典型喀斯特白云岩小流域土壤-表层岩溶带厚度空间异质性特征

土壤-表层岩溶带厚度是喀斯特地球关键带的关键指标,明确其空间异质性特征对于理解地球关键带结构演化机理以及评估水源涵养功能具有重要意义。在广西环江木连小流域1.4 km 2范围内,通过高密度电法(ERT)探测45条样线,共获取1731个样点的土壤-表层岩溶带厚度及环境因子数据资料,研究了土壤和表层岩溶带厚度的空间分布格局及其影响因素。结果表明,土壤和表层岩溶带厚度平均值分别为1.15 m和6.44 m,且分别呈现强变异程度和中等变异程度。地统计分析结果表明球状模型和指数模型分别可以反映土壤和表层岩溶带的空间结构特征。土壤厚度呈现中等空间自相关性,变程长,空间连续性好;而表层岩溶带呈现强烈的空间自相关性,变程短,空间依赖性强。土壤厚度受到环境因子(地形湿度指数、垂直曲率、曲率、坡向、坡度、高程、覆盖度、出露基岩率和植被归一化指数)的多重影响,而表层岩溶带厚度受部分环境因子影响的同时,与土壤厚度和植被类型的相关性更高。研究结果有助于喀斯特区土壤-表层岩溶带演化机理认识,并为土壤-表层岩溶带厚度的空间预测提供科学依据。

综合物探方法解译表层岩溶带空间结构特征研究——以广西平果市果化镇生态试验基地坡径流场为例

表层岩溶带是岩溶学研究的重要部分,其结构的解译对表层岩溶带水循环特征及岩溶水调蓄功能的研究具有重要意义。利用综合物探方法(包括高密度电阻率法、自然电位法和地质雷达法),对平果市果化镇生态试验基地坡径流场的表层岩溶带空间结构特征进行了探测解译。通过对高密度电阻率数据和自然电位数据反演,获得坡径流场若干电阻率断面和极化源的空间分布特征,解译了3处强径流带发育的空间位置;通过地质雷达影像图划分了表层岩溶带发育深度。此外,坡径流场地西北侧有深部岩溶裂隙发育,向东南地势逐渐走低,岩溶裂隙也逐渐向面上扩大。研究结果表明,自然电位法是探测岩溶含水构造的有效方法,结合高密度电阻率法,可有效解译强径流带的空间发育位置,而地质雷达法可高分辨地探测表层岩溶带的发育厚度和浅部岩溶裂隙的发育情况;地质雷达法、高密度电阻率法和自然电位法的综合应用能有效探测表层岩溶带的结构特征,是解译表层岩溶带厚度和探测强径流带空间分布的有效手段。

基于PLEIK模型的岩溶地下水防污性能评价——以贵阳市汪家大井泉域为例

岩溶地下水资源是中国西南地区经济发展的重要基础。对岩溶地下水进行防污性能评价是合理开发及保护当地地下水资源的有效方法。汪家大井现为贵阳市东郊水厂取水地,是区域内重要的供水水源,对其进行地下水防污性能评价有助于保障居民饮用水水源安全。通过构建研究区PLEIK模型,在考虑保护性盖层(P)、土地利用类型(L)、表层岩溶带发育程度(E)、补给类型(I)及岩溶网络发育程度(K)5个评价因子的基础上,对汪家大井泉域岩溶地下水防污性能进行定量评价。结果表明,研究区内地下水防污性能以较好和中等的区域为主,分别占总面积的23.69%和42.11%;防污性能较差和好的区域次之,分别占总面积的18.54%和15.53%;防污性能差的区域最少,约占总面积的0.13%;表层岩溶带、含水层岩溶网络及土地利用类型是影响该区域岩溶地下水防污性能的主要因素。其研究结果可为该地区地下水环境保护及污染防治提供一定的参考。

