典型梅雨持续性降水事件的水汽同位素特征及其成因

梅雨期持续性强降水是江淮地区重要的灾害天气,往往给降水地区带来巨大的生命与经济损失。2016年7月1—7日,南京地区经历了一场历时7 d的典型梅雨降雨过程,本文针对此次降水事件的大气水汽稳定同位素变化特征及其成因进行相关研究。研究发现:水汽稳定同位素的变化特征与大尺度有组织对流活动和大气环流有良好的对应关系。水汽稳定同位素随时间分别呈现δ^(18)O 的“U型”演化和过量氘的波动变化,二者在不同降雨阶段的演化特征可以指示产生降雨的天气系统的移动与切换,其中水汽过量氘随时间变化的极大值和极小值转折点分别反映了低涡系统开始与结束影响研究区、冷切变线消散、槽线过境以及台风外围水汽抵达研究区的时间。结果表明:多个天气系统连续作用于研究区及其带来的不同水汽源的持续供给,是此次梅雨期降水持续维持的重要条件。

小型人工湖泊水体地球化学冬夏昼夜变化对比研究——以西南大学崇德湖为例

为了解小型人工湖泊水体地球化学昼夜变化特征对其水环境的指示作用,以西南大学崇德湖为研究对象,在冬、夏两季对崇德湖水温、pH值、溶解氧、电导率,以及光照强度和光合有效辐射进行自动监测,并对水样中的总细菌及总大肠菌群数量进行分析,研究发现:崇德湖水化学类型为HCO3-Ca型,水物理化学特征呈现出较为明显的昼夜变化,pH值、溶解氧在冬、夏季均呈现白天上升夜晚下降的特征,电导率则呈现白天下降夜晚上升的特征.水物理化学昼夜变化的季节差异有统计学意义,夏季水体的溶解氧、pH值午后便出现峰值,水物理化学指标的变异系数较冬季增大.崇德湖水物理化学的昼夜变化以及冬、夏差异表明,以校园湖泊为代表的小型人工湖泊较生态环境良好的天然湖泊具有溶解氧和电导率平均值较高、水体微生物作用突出等特征.

高分辨率示踪技术和定量计算在岩溶含水介质研究中的应用

为了更好开发和利用地下水资源,以重庆市金佛山为研究对象,进行高分辨率示踪试验,定量计算了流域地下水及含水介质特征。结果显示,荧光素钠较天来宝具有更高的回收率,在反映含水介质形态特征方面的适用性更好。枯水季节的地下水流速较慢。示踪剂穿透曲线为双峰型,表明试验段岩溶含水通道单一,存在两条并联通道,但支通道规模较小。

重庆綦江老瀛山地区槽模构造的发现及古流向意义

在对重庆綦江老瀛山地区的野外考察中,在上白垩统夹关组地层发现3处沉积岩底面上成群分布的槽模构造,分布海拔为766~891m,岩性为长石石英砂岩,下伏岩层均为泥岩或泥质粉砂岩.槽模长轴彼此平行,呈雁行状排列,轴长在5~20cm,槽模突起陡端指向25°~37°方向,表明晚白垩世老瀛山地区的古水流自NE向SW流动.这些槽模的发现,为恢复晚白垩世綦江地区古流水的方向提供了直接的证据.

城市化对岩溶水系统化学组分演化的影响——以重庆市南山老龙洞地下河为例

为研究城市化作用下的岩溶区地下水水质演变状况,基于2008-2012年对老龙洞地下河的pH值、电导率、水温、K^+、Na^+、Ca^(2+)、Mg^(2+)、HCO_3^-、Cl^-、NO_3^-、SO_4^(2)-、PO_4^(3-)等水物理化学指标的连续监测,分析了老龙洞地下河流域水质的演变趋势,并对2011年8月的单场降雨条件下地下河水质的动态变化进行主成分分析(PCA)。结果表明,在城市化过程中,地下河水Na^+、Cl^-、PO_4^(3-)、Ca^(2+)、Mg^(2+)、HCO_3^-等离子浓度受人类活动影响而明显上升,NO_3^-、SO_4^(2-)浓度则因为城市化效应增强和农业活动强度的降低而下降。老龙洞地下河水补给来源复杂,其中碳酸盐岩地质背景、人类活动及水土流失对地下河水质变化起着决定作用。城市化水平的提高、区域环境的变化,使得老龙洞地下河的水质也处于不断变化中,从硝酸盐、硫酸盐的年际变化看,地下河水质已有较大改善。

