岩溶动力系统水化学动态变化规律分析

岩溶动力系统，由于其水化学形成过程的三相不平衡控制，特别是气相ＣＯ２的积极参与和碳酸盐岩特殊的溶解／沉积机理，因而其水化学动态变化规律非常复杂。本文通过对日本Ａｋｉｙｏｓｈｉ－ｄａｉ高原和桂林岩溶试验场的分析，发现岩溶动力系统水化学动态变化规律主要受稀释效应。

水-岩-气相互作用引起的水化学动态变化研究——以桂林岩溶试验场为例

利用多参数自动记录仪对桂林岩溶试验场的降水量、水位、水温、pH值和电导率进行了监测,数据采集间隔根据参数变化的程度由2min到1h不等。结果发现,岩溶裂隙水在洪水期间pH值呈降低趋势,而电导率呈升高的不寻常变化。与此相反,对于岩溶管道水,同样是在洪水期间,它的pH值是升高的,而电导率呈正常的降低。考虑到Ca2+和HCO-3分别为地下水中主要的阴阳离子(>90%),及它们与电导率的线性关系,计算得到了洪水期间方解石的饱和指数(SIc)和水的CO2分压(Pco2)的变化情况。发现洪水时裂隙水的Pco2高于正常情况的Pco2,而它的SIc值比正常情况低。与此相对,对于管道水,尽管同一洪水期间其SIc降低,但Pco2也降低。从这些结果,可以推断,至少有两个关键的过程控制着洪水期间的水化学变化。一个是雨水的稀释作用,另一个是水-岩-气的相互作用。然而,对于裂隙水来说,后者的作用可能更重要,即在洪水期间,高浓度的土壤CO2溶解于水中,则更具侵蚀性的水能溶解更多的石灰岩,从而增强水的电导率。而对于管道水,雨水的稀释作用更重要,因为研究区较高的pH和低电导率的雨水能更快地通过管道流出,所以,要了解岩溶系统水化学的变化,仅考虑水-岩相互作用是不够的,我们还必须重视CO2气体对岩溶系统中水化学变化的影响。总之。

地热开发对王3、王4井水化学动态的影响及其原因分析

王3、王4井是首都圈地区两口重要的水化学观测井,京津新城地热开发对王3、王4井有无影响,对震情监视有重要意义。依据2004年7月后京津新城地热开发与王3、王4井井压急剧下降,氡、汞等测项相应变化的相关分析,认为尽管地热开发的含水层和地震观测层位不同、埋深不同,但地热开发仍然是影响王3、王4井地震观测的根本原因。从地质构造、岩溶裂隙的发育、水动力条件及地下水物理-化学平衡等方面,论述了地热开发对王3、王4井水化学动态影响的原因,并在此基础上对地热异常区内水化学观测井选择、建设的有关问题提出了建议。

广西弄拉兰电堂岩溶泉水化学动态变化

利用多参数自动记录仪对广西弄拉兰电堂泉无降雨时的水化学动态变化监测表明,水中CO2分压、温度和包气带含水状况是驱动泉水水化学动态变化的主要因素。气温变化、降雨及太阳辐射的昼夜更替,影响了植物生命活动的强弱。湿季泉水的溶蚀强度明显大于干季,表现为方解石饱和指数(SIC)和白云石饱和指数(SID)较高。干湿季无降雨气候条件下,温度对植物活动起主要控制作用。

表层岩溶带岩溶泉的水化学动态变化及其环境效应——以马山弄拉兰电堂为例

利用多参数自动记录仪对马山弄拉兰电堂泉的降水量、水位、水温、pH值、电导率和Ca2+含量进行了自动监测.结果发现:泉水在夏季降雨期间pH值呈降低趋势,同时电导率和Ca2+含量也降低,该现象的发生主要是由雨水的稀释作用造成的;在冬季这种干旱环境中的水化学变化规律主要是泉水在白天温度升高时出现电导率升高,pH降低.同时通过对K+,Ca2+等离子的监测可以了解石山地区植被的生长并不是由于土壤中必需元素背景值低而受到限制,而是由于表层岩溶带具有较高的裂隙和渗透率造成大量有益元素的流失影响作物的生长.因此,通过此次研究不但可以进一步了解表层岩溶泉的水化学动态变化规律及其产生的环境效应,而且还能为石山地区在生态治理以及水土保持上提供一定的理论依据.

