典型岩溶槽谷区降雨条件下地下河水质短时间尺度变化过程研究——以重庆南山老龙洞地下河为例

采用CTDP300多参数水质自动记录仪对重庆市南山老龙洞地下河出口处的地下水在降雨条件下水位、水温、pH值和电导率进行监测,以及2h时间间隔的地下水水化学指标(HCO3-,Ca2+,Mg2+,NO3-,PO34-,SO24-,Fe2+,Mn2+,Ba2+)测定,根据监测数据进行分析对比,结果表明:监测期间南山老龙洞地下河水质变化与降雨、气温以及流量表现出良好的响应关系,降雨前后水质变化明显,这可能是因为降雨的稀释作用以及大流量、快流速使水体中CO2由于水体的扰动逸出,导致HCO3-质量浓度低.随后由于降雨停止,HCO3-质量浓度升高.可能与此时的水受到来自岩溶洼地水和来自裂隙水的补给有关,并且HCO3-与水温的关系为负相关.Ca2+与Mg2+质量浓度在降雨初期随降雨量的增多而减小,之后开始上升,与雨水的稀释有关,但是其最高值不在降雨量的最大值.NO3-,PO34-,SO42-的质量浓度随降雨的到来和流量的增加而升高.Fe2+,Mn2+,Ba2+质量浓度在降雨初期迅速上升,Mn2+在降雨过后,快速下降.降雨初期,各种离子的变化受雨水稀释作用控制,降雨停止后,表层岩溶带的高裂隙率和渗透性开始发挥作用,水动力条件和CO2效应占主导,进而影响水质的变化.

城市发展对岩溶地下水质影响的地球化学示踪——以重庆南山老龙洞地下河系统为例

随着城市化的快速发展,大量生活废水的排放严重影响岩溶地下水质。本文尝试利用重庆南山老龙洞流域2012年每月地下水、雨水和生活污水的水化学数据与环境同位素^(87)Sr/^(86)Sr、δ^(34)S-SO_4^(2-)和δ^(13)C_(DIC)来研究城市发展对岩溶地下水质的影响,结果表明:1)城市化过程带来的硫酸改变了岩溶地质过程,不同月份碳酸溶蚀碳酸盐岩对地下水中(Ca^(2+)+Mg^(2+))和HCO_3^-的贡献率分别变化于38%~68%(平均贡献率为53%)和55%~81%(平均贡献率为68%),而硫酸溶蚀碳酸盐岩对地下水(Ca^(2+)+Mg^(2+))和HCO_3^-的贡献率分别变化于32%~62%(平均贡献率为47%)和19%~45%(平均贡献率为32%);2)生活废水的输入改变了流域地下水锶同位素的地球化学特征,地下水^(87)Sr/^(86)Sr变化于0.70800~0.70900,明显高于雨水和石灰岩溶解来源的^(87)Sr/^(86)Sr值,而低于生活废水的^(87)Sr/^(86)Sr值,表明流域地下水质受水-岩作用和污水输入的共同影响;3)地下水δ^(34)S-SO_4^(2-)变化于7.8‰~12.0‰之间,SO_4^(2-)主要来源于生活污水和雨水的输入与石膏的溶解;4)地下水δ^(13)C_(DIC)变化于-11.2‰^-7.3‰之间,且地下水(Ca^(2+)+Mg^(2+))/HCO_3^-摩尔比率介于0.60~0.71,流域地下水质一方面受控于CO_2对碳酸盐岩溶解的自然过程,另一方面则受城市化过程产生的硫酸对碳酸盐岩溶解的控制。

降雨期间岩溶城镇区地下河水重金属变化特征及来源解析

2014年6月降雨期间对重庆城镇区南山老龙洞流域地下河出口处的流量及Mn、Pb、Cu、As等重金属质量浓度进行观测,研究了流量的变化特征及岩溶水文系统内部结构,探讨了4种重金属对降雨的响应,用主成分分析法和实际测试值来解译降雨期间地下河水的重金属来源.结果表明,地下河流量、Mn、Pb、Cu和As对降雨响应迅速,推断研究区属于一个管道与裂隙组合的岩溶水文系统;非渗透地表产流迅速,其携带的地表污染物质Mn、Pb、Cu通过落水洞、竖井及岩溶天窗进入地下河,使这些污染物质在最大降雨量峰值的6 h后达到最大质量浓度峰值,较流量最大峰值提前到来;城市地表径流、水土流失是老龙洞地下河Mn、Pb、Cu、As的主要来源,洞穴滴水和雨水也会输入一定量的Mn、Pb和As;岩溶区的城镇建设要进行合理规划,完善相关基础设施,做到从源头上防止地下水遭受污染.