长白山区排水泥炭地的水文动态及其数值模拟

论文摘要

泥炭地排水是人类干扰泥炭地发育的重要手段,排水改变泥炭地的水文情势,进一步改变了泥炭地内部的生物地球化学循环过程,导致泥炭地退化和泥炭积累系统的崩溃。保护和恢复受损泥炭地,基本前提是恢复泥炭地的水文情势。本文针对实施排水工程30余年而显著退化的白江河泥炭地,选择未排水区和排水区作为对比,采集原状泥炭样品在实验室测定泥炭水理特征,包括重要的水动力参数-饱和导水率、容重、饱和含水率、持水量、孔隙度、有机质含量等指标,探究排水对泥炭性质的影响;通过水位和气象监测,分析水位波动特征;以大量的野外观测和实验数据以及高程模型为基础,借助地下水模拟软件模拟了白江河泥炭地地下水流运动,解析了该区域地下水运动规律和地下水平衡情况,为恢复该泥炭地的水文情势和生态系统功能提供了基本方向。研究的主要结论如下:（1）泥炭地排水导致泥炭水理性质发生变化,影响泥炭地中地下水迁移速率。影响程度随深度下降而减弱,水理性质变化的临界深度为60cm。排水区泥炭土的平均饱和导水率、含水率和非毛管孔隙度明显低于未排水区,而排水区的土壤容重、毛管孔隙度和总孔隙度则高于未排水区。泥炭地经过排水之后,泥炭产生分解导致容重增加,导水率和持水力明显减弱。说明排水导致了上层泥炭的沉降和压实,改变了泥炭的水理性质。未排水区的水理性质的垂直分布规律更为明显和均一,随着深度的增加,未排水区的泥炭的饱和导水率减小,容重增大,饱和含水率减小,持水量减小,毛管孔隙度和总孔隙度增大,非毛管孔隙度减小;而排水区的泥炭水理性质的垂直分布规律更加复杂,但仍表现出统一性,发生突变的界限一般在60cm和160cm深度处。（2）饱和导水率与容重显著负相关,与饱和含水率显著正相关,与持水量显著正相关,与孔隙度正相关,这些水理性质参数的变化与有机质含量正相关。水平和垂直方向的饱和导水率具有高度相关性（R2=0.756,p<0.05）,可以进行互推。（3）未排水区的水位常年高于排水区,生长季水位最低的时间是8月上半个月,并且未排水区水位对降雨事件的响应程度也弱于排水区,未排水区的水位更加稳定,排水区的水位显著受到天气影响,水位波动剧烈。同时,上游的水位较之下游也更加稳定,波动较弱。研究发现,除了地表高程的影响,未排水区和排水区表层泥炭性质的差异造成了这种水位波动情况的不同,未排水区表层泥炭较之排水区有着更高的持水能力和导水能力,水位才更加稳定,不易受到降雨的干扰。（4）地下水流的数值模拟结果揭示了白江河泥炭地地下水的运动规律,地下水流动基本和地表起伏一致,地下水主要从北向南流动,局部地方有从东向西的流动,研究区南侧地下水位埋深较大,地下水整体向东南角流出。未排水区的水力梯度较为均匀,排水区的北侧水力梯度较大,南侧水力梯度较小。（5）模拟结果显示研究区的地下水呈现负平衡,虽然日均损失的地下水量不大,但整个泥炭地一直在被排干,进行水文恢复是十分迫切的。本研究尝试进行了水位恢复实验,结果显示,堵塞排水沟可以提升水位,其中40m间距堵塞排水沟对水位抬升的效果更加明显。2018年7月8月的地下水均衡计算值略高于2017年同期,由此也可暂时判定,水位恢复实验有效地阻止了地下水排出泥炭地。

论文目录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 林兵姿

导师: 王升忠

关键词: 泥炭地,排水,饱和导水率,水位波动,地下水模拟

来源: 东北师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 地质学

单位: 东北师范大学

分类号: P641

总页数: 62

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