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地震水文地质学:基于灾害视角的“水岩相互作用”
1
作者 史浙明 王广才 +1 位作者 晏锐 齐之钰 《地学前缘》 北大核心 2026年第1期80-94,共15页
地震水文地质学是研究地震与地下水相互作用的一门学科,与传统水文地质研究不同,其主要关注因地震等地壳运动产生的含水介质变形而导致的地下水文过程演化。本文从地壳变形与地下水动态、地震地下水前兆异常、地震引起的同震及震后响应... 地震水文地质学是研究地震与地下水相互作用的一门学科,与传统水文地质研究不同,其主要关注因地震等地壳运动产生的含水介质变形而导致的地下水文过程演化。本文从地壳变形与地下水动态、地震地下水前兆异常、地震引起的同震及震后响应以及地震导致的水文地质参数变化等方面进行综述,重点介绍了近二十年以来的进展。线孔弹性理论的发展为定量刻画地震等地壳运动与地下水动态的关系提供了理论基础。地下流体前兆异常在近年来的地震预测实践中起到了较好的参考作用,其中地下水地球化学指标监测及大规模地球化学观测网络的建设是一大亮点。与此同时,建立地下水物理与化学动态的前兆异常耦合机理模型以及发展机器学习等新兴的前兆信号提取方法是未来需要重点突破的方向。地震引起的含水层介质渗透性的改变及其导致的水量交换和水化学的动态变化是解释同震及震后地下水响应的主要机理,基于地下水对潮汐、气压等周期性信号响应的含水层参数识别为连续获取水文地质参数提供了新途径,然而现有潮汐和气压响应的解析模型在参数计算方面往往存在多解性问题,发展新的模型和方法以降低计算结果的不确定性是未来需要考虑的方向。为了更好地理解地震与地下水系统间的相互作用,在前期研究基础上建立涵盖温泉、地下水监测井的断裂带试验场,开展水位、水温、流量、化学组分、形变及地震波的综合观测,是深化地震水文地质学科理论发展的基础。 展开更多
关键词 地震 地下水 含水层参数 地球潮汐 气压 前兆异常
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基于机器学习的河南省平原区原生劣质地下水分布预测
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作者 于福荣 李蕊 +2 位作者 李志萍 吴林 刘中培 《地学前缘》 北大核心 2026年第1期63-79,共17页
地下水作为全球超20亿人饮用水的重要来源,其水质安全与人类健康和生态系统密切相关。原生劣质地下水(geogenic contaminated groundwater,GCG)是由于地球演化形成的地下水组分超标现象,主要表现为砷、氟、碘含量超标。受地质构造、水... 地下水作为全球超20亿人饮用水的重要来源,其水质安全与人类健康和生态系统密切相关。原生劣质地下水(geogenic contaminated groundwater,GCG)是由于地球演化形成的地下水组分超标现象,主要表现为砷、氟、碘含量超标。受地质构造、水文地球化学和人类活动影响,原生劣质地下水分布呈现区域差异和局部突变,其成因机制和防控策略研究对保障水资源安全至关重要。本文以河南省为典型研究区,综合运用Gibbs图等方法解析研究区地下水水化学特征及主控因素,明确原生劣质地下水的分布原因;结合地方病分布数据,探究原生劣质地下水与病区的关联性,并引入机器学习模型实现原生劣质地下水空间分布的精准预测,最终基于上述研究划定地下水健康风险管控区。结果表明:研究区原生劣质地下水集中分布于豫东平原及黄河沿岸区域,且潜水原生劣质组分超标程度显著高于承压水;弱碱性还原环境是原生劣质地下水形成的关键水文地球化学条件,岩石风化溶解与强烈蒸发作用共同主导了特征离子的富集过程;原生劣质地下水分布与地方病区存在一定空间关联性;地下水中砷、氟、碘均表现出明显的空间聚集性,其中高高(HH)聚类区(即高砷、高氟、高碘地下水叠加区)与机器学习模型识别的高风险区域高度吻合。因此,在濮阳市、新乡市、周口市、开封市及商丘市等重点区域科学划定健康风险保护区,对保障当地居民用水安全具有重要现实意义。 展开更多
关键词 砷氟碘 地下水化学 健康风险 地方病 河南省
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离子吸附型稀土矿区水体硝酸盐分布、来源及其转化过程:以江西足洞稀土矿为例
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作者 韦春伊 余圣品 +7 位作者 白细民 刘海燕 王振 葛勤 陈功新 周仲魁 孙占学 郭华明 《地学前缘》 北大核心 2026年第1期121-134,共14页
