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(fù)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(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)最為活躍的類型,大量賦存于活動(dòng)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(gè)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(dòng)態(tài)變化可以作為高原對(duì)氣候響應(yīng)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(guò)程,而涉及地下水動(dòng)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(yùn)動(dòng)和溶質(zhì)的運(yùn)移,也影響著流域水資源評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性。針對(duì)凍結(jié)層上水動(dòng)態(tài)以及土壤滲透性變化的研究,有助于準(zhǔn)確描述寒區(qū)地下水動(dòng)態(tài)的時(shí)空變化規(guī)律以及凍土活動(dòng)層的季節(jié)相態(tài)轉(zhuǎn)變過(guò)程。因此,我們?cè)陂L(zhǎng)江源區(qū)風(fēng)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(shí)時(shí)觀測(cè)了活動(dòng)層凍融過(guò)程期間凍結(jié)層上水的水位動(dòng)態(tài),在活動(dòng)層的完全融化期以及逐漸凍結(jié)期開展了抽水試驗(yàn)以確定土壤滲透系數(shù)變化趨勢(shì),并分析了造成水位動(dòng)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(dòng)下,研究區(qū)凍結(jié)層上水位動(dòng)態(tài)與滲透系數(shù)的變化趨勢(shì)與活動(dòng)層的凍融過(guò)程相一致,凍結(jié)層上水位動(dòng)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(duì)深層地溫變化的響應(yīng)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(dòng)層融化與凍結(jié)的交界期,滲透系數(shù)對(duì)溫度變化的響應(yīng)相較水位動(dòng)態(tài)更為敏感,在一定程度上說(shuō)明了在溫度逐漸下降的過(guò)程中,地下水流運(yùn)動(dòng)呈現(xiàn)出顯著減弱的趨勢(shì)。(2)補(bǔ)排條件的差異對(duì)凍結(jié)層上水動(dòng)態(tài)的影響顯著,而地下水流的活躍程度還會(huì)造成能量分布的不同,對(duì)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(shì)差,位于坡下的試驗(yàn)點(diǎn)具有更好的補(bǔ)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(diǎn);此外,水勢(shì)差的存在還造成了坡上點(diǎn)對(duì)大氣降水補(bǔ)給的響應(yīng)更為強(qiáng)烈。河水與凍結(jié)層上水動(dòng)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(dòng)態(tài)對(duì)凍結(jié)期的到來(lái)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(yàn)點(diǎn)所處的坡面朝向以及植被覆蓋情況的不同對(duì)水位動(dòng)態(tài)以及滲透性所造成的影響,主要是通過(guò)對(duì)能量交換過(guò)程的控制。太陽(yáng)輻射是地溫變化的主要驅(qū)動(dòng)因素,處于陽(yáng)坡的活動(dòng)層接受太陽(yáng)的輻射更為直接,這會(huì)導(dǎo)致活動(dòng)層凍融周期和土壤滲透性的差異。結(jié)果顯示,在活動(dòng)層的逐漸融化期陽(yáng)坡觀測(cè)點(diǎn)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(yàn)點(diǎn)滲透性的下降更為緩慢。
【學(xué)位單位】：蘭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)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(zhǎng)江源區(qū)北麓河一級(jí)支流——左冒孔小流域的風(fēng)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(biāo)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(méi)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(guó)道穿過(guò)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(cè)孔的布置情況，其中 1#-4#孔處于陰坡，4#-7#孔處于陽(yáng)坡，4#-6#孔較其余 4 孔更靠近谷地溪流。

蘭州大學(xué)碩士學(xué)位論文 青藏高原腹地多年凍土區(qū)活動(dòng)層凍融過(guò)程對(duì)凍結(jié)層上水動(dòng)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(tái)電壓為 12V 的蓄電池串聯(lián)來(lái)進(jìn)行供電，抽水管進(jìn)水端捆綁紗布防止粒徑過(guò)大的泥沙堵塞抽水機(jī)，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(jì)量，并以此來(lái)計(jì)算抽水速率。如果水量過(guò)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(shí)驗(yàn)開始的前半段獲取更多的水位與時(shí)間的變化數(shù)據(jù)，并及時(shí)調(diào)整抽水流量的大小，盡快達(dá)到最后水位穩(wěn)定的實(shí)驗(yàn)效果。實(shí)驗(yàn)期間動(dòng)態(tài)水位由 HOBO自動(dòng)水位計(jì)實(shí)時(shí)記錄（每 5 分鐘記錄一次水位），同時(shí)人工使用卷尺進(jìn)行水位測(cè)量，方便水位的校對(duì)以及滲透系數(shù)的計(jì)算。

圖 3-1 多年凍土地區(qū)坡面地下水位動(dòng)態(tài)季節(jié)變化過(guò)程（2018 年）2）水位波動(dòng)變化階段，活動(dòng)層處于融化期，此時(shí)期土壤的滲透性水運(yùn)動(dòng)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(bǔ)給凍結(jié)層上水十分充裕，故水位動(dòng)態(tài)相對(duì)穩(wěn)，此時(shí)活動(dòng)層已經(jīng)全部融化最大融深達(dá)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(yàn)高的地下水位恢復(fù)速率證明了積雪融水仍然能對(duì)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(dòng)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(duì)凍給甚微，此階段一部分地下水在無(wú)法得到大氣降水有效補(bǔ)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(chǔ)在活動(dòng)層土活動(dòng)層完全凍結(jié)時(shí)期的無(wú)地下水狀態(tài)。
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本文編號(hào)：2843008