基于SWMM模型的岩溶洼地降雨径流转换机制研究——以湖北省宜昌市长阳县大长冲岩溶槽谷为例

岩溶洼地在降雨事件中水文过程转化迅速,但岩溶洼地降雨径流转换机制尚不明确。以湖北省宜昌市长阳县大长冲岩溶槽谷为研究区,基于1∶5万岩溶水文地质调查成果、遥感数据和GIS技术,创新性地将SWMM模型应用于岩溶洼地系统的产汇流过程模拟,量化了子汇水区和研究区的水源转化,并通过对研究区2020年夏季两场降雨事件的产汇流过程进行模拟分析,验证了SWMM模型的适用性。结果表明:SWMM模型适用于岩溶洼地系统的产汇流过程模拟;不透水区面积比例对子汇水区产流的影响较大,洼地在降雨过程中具有蓄水作用;下渗是坡面最主要的水源转化方式,下渗、填洼及作物截留是洼地主要的水源转化方式,而对于研究区整个岩溶洼地系统而言,通过坡面的岩溶裂隙和洼地中的土壤下渗是最主要的水源转化方式;SWMM模型在岩溶洼地系统产汇流过程模拟和初期的水源转化刻画方面比较准确,但对植被截留量和下垫面后期的蒸散发过程的刻画能力不足。

退耕还林恢复年限对岩溶槽谷区石漠化土壤物理性质的影响

历史上严重的植被破坏导致西南岩溶槽谷区水土流失/漏失和石漠化加重,制约喀斯特地区经济和社会发展,而退耕还林等生态修复工程对于喀斯特地区植被恢复、生态环境改善具有重要意义。该研究在遥感解译结合野外调查及采样分析基础上,重点分析了岩溶槽谷退耕后7个恢复年限(0~5、5~10、10~15、15~20、20~25、25~30、45~50 a)土壤主要物理性质的演替规律,结果表明:1)退耕开始至15~20 a土壤尤其是表层土壤物理性质呈现恶化的趋势,土壤表层平均含水率和总孔隙度分别减少12.28%~14.75%和8.79%~11.14%,而表层平均容重和紧实度则分别增大10.06%~13.82%和54.09%~58.43%,土壤-植被系统出现旱生化发展趋势;2)退耕20~50 a表层土壤平均含水率和总孔隙度分别达到40.65%和60.38%,较退耕0~5a分别增加24.11%和9.06%,尤其是恢复45~50 a表层土壤平均容重和紧实度分别为0.93 g/cm3、7.57 kg/cm^2,土壤基本性质的变化表明了生态系统质量的显著提升;3)由于喀斯特地区土层薄且缺少过渡层,提出了喀斯特地区土壤"铁板烧效应",与植被在退耕15~20 a由灌草结构向乔灌草立体格局转变的时间转折点相符。该研究进一步阐明了喀斯特地区生态恢复对土壤系统演变的影响,并提出喀斯特地区尤其要注重对乔木树种的种植和抚育工作,对于指导喀斯特地区生态修复具有重要的理论意义和实践价值。

重庆南平镇岩溶槽谷区不同土地利用类型地表水土流失

研究岩溶区水土流失特征有助于更好地开展岩溶地区水土保持,防止石漠化。通过在岩溶区不同土地利用类型布设9个径流场,利用2008-01-2010-08野外雨季的监测资料,得到岩溶区地表水土流失特征。结果表明:速效钾在土壤中易被淋失,磷富集度平均值最低,全氮、水解氮、有机质富集度的平均含量居中。从土地利用类型来看,富集度表现明显的是坡耕地(自然坡耕地强于移土培肥坡耕地),其次是林地,金银花地和草地富集度最低。根据相关系数可知淤泥养分含量与降雨强度呈极显著相关关系,淤泥养分含量与降雨量成正相关,但是相关性差。淤泥养分流失总量是通过泥沙量与淤泥养分含量来共同体现的。土壤侵蚀模数从大到小的顺序依次为自然坡耕地>移土培肥坡耕地>草地>金银花地>林地。岩溶区并不是每场降雨都要产生径流,主要是大雨尤其是暴雨才生产径流。岩溶区水土流失径流系数平均值在2.31%～14.72%。该研究有助于更好地理解岩溶区水土流失特征,为治理岩溶区水土流失提供科学依据。