离子吸附型稀土矿开采导致矿区水土环境遭受严重的氮污染,但矿山排水影响下水体中硝酸盐(NO_(3)^(-)-N)的分布、迁移转化过程及污染来源仍缺乏系统研究。以江西赣南足洞离子吸附型稀土矿区下游地表水和地下水为研究对象,结合水化学分析... 离子吸附型稀土矿开采导致矿区水土环境遭受严重的氮污染,但矿山排水影响下水体中硝酸盐(NO_(3)^(-)-N)的分布、迁移转化过程及污染来源仍缺乏系统研究。以江西赣南足洞离子吸附型稀土矿区下游地表水和地下水为研究对象,结合水化学分析及多同位素技术(δ^(18)O-H_(2)O、δ^(15)N-NO_(3)^(-)和δ^(18)O-NO_(3)^(-)),研究了水体中NO_(3)^(-)-N来源及转化过程,并借助MixSIAR模型定量评估了各污染源的贡献率。结果表明,区内水体呈弱酸性、低矿化度特征,地表水以SO 4-Ca型为主,80%地下水为HCO_(3)-Ca型;地表水的总氮(TN)及NO_(3)^(-)-N、氨氮(NH_(4)^(+)-N)浓度显著高于地下水,表明其氮污染与采矿活动密切相关。空间上,氮来源与开矿使用高氨氮卤水密切相关,矿山开采活动对地表水氮污染影响显著。土地利用类型分布表明,地表水和地下水氮的来源不同,地表水氮源主要是林地中的矿山排水,而地下水氮主要来源于耕地上的农业活动。δ^(18)O-H_(2)O、δ^(15)N-NO_(3)^(-)和δ^(18)O-NO_(3)^(-)同位素组成特征及其分馏系数分析表明,地表水和地下水均以硝化作用为主。利用δ^(15)N-NO_(3)^(-)和δ^(18)O-NO_(3)^(-)及其重建值进行端元分析显示,SW1的NO_(3)^(-)-N主要来源于铵态氮,即采矿活动排出的高NH_(4)^(+)-N水;SW2受到采矿和农业活动的共同影响,其来源包括铵态氮、土壤氮和污水粪肥,GW主要来源于土壤氮和污水粪肥。MixSIAR定量结果表明,矿山排水对靠近开采区的地表水(即SW1)的NO_(3)^(-)-N贡献率平均值超过50%,其中65%~94%NO_(3)^(-)-N来源于矿山排水中原生NO_(3)^(-)-N的直接贡献,而在远离开采区的地表水中(即SW2),矿山排水的NO_(3)^(-)-N贡献值递减至约30%。不确定性分析UI 90显示,大气降水的贡献率最为稳定,矿山排水、粪肥污水和土壤氮的贡献率存在较大的变异性。本研究揭示了离子吸附型稀土矿区硝酸盐污染的形成机制,为矿区氮污染的精准管控提供了科学依据。 展开更多
关键词 稀土矿 氮污染 硝化作用 贝叶斯同位素混合模型 分异富集
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傍河含水层地下水监测井布设最优试验研究
4
作者 张楠 陈喜 +3 位作者 高满 刘墉达 李维卓 孟详博 《水文地质工程地质》 北大核心 2026年第1期54-65,共12页
傍河含水层是重要供水水源地,地下水动态受到开采、地表水-地下水相互作用等多种要素影响,如何通过合理布设地下水监测井联合反演开采量与水文地质参数,是区域地下水资源评估及合理开发利用的核心问题之一。文章针对傍河均质潜水含水层... 傍河含水层是重要供水水源地,地下水动态受到开采、地表水-地下水相互作用等多种要素影响,如何通过合理布设地下水监测井联合反演开采量与水文地质参数,是区域地下水资源评估及合理开发利用的核心问题之一。文章针对傍河均质潜水含水层,结合Kriging替代模型,采用马尔可夫链蒙特卡洛方法构建效用函数开展序贯监测网优化设计,实现了傍河含水层地下水开采量及河床沉积物渗透系数(Kr)的联合反演。案例分析表明,Kriging替代模型可以有效替代地下水数值模型,提高模型运算效率;基于序贯监测方法的优化监测方案能够充分捕捉到傍河含水层流场变化,识别监测井最优布设位置,实现多个开采井地下水开采量及Kr的联合精确反演;生成的最优监测方案反演参变量精度优于随机监测方案。通过对比不同布局的最优监测井布设方案发现,开采井及河流附近等地下水水力梯度显著变化处,是布设地下水监测井的关键区域。研究可为傍河含水层监测井布设、地下水资源评价与开发利用提供科学支撑。 展开更多
关键词 傍河含水层 地下水开采量 渗透系数 监测井 序贯优化
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岩溶地下水系统的碳循环
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作者 蒲俊兵 《地学前缘》 北大核心 2026年第1期369-383,共15页
全球岩溶分布面积约2000万km^(2),其地下水资源约占全球地下水资源量的26.4%。在岩溶区CO_(2)-H_(2)O-CaCO_(3)相互作用的系统中,碳酸盐岩的溶蚀(风化)成为地球表层快速且大量吸收大气CO_(2)的重要表生地质过程,大量的CO_(2)被吸收进入... 全球岩溶分布面积约2000万km^(2),其地下水资源约占全球地下水资源量的26.4%。在岩溶区CO_(2)-H_(2)O-CaCO_(3)相互作用的系统中,碳酸盐岩的溶蚀(风化)成为地球表层快速且大量吸收大气CO_(2)的重要表生地质过程,大量的CO_(2)被吸收进入岩溶地下水系统,成为表层地球系统固碳的重要环节。岩溶碳循环受水循环过程的驱动,水体赋存位置及水文状态在一定程度上决定了岩溶碳循环的途径、效率、强度以及碳汇效应。本文在总结岩溶地下水系统基本特征的基础上,围绕碳的来源、碳的动态和碳的固定三个关键过程,分析了近年来岩溶地下水系统碳循环的进展。岩溶地下水系统具有多空间维度的非均质性、含水层结构的不稳定性、水文状态的高度变异性、地下水地表水转换频繁、防污性能弱、易受污染等特征,形成了特殊的水循环过程,并控制了系统的碳循环过程。岩溶地下水系统中碳主要有溶解无机碳(DIC)、颗粒无机碳(PIC)、溶解有机碳(DOC)和颗粒有机碳(POC)4种,它们的含量是内源碳和外源碳动态平衡的结果,其来源和贡献比受区域气候、地质、水文、生态等条件和生物活动等过程的共同影响。岩溶地下水系统DIC的动态变化受到CO_(2)效应、稀释效应、活塞效应的影响,并且受水文地质条件和水岩气相互作用程度的影响存在显著的空间变化,而OC的变化主要取决于源效应和水文效应。自养微生物的碳同化作用、生物碳泵效应、微型生物碳泵效应是岩溶地下水系统中的主要固碳机制,具有较大的固碳潜力。未来,应进一步关注分布式水碳耦合循环模型构建、岩溶地下河系统吸碳稳碳固碳储碳全流程的监测及分析技术体系构建和岩溶地下水系统固碳增汇的人工调控模式等方面的问题,可为深入理解岩溶地下水系统的碳循环过程,准确评价岩溶区的碳收支,维护岩溶区生态安全及实现“碳中和”目标提供新的科学认知。 展开更多
