【目的】探究大兴安岭多年冻土区小流域地表水和地下水的水化学特征并分析水体溶质元素来源及主要影响因子。【方法】在大兴安岭多年冻土区老爷岭小流域，于2023年4月1日至7月30日，采集地表水、潜水和承压水样品，测定主要离子浓度。基于数理统计、Piper三线图、Gibbs图、矿物稳定场图和离子比例系数等方法，分析地表水和地下水的水化学特征，揭示其季节变化规律及溶质元素来源。【结果】研究表明，1)大兴安岭多年冻土区老爷岭小流域的地下水和地表水为弱碱性淡水，优势离子为HCO3-，Ca2+、Mg2+。地表水、潜水、承压水的水化学类型分别为HCO3-Ca·Mg型、HCO3-Ca·Na型、HCO3-Ca·Mg·Na型。2)地表水和地下水的主要离子浓度有一定的季节性差异。在融雪径流期，地表水和潜水的主要离子浓度高，呈先上升后下降的变化趋势，而承压水的离子浓度呈平缓上升趋势；在生长季，地表水、潜水和承压水的离子浓度较为稳定；3)降水量、径流深与地表水中离...

冻结层上水是寒区冻土水文循环的关键层，揭示其动态演变规律，对认知冻土区地下水运移机制及精准预测具有重要科学意义。然而，由于多年冻土区原位监测数据的匮乏，以及非线性适应型水文过程模型构建的缺失，冻结层上水动态时空预测精度难以满足科学研究和工程实践需求。本研究以青藏高原风火山小流域（海拔4063～5398 m）为典型研究区，基于2021—2023年原位观测气象数据（精度±0.1℃/±0.1 mm）、逐日土壤水热(精度±1℃/±0.03 m3·m-3)及冻结层上水位（精度±0.14 cm）原位监测数据，揭示坡面尺度冻结层上水动态的水热时空协同机制；集成气温、降水、土壤温湿度和初始水位等多要素，构建及评估基于长短期记忆神经网络（LSTM）的冻土水文预测模型的适应性。研究发现：（1）冻结层上水动态具有显著季节分异特征，其水位波动（年变幅0～1.53 m）与活动层土壤温湿度呈现一致性，基于Boltzmann函数的平均拟合优度为0.90。（2）所构建的基于LSTM方法的冻结层上水位预测模型（学习率0.002）在坡面多梯度验证中表现出卓越性能，平均纳什效率系...

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...

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。