长春南湖环境水化学动态变化及其影响因素分析

应用最大方差旋转因子分析法分析了长春南湖2004年监测的10项水化学指标,提取到三个主因子代表原信息的90.23%,利用24个观测量在第一和第二主因子上的得分对其进行聚类,各观测量均聚到相应月份中。结果显示在时间变化上7月富营养化程度最高,8月水体有机污染程度相对较低,分析水质在空间分布上的特征中得到,外源污染对水体质量影响深刻,不同监测点位的有机物污染和富营养化程度存在较大差异。

湿润亚热带典型白云岩流域的水文水化学动态特征初步研究--以贵州施秉黄洲河流域为例

利用水文水化学自动监测仪,于2018年5月18日至2018年12月3日期间对地处湿润亚热带季风气候条件下的贵州省施秉世界自然遗产地境内的黄洲河白云岩小流域进行了高时间分辨率的连续监测,目的是为了揭示湿润亚热带季风气候区典型白云岩小流域不同时间尺度与不同降雨强度下水文水化学动态特征。研究获得了黄洲河白云岩小流域的降雨量、出口流量、水温、电导率、pH、方解石及白云石饱和指数、CO2分压等连续数据。结果表明:(1)黄洲河流域出口河水的pH、电导率、CO2分压、方解石及白云石饱和指数等指标具有明显的日周期变化规律,即水温、pH、方解石及白云石饱和指数与气温的昼夜周期变化曲线相似,而电导率、CO2分压与气温的日周期变化曲线相反;(2)黄洲河流域出口河水的水化学指标对不同强度的降雨会产生不同变幅与变化方向的响应特征,暴雨会显著干扰河水水化学指标的日周期变化规律,主要表现在随着降雨强度的增大,电导率与CO2分压呈现显著下降;(3)白云岩流域具有明显的化学稳态行为。

济南泉水水化学动态特征分析

济南是山东省省会城市,以泉水而闻名,济南泉域位于济南市中部,为掌握济南泉水水质变化情况,根据多年监测的泉水水质资料,采用年度及年内对比方法,分析研究了泉水主要离子多年动态特征及年内变化,研究结果表明,从1984—2013年近30年间,济南泉水主要水质指标呈恶化趋势,主要驱动因素是CO2,SO2-4,Cl-离子含量的增长,其与当地燃煤量持续增长联系密切;而年内主要离子含量动态变化,属短期波动,与泉区排泄点周边的环境影响有关。

太行山北段金龙洞岩溶泉水化学及同位素动态特征

以太行山北段金龙洞岩溶泉为研究对象,通过数理统计、离子比值及饱和指数等方法,分析泉水水化学和同位素动态特征、水中主要离子来源及演化、水–岩相互作用过程等内容。结果显示:(1)金龙洞泉补给来源为大气降水,泉流量对其响应程度高,泉流量较小时,水中主要离子含量相对高,水化学类型为HCO_(3)·SO_(4)-Ca·Mg型,泉流量大时,水中离子含量低,水化学类型为HCO_(3)-Ca、HCO_(3)·SO_(4)-Ca型,泉流量增加引起的稀释作用对离子含量影响明显;(2)控制泉水水化学特征的主要因素为溶滤作用和稀释作用,且Ca^(2+)、Mg^(2+)、HCO_(3)^(-)主要来源于碳酸盐岩溶解,SO_(4)^(2-)、Na^(+)、K^(+)、Sr主要来源于安山岩中长石、黄铁矿等矿物的风化溶解,NO^(-)_(3)则来源于人类活动;(3)降水集中期,泉水主要由灰岩区孔洞裂隙水进行补给,补给路径短,降水较小期,则由海拔相对较高的火山岩分化裂隙水进行补给,径流路径较长;(4)氢氧稳定同位素动态特征表明:水中D、18O含量变化主要受降水和入渗过程中的蒸发及地表水混入影响,且不同季节和时期泉水主要补给来源不同。