关键词 岩溶地下水系统 碳来源 碳动态 碳固定
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关中盆地东部浅层高氟地下水分布特征及富集成因
6
作者 陈志军 杨泽元 +4 位作者 曹建文 姜守俊 卢全中 刘聪 李文莉 《水文地质工程地质》 北大核心 2026年第1期95-109,共15页
关中盆地东部是我国典型地方性氟中毒病区,其浅层地下水氟富集机制呈现显著的地貌分异特征,但已有研究多局限于单一地貌类型,对多尺度地貌控制机制及水文地球化学过程下的时空异质性认知不足。研究基于多地貌单元,针对浅层含氟地下水的... 关中盆地东部是我国典型地方性氟中毒病区,其浅层地下水氟富集机制呈现显著的地貌分异特征,但已有研究多局限于单一地貌类型,对多尺度地貌控制机制及水文地球化学过程下的时空异质性认知不足。研究基于多地貌单元,针对浅层含氟地下水的水化学特征与氟富集主导机制差异进行研究,采集了94组地下水样品,涵盖了黄土台塬、北洛河河谷、渭河阶地等地貌单元,测定了水中的F^(−)及常规水化学离子浓度。运用数理统计、Gibbs图、Piper三线图等方法,对浅层含氟地下水的水化学特征、分布特征以及在不同地貌单元间的成因差异进行了深入探讨。结果表明:(1)浅层地下水呈弱碱性,具有高F^(−)、高总溶解性固体、高Na+的特征,水化学类型较为复杂;(2)在平面分布上,北洛河河谷中F^(−)浓度较低,而渭河阶地和黄土台塬中F^(−)浓度较高;(3)垂直方向上,随着埋深增加,黄土台塬和渭河阶地中F^(−)浓度呈降低趋势,而北洛河阶地则相反;(4)沿着孙镇黄土台塬至北洛河河谷方向,随着地下水径流路径延长,F^(−)浓度逐渐降低,而在韦庄黄土台塬至渭河阶地方向上F^(−)浓度则逐渐升高。研究表明不同地貌单元的氟富集主导机制差异明显,黄土台塬区以硅酸盐风化-离子交换协同控制的淋滤释放为主导;渭河二级、三级阶地蒸发浓缩效应显著,强烈的蒸散作用导致F^(−)次生富集;北洛河一级阶地受地表水-地下水交互作用影响,水力联系密切导致F^(−)浓度稀释效应显著。研究可为高氟地下水风险区划和地方病精准防控提供空间分异理论依据。 展开更多
关键词 关中盆地 浅层地下水 氟 分布特征 富集机制
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额济纳旗黑鹰山极干旱区地下水循环模式
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作者 肖高欣 罗明明 +5 位作者 秦冬时 赵泽浩 彭翔宇 潘洪捷 谢先军 周宏 《水文地质工程地质》 北大核心 2026年第1期43-53,共11页
内蒙古额济纳旗黑鹰山地区气候极度干旱,地下水多为苦咸水,水资源匮乏,严重阻碍了当地社会经济发展与生态环境保护。为探究黑鹰山地区地下水的循环机制,综合利用了水化学、氘氧同位素、氚同位素与碳同位素等技术,分析了不同类型地下水... 内蒙古额济纳旗黑鹰山地区气候极度干旱,地下水多为苦咸水,水资源匮乏,严重阻碍了当地社会经济发展与生态环境保护。为探究黑鹰山地区地下水的循环机制,综合利用了水化学、氘氧同位素、氚同位素与碳同位素等技术,分析了不同类型地下水化学特征、补给来源及地下水滞留时间,探讨了不同地质结构与古沉积环境对地下水循环的影响。结果表明:(1)区内大气降水补给量极小,蒸发浓缩作用强烈,地下水的溶解性总固体高,地下水循环模式主要呈现出3个典型阶段;(2)地下水循环的降水-渗流段主要发生在基岩山区,接受少量大气降水补给,平均交替系数为0.84%/a,平均溶解性总固体为7.8 g/L,含水介质非均质性使地下水年龄差异显著,溶滤-积聚段发生于山前洪积扇,交替系数从扇顶至扇缘递减,蒸发作用导致盐分累积,平均溶解性总固体为9.0 g/L,汇流-蒸发段分布于内流盆地,接受基岩山区侧向径流及少量大气降水补给,平均溶解性总固体为9.8 g/L,平均交替系数为0.59%/a,承压水平均年龄为17 ka;(3)黑鹰山地区地下水的演化是古环境与现代水循环过程共同作用的结果,寒冷潮湿古环境下大气降水补给与现代水混合,在盆地区受蒸发浓缩作用,最终形成咸水和盐水,部分区域封存有溶解性总固体较低的古水。研究结果为极干旱区寻找淡水靶区和解析咸水成因提供了科学依据。 展开更多
关键词 干旱区 地下水循环 水化学 环境同位素 古环境
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高地应力高温条件裂隙介质地下水非线性渗流研究进展