基于GIS的岩溶槽谷区小流域土壤侵蚀量估算

在修正的通用土壤流失方程(RUSLE)中引入石漠化因子,以重庆市南川区木渡河小流域为研究对象,在GIS技术的支持下,对岩溶槽谷区小流域土壤侵蚀量的估算方法进行了探讨.研究结果表明,研究区现实土壤侵蚀量40011.51 t/a,土壤保持量835963.94 t/a.计算研究区及不同土地利用类型的现实土壤侵蚀模数时,石漠化程度越高,总面积现实土壤侵蚀模数和可流失面积现实土壤侵蚀模数的差异越大;在岩溶区,使用可流失面积现实土壤侵蚀模数更能真实的反映岩溶区土壤侵蚀的状况.研究区水田和林地土壤保持能力最大,旱地土壤保持能力最小,控制土壤侵蚀的有效措施是在裸岩山地和陡坡地植树造林,大于25°的陡坡地退耕还林还草,扩大林地面积,减小陡坡耕地面积.

典型岩溶槽谷区地下河水文动态响应研究——以重庆青木关地下河为例

为了更好地掌握重庆青木关地下河水文动态变化规律,2007年5月至2008年6月利用WGZ-1型光电数字水位计和水质监测仪(CTDP300型在线水质分析仪),对降雨量和地下河水位、水温、pH及电导率进行了连续自动监测,并采用水文动态曲线线型分析法分析了该地下河水文动态变化对降水事件的响应。结果表明,地下河水文动态对降雨响应迅速,水位流量过程曲线线型呈不对称尖峰型,尤其在2007年7月17日出现的大暴雨事件中,最高水位为1.175m,滞后最大雨强6h10min,最大流量为2.5781m3/s,而观测中该地下河最小流量仅为0.0189m3/s,反映出该岩溶地下河发育强烈,赋水空间较单一,含水层对水资源调蓄能力较弱。电导率、pH和水温对降雨也同样表现为快速响应,电导率由602.7μs/cm降到462.09μs/cm,pH由7.23降到7.01,水温由18.9℃上升到19.5℃,各指标滞后不超过15h。

典型岩溶槽谷区地下水化学特征及地球化学敏感性分析

利用2012年4月-2013年3月的水化学数据研究了重庆老龙洞地下河流域地下水系统地球化学敏感性。结果表明,研究区表层岩溶泉和地下河水化学阳离子分别以 Ca2＋、Mg2＋和 Ca2＋、Na＋为主,阴离子以 HCO-3、SO2-4为主；表层岩溶泉雨季 Mg2＋/Ca2＋摩尔比和地下河雨季 Na＋/Ca2＋摩尔比旱季大于雨季,表层岩溶泉和地下河雨季 HCO-3/SO2-4摩尔比分别为3.428-6.524、3.122-5.966,旱季 HCO-3/SO2-4摩尔比分别为5.693-8.664、3.428-6.524,表现出低SO2-4、高 HCO-3的特征,主要受农业活动影响的表层岩溶泉主量元素地球化学敏感性依次为 HCO-3＞ SO2-4＞Ca2＋＞NO-3＞ Mg2＋＞ Na＋＞ K＋＞Cl-,而受农业活动、工业活动、城镇建设活动等多种因子共同影响下的地下河主量元素地球化学敏感性有所变化,依次为 HCO-3＞Na＋＞ Ca2＋＞ K＋＞ Cl-＞ Mg2＋＞NO-3＞ SO2-4,随着人类影响的加剧,离子敏感指数将会有增加的趋势。

典型岩溶槽谷地下河水化学时空变化特征及影响因素初探——以重庆青木关地下河系统为例

对重庆青木关岩溶槽谷区内一条地下河的pH值、电导率、HCO3-、Ca2+、SO42-、Mg2+以及NO2-、NO3-等水化学指标进行了7个月至1年不等的监测,这些指标在空间和时间分布上具有不同特征.在空间上,电导率及HCO3-、Ca2+、Mg2+、NO3-浓度自地下河上游至下游逐步升高,比较地下河入口(D1)和出口(S2)处,电导率升高100μS/cm,HCO3-浓度升高1.5 mmol/L,Ca2+浓度升高17 mg/L,Mg2+浓度升高5.1 mg/L,NO3-浓度相差6.4倍,而pH值和SO42-浓度则呈逐渐降低的趋势,D1和S2处的pH值相差0.16,SO42-浓度相差26 mg/L.在时间分布上,pH、电导率、HCO3-、Ca2+、SO42-、Mg2+浓度季节变化明显,夏、秋季的值比冬、春季低.NO2-、NO3-浓度变化在6、7月份有明显升高—回落的过程.对以上指标的影响因素分析显示:地质背景对水化学的控制、降雨的稀释效应、地下河的不同补给来源、岩溶作用的强弱程度以及农业活动的影响.

