2026年 03期

摘要(Abstract)：

针对岩溶含水介质具有高度非均质性、各向异性以及水动力过程极其复杂的问题，为了定量识别山东省济南市白泉泉域岩溶含水系统动态变化特征及岩溶发育规律，利用泉域2018年11月至2019年12月降雨及地下水位逐日数据，通过时间序列分形维数、相关性分析和交叉振幅谱分析等时序方法，分析泉域排泄区、补给区地下水对降雨的时空响应特征。结果表明：该泉域排泄区、补给区的地下水位时间序列分形维数具有不同的动态特征，说明岩溶空间发育状况存在一定差异性。相关性分析结果揭示了排泄区岩溶含水介质岩溶发育均匀，地下水流速较慢，贮水能力较好；补给区岩溶含水介质的非均质性更显著，地下水流速较快，贮水能力较差，且降雨更容易进入到含水层。交叉振幅谱分析定量识别出排泄区含水介质快速流、慢速流的占比分别为13.2%、 86.8%,岩溶发育更加均匀，地下水以慢速流为主；补给区含水介质快速流、慢速流的占比分别为32.8%和36.2%、 63.8%和67.2%,存在快速流、慢速流并存的二元结构。

关键词(KeyWords)：白泉泉域;岩溶地下水;降雨;地下水位;时序分析法

基金项目(Foundation):国家自然科学基金项目(42272288);; 山东省自然科学基金项目(ZR2024MD009);; 山东省高校院所创新团队项目(2021GXRC070)

作者(Author):李双,孙会超,刘治政,李如飞,邢立亭,冯新绪,胡凯,黄林显

DOI:10.13349/j.cnki.jdxbn.20260312.001

参考文献(References)：

[1] 管清花，李福林，陈学群，等.济南趵突泉泉域泉群生态基流量研究[J].中国农村水利水电，2021(4):77.

[2] 王开然，吴振，傅世东，等.济南泉域岩溶水系统水化学演化及成因分析[J].地球化学，2023,52(5):555.

[3] 齐欢.济南市趵突泉与白泉地下水位相关性研究[J].水文，2020,40(4):83.

[4] 张兰新，徐扬，张慧.济南白泉泉群形成机理研究[J].山东国土资源，2017,33(8):62.

[5] 束龙仓，王小博，李虎，等.地铁施工对济南白泉泉群流量的影响[J].吉林大学学报(地球科学版),2021,51(1):198.

[6] 陈奂良，曹汉.济南市白泉泉域地下水资源及开采潜力评价[J].地球科学前沿，2021,11(9):1255.

[7] 张紫瑶，王继玲，周维博，等.不同回灌补源模式下石川河富平地下水库数值模拟[J].水资源与水工程学报，2022,33(2):58.

[8] 赵鹏宇，翟召怀，步秀芹，等.滹沱河源头地下水硝酸盐污染的氮氧同位素示踪[J].水资源与水工程学报，2017,28(6):89.

[9] ZHU Y G,ZHAI Y Z,TENG Y G,et al.Water supply safety of riverbank filtration wells under the impact of surface water-groundwater interaction:evidence from long-term field pumping tests[J].Science of the Total Environment,2020,711:135141.

[10] VU T D,NI C F,LI W C,et al.Predictions of groundwater vulnerability and sustainability by an integrated index-overlay method and physical-based numerical model[J].Journal of Hydrology,2021,596:126082.

[11] 常勇，吴吉春，刘玲，等.岩溶泉流量衰减曲线分析[J].水文，2016,36(1):18.

[12] MIRZAVAND M,GHAZAVI R.A stochastic modelling technique for groundwater level forecasting in an arid environment using time series methods[J].Water Resources Management,2015,29:1327.

[13] 刘丽红，李娴，鲁程鹏.岩溶含水系统水动力特征研究进展[J].水电能源科学，2012,30(7):23.

[14] FIORILLO F,DOGLIONI A.The relation between karst spring discharge and rainfall by cross-correlation analysis (Campania,southern Italy)[J].Hydrogeology Journal,2010,18(8):1881.

[15] SCHULER P,DURAN L,JOHNSTON P,et al.Quantifying and numerically representing recharge and flow components in a karstified carbonate aquifer[J].Water Resources Research,2020,56(11):16.

[16] 刘丽红，王大胜，李娴，等.后寨岩溶含水系统快慢速流成分识别[J].水利水电科技进展，2014,34(5):63.

[17] 王朋辉，姜光辉，袁道先，等.岩溶地下水位对降雨响应的时空变异特征及成因探讨：以广西桂林甑皮岩为例[J].水科学进展，2019,30(1):62.

[18] 于苗，邢立亭，吴吉春，等.基于时间序列分形的济南岩溶大泉动态研究[J].地质学报，2020,94(8):2516.

[19] CASTILLO O,MELIN P.Forecasting of COVID-19 time series for countries in the world based on a hybrid approach combining the fractal dimension and fuzzy logic[J].Chaos,Solitons and Fractals,2020,140:110242.

[20] 火元莲，张广庶，吕世华，等.闪电的分形特征研究及其在自动识别中的应用[J].物理学报，2013,62(5):574-582.

[21] 谢平，霍竞群，桑燕芳，等.基于 ARMA 模型的水文序列相依变异分级方法及验证[J].水利学报，2021,52(7):801.

[22] 李严，王家乐，靳孟贵，等.运用水文时间序列分析识别济南泉域岩溶发育特征[J].地球科学，2021,46(7):2590.

[23] MASSEI N,DUPONT J P,MAHLER B J,et al.Investigating transport properties and turbidity dynamics of a karst aquifer using correlation,spectral,and wavelet analyses[J].Journal of Hydrology,2006,329(1/2):258.

[24] 康小兵，李晓雪，饶丽芳，等.重庆松藻矿区关闭煤矿涌水来源与模式判识研究[J].煤炭科学技术，2023,51(10):230.

[25] WANG F,WANG Z M,YANG H B,et al.Utilizing GRACE-based groundwater drought index for drought characterization and teleconnection factors analysis in the North China Plain[J].Journal of Hydrology,2020,585:124849.

[26] 李建鸿，蒲俊兵，张陶，等.相关和频谱分析法在岩溶系统中的应用研究综述[J].中国岩溶，2020,39(3):344.

[27] KOGOVSEK B,JEMCOV I,PETRIC M.Advanced application of time series analysis in complex karst aquifers:a case study of the Unica springs (SW Slovenia)[J].Journal of Hydrology,2023,626:1301.