我院张志才副教授团队采用径流运移时间示踪方法在喀斯特流域降雨-径流过程研究中取得系列成果

发布者:管理员发布时间:2022-02-21浏览次数:10

受岩溶侵蚀作用控制,我国西南喀斯特地区具有独特的喀斯特地貌景观和脆弱的生态环境。喀斯特流域地表、地下二元结构三维特征使其具有复杂的关键带结构与水文功能。受高度空间异质性的影响,传统水文学方法难以准确刻画该地区水文过程及其对的生源要素运移过程的驱动作用。

研究团队针对喀斯特降雨-径流过程,在贵州普定喀斯特生态系统国家野外科学观测研究站系统开展水文、水化学和同位素观测实验。发展了喀斯特水文与水化学及氢氧同位素信息相融合的研究方法以及数学建模方法。通过径流运移时间示踪,研究喀斯特关键带水流和溶质运移过程,深化了对喀斯特地区多重介质水流运动以及物质运移规律的认知。

研究成果主要包括:发展了基于氢氧同位素的喀斯特流域概念性示踪水文模型,揭示了裂隙-管道水流以及山坡-洼地单元水力联系和运动特征(运移时间及水文连通性),拓展了喀斯特不同地貌单元水文特征模拟和预测功能(文献1);基于构建的示踪水文模型,建立了喀斯特流域径流运移时间示踪方法,定量计算了不同流域蓄量条件下径流中“新”水与“老”水的比例及变化规律(文献2);结合降雨运移时间模拟与硝酸盐观测序列,建立了基于示踪水文模型的流域溶质输出示踪方法,揭示了喀斯特关键带溶质运移的水流驱动机制(文献3);首次在喀斯特流域应用StorAge Selection (SAS)方法模拟并对比了喀斯特山坡单元与洼地单元运移时间分布特征。在此基础上,建立了喀斯特关键带水流路径与混合过程,及其受水文连通性控制作用的概念模型(文献4)。

文献1Zhang, Z., Chen, X., Cheng, Q., Soulsby, C., 2019. Storage dynamics, hydrological connectivity and flux ages in a karst catchment: Conceptual modelling using stable isotopes. Hydrology and Earth System Sciences, doi:10.5194/hess-23-51-2019

文献2Zhang, Z., Chen, X., Cheng, Q., Soulsby, C., 2020. Characterizing the variability of transit time distributions and young water fractions in karst catchments using flux tracking. Hydrological Processes, 34, 3156–3174.

文献3Zhang, Z., Chen, X., Li, S., F Yue, Soulsby, C., 2021. Linking nitrate dynamics to water age in underground conduit flows in a karst catchment. Journal of Hydrology, 596: 125699.

文献4Zhang, Z., Chen, X., Cheng, Q., Soulsby, C., 2021. Using StorAge Selection (SAS) functions to understand flow paths and age distributions in contrasting karst groundwater systems. Journal of Hydrology, 602:126785



喀斯特流域概念性示踪水文模型(文献1)                                                            流域径流运移时间分布(文献2


喀斯特流域溶质运移的水流驱动机制(文献3


喀斯特关键带水流路径与混合过程概念图(文献4)


供稿:张志才,编辑:何肖微,审核:雍斌、徐斌