表层喀斯特带溶蚀岩体单轴压缩力学特性模拟研究

研究表层喀斯特带溶蚀岩体的力学特性,有助于岩溶区边坡稳定性分析。本文以表层岩溶带溶蚀特征为依据,设定溶蚀率和溶蚀均匀系数作为溶蚀特征参数。基于元胞自动机算法思路,在颗粒离散元软件中构建不同溶蚀特征的岩体模型。对溶蚀岩体进行单轴压缩数值试验,检测岩体加载过程中声发射事件。试验结果表明:溶蚀岩体加载过程可分为:(1)压密阶段;(2)弹性变形阶段;(3)稳定破裂发展阶段;(4)不稳定破裂发展阶段;(5)峰后缓慢软化阶段;(6)峰后快速软化阶段。随溶蚀率增加,岩体弹性变形阶段曲线缩短,岩体抗压强度降低;岩体由脆性破坏逐渐转为延性破坏;同时,溶蚀率增加,岩体抗压强度下降速率由最初快速降低转为缓慢降低,最终收敛。溶蚀均匀系数增加,不稳定破裂阶段曲线增长,岩体由局部破坏转为整体性破坏。研究发现溶蚀岩体单轴抗压强度与溶蚀特征参数呈负指数关系,该关系式可用作溶蚀岩体强度取值,实际工程中应增加溶蚀均匀系数对岩体质量的影响。溶蚀岩体裂纹扩展机理有助于边坡失稳机理研究。

西南岩溶区表层岩溶带水脆弱性评价指标体系的探讨

从地下水脆弱性的胁迫应变关系出发,通过对西南岩溶区表层岩溶带发育机理和脆弱性特征的分析,提出了以表层岩溶带发育强度、保护性盖层厚度、补给类型、岩溶网络系统发育程度、土壤类型、植被条件、土地利用程度以及地下水开采程度8个胁迫因子(EPIKSVLG)作为对表层岩溶带水脆弱性进行定量评价的指标,并对各指标进行了详细的分析与分类,初步建立了表层岩溶带水脆弱性评价的指标体系。

湖南洛塔表层岩溶带水文地球化学特征初步分析

湖南洛塔为西南具有一定代表性的溶丘洼地型岩溶区,本文利用近两年来洛塔水环境监测资料,进行洛塔表层岩溶带的水化学和水温场特征的研究,认为该表层岩溶带的水化学和水温场的特征与气候、生态环境和岩溶含水介质等多种因素明显相关。不同影响因素对表层岩溶水水化学组分的作用有所不同,表层岩溶带岩溶水受气候影响较大,大气降水的降雨强度,直接影响到地下水化学组分含量的大小,总硬度和HCO-3含量与降雨量呈明显的负相关关系,植被、土壤的覆盖程度与水化学组分含量高低呈正相关性。

典型表层岩溶泉短时间尺度动态变化规律研究

本文以广西马山县弄拉岩溶动力系统监测站为例 ,通过人工及自动记录 ,分别对表层岩溶泉水的物理化学特征变化进行了研究。短时间尺度监测表明 ,岩溶动力系统对环境变化十分敏感 ,响应及时。在不同的气候条件下 ,水的物理化学特征多日与昼夜动态变化有不同的表现。在正常气候 (无雨 )条件下 ,水温的变化与气温变化基本一致 ,pH与电导率之间具有较好的负相关关系 ,电导率峰值区滞后最高温度约 4～ 5h。这可能与植被从光合作用向呼吸作用转变导致大气CO2 浓度产生较大的梯度变化有关。而这种梯度十分有利于岩溶作用的进行。暴雨期间 ,稀释作用可贯穿整个降雨过程 ,但降雨 1～ 2h后 ,表层岩溶带的高裂隙率和渗透性开始发挥作用 ,水动力作用和CO2 效应逐渐占主导地位 ,而稀释作用对弱降雨过程仅作用于降雨的开始阶段。因此有必要把水、岩、CO2 气体作为一个整体来解释表层岩溶作用的水文地球化学行为。

