湖泊富营养化是目前公众和政府关注的热点问题之一，以往研究多集中在入湖的地表污水处理和农业灌溉排水污染物的拦截与阻滞等方面，严重忽视了地下水对湖泊富营养化的贡献。热红外遥感技术被广泛应用于识别入湖地下水排泄区，但传统的热红外遥感法并未考虑冻结湖泊表面覆盖的积雪和冰层对反演湖水表面温度精度的影响，限制了其精度和适用性。以东北季节性冻土平原区典型湖泊查干湖为研究对象，通过构建基于MODIS反演湖水表面温度的GA-SVR机器学习模型，将冰封期热红外遥感法反演湖水表面温度的R2由0.69提高到0.95，提高了入湖地下水排泄区的识别精度，并以222Rn浓度的空间分布特征来验证GA-SVR模型识别地下水排泄区结果的可靠性，从而为有效识别查干湖营养物质主要来源和支撑查干湖水环境安全管控提供科技支撑。

正冻土冻胀是寒区工程产生冻害的关键因素，其冻胀过程是水热力相互耦合的动态作用结果，在开放系统中，温度、温度梯度、含水率、水分补给强度等都是影响正冻土冻胀变形的重要因素。冻土冻胀是水分迁移产生的竖直方向分凝冻胀和原位冻胀的共同作用，其冻胀力学特性属于各向异性。本研究参考规范内土体含冰量随冻结的变化过程，考虑泊松比、地下水位深度、降温速率等因素，得到正冻土的在冻结过程中水平与竖直方向的冻胀系数的计算方法，通过对比粉土和粉质黏土的冻胀系数，与试验结果吻合较好。案例中粉土在-0.2～-3 ℃、0.2～1 m范围内竖向冻胀系数为-1.37×10-3～-7.67×10-3，水平向冻胀系数为-0.81×10-3～-4.85×10-3，差值百分比为10.4%～77.7%，说明考虑分凝冻胀产生的各向异性是必要的。本研究提出的水平与竖直方向的冻胀系数计算方法，可以为科研和设计工作提供参考依据。

中低纬度高寒山区蕴藏着丰富的淡水资源，对于向中下游地区供水具有至关重要的保障作用。季节冻土区松散沉积物是连通山区和河流的重要通道，其地下水与地表水交互过程显著影响该区域水资源的可利用性和生态系统的稳定性。为揭示高寒流域季节冻土区地下水与地表水交互机制，本文以祁连山葫芦沟流域季节冻土区为研究对象，结合该区域的水文地质条件、地下水位监测数据，利用GMS软件构建三维地下水流数值模型，对季节性融冻作用影响下地下水与地表水转化关系进行模拟和分析。结果表明：在冷季（1—3月、10—12月），季节冻土层的冻结状态阻碍了支流河段的水源补给，但由于季节冻土层分布的不连续，支流河段河床仍存在部分融区，使得地下水仍对东、西支河段河道径流有一定的贡献，且地下水向东、西支河段河道径流的总转化量分别为277 188 m3和105 191 m3，其转化量与冲洪积孔隙含水层的补给区和排泄区之间的水力梯度呈正相关；在暖季（4—9月），支流河段获取到更多降雨和冰雪融水的水源补给，与地下水的交互关系已经转变为地表水向地下水转化，东、西支河段河水渗漏补给地下水的总转化量分别为625...

冻胀荷载作用下初始裂纹的形成、扩展导致衬砌结构的断裂是寒区衬砌渠道冻害的主要原因之一。在已有研究基础上，综合考虑地下水水位影响的梯形渠道冻胀力学分析方法及线弹性断裂力学理论，提出高地下水水位梯形渠道冻胀断裂力学分析框架。该模型将衬砌结构表面初始裂纹的失稳扩展及开裂破坏简化为Ⅰ型断裂力学问题，并提出应力强度因子与危险截面位置的计算方法。以塔里木灌区某梯形渠道为原型分析地下水埋深w对衬砌各截面应力强度因子KFⅠ（x）及合理板厚dr的影响规律。结果表明：地下水补给条件对KFⅠ（x）的大小影响显著；当w减小时，KFⅠ（x）呈非线性增大，此时渠道冻害风险也增大，与事实相符。地下水埋深越浅，保证结构安全所需衬砌板的合理厚度dr越大；当地下水埋深为3.0 m时，建议使用的合理板厚为9.0 cm。研究结果可为寒区渠道的抗冻胀设计提供科学依据。

喜马拉雅水塔为亚洲提供了重要的水资源.多年冻土退化会对喜马拉雅河川径流产生重要影响.然而,该影响的严重程度仍然难以量化.本研究以喜马拉雅北麓最大的河流——雅鲁藏布江(YZR,简称“雅江”)流域为研究区,建立了耦合冻土活动层加深和地下冰融化的地表-地下耦合水文模型.研究结果表明,在2001～2022年间,雅江流域多年冻土退化导致地表直接径流以0.65km3/a的速率减少,而基流则以0.35km3/a的速率增加,地下冰融化对雅江年径流的贡献约为0.25%.“填充-溢出”机制可解释在全球不同多年冻土地区所观察到的基流随冻土退化而增减不一的矛盾.基流对河流溶解性有机碳(DOC, Dissolved Organic Carbon)浓度的稀释可导致河流DOC的延滞效应.本研究不仅为喜马拉雅地区的水资源管理奠定了坚实的科学基础,也为全球多年冻土地区河流流量和养分通量的变化机理提供了新的见解.

