地下水旅行时间是水文地质学中的一个基本指标。它有助于划定井和泉水的补给区，以防止地下水资源受到污染；通过维持补给和水质来维持泉水生态系统的动态；并有助于识别污染源和评估含水层的脆弱性（Agbotui等人，2025年；Assari和Mohammadi，2017年；He等人，2013年；Neupauer和Wilson，1999年；Neupauer和Wilson，2001年；Stevens等人，2021年）。在喀斯特含水层中，由于地下流动受到高度异质性和各向异性路径的控制，短距离内的旅行时间分布可能相差数个数量级，这是由于快速通道流动和缓慢扩散基质流动两种流动机制共同作用的结果，这使得预测地下水年龄和停留时间变得复杂（Bakalowicz，2005年；He等人，2013年；Neupauer和Wilson，2001年；Vesper等人，2001年）。
福特和威廉姆斯（Ford & Williams，1989年）的早期估计表明，地球上大约20%的无冰陆地表面覆盖着石灰岩和白垩等可溶性岩石，但由于地质和气候因素，只有10-15%的区域形成了典型的喀斯特地貌。然而，最近的研究表明，喀斯特含水层的重要性远高于此，它们为全球近9.2%的人口提供了饮用水，覆盖了地球无冰表面的大约14%（Stevanovi?，2019年）。喀斯特含水层独特的地质结构是通过碳酸盐岩的溶解形成的，这种结构形成了大而连通的孔隙，促进了地下水的快速流动和短停留时间（Bakalowicz，2005年；Williams，2008年）。这种快速补给主要通过表层喀斯特（epikarst）进行，表层喀斯特是一个高度破碎的地下层，起到临时滞留含水层的作用，增强了通道网络内的流动速度（Doerfliger等人，1999年；Williams，2008年）。然而，这种快速流动也使得喀斯特系统容易受到污染，并且难以实现可持续管理（Doerfliger等人，1999年；Stevanovi?，2019年）。
传统上，估计喀斯特系统中的地下水旅行时间依赖于示踪试验、同位素测年和水位下降曲线分析（Fiorillo，2014年；Ma?oszewski和Zuber，1982年；Wittenberg和Sivapalan，1999年）。虽然人工示踪剂可以提供关于通道流动速度的信息（Becker和Charbeneau，2000年；Raven等人，1988年），但环境示踪剂如3H和14C可以估计整个含水层的平均停留时间，包括基质流动和裂隙流动（Hunt等人，2005年；Solomon和Sudicky，1991年）。然而，由于喀斯特含水层的高度异质性，这些技术难以完全捕捉旅行时间的空间变异性和整体分布（Fiorillo，2014年；Raven等人，1988年）。最近的进展引入了基于水位下降曲线的方法和粒子追踪模型，以更好地捕捉地下水年龄的完整分布（Kumar和Sen，2018年；Olarinoye等人，2022年；Salamon等人，2006年；Wilusz等人，2020年）。这些先进的工具，特别是粒子追踪方法，因其能够考虑空间异质性而脱颖而出，显著提高了对污染物传输的预测能力，并为更有效的水资源管理策略提供了依据（Alberti等人，2018年；Salamon等人，2006年；Wilusz等人，2020年）。
在佛罗里达州，上佛罗里达含水层（UFA）支持着许多一级泉水，包括银泉和彩虹泉，这两个相邻的系统从一个共享的含水层中排放地下水，但表现出不同的水文特征。由于喀斯特结构和渗透性的不均匀性，佛罗里达州的泉水流域划定十分复杂，标准的水位测量方法无法捕捉到快速的地下水流动路径，再加上平坦的水位梯度和动态的补给条件，使得这一过程更加困难（Alexander等人，2008年；Cameron，2025年）。由于降水量减少和地下水抽取量增加，佛罗里达州的泉水流域边界会随时间变化，在干燥条件下，海拔较低的彩虹泉比银泉受到更大的影响，自20世纪70年代以来，银泉的流域面积显著减少（Cameron，2025年；Ghosh等人，2016年）。
使用MODFLOW和MODPATH的建模方法已成为模拟复杂含水层中地下水流动和估计旅行时间的重要工具（Assari和Mohammadi，2017年；Scanlon等人，2003年）。MODPATH是一种粒子追踪后处理工具，可以根据MODFLOW模拟得出的速度场计算对流传输路径和停留时间。这些模型已成功应用于划定泉水流域和含水层补给区，以及评估补给和抽取对地下水年龄的影响（Lautz和Siegel，2006年；Pagnozzi等人，2020年；Zahid等人，2015年）。
补给动态在塑造地下水旅行时间方面起着关键作用。在喀斯特系统中，补给可以通过通道快速发生，也可以通过基质缓慢发生，其变化程度取决于非饱和带的特性（Selle等人，2013年；Spellman等人，2022年）。研究表明，气候变化会影响快速和缓慢流动路径之间的平衡，从而影响喀斯特含水层中泉水排放的规模、时间和污染敏感性（Doummar等人，2018年；Moore等人，2009年）。相反，在高渗透性的含水层中，地下水抽取对旅行时间的影响可能较小，因为应力在系统内部得到了有效重分布（Shapoori等人，2015年；Yang和McCoy，2023年）。
本研究的目的是描述银泉和彩虹泉的地下水旅行时间分布，划定它们的流域边界，并评估它们对水文压力的敏感性。这是通过使用由佛罗里达州水务管理部门开发的区域校准的MODFLOW-NWT模型（Central Springs Model，CSM）来实现的（Niswonger等人，2011年）。使用MODPATH评估了对流传输路径和旅行时间。本研究的主要目标是：（1）在不同时间阈值下划定泉水流域边界，并识别银泉和彩虹泉系统之间的竞争性水文相互作用；（2）描述和比较每个泉水系统的地下水旅行时间的统计分布；（3）通过基于蒙特卡洛的不确定性分析和水文应力情景来量化系统的敏感性，评估水力传导率、补给量和抽取变化对平均地下水旅行时间的影响。这项分析为这些相邻泉水系统之间的竞争性相互作用提供了新的见解，并为区域地下水管理奠定了坚实的基础。
