)以及滲透性所造成的影響,主要是通過對能量交換過程的控制。太陽輻射是地溫變化的主要驅(qū)動因素,處于陽坡的活動層接受太陽的輻射更為直接,這會導致活動層凍融周期和土壤滲透性的差異。結(jié)果顯示,在活動層的逐漸融化期陽坡觀測點的融化先于陰坡29d,并且在逐漸凍結(jié)期其水位和滲透系數(shù)的下降幅度也小于陰坡。而植被的覆蓋情況則在一定程度上阻礙了土壤與大氣間的能量交換,根據(jù)滲透系數(shù)的變化情況可知,植被覆蓋情況良好的試驗點滲透性的下降更為緩慢。
【學位單位】：蘭州大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：P642.14
【部分圖文】：

第二章 材料與方法2.1 研究區(qū)概況2.1.1 研究區(qū)位置研究區(qū)位于青藏高原長江源區(qū)北麓河一級支流——左冒孔小流域的風火山內(nèi)。此區(qū)域隸屬青海省玉樹藏族自治州曲麻萊縣境內(nèi)，地理坐標為（N 34°42’59”，E 92°53’24”），流域面積大約為 112.5km2，是典型的多年凍土地區(qū)，區(qū)域內(nèi)沒有多年冰雪覆蓋，為季節(jié)性積雪區(qū)。青藏鐵路和青藏公路 109 國道穿過流域，區(qū)域水文地質(zhì)狀況受到較為顯著的寒區(qū)工程影響。圖 2-1 為研究區(qū)的具體地理位置以及凍結(jié)層上水觀測孔的布置情況，其中 1#-4#孔處于陰坡，4#-7#孔處于陽坡，4#-6#孔較其余 4 孔更靠近谷地溪流。

蘭州大學碩士學位論文 青藏高原腹地多年凍土區(qū)活動層凍融過程對凍結(jié)層上水動態(tài)變化的影響泵選擇了流量較小的微型水泵，工作電壓為 24V，最大開口流量為 25L/min，工作電流≦1A，最大壓力 0.27MPA，吸程 5m，并配置兩臺電壓為 12V 的蓄電池串聯(lián)來進行供電，抽水管進水端捆綁紗布防止粒徑過大的泥沙堵塞抽水機，其具體構(gòu)造如圖 2-1 所示。抽取的地下水采用 5L 容量的燒杯計量，并以此來計算抽水速率。如果水量過小，則考慮使用容量更小的燒杯，這是為了在抽水量較小的情況下，實驗開始的前半段獲取更多的水位與時間的變化數(shù)據(jù)，并及時調(diào)整抽水流量的大小，盡快達到最后水位穩(wěn)定的實驗效果。實驗期間動態(tài)水位由 HOBO自動水位計實時記錄（每 5 分鐘記錄一次水位），同時人工使用卷尺進行水位測量，方便水位的校對以及滲透系數(shù)的計算。

圖 3-1 多年凍土地區(qū)坡面地下水位動態(tài)季節(jié)變化過程（2018 年）2）水位波動變化階段，活動層處于融化期，此時期土壤的滲透性水運動最為活躍的階段。在 6-8 月份，地溫在大氣溫度的影響下保平，并且大氣降水補給凍結(jié)層上水十分充裕，故水位動態(tài)相對穩(wěn)，此時活動層已經(jīng)全部融化最大融深達到 2.2m，氣溫則開始出現(xiàn)大氣降水雖然由液態(tài)/液固混合轉(zhuǎn)化為固態(tài)降水，但根據(jù)抽水試驗高的地下水位恢復速率證明了積雪融水仍然能對凍結(jié)層上水形成3）水位迅速下降階段，隨著氣溫下降，活動層開始逐漸凍結(jié)，地始逐漸增加。10 月上旬，研究區(qū)的氣溫開始持續(xù)下降，相較于完壤的逐漸凍結(jié)削弱了融雪水與地下水的水力聯(lián)系，故大氣降水對凍給甚微，此階段一部分地下水在無法得到大氣降水有效補給的情況另一部分直至最后轉(zhuǎn)換為固態(tài)水以地下冰的形式存儲在活動層土活動層完全凍結(jié)時期的無地下水狀態(tài)。
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本文編號：2843008