天津師范大學地下水數值模擬融合創新團隊在Journal of Hydrology期刊上發表論文“Spatial-temporal behavior of precipitation driven karst spring discharge in a mountain terrain”，提出了北方巖溶地區降水驅動泉水流量的時空模式。
喀斯特地區的泉水流量可以反映水文過程時空變化的綜合效應。識別這些過程及背后的機理是巖溶地區地下水可持續發展和管理的巨大挑戰。為了解釋巖溶區泉水流量的過程及其背后機理，作者將長短時記憶神經網絡模型（LSTM）與Shapley 附加解釋模型(SHAP)進行耦合建立泉水流量的可解釋模型，并將其應用于娘子關泉流域。結果表明，泉域內最大子區的降水入滲量是驅動泉水流量的主要因素，其中12個月內的降水量對泉水流量的影響最為顯著。基于SHAP分析，作者根據各個補給子區的地貌和巖溶含水層特征，將流域降水驅動泉水流量分為三種模式：首先，在溝壑發育強烈的河谷地區，地層與巖溶含水層之間的水力聯系較強，高強度的降水（年降水為678mm及以上）驅動泉水流量。其次，在坡度陡峭的山區，巖溶含水層埋藏較深，強降水往往成為地表徑流，中等強度以下的降水（年降水介于350mm-550mm）補給泉水流量。第三，在巖溶含水層埋藏較淺的地下水排泄區，地下水水位決定降水與補給之間的關系（圖1）。
此外，作者研究了各子區降水對最大泉水流量和中等泉水流量的補給特征和泉域內各子區的貢獻大小。結果表明，最大泉流量的補給并非來自泉域內局部的最大降水，而是來自泉域內大范圍的高強度降水；中等級別的泉水流量補給來自于泉域內中等降水（圖2）。
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圖2：子區域降水對娘子關流域泉水流量最大值（a）和中值（b）的貢獻
該項研究由天津師范大學和美國亞利桑那大學的科研人員合作完成。天津市水資源與水環境重點實驗室郝永紅教授為該文的通訊作者，我校碩士研究生宋協慧為第一作者。該項目得到了國家自然科學基金面上項目（42072277）資助。
論文鏈接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0022169422006916?dgcid=author
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