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作者 许林 马海春 +4 位作者 王京平 张庆 黄逸航 钱家忠 王万林 《地学前缘》 北大核心 2026年第1期313-327,共15页
随着深部资源勘探、地热能源开发和核废料地质处置等工程活动的深入推进,地下水在高地应力高温环境下的渗流行为成为研究热点,进而关于如何构建适用于高地应力高温条件的多物理场耦合理论模型,以准确反映在真实地应力和温度条件下水岩... 随着深部资源勘探、地热能源开发和核废料地质处置等工程活动的深入推进,地下水在高地应力高温环境下的渗流行为成为研究热点,进而关于如何构建适用于高地应力高温条件的多物理场耦合理论模型,以准确反映在真实地应力和温度条件下水岩相互作用、裂隙形态演化与流体特性变化的动态过程成为重点关注的问题。本文系统综述了高地应力高温条件下地下水渗流的基本理论、实验研究与数值模拟进展,重点阐述了传统立方定律在裂隙渗流模拟中的适用性与局限,并介绍了非达西流与广义达西流的理论拓展,分析了地应力与温度对渗透率的耦合调控机制;总结了多项地应力与热力耦合实验成果及其渗流参数演化规律,探讨了数值模拟中地应力主导下裂隙几何形态演变与渗透通道演化过程;评价了高温环境下矿物热膨胀、热破裂与裂隙粗糙度变化对渗流路径的影响,评估了热水力耦合模型及数据驱动方法的预测潜力;评述了当前理论模型在高地应力高温多场耦合机制、裂隙尺度效应及长期演化方面仍存在不足,展望了未来的研究方向。 展开更多
关键词 高地应力 高温地下水渗流 热水力耦合 裂隙介质 渗透率演化 实验研究 数值模拟
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基于重力卫星和基流分割方法的青藏高原东部地下水储量变化分析
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作者 刘苏仪 韩宁 +4 位作者 黄志勇 郑龙群 张翀 宫辉力 潘云 《地学前缘》 北大核心 2026年第1期470-482,共13页
在全球变暖与人类活动加剧的背景下,定量解析青藏高原地下水储量时空演变是揭示“亚洲水塔”水循环变化机制的关键环节。联合重力卫星GRACE/GRACE-FO、全球陆面过程模型和全球水文模型反演青藏高原东部地下水储量变化,并将反演结果与基... 在全球变暖与人类活动加剧的背景下,定量解析青藏高原地下水储量时空演变是揭示“亚洲水塔”水循环变化机制的关键环节。联合重力卫星GRACE/GRACE-FO、全球陆面过程模型和全球水文模型反演青藏高原东部地下水储量变化,并将反演结果与基流分割所得结果进行对比验证。重力卫星数据反演结果表明,2003—2022年,青藏高原东部的陆地水储量变化以土壤水为主(贡献率为48.45%),其次是地下水(贡献率为32.69%),其中3个子流域(长江上游、雅砻江、大渡河,面积占比为52.7%)的陆地水储量变化以土壤水占主导,其余7个子流域(面积占比为47.3%)的陆地水储量变化以地下水占主导。青藏高原东部的地下水储量变化呈显著增加趋势((2.11±0.57)mm/a),青藏高原东部10个子流域中,7个子流域的基流分割所得地下水储量变化与重力卫星数据反演结果均呈增加趋势(相关系数r=0.78),但基流分割得到的地下水储量变化趋势明显偏小,其可能原因包括:基流退水过程中集水区面积的持续缩减;基于数值模拟的基流分割方法对研究区基流的系统性低估;重力卫星数据处理过程中的误差。多元回归分析结果显示,降水、气温和向下短波辐射共同驱动了研究区地下水储量增加趋势。 展开更多
关键词 重力卫星 GRACE/GRACE-FO 基流分割 地下水储量变化 青藏高原 气候变化
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石窟砂岩内部毛细水迁移可视化试验研究
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作者 郝榕榕 张悦 +3 位作者 郭葆鑫 洪杰 黄继忠 程远 《水文地质工程地质》 北大核心 2026年第1期31-42,共12页
水分入侵是威胁石窟本体安全、影响其长久保存的重要原因之一,但目前针对石窟砂岩内部毛细水迁移过程及变化特征的研究相对较少。为揭示毛细水在砂岩内部迁移的特征与机制,针对云冈石窟和乐山大佛所在地的新鲜砂岩开展室内的一维竖直毛... 水分入侵是威胁石窟本体安全、影响其长久保存的重要原因之一,但目前针对石窟砂岩内部毛细水迁移过程及变化特征的研究相对较少。为揭示毛细水在砂岩内部迁移的特征与机制,针对云冈石窟和乐山大佛所在地的新鲜砂岩开展室内的一维竖直毛细上升试验,测定吸水率和毛细上升高度随时间的变化,同时采用核磁共振和红外热成像技术获取砂岩内部水分的时空分布演变规律。云冈砂岩和乐山砂岩都属于中等毛细吸水能力,因乐山砂岩大孔数量多、孔径分布不均匀,其毛细吸水率和毛细上升高度发展更快,湿润前锋形状十分不规则。试验过程中,微孔饱和度始终高于中孔饱和度,不同类型的孔隙饱和度增加速率差异在乐山砂岩中更为明显,并且有部分较大孔隙无法通过毛细作用达到饱和。毛细水迁移包括水分上升和扩散2个过程,吸水砂岩内部的含水率随着高度增加而逐渐降低,分为湿润区、过渡区和干燥区,其表面温度也相应呈现从低到高渐变的规律。温度对水分含量的细微变化反应敏感,因此红外热成像技术在水分分布快速探查中表现出良好的应用价值。在砂岩质石窟劣化机理、无损检测技术适用性等研究方面进行了探索,以期为文物的预防性保护提供理论依据和实践指导。 展开更多
