气候变化影响下黑河上游山区地下水－地表水－冻土层间水的流动与热传导耦合机理研究

本项目研究目标是揭示黑河上游山区地下水与地表水，地下水流动和热量运移，气候变化与水文响应之间的耦合和反馈机制。利用黑河上游源区祁连山马粪沟为基地，研究内容包括数值模拟和现场实验两部分。数值模拟将以流体质量和能量守恒为基础，建立二维模型来研究流域地下水流动和热量运移。该模型将考虑水和冰之间的相变，模拟孔隙水的冻融、渗透率随冰或水饱和度变化、流体流动和热量运移，以获得研究区域内地温分布、地下水的补给和排泄随时间变化的规律。野外调查工作将围绕研究区域内的实地观测站展开，目前以及新采集监测或试验数据将会有效地应用于校正数值模型。本研究将首次建立一个严格耦合的多维地下水流和能量传输模型。通过研究气候变化影响下黑河上游祁连山源区一小流域地下水系统的动态，本研究项目将提供对地下水流动和热量传递耦合过程的新认识，定量评价多年冻土的状态、地下水的补给率以及地下水排泄对地表水体的贡献。

本研究利用激电测深法与地质雷达探测了区域地下含水层结构，探明了含水层的含水特征，以及多年冻土与季节性冻土的界限；建立了冻结数模型模拟了上游山区的冻土类型与分布，分析了多年冻土的年际变化特征，计算了融化深度和冻结深度，探明了冻结深度、融化深度的影响因素；利用退水曲线特征、基流、月均最小流量等揭示冻土变化的水文响应；利用水文同位素特征，估算了葫芦沟流域径流组分；建立的葫芦沟三维流动系统模型，模拟了葫芦沟区域流动特征。本研究项目在葫芦沟的水文循环、多年冻土变化与水文响应、地下水排泄对地表水体的贡献提供新认识。