喀斯特槽谷区表层喀斯特水化学的暴雨动态特征

喀斯特水化学是在碳酸盐岩-水-CO2气三相相互作用的开放系统中形成的,水化学变化既反映了喀斯特含水介质特点和喀斯特发育的程度,又反映了喀斯特区水土流失的进程。选择重庆市南川区南平镇兰花沟为代表,以兰花沟喀斯特动力系统观测站为依托,采用多功能自动化观测仪CTDP300,对暴雨条件下表层喀斯特泉的pH、电导率、水温和水位进行了连续自动监测。监测结果表明:1.表层喀斯特带对降雨很敏感,其喀斯特水化学明显受降雨条件的影响。在强降雨开始时,喀斯特水pH升高,水温降低、电导率降低、PCO2降低,方解石饱和指数(SIc)升高,喀斯特泉水化学表现出雨水的"活塞效应"。2.在强降雨中后期,表层喀斯特水pH、电导率、水温下降,方解石饱和指数(SIc)降低,这表明稀释作用可贯穿整个降雨过程,但在降雨后3～4 h,表层喀斯特带的高裂隙率和渗透性开始发挥作用,水动力作用和CO2效应逐渐占据主导地位。因此,降雨过程中有两个重要的作用在控制着水化学的动态变化,一是雨水的稀释作用,二是碳酸盐岩-水-CO2气相互作用。3.根据喀斯特水化学在降雨条件下不同结构的含水介质中的反应,兰花沟表层喀斯特带含水介质以管道为主。4.土地利用类型的改变也会影响到表层喀斯特水化学对暴雨的响应。

不同土地利用分布格局下的岩溶泉水化学变化研究

利用多参数自动记录仪CTDP300对具有不同土地利用分布格局的贵州普定陈旗和灯盏河两个岩溶泉域的降雨量、泉水位、水温、pH值和电导率进行了一个完整水文年的连续监测,并依据化学平衡热力学原理进行计算,得到连续的水的CO2分压(PCO2)和方解石饱和指数(SIc)。结果表明这两个泉的这些水化学指标均呈现出明显的季节变化和暴雨动态变化。然而,两泉水的这些变化具有明显的差异:对于土壤分布较多和水田分布在排泄区的陈旗泉而言,HCO3-和PCO2较高,而pH和SIc值明显低于土壤分布较少且水田分布于补给区的灯盏河泉,且变幅较小。此外在暴雨后,陈旗泉pH升高、PCO2降低,而灯盏河泉pH降低、PCO2升高。这些反映了不同土地利用分布格局对岩溶水化学调节作用的差异。灯盏河泉Ca2+、SO2-4、Mg2+和EC较高主要是其流域中石膏和白云岩含量较多的缘故。这些发现说明,pH、电导率、HCO3-、Ca2+、SO42-、Mg2+、PCO2和SIc等岩溶水化学参数可以作为不同土地利用分布格局和环境变化的重要指标。