运用^(137)Cs与土壤营养元素探讨重庆岩溶槽谷区山坡土壤的流失和漏失

岩溶区因为存在化学溶蚀,导致地表流失和地下漏失两种现象发生。运用137Cs与土壤营养元素研究岩溶区土壤的地表和地下漏失,得出以下结论:岩溶槽谷区山坡荒地表现出土壤向下汇集,而在菜地因为存在土壤漏失,打破了土壤向下汇集规律。岩溶区的地下漏失并非到处可见,往往发生在岩石裸露率高、人为干扰性强的地区。山坡荒地的全氮、全磷和有机质随着坡位的降低向下汇集,而在人为耕作的菜地,因为存在土壤漏失,土壤的营养元素不再遵循向下汇集的规律,而表现出土壤营养元素随着土壤的下渗向剖面深处迁移,但土壤营养元素在剖面上仍遵循土壤的表聚特性1。37Cs与土壤营养元素存在显著相关关系,说明137Cs和土壤有机质具有相同的物理运动规律。

岩溶槽谷地区的土地利用和土地整理——以重庆市涪陵区荒田片区为例

以重庆市涪陵区荒田片区为研究对象 ,分析了四川盆地东部山地中岩溶槽谷地区的生态条件和土地利用特点 ,认为耕地石漠化严重和水资源利用能力极差是制约岩溶槽谷地区生态农业可持续发展的主要因素 ;在此基础上探讨了岩溶槽谷地区土地整理的重点和技术。岩溶槽谷地区的土地整理 ,应在分析当地土地资源利用现状和潜力、预测未来水资源供需平衡的基础上 ,以坡改梯工程和水利工程为重点 ,并与生态建设相结合。

岩溶槽谷区不同土地利用方式土壤入渗规律研究

在保持原状土条件下,采用张力入渗仪(盘径d=20cm,负压h0=-5cm)对重庆市青木关典型岩溶槽谷区不同土地利用类型土壤渗透性进行了研究。结果表明,在试验条件下,不同土地利用类型土壤渗透性存在明显差别。以旱地土壤渗透性能最好,而荒地较差。旱地非饱和导水率、稳定入渗率、累积入渗量随土层深度加深而减小,而林地各项入渗指标却随土层深度的加深而增加。荒地15—30cm层非饱和导水率、稳定入渗率、累积入渗量均较30—45cm层低。土壤容重、孔隙度与土壤入渗性能关系密切,而初始含水量仅与初始入渗率有关,其相关系数为-0.825**。各土地利用类型入渗过程的模拟结果表明,Kostialov水分入渗模型对所研究区不同土地利用类型土壤水分拟合度较好,拟合度约为0.765,对该区研究土壤水分入渗过程具有良好的适用性。

鄂西岩溶槽谷区地下河系统水资源构成及其结构特征

鄂西岩溶槽谷区水资源时空分布不均一,水资源构成复杂,开发利用难度大。以湖北宜昌香溪河流域雾龙洞地下河系统为例,选取2012年两次典型洪水过程,基于流量衰减法,对地下河流量衰减过程进行划分,定量评价洪峰状态下水资源的分类及构成,并利用年内最大洪峰对计算参数进行验证,讨论了地下河系统储水结构特征。研究结果表明:在鄂西岩溶槽谷地区,溶洞水和溶洞裂隙水所占比重小,岩溶管道系统的发育规模有限;中宽裂隙水和微裂隙水所占比重达70%以上,裂隙介质是地下水最主要的储水空间;裂隙水构成地下水资源的主体,为水资源开发利用提供有利条件。

重庆典型岩溶槽谷区饮用水水源水质评价与分析

通过水文地质调查、采样分析以及实验室分析相结合的方法,按照国家发布的生活饮用水卫生标准(GB5749-2006)和生活饮用水水源水质标准(CJ3020-93),利用综合指数法对岩溶槽谷区内5个分散式供水模式饮用水水源点进行研究.结果表明,研究区内饮用水水质存在感官性状明显、总硬度偏高,部分离子浓度超标和细菌指标超标等问题,饮用水水质还受岩溶发育程度和当地人类活动的影响.并在安全卫生、工程技术方面给予水质改善建议.

