水是人类生存发展的一种宝贵资源，对水资源的保护一直是人类重大课题。与地表水相比，地下水埋藏分布具有隐秘性和复杂性。尤其是在岩溶区域，碳酸盐岩含水层因环境差别而表现出很大差异性，决定了岩溶水系统水文地质结构的非均质性。与南方岩溶水不同，北方岩溶地下水有集中程度高、水位埋深大、调节功能强等特点。近几十年来，极端气候事件频现，人工开采强度持续增大，导致我国北方岩溶区地下水位普遍下降，一些大泉流量衰减甚至断流。 论文选取山西南部典型岩溶泉龙子祠泉域为研究区，研究内容包括:通过野外调查和资料收集，在前人成果的基础上，从时间空间角度分析岩溶水化学特征及动态变化规律;基于1954-2018年长时序泉水流量、降水监测数据及1990-2018年的地下水开采数据，结合实际水文地质条件和人为活动分析泉流量的影响因子，利用多元回归方法建立两个阶段的数学模型，揭示泉流量动态变化的响应规律;结合泉域地下水水质水量的动态变化规律进行均衡分析，利用VisualMODFLOW软件建立地下水非稳定流模型，进行地下水流场数值模拟，对泉域水均衡、钻孔水位与流场进行识别验证。最后对模型设置不同的降水情景，讨论计算水位在几种降水情况下的灵敏性。研究成果可以对龙子祠泉域地下水系统的动态特征提供更有力的研究条件，更好地预防泉流量衰减，应对当今日益恶劣的气候环境。 本文主要的研究结论如下: (1)龙子祠岩溶水主要来源于大气降水补给，同时受蒸发作用影响。泉域岩溶地下水的矿化成分来源以碳酸盐岩的溶解为主，伴随有蒸发岩的溶解，并有煤矿排水、地表水的混入，主要类型有SO4·HCO3-Ca、HCO3-Ca·Mg等，属弱碱性水。西侧碳酸盐岩埋藏区样品矿化度高于东侧碳酸盐岩裸露区。SO42-常年超标，其含量与矿化度呈高度线性正相关，与HCO3-含量呈负相关。Sr2+浓度从补给区到径流排泄区有明显增大趋势。Cl-和F-离子含量变化由蒸发岩或黄土中的萤石和云母等溶解与人为排放污水等因素造成。水中有机物含量变化与其径流过程中发生的生物降解作用等有关。TDS、钙镁之和、硫酸根等离子在两次水样中含量变化规律大体一致，说明泉域内地下水中离子在空间上的动态规律并未随时间而出现较大反常，同时地下水中几种主要离子含量变化具有一定的同步性。 (2)龙子祠泉域泉流量在2.94m3/s-8.39m3/s之间波动，多年平均流量为4.74m3/s。泉域上多年平均降水量为541.1mm，1990年之后的雨量较之前更为丰富。年内泉流量对降水补给响应有四个月的时间滞后性。岩溶水多年平均开采量为323.3万方，孔隙水多年平均开采量801.4万方，开采量保持较高水平时，泉流量总体呈明显下降趋势。多元回归分析结果显示:第一阶段泉流量影响因素主要为前一年和前两年降水。第二阶段受降水和开采共同制约，与当年开采量呈负相关且受其影响最为强烈，其次受前一年和前两年降水影响。两期回归模型整个时间序列上流量误差为11.62％，模型精度较高。 (3)泉域岩溶地下水在重力作用下，从山脉高处流向平原低处，即从补给侧汇流至地势最低的龙子祠泉口处，其中西北补给侧的岩溶水受地形和地质结构综合影响，斜向东南和南两个方向流动，最终流到泉域排泄侧的龙子祠泉附近。在地下水流场模型的验证阶段，两观测孔水位拟合结果误差约为0.1％，均衡结果显示泉域地下水资源均处于负均衡状态。对模型设置不同降水值，讨论模型计算水位对降水变化的敏感性，结果发现:降水突变时，径流区地下水位变幅最大，大于补给区与排泄区，即径流区地下水对降水变化最为敏感。
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