贵州深切峡谷区典型岩溶地下河水文水化学特征——以贵州三塘地下河为例

黔中水利枢纽水源工程—平寨水库位于贵州高原三岔河深切峡谷型岩溶区,是保障黔中地区水资源安全的重要水利基础设施。文章采用水文水化学自动监测技术,对前期水文地质基础研究较为薄弱的平寨水库区间流域内的重要支流—三塘地下河系统的水文水化学变化规律进行了研究,在此基础上探讨了深切峡谷型岩溶地下河系统的岩溶发育规律及管道模式。研究结果表明,该地下河系统水化学动态主要受覆被CO_(2)效应、有效降雨稀释效应和径流-排泄通道开放效应三者的控制。在不同时间尺度和大气降水条件下,水化学动态的总体变化特征不同,起主导作用的效应也有所不同。水温在年尺度上呈夏季高冬季低的变化规律,日尺度上呈昼高夜低的变化规律。电导率和水中CO_(2)分压的动态变化,年尺度下,在覆被CO_(2)效应与稀释效应的共同作用下总体呈现平水期较高丰水期较低;月尺度下,降雨初期可见明显的覆被CO_(2)效应,降雨后则为有效降雨的稀释效应主控;在旱季无雨条件下的日尺度上,可见由径流-排泄通道的开放效应造成的水化学日动态。径流-排泄通道开放效应的识别,可为今后在岩溶水系统模型化研究中判断岩溶管道的承压状态提供水化学方面的依据。本研究对今后该区开展地表与地下水库联合调度、水资源合理利用研究提供了一定的水文地质基础。

宝羊灌区地下水的矿化度动态研究

对1982—2009年宝鸡峡-羊毛湾灌区的地下水的水化学特征、水位动态和水化学动态进行分析和水质调查,采用Pearson指数法和逐步回归方法对地下水的矿化度与离子构成关系进行相关分析,以揭示灌溉、黄土塬灌区外源引水、地下水开采与农业生产活动对地下水的水化学类型和水位、水质动态的影响及其演变规律。结果表明:地下水的矿化度变化主要受阴离子(HCO3-、SO42-、Cl-)控制,Cr(Ⅵ)和NO3--N是灌区地下水的主要污染威胁。同时,针对灌区面临的水资源和水环境问题,提出了水资源与农业生态环境的保育措施,可为黄土塬灌区地下水资源的利用与保护提供借鉴。

湿润亚热带典型白云岩流域的岩溶无机碳汇强度

岩溶作用积极参与全球碳循环过程,进一步弄清岩溶碳汇机制对于精确评估碳循环过程意义重大。中国碳酸盐岩分布面积广大,尤以西南地区最为广泛与集中,虽然本区已开展了较多以石灰岩为主流域的岩溶碳汇研究,但是与白云岩流域相关的研究较为薄弱,这不利于精确评价中国岩溶碳汇潜力和服务于国家碳中和战略。为此,本文以中国西南岩溶区内具代表性的贵州施秉黄洲河白云岩流域作为研究区,对湿润亚热带典型白云岩小流域的水岩气相互作用及其无机岩溶碳汇进行了为期1年(2018年5月至2019年5月)的水文水化学自动监测研究。获得了黄洲河白云岩流域的降雨量、流量、水温、电导率、pH值等高时间分辨率的连续监测数据,并采用化学热力学模型计算了方解石与白云石饱和指数及河水中CO_(2)分压等水化学指标。结果显示:(1)该白云岩流域属典型的山区雨源型河流,洪水流量过程虽然呈现显著的暴涨暴落特征,但是流域出口河水的化学动态仍受水化学稳态行为的控制;(2)流域上游高原面上浅切割地表河两侧发育溶隙型含水介质,中下游排水系统为地表河,由于地表河水中CO_(2)的释放,使该流域出口河水的方解石饱和指数较高,并伴有河床钙华沉积;(3)采用白云石开放系统化学热力学模型,结合不同土地利用类型的土壤CO_(2)数据,计算出泄流于地表河的岩溶地下水HCO_(3)^(-)浓度为5.1 mmol/L,该值要高于黄洲河出口河水HCO_(3)^(-)平均浓度16%,表明该岩溶流域内的地表河因受紊流脱气和水生生物光合作用的影响,水中的溶解无机碳有所降低;(4)由水化学径流法准确计算了该白云岩流域的岩溶碳汇通量(以CO_(2)计),为36.43 t/(km^(2)·a),该值并未显著高于中国南方其他碳酸盐岩流域的岩溶碳汇通量,表明白云岩流域覆被中CO_(2)浓度仍与流域径流量呈反比关系,这两个主控因子的共同作用,使湿润亚热带岩溶流域的岩溶碳汇通量不至于发生较大变化。