关键词 石窟寺 无损检测 核磁共振 红外热成像 孔隙结构 文物保护
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基于深度学习的数据同化裂隙网络分布模拟
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作者 徐朝晖 康学远 +4 位作者 于军 龚绪龙 韩正 吴吉春 施小清 《水文地质工程地质》 北大核心 2026年第1期66-79,共14页
准确表征裂隙网络的空间分布是描述裂隙介质中地下水流动和污染物运移的关键前提。由于裂隙介质中裂隙和基质参数的强非高斯性,当观测数据有限时,常用的随机反演方法(如地质统计学方法)因高斯假设先验,导致推估得到的裂隙网络高渗区域... 准确表征裂隙网络的空间分布是描述裂隙介质中地下水流动和污染物运移的关键前提。由于裂隙介质中裂隙和基质参数的强非高斯性,当观测数据有限时,常用的随机反演方法(如地质统计学方法)因高斯假设先验,导致推估得到的裂隙网络高渗区域容易过于平滑。本研究提出一种基于深度学习的反演框架来表征裂隙网络,利用卷积变分自编码器(convolutional variational autoencoder,CVAE)识别图像的优势,通过学习裂隙先验信息提取其空间模式。为了增强该反演框架在野外实际的适用性,在训练样本构建中将裂隙数量设置为特定数量区间的随机分布。将训练后的CVAE与基于集合的数据同化方法(ensemble smoother multiple data assimilation,ESMDA)集成,通过水力层析成像技术(hydraulic tomography,HT)获取的水头数据估计裂隙场。基于二维裂隙网络数值算例验证该框架的反演性能。训练后的CVAE成功再现了裂隙网络的非高斯特性。相比于标准的ESMDA方法,所构建框架CVAE-ESMDA刻画的裂隙网络精度从65.5%提升至83.3%,溶质运移预测平均误差降低31.7%。进一步探讨观测数据量对于CVAE-ESMDA性能的影响,研究发现相比1512个水头观测数据,反演框架在504个水头观测数据情况下仍能刻画出裂隙网络的大体分布与连通情况,但具体裂隙的刻画精度有所下降,从而影响了溶质运移趋势预测的准确性,整体溶质运移预测的平均误差增加17.1%。提出的CVAE-ESMDA反演框架能有效克服裂隙含水层参数非高斯特性并高效学习裂隙网络的结构特征,在不同观测数据量下均能一定程度地刻画出裂隙网络分布特征。 展开更多
关键词 裂隙网络 卷积变分自编码器 反演 数据同化方法 水力层析成像 深度学习
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天津滨海地区不同碘化物浓度地下水微生物群落结构特征
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作者 谢定昇 李梦娣 +1 位作者 张翠霞 李海明 《水文地质工程地质》 北大核心 2026年第1期263-276,共14页
微生物对碘化物(以I−计)在地下水中的迁移富集有重要影响,进而影响水资源安全。目前关于微生物在I−迁移富集中作用的研究多集中于实验室条件下对特定微生物的培养,对于自然环境下微生物群落与I−的相互作用的研究较为有限。为了解不同I−... 微生物对碘化物(以I−计)在地下水中的迁移富集有重要影响,进而影响水资源安全。目前关于微生物在I−迁移富集中作用的研究多集中于实验室条件下对特定微生物的培养,对于自然环境下微生物群落与I−的相互作用的研究较为有限。为了解不同I−浓度的地下水中微生物群落结构特征,针对天津滨海地区不同I−浓度地下水中的微生物群落,采用Mantel test检验、α多样性、LEfSe分析、共现网络及PICRUSt2分析等对相关微生物数据进行分析。结果表明:(1)地下水样品中共检测到相对丰度>0.01%的微生物23门、42纲、122目、215科、392属,其中变形菌门、拟杆菌门、弯曲杆菌门、放线菌门为微生物群落优势门类;(2)地下水微生物群落与pH值、Na^(+)、Ca^(2+)、Mn^(2+)、总溶解性固体浓度等水化学环境因子有正相关关系;(3)微生物群落的多样性、生态系统复杂性、丰富度随I−浓度梯度上升而下降;随I−浓度梯度上升,物种覆盖范围有所扩大,群落结构逐渐由聚集到离散,各物种相对独立性提高。研究成果可为天津及类似滨海地区地下水微生物-碘相互作用机制研究提供一定参考。 展开更多
关键词 高碘 地下水 水化学 微生物群落 多样性 差异性
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赣江下游地下水三氮源解析及其对极端降水-干旱的响应
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作者 赵崇桢 储小东 +2 位作者 陈婷 马文洁 高柏 《水文地质工程地质》 北大核心 2026年第1期80-94,共15页
