南非克鲁格国家公园地下水依赖生态系统的含水层表征与水文地质概念模型优化研究

本文针对半干旱区地下水依赖生态系统（GDEs）的保护需求，通过含水层表征（Transmissivity: 0.5-11.2 m2/day; Storativity: 10-6-10-4量级）和地下水补给动态分析（CRD/RIB方法），揭示了岩性构造对GDEs分布的控制机制，为基于含水层-生态系统互馈关系的可持续管理提供科学依据。

　　

^研究亮点

^研究区域

本研究区域为克鲁格国家公园（KNP），作为非洲最大的保护区之一（Swemmer et al., 2017），其面积近200万公顷。公园位于南非洲姆普马兰加省和林波波省交界处的东北边界（南纬24°0′41″，东经31°29′7″）（图1）。KNP处于南非稀树草原生物群落内（Mucina and Rutherford, 2006），其典型特征为不连续的树冠层和以禾本科植物为主的草本层。

^{钻孔岩性日志}

图4展示了5个选定钻孔之间的岩性对比关系。SG_1^stC_61m和SG_1^stc_103m钻孔属于南部花岗岩一级钻孔系列，其岩性日志显示：顶部为低渗透性风化花岗岩含水层，下层为硬度较高、渗透性相对较低的花岗岩基岩含水层。其中SG_1^st_C_103m钻孔明显存在两层花岗岩——高度风化花岗岩和硬质花岗岩。上部层位...

^讨论

根据Vivier和Van Tonder（1997）的研究，裂隙带通常具有高透水性（High Transmissivity）和低储水系数（Low Storativity），而基质岩块则表现为低透水性和高储水系数。克鲁格国家公园的地质结构与抽水试验结果共同指示该区域为裂隙型无压含水层。该地区的透水性主要受裂隙密度和连通性控制。在本研究使用的钻孔中，SG_1^st_C_103m表现出最高的透水性——尽管其数值仍处于典型裂隙基岩含水层的较低范围——这很可能与其穿过了局部高渗透性的裂隙带有关。

^结论

本研究旨在通过含水层表征提升克鲁格国家公园南部地下水依赖生态系统（GDEs）的水文地质概念化水平。我们利用钻孔岩芯记录和水文地质剖面确定了优先地下水流动路径，采用Cooper-Jacobs和Theis解析方法基于已有抽水试验数据估算了含水层参数，并运用多种方法评估了补给动态。研究结果表明，该区域含水层系统由浅部风化带和深部裂隙化花岗岩/片麻岩单元（属太古宙Nelspruit组）构成，厚度介于299至383米之间。透水性（Transmissivity）介于0.5–11.2 m²/天，储水系数（Storativity）介于1.28×10^-6至4.38×10^-4之间，反映出整体较低的含水层渗透性，仅局部裂隙带存在较高导水能力。岩墙侵入体（Dyke intrusions）对地下水赋存与GDEs分布具有显著控制作用。本研究强调，在GDEs概念化过程中必须采用综合水文地质分析方法，超越仅依赖地表指标而忽视地下连通性的传统做法。研究成果为理解含水层-生态系统相互作用提供了基础认知，并凸显了在数值模型中纳入这些关系及地下水时空变异性的必要性，从而为GDEs的管理、保护与政策制定提供更有效的科学支撑。