旅游酒店排污影响下的岩溶地下水水化学变化

岩溶地下水系统具有高度的开放性和脆弱性,使得地下水极易遭受污染.为探究旅游酒店排污对岩溶地下水水化学变化的影响,以金佛山世界自然遗产地水房泉流域为例,对水房泉地下水的水化学进行自动化监测,对流域内雨水、土壤水、某酒店自来水、污废水进行定期采集,结合流域硝酸盐氮氧同位素分析.结果表明,监测期间水房泉水化学变化随酒店入住游客量总体表现为3个阶段:前期受降雨影响显著,旅游高峰期间水质急剧恶化,后期水质明显好转.酒店生活污废水的排放成为水房泉水化学演变的重要因素,硝酸盐氮氧同位素表明水房泉的NO_3^-主要来自粪便、污废水以及土壤N的混合. H_2SO_4及污水中HCl、有机酸等可能参与了碳酸盐岩的溶蚀,使水房泉Ca^(2+)、Mg^(2+)、HCO_3^-浓度增加明显.流域岩溶管道发育,地下水流速快,使污染物质扩散迅速,故在研究期间水房泉主要离子的浓度高峰对污废水排放高峰的响应仅滞后约4 d.

典型岩溶泉主要化学成分来源及地球化学敏感性研究

为定量研究岩溶区突出的地球化学敏感性和脆弱性,引入地球化学敏感指数概念,以重庆金佛山水房泉为例,利用2016年1月至12月观测的水化学数据,对水房泉的主要化学成分来源及地球化学敏感性进行研究。结果表明,水房泉水化学类型为Ca-HCO_3型和Ca-HCO_3·Cl型;岩溶作用与人类活动综合影响下,HCO_3^-、Cl^-和Ca^(2+)成为研究区主要阴阳离子,Cl^-主要来源于人类旅游活动造成的污染物,SO_4^(2-)主要来源于硫酸型酸雨沉降;岩溶作用的季节变化使得HCO_3^-、Ca^(2+)成为敏感指数最高的阴阳离子;水房泉的宏量元素地球化学敏感性指数在旅游活动影响下,除NO_3^-外均有不同程度的升高,其敏感性指数依次为HCO_3^->Ca^(2+)>Na^+>SO_4^(2-)>Cl^->NO_3^-=K^+>Mg^(2+)。受人类活动影响,岩溶泉水化学表现的更为敏感,减少并净化人类活动污染物、增强游客环保意识等措施对岩溶泉的保护至关重要。

西南典型岩溶地下河系统水文地球化学特征对比：以重庆市青木关、老龙洞为例

为探究不同土地利用类型和人类活动方式下西南典型岩溶地下河的水文地球化学特征,以地质背景相似的重庆青木关和老龙洞地下河为例,从月动态、单场降雨动态两个尺度,利用独立样本t检验、主成分分析(PCA)等方法对两岩溶地下河出口姜家泉、老龙洞的水文地球化学特征及其影响因素进行对比研究.结果表明,姜家泉与老龙洞的Ca^(2+)、HCO_3^-、Mg^(2+)、K^+、NO_3^-、Na^+、SO_4^(2-)、Cl^-、电导率等差异显著,姜家泉K+、NO-3的月动态变化幅度和浓度均值大于老龙洞,Na^+、SO_4^(2-)、Cl^-的月动态变化幅度和浓度均值则小于老龙洞.由PCA分析可知,水-岩作用对两岩溶地下河水的水化学特征及变化都起重要作用,但青木关主要受农业活动影响,老龙洞则主要受城镇活动、工业活动影响.由于人类活动影响方式和程度的差异,两岩溶地下河对单场降雨的响应也不同,姜家泉各指标变化与流量变化高度一致,老龙洞各指标的变化相对无序.青木关水化学特征的动态变化受水土流失、农业活动影响较大,水-岩作用次之.老龙洞则主要受到水-岩作用的影响,受城镇活动、工业活动、水土流失作用的影响也较明显.