极端气候事件频繁发生对地下水质量影响较为显著,但目前针对极端气候驱动下地下水中“三氮”(氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮)来源及“三氮”对水文地球化学过程的响应研究仍有不足,尤其在极端降水和干旱条件下,“三氮”时空分布特征及来... 极端气候事件频繁发生对地下水质量影响较为显著,但目前针对极端气候驱动下地下水中“三氮”(氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮)来源及“三氮”对水文地球化学过程的响应研究仍有不足,尤其在极端降水和干旱条件下,“三氮”时空分布特征及来源解析未被充分探讨。以江西省赣江流域下游及其南支区域地下水为对象,采集样本并分析极端气候条件下的水文地球化学特征,采用正交矩阵因子分解(positive matrix factorization,PMF)模型解析“三氮”来源,对比极端降水和干旱条件下“三氮”浓度变化、时空分布、来源贡献以及对极端气候的响应机制。结果显示:极端气候显著影响赣江下游地下水水位和氧化还原环境,极端干旱时地下水水位降幅大,氧化还原电位(Eh值)降低;水化学类型为HCO_(3)-Ca型,极端降水和干旱分别导致不同离子变异性增强;极端降水期NH_(4)^(+)-N浓度下降,NO_(3)^(-)-N沿河流方向增加;极端干旱期NH_(4)^(+)-N与NO_(2)^(-)-N浓度显著上升。PMF源解析显示:盐类溶解(石膏、镁盐矿物等)、土壤氮转化(硝化及反硝化作用等)和人类活动(农业活动、生活污水排放及工业废水排放等)分别是NH_(4)^(+)-N、NO_(2)^(-)-N和NO_(3)^(-)-N的主要来源,极端气候显著改变了这些来源的贡献率。极端气候下,地下水中氮化合物的变化与水文地球化学过程紧密相关,极端干旱时蒸发浓缩作用增强导致NH_(4)^(+)-N累积,极端降水时地下水受降水补给稀释导致NO_(3)^(-)-N浓度上升及NO_(2)^(-)-N浓度降低。本研究揭示了极端气候下地下水中“三氮”来源及其水文地球化学演化机制,为区域地下水污染防控及水资源管理提供理论支持。 展开更多
关键词 极端降水 极端干旱 地下水 三氮 赣江流域
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低渗透介质热示踪传热过程的ERT动态监测方法研究
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作者 赵永胜 王锦国 +2 位作者 乔斐 刘芮彤 陈舟 《地学前缘》 北大核心 2026年第1期523-533,共11页
热示踪技术作为获取多孔介质渗透特性与热力学参数的重要手段,在水文地质领域应用十分广泛。然而,传统热示踪方法严重依赖监测井内的点尺度温度探头数据,难以重构多孔介质传热过程的空间结构。针对传统热示踪试验点尺度温度探头数据在... 热示踪技术作为获取多孔介质渗透特性与热力学参数的重要手段,在水文地质领域应用十分广泛。然而,传统热示踪方法严重依赖监测井内的点尺度温度探头数据,难以重构多孔介质传热过程的空间结构。针对传统热示踪试验点尺度温度探头数据在传热过程刻画时的空间分辨率不足问题,本文在低渗透介质热示踪试验中引入高密度电阻率法(electrical resistivity tomography,ERT)。通过开展热示踪与高密度电阻率法联合监测,探究ERT在低渗透介质热示踪试验过程中提高传热过程监测空间分辨率方面的效果。此外,本文建立了黏土地层电阻率温度的定量反演方法。通过数值模拟正演验证了该方法的可靠性,并对影响可靠性的因素进行了分析。研究结果表明:由ERT监测得到的电阻率反演温度数据在以传热过程为主导的区域(监测井位置),与地下水温度变化趋势与幅度具有一致性;在以局部热对流为主导的区域(注水井位置),与地下水温度变化趋势一致,证实了ERT在弱透水层传热过程监测的可靠性。同时,通过ERT成功识别出优势通道或热敏感区,证实其对地下非均质性具有高度敏感性,能够显著提升热示踪试验传热过程的空间分辨率。本文构建的电阻率温度反演方法为低渗透介质热示踪提供了新方法,证实了ERT技术能够弥补传统热示踪试验传热过程空间分辨率不足的问题。 展开更多
关键词 高密度电阻率法 低渗透介质 热示踪试验 黏土电阻率温度关系 空间分辨率
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基于Budyko模式的白洋淀流域不同时间尺度径流对气候变化的响应研究 被引量：1
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作者 于涛 韩鹏飞 +3 位作者 王旭升 蒋小伟 张志远 万力 《地学前缘》 北大核心 2025年第1期449-458,共10页
气候变化严重影响流域内水资源的形成和水文要素之间的转化,准确量化河川径流对气候变化的响应对流域水资源的合理开发利用具有重要意义。当前非稳态条件下的水文气候弹性解析研究相对较少,本研究以白洋淀流域山区的八个子流域为研究区... 气候变化严重影响流域内水资源的形成和水文要素之间的转化,准确量化河川径流对气候变化的响应对流域水资源的合理开发利用具有重要意义。当前非稳态条件下的水文气候弹性解析研究相对较少,本研究以白洋淀流域山区的八个子流域为研究区,使用最新提出的基于Budyko模式的非稳态径流弹性系数解析新方法,将年际径流对气候变化的响应进行分析,在中国流域验证该方法的有效性,将其适用范围进行拓展,并进一步与采用多年时间尺度稳态条件下的基于Budyko模式的弹性方法分析结果进行对比。结果表明:年际尺度下,年蒸散比和水储量变化比与年干旱指数具有良好的线性相关性;在年际和多年时间尺度下河川径流对降水变化更为敏感;而年际尺度下径流弹性系数小于多年稳态下的结果,表明流域水储量对径流气候变化的响应起到了重要的调节作用。年际弹性系数与流域面积的相关性较好。本研究验证了最新提出的基于Budyko模式的非稳态径流弹性系数新方法的有效性,并进一步将其适用性由湿润区拓展到半湿润、半干旱地区,对今后白洋淀流域和雄安新区水资源的合理利用具有重要的指导意义。 展开更多