岩溶槽谷区多条隧道条件下拟建隧道对岩体渗流场的影响

依据重庆南山地勘资料,通过Midas GTS NX三维数值模拟,研究岩溶槽谷区既有多条隧道条件下拟建隧道施工(不考虑和考虑防水措施)时的区域渗流特征,预测拟建隧道的涌水量,并与现有涌水量理论计算值进行对比分析。结果表明,地下水径流模数法计算结果(单位长度涌水量10.10 m3/(d·m))与大气降水渗入量法计算结果(11.11 m3/(d·m))相近,也与数值模拟计算结果(11.50 m3/(d·m))接近。受拟建隧道开挖影响,铜锣山隧道单洞涌水量下降了2.4%;南山隧道左洞下降了6.9%,右洞下降了4.7%。南山隧道左洞涌水量受拟建隧道影响最大,右洞次之,铜锣山隧道最小。拟建隧道及时施做防水及二次衬砌时,拟建隧道左洞涌水量下降了66.3%,右洞下降了66.2%,效果显著。在岩溶槽谷区既有多条隧道条件下,拟建隧道开挖对一定范围内既有隧道涌水量及渗流特征影响不大,对埋深较深的隧道影响更小。

岩溶槽谷区孢粉沉积特征初步研究——以重庆青木关为例

为分析岩溶槽谷区孢粉沉积特征对岩溶槽谷区第四纪环境演化的影响,对研究区8个样点共16个表土、苔藓样及一个土壤剖面的7个样进行研究,结果发现:①岩溶槽坡、坡顶孢粉组合主要由松属、杉属等次生林及蕨类植物组成.谷底农田生态类型主要以松属、水稻、禾本科草类、蒿属、里白为主.松属花粉在封闭槽谷中具有超代表性,说明地形、地貌对孢粉散布具有重要影响.②苔藓更容易捕捉风媒花粉,但受距离的影响.③从孢粉浓度来看,槽坡上松、杉林中苔藓样的孢粉浓度基本上要小于表层土样的浓度,而槽谷农田中苔藓样的孢粉浓度基本上要大于表层土样的浓度;槽坡生态类型孢粉浓度要大于农田生态类型的孢粉浓度.④土壤剖面除里白属外其它孢粉类型孢粉含量随着深度的增加而迅速减少,而里白属逐渐上升到85%～95%之间,这种孢子大小在27～34μm之间,说明这种淋滤有选择性.

基于同位素法监测岩溶槽谷区山坡土壤侵蚀和养分流失

该文利用137Cs、土壤营养元素结合表聚系数分析岩溶地区山坡水土流失,为研究区水土流失治理提供科学依据。研究表明：岩溶地区随着山坡坡位的降低营养元素含量没有增加。土壤营养元素在0-10 cm土层（表聚系数〉0.25）和0-20 cm土层（表聚系数〉0.5）表聚现象明显。在岩溶地区,计算土壤流失量,需要用岩石裸露率和岩溶裂隙发育程度2个指标。对137Cs计算土壤侵蚀量的公式进行修正。该研究有助于更好地了解岩溶地区水土流失特征,为治理水土流失和防治石漠化提供参考。

岩溶槽谷区坡改梯与自然地块生产对比

以重庆市南川区木渡河小流域为研究对象,对岩溶槽谷区坡改梯和利用自然地块生产进行了对比分析。石漠化程度在25%以下的区域,可以实施高标准的坡改梯工程,以增加耕地面积;石漠化程度在25%以上的区域,最好利用自然地块进行生产,并逐步过渡到经济作物的开发。利用自然地块进行生产的关键在于辅以简单的工程措施,并使工程措施与生物措施有机结合,以达到最大限度减少水土流失的目的。