冻土的低渗透性改变了地表水下渗,导致寒区流域产汇流过程发生改变;其季节冻融及引起的活动层深度变化,改变了土壤含水量从而调蓄流域储水量。过去数十年,气候变暖引起冻土退化重塑了寒区水文地质环境、改变了地下水热状况;而多年冻土退化的后果是其所含有的固态冰向液态地下水转化,进而改变多年冻土地下水的时空模态、生态环境和工程设施基础,影响多年冻土的碳汇功能,以及释放封存于其内的温室气体并进一步加速气候变化。尽管水化学和数值模拟技术的发展提升了人们对于冻土地下水补径排和循环机理的理解,但冻土区恶劣的环境和直接监测地下水的困难,仍然使冻土地下水研究存在巨大挑战。本文通过梳理多年冻土地下水相关文献,刻画了多年冻土地下水的时空模态,探讨了冻土与地下水的相互作用,认为在未来的研究中,水化学方法应更加侧重于冻土地下水动态,数值模拟应更加侧重于地下水热过程。另外,还整合了气候变化背景下多年冻土地下水变化的相关研究成果,描述了从补给区-排泄区、冻土融化起始-长期退化至消失过程中地下水的赋存、补径排变化以及这些变化所带来的影响。最后,尝试性探讨了冻土地下水研究未来可能的发展,以期为多年冻土地下水水文、水资源和生态环...

【目的】明确高地下水位冻土区弧形底浅拱梯形渠道冻胀破坏机理并提出简捷、实用的抗冻胀设计方法。【方法】考虑此类渠道拱高明显小于断面整体深度的特殊性,基于Winkler假设提出衬砌体法向冻胀力计算方法。论证高地下水位渠道衬砌体微小刚性上抬位移对曲线形弧段切向冻结力的影响机制并提出切向冻结力计算方法。基于此构建高地下水位冻土区弧形底梯形渠道冻胀力学模型。【结果】以某弧形底梯形渠道为原型,对比分析不同渠底中心地下水位d对衬砌板截面内力及所受冻胀力的影响。结果表明,d越小则截面内力及冻胀力分布的横向差异越明显;z0越大,截面内力及冻胀力分布受地下水补给条件的影响越小,与事实相符。充足的水分补给时间、补给来源以及冻胀力横向的不均匀、不同步是此类渠道易遭受冻胀破坏的主要原因。【结论】该模型可较好地反映此类渠道的冻胀受力特性,计算结果合理、可靠,可为高地下水位冻土区弧形底浅拱梯形渠道抗冻设计和相关研究提供参考。

为深入理解热喀斯特湖与多年冻土间的相互作用，本文以青藏高原北麓河盆地典型热喀斯特湖区域为例，构建考虑热传导和热对流过程的水-冰-热耦合模型，对热喀斯特湖作用下的多年冻土退化特征及热喀斯特湖的水均衡进行模拟，计算地质环境和气候变暖对热喀斯特湖水均衡和冻土的影响。研究结果表明：热喀斯特湖周围冻土逐步退化并形成贯穿融区，导致地下水循环模式发生改变；在地表温度作用下，形成的活动层厚度为3.35 m;热喀斯特湖在整个模拟时段内表现为负均衡，其排泄量在285～388 a间显著增加；地层渗透性能决定了热喀斯特湖和生态环境的发展方向；气候变暖加速多年冻土向季节冻土转变。研究结果可为进一步认识寒旱区生态水文过程提供科学依据。

重点研究多年冻土区水交换功能的重要性,及其在资源形成、地表水和地下水转换中的作用。分步研究多年冻土区活动层中水交换作用,冻土区地下水动力学对其水量、水质的输入、运移和输出及其规模的影响。论述了多年冻土区水交换功能的低温过程。

中国的多年冻土面积约215万km2,约占国土面积的22%,世界第三位。我国高寒多年冻土区多位于西部(青海、西藏、新疆等),长期以来,这些地区人类活动程度低、经济效益薄弱,21世纪前几乎没有受到工业化进程的威胁,所以地下水污染问题并不突出。直至21世纪,随着经济发展,人类活动加剧,资源开采与垃圾污染日益增多,环境问题中尤其是地下水污染引发的生态灾害逐步凸显,加之高寒多年冻土区环境承载力弱,破坏后不易修复,高寒多年冻土区污染现象理应得到更多关注。近年来关于高寒冻土区地下水污染的学术讨论并不多,关于其污染运移的研究同样很少。本文将通过简化解析条件、列出解析查询表、数值模拟检验的手段,探讨高寒多年冻土区地下水污染运移简易算法的可行性,为今后进一步工作打下基础。经计算,查表法的计算结果偏保守,与解析法和数值法相比,误差约20%。