关键词 Budyko模式 气候变化 弹性系数 白洋淀流域
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水库水位变动影响下消落带沉积物氮磷吸附解吸行为与释放通量估算
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作者 吴默涵 苏小四 +1 位作者 宋铁军 郝源 《地学前缘》 北大核心 2026年第1期14-24,共11页
水库水位变动而形成的消落带作为水陆交错带的关键界面,其沉积物氮磷释放是影响水库水质的重要因素。然而,周期性水位变动引发的消落带氧化还原环境交替变化导致消落带氮磷的释放行为及其对水库水质的影响贡献尚不完全清楚。本研究以吉... 水库水位变动而形成的消落带作为水陆交错带的关键界面,其沉积物氮磷释放是影响水库水质的重要因素。然而,周期性水位变动引发的消落带氧化还原环境交替变化导致消落带氮磷的释放行为及其对水库水质的影响贡献尚不完全清楚。本研究以吉林省某大型水库为研究对象,通过采集淹水前、淹水期和退水期水库地表水和消落带沉积物样品,阐明水位变动下消落带沉积物氮磷释放规律及其对水库水质影响的贡献。研究结果表明:在整个水位波动周期(淹水前—淹水期—退水期),库水氨氮和磷酸根浓度呈现先增加后减小的趋势。沉积物氨氮含量先降低后升高,而无机磷含量则先增加后降低。吸附解吸实验表明酸性条件下(pH=5)沉积物对氨氮和磷酸盐的吸附量较大,而碱性条件(pH=9)下沉积物氮磷解吸作用较强。在退水期,沉积物对氮磷表现出较强的解吸作用。质量平衡法表明,沉积物氮和磷的释放通量分别为324.15 t和8.18 t,其对水库地表水无机氮、磷变化的贡献率分别高达47.22%和57.72%。本项研究对于识别水库内源污染机制,预测水环境风险,保障居民饮水安全和推动水资源可持续管理提供重要科学依据。 展开更多
关键词 水库消落带 水位波动 氮磷含量 释放通量 吸附解吸
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松嫩盆地硝氮驱动的地下水铀富集机理
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作者 高志鹏 郭华明 +3 位作者 丁正 姜春平 胡学达 徐达 《水文地质工程地质》 北大核心 2026年第1期12-22,共11页
氮素污染导致的地下水重金属次生污染是当前研究的重点和热点。本研究旨在探究地下水中硝氮的分布、来源及其对地下水中铀迁移转化的控制机制。本研究综合采用水化学、NO_(3)^(-)氮氧同位素及水文地球化学模拟的方法,探究了松嫩盆地西... 氮素污染导致的地下水重金属次生污染是当前研究的重点和热点。本研究旨在探究地下水中硝氮的分布、来源及其对地下水中铀迁移转化的控制机制。本研究综合采用水化学、NO_(3)^(-)氮氧同位素及水文地球化学模拟的方法,探究了松嫩盆地西部山前倾斜平原地下水中NO_(3)^(-)来源、转化及其驱动的地下水中铀富集过程。研究区地下水沿流向逐渐由氧化环境演变至还原环境,氧化区地下水铀质量浓度(平均14.2μg/L)显著高于还原区(平均4.1μg/L);氧化区地下水NO_(3)^(-)平均质量浓度高达188 mg/L,还原区普遍低于10 mg/L。NO_(3)^(-)氮氧同位素结果表明:氧化区地下水NO_(3)^(-)主要来自土壤NH_(4)^(+)及NH_(4)^(+)氮肥的硝化作用;而在还原区则主要来自NO_(3)^(-)氮肥的输入。氧化区高浓度的NO_(3)^(-)一方面将固态U(Ⅳ)氧化为溶解态U(Ⅵ),另一方面通过驱动碳酸盐岩风化导致Ca-U-CO_(3)三元络合物的形成,进一步促进了地下水铀的富集;还原区主要发生硅酸盐岩风化及Ca^(2+)与Na^(+)离子交换过程,地下水氧化还原电位和Ca^(2+)浓度均较低,不利于地下水铀的富集。本研究对于理解地下水NO_(3)^(-)污染导致的次生铀浓度超标具有重要的理论意义。 展开更多
关键词 松嫩盆地 地下水 硝氮 铀 富集机理
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基于注意力机制LSTM神经网络的北方岩溶大泉水位预测研究
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作者 黄林显 徐征和 +7 位作者 支传顺 李双 刘治政 邢立亭 朱恒华 王晓玮 毕雯雯 胡晓农 《地学前缘》 北大核心 2026年第1期419-431,共13页