贵州印江朗溪岩溶槽谷龙洞湾泉流量衰减分析

文章对贵州省印江县朗溪隔槽式向斜岩溶槽谷轴面南东侧的龙洞湾岩溶泉流量衰减规律进行了分析,通过在泉口设置复合堰、安放水文气象自动监测仪,获取了该泉降雨量和相对水位的高时间分辨率监测数据,并采用水力学公式计算了泉流量,分析了降雨过后岩溶泉流量的动态特征,再利用分区间指数函数衰减方程确定了该泉所在含水介质的结构特征及亚储水量,结果发现:(1)龙洞湾泉流量峰值滞后时间受降雨过程特征影响较大,当降雨量大或前期有降雨影响时,滞后时间短;当降雨量小或前期无降雨影响时,滞后时间长;(2)强降雨后,龙洞湾泉流量的衰减可分为三个亚动态,且衰减系数的差异较大,第I亚动态和第II亚动态的衰减系数分别是第III亚动态的11倍和3倍,这表明其三重岩溶含水介质的特征明显;(3)龙洞湾泉的含水介质具有不均匀性,以管道流和裂隙流为主,岩溶发育强烈。

岩溶槽谷区坡耕地利用的时空演变特征及驱动机制

探讨当前多重要素驱动影响下岩溶槽谷区坡耕地利用的时空演变规律,对地区粮食安全和土地管理具有重要意义。以高精度影像和地理高程模型为数据源并结合野外实地调查,通过坡耕地利用动态指标和缓冲区方法探讨槽谷区坡耕地时空演变特征。结果表明:(1)2005—2017年,西、中和东部槽谷的坡耕地利用都发生了动态变化,且缓坡耕地和斜坡耕地变化最显著。(2)随距居民点和道路距离增加,坡耕地面积总体减少,但变化趋势不同。(3)西、东部槽谷坡耕地转移的空间格局主要集中于槽坝平坦部位,中部槽谷主要集中于山坡两侧。(4)槽谷区坡耕地演变的时空分异格局受多种因素共同影响,自身地形地貌对坡耕地的形成具有决定作用,地区经济产值提高对坡耕地利用具有改造作用,农业结构调整对坡耕地利用功能具有多样性促进作用,分析多重因素对槽谷区坡耕地利用演变趋势的驱动机制可为地区因地施策提供科学参考。

基于地形梯度的岩溶槽谷区土地利用空间格局分析

揭示当前多因素驱动机制下岩溶槽谷区典型地貌单元在地形梯度上土地利用分布的一般规律与差异性特征具有重要意义。以2017年landsat TM高清影像和30 m×30 m DEM(Digital Elevation Model)为数据源,并结合实地调查,通过地形位分布指数、土地利用多样性指数、土地利用程度指数及土地利用相对合理性指数指标计算,探讨岩溶槽谷区地形梯度的土地利用类型空间分布共同特征与差异。结果表明:(1)岩溶槽谷区土地利用类型呈现山坡(高地形位) 槽坝(低地形位)两种分布格局特色存在,且土地利用类型在地形梯度上主要以低、中、高3种地形位组合模式;(2)土地利用类型在地形梯度上呈现梯度效应,表现出各自分布特征与差异;(3)岩溶槽谷区土地利用多样性、土地利用程度和土地利用合理性在地形梯度上分布格局既存在一些共同性特征,又存在各自差异性;(4)地形梯度土地利用特征差异性是受自然因素、社会经济因素、政策因素共同作用的结果。

岩溶槽谷区土壤多环芳烃健康风险评价

以重庆老龙洞岩溶槽谷为例,利用BaP毒性当量浓度(BaPeq)和终生癌症风险增量模型对儿童和成人暴露于土壤PAHs的健康风险进行评价.研究结果表明,土壤中BaPeq∑16PAHs为87.5±156.6 ng·g-1,7种致癌性PAHs占了97.8%;BaPeq∑10PAHs平均值为32.9±37.4 ng·g-1,33.3%的采样点的BaPeq超过了荷兰土壤环境质量标准目标参考值(33.0 ng·g-1),表明土壤PAHs存在潜在风险;儿童和成人的终生癌症风险(ILCR)分别为1.17×10-7—7.11×10-6,1.24×10-7—7.52×10-6,平均值为8.8×10-7和9.3×10-7,总体在可接受的风险范围内,但有部分存在潜在风险;DaA和BaP产生的致癌风险占到总风险的35.2%和30.4%,是最主要的贡献组成;不同暴露途径对人群的致癌风险水平为:皮肤接触>经口摄入>呼吸吸入.经口摄入和皮肤接触对总致癌风险的贡献几乎为100%,高出呼吸吸入102—106倍,是土壤PAHs致癌风险的主要暴露途径.