河水-地下水侧向交互带地球化学特征：以重庆市马鞍溪为例

河水-地下水交互带是河水与地下水相互交换和混合的区域,在河流、地下水生态和水质的保护方面具有重要作用.为了解河水-地下水侧向交互带地球化学特征,以重庆市马鞍溪为研究对象,对河水及交互带的水温、溶解氧(DO)、pH值、电导率(EC)进行自动监测,结合对水样离子浓度和交互带沉积物中元素含量的分析.结果表明,马鞍溪侧向交互带水化学类型为HCO_3-Ca·Mg型.监测期间交互带受河水入渗影响为主,交互带的缓冲作用使其温度、DO、pH值、EC等指标变异系数较河水低.随距河岸距离的增加,马鞍溪侧向交互带在物理、化学、生物综合作用下形成了迅速进入缺氧状态的氧化还原环境,以及pH值先降低后升高的酸碱环境.在其影响下,K^+、NH_4^+-N、NO_3^-、SO_4^(2-)呈下降趋势,全Mn、EC、Na^+、Ca^(2+)、Mg^(2+)、Sr^(2+)等先上升后下降,全Fe、Al^(3+)等呈上升趋势.受河水、地下水长期交互影响,在距河岸约30 cm处的交互带沉积物中元素含量较高,形成独特的水化学梯度.据此可推断出马鞍溪侧向交互带边界可能在距河岸30~50 cm处,其中浅层交互带的边界可能在距河岸10 cm左右的位置.在河水补给地下水过程中,河水-地下水侧向交互带对净化水质有重要作用.

旅游活动影响下的岩溶地下水理化特征演化及其概念模型——以世界自然遗产地金佛山水房泉为例

为探究高强度旅游活动影响下岩溶地下水理化参数的演变特征,以重庆金佛山世界自然遗产地核心区水房泉岩溶流域为研究对象,在旅游旺季(冬季)对水房泉中各理化指标进行连续在线监测和分析。研究表明:水房泉在旅游活动高峰期前表现出自然背景条件下的水质特征,各理化指标波动较小;随着旅游高峰期的到来,水中的p H值、电导率(SpC)、溶解氧(DO)、浊度、方解石饱和指数(SIc)、二氧化碳分压(pCO_2)、Ca^(2+)、Mg^(2+)、HCO_3^-等均产生了显著的波动。旅游活动排放的污水中含有微生物所需的有机质,以及硫酸和硝酸等酸类污染物,微生物呼吸作用产生的碳酸与酸类污染物一起会加剧岩溶地下管道的溶蚀,使地下水中富集碳酸盐岩溶蚀物Ca^(2+)、Mg^(2+)、HCO_3^-等(浓度增幅分别为10%、22%、26%);同时因污水中的污染物成分不同,导致高峰期间水房泉中的K^+、Na^+、Cl^-、PO_4^(3-)、SO_4^(2-)的上升幅度均比其余水化学参数大(浓度增幅分别为257%、273%、286%、750%、93%)。大量污水的注入亦导致了地下水中SpC上升,DO下降,水体净化能力变差,水体更容易遭受污染。根据人类活动对岩溶地下水的影响以及其理化指标演变特征建立了相应的概念模型。研究综合表明了水房泉流域地下水对强烈的人类活动响应极其迅速、敏感,易遭受污染。

亚高山旅游景区岩溶地下水水化学动态变化及其影响因素

岩溶地下水是岩溶区重要的水资源,因岩溶水文系统具有敏感性和脆弱性,其一旦遭受污染便很难再恢复。以重庆亚高山金佛山水房泉为例,通过计算2008年和2016年各水化学参数的浓度增降幅度和地球化学敏感性指数,对比分析各水化学参数及其地球化学敏感性变化特征。结果表明:水房泉水化学类型为Ca-HCO_3型,受水-岩作用控制。旅游活动产生的生活污水自2013年起被分成两条管道,住宿排污经过泉域内化粪池的沉淀降解后排入地下,使得2016年水房泉中K^+、Na^+、PO_4^(3-)浓度较2008年降低,显示化粪池对污染物具有有效的调节作用;而餐饮排污未经处理仍直接排入地下,导致流域出口水房泉中Cl^-、NO_3^-浓度呈翻倍增长,水质恶化。污水还加剧了碳酸盐岩的溶蚀,地下水中HCO_3^-、Ca^(2+)、Mg^(2+)浓度上升。由于旅游高峰期与非高峰期的游客量差距逐渐缩小,2016年各化学组分的敏感性指数多低于2008年,地下水受旅游活动影响的时间变长;分别对比不同水文年各主量组分的敏感性指数大小和离子当量浓度大小,发现2008年两者排序基本一致,而2016年较为混乱,这可能表明研究区地下水系统逐渐从有序转向无序的状态,稳定性被破坏,熵值增大。