岩溶地下水是北方岩溶区重要供水水源,准确预测其水位动态对地下水资源科学管理和保护具有重要意义。但岩溶含水系统具有强烈的非均质性和各向异性,导致其水位动态往往体现出非平稳及非线性波动状态,造成进行地下水位预测时易产生较大... 岩溶地下水是北方岩溶区重要供水水源,准确预测其水位动态对地下水资源科学管理和保护具有重要意义。但岩溶含水系统具有强烈的非均质性和各向异性,导致其水位动态往往体现出非平稳及非线性波动状态,造成进行地下水位预测时易产生较大误差。论文提出一种耦合注意力机制(Attention)和长短时记忆(LSTM,Long Short-Term Memory)神经网络的多变量趵突泉地下水位预测模型,利用泉域2013—2024年日降水(代表补给项)及水汽压、日气温和开采量(代表排泄项)进行模型训练和预测,结果表明:①采用BEAST(Bayesian Estimator of Abrupt Change,Seasonality,and Trend)算法对1958—2024年趵突泉水位时间序列进行分解,共识别出四个突变点并以此为依据将水位动态划分为四个阶段;②互相关分析揭示降雨和趵突泉水位动态变化之间存在2~3个月的时间滞后,表明两者之间动态变化较为一致;③所提出的预测模型以多种变量(降水量、水汽压、气温及开采量)作为模型输入,不同变量间的交互作用可相互验证,能有效提升预测精度;④采用正弦函数拟合日气温数据,可消除测量误差影响,能在一定程度上提高预测精度;⑤相较于单一LSTM神经网络和门控循环单元(GRU)神经网络,LSTM_Attention神经网络由于引入注意力机制,能聚焦更重要特征的影响,从而显著提高预测精度,其水位预测RMSE和R 2值分别为0.13 m和0.94。总体来说,本文所提出的LSTM_Attention神经网络岩溶地下水位预测模型具有较强的准确性和稳定性,可为岩溶地下水位精确预测提供借鉴。 展开更多
关键词 北方岩溶 水位预测 多变量模拟 LSTM_Attention神经网络
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基于RIBS模型的无资料流域洪水模拟研究
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作者 武震 《东北水利水电》 2026年第1期26-29,共4页
分布式水文模型在洪水预报中有广泛应用,以变动饱和带产流理论建立的RIBS模型具有良好的物理模型基础,充分考虑下垫面非均质性对产流的影响,具有广阔应用前景。但目前该模型应用时仍然靠参数率定,降低了对空间变异性的考虑,同时其在无... 分布式水文模型在洪水预报中有广泛应用,以变动饱和带产流理论建立的RIBS模型具有良好的物理模型基础,充分考虑下垫面非均质性对产流的影响,具有广阔应用前景。但目前该模型应用时仍然靠参数率定,降低了对空间变异性的考虑,同时其在无资料地区应用缺乏参数确定的方法和经验。因此,本研究基于该模型,开展模型参数确定及其在无资料地区的应用研究,建立参数值和流域地形地貌参数的定量关系,并选取流域进行应用研究。结果表明,研究建立的定量关系在确定地表饱和水力传导度时优于遥感方法,构建的模型在无资料流域模拟进度较高,成果可以为洪水预报提供借鉴。 展开更多
关键词 RIBS模型 饱和水力传导度 无资料地区
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CO_(2)地质封存过程浅层地下水响应的研究进展与展望
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作者 杨术刚 刘双星 +5 位作者 蔡明玉 薛明 陈强 李兴春 曾瑞华 张坤峰 《水文地质工程地质》 北大核心 2026年第1期242-252,共11页
为阐明规模化CO_(2)注入以及注入的CO_(2)与储层咸水泄漏后对浅层地下水产生的潜在影响,可以支撑CO_(2)地质封存项目开展泄漏风险防控与浅层地下水保护。文章采用文献分析法,系统总结了CO_(2)地质封存规模化注入与储层流体泄漏迁移对浅... 为阐明规模化CO_(2)注入以及注入的CO_(2)与储层咸水泄漏后对浅层地下水产生的潜在影响,可以支撑CO_(2)地质封存项目开展泄漏风险防控与浅层地下水保护。文章采用文献分析法,系统总结了CO_(2)地质封存规模化注入与储层流体泄漏迁移对浅层地下水流场和水质的影响研究进展。研究表明:(1)规模化CO_(2)注入引起的储层压力集聚和压力扰动传导至浅部含水层,会引发浅层地下水水位抬升、压力增加、蒸散发量增大等现象;(2)当CO_(2)或储层咸水沿泄漏通道迁移至浅部含水层时,将导致浅层地下水pH与氧化还原电位降低、碱度-电导率等参数升高、Ca-Mg-K等主要离子浓度升高、有毒微量金属释放迁移、微生物群落生物多样性与代谢多样性改变等复杂生物地球化学过程,变化程度受CO_(2)或储层水泄漏强度、浅部含水层水文地质条件等多个因素影响;(3)吸附与解吸、溶解与沉淀、氧化还原反应是CO_(2)侵入后地下水水质变化的主要反应机制。浅层地下水不仅是CO_(2)地质封存工程泄漏的风险受体,亦是开展封存安全性与有效性评估的信息载体,应重视规模化CO_(2)地质封存工程中的浅层地下水响应与监测研究,在避免发生环境影响事件的同时,为封存有效性论证提供支撑。 展开更多
关键词 CO_(2)封存 泄漏 浅层地下水 微量元素 微生物
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