降水对广西马山兰电堂泉水化学动态变化观测研究

利用多参数自动记录仪(CDTP300)对广西马山兰电堂泉的降雨量、水位、水温、pH值和电导率进行自动化监测,数据采集间隔为15 min。结果发现,降雨期间泉水pH值和温度呈升高趋势的同时却出现电导率急剧降低的现象。通过进一步利用WATSPAC软件计算泉水方解石饱和指数(SIC)、白云石饱和指数(SID)和二氧化碳分压(LogP-CO2),发现其SIC、SID和LogPCO2值在降雨期间均呈明显降低趋势。由此可以推断,兰电堂泉水化学动态变化是由雨水的稀释作用造成的,因为研究区具有较高pH值和低电导率的雨水能够形成坡面流快速通过岩溶管道系统影响泉水的水化学性质,并使稀释作用成为控制表层岩溶泉在雨季水化学动态变化的主要因素。

典型表层岩溶泉水短时间尺度动态变化规律

通过多功能自动化监测记录仪CTDP300,对金佛山表层岩溶泉碧潭泉物理化学性质的昼夜变化过程进行了研究。短时间尺度监测表明,岩溶动力系统对环境变化比较敏感,响应及时,水的物理化学性质昼夜动态变化在不同气候条件下有不同表现。在无雨条件下,水温的变化与气温基本一致,电导率峰值区滞后温度数小时,这可能与植被从光合作用向呼吸作用转变导致大气CO2浓度产生较大的梯度变化有关,而这种梯度十分有利于岩溶作用的进行,但由于植被覆盖和地质构造等因素的差异,滞后时间有较大不同;在暴雨期间,虽有植被和土壤的阻挡和调蓄作用,降雨对碧潭泉岩溶水还是有较强的稀释作用,但开始降雨后数小时左右,表层岩溶带高裂隙率和渗透性开始发挥作用,水动力作用和CO2效应逐渐占主导地位。

洞穴滴水地球化学的空间和时间变化及其控制因素——以北京石花洞为例

通过对北京石花洞滴水地球化学一个水文年的观测,揭示了洞穴滴水水文地球化学季节变化与外界气候变化的关系, 3个滴水点的滴率随降雨量的增加都有明显的变化,但不同滴水点滞后时间不同。滴水滴率、Mg2+和SO2-4 含量的季节变化数据显示,雨季洞穴滴水主要来源于当季降水,但也存在岩层滞留水的混入。滴水中Mg/Ca比值存在明显季节变化,旱季较低而雨季较高,但在雨季初期出现较大的波动。分析洞穴上覆土壤和洞内裂隙土壤数据,认为雨季初期滴水中Mg/Ca比值的波动是由土壤中Mg2+的快速淋溶造成的,上覆土壤结构性质和组分变化均影响滴水地球化学特征。

我国南方表层岩溶带及其对岩溶水的调蓄功能

表层岩溶带是地表强烈岩溶化过程的产物 ,为表层碳酸盐岩各种岩溶个体形态和微形态组合构成的不规则带状的岩溶带 ,在我国南方岩溶区广泛分布。表层岩溶带对岩溶水的调蓄表现在两个方面 :一是增加入渗补给量 ;二是延缓降雨后雨水在岩溶水系统停留的时间 ,并形成了表层岩溶泉。表层岩溶带对岩溶水的调蓄功能大小主要与表层岩溶带的结构、岩层产状、地表覆盖情况和降雨性质有关。石漠化环境与森林环境的表层岩溶带对岩溶水的调蓄功能差异很大。石漠化地区 ,表层岩溶带泉的出流时间短 ,动态非常不稳定 ;表层岩溶带对岩溶管道泉调蓄能力弱 ,泉水动态与降雨动态一致。森林环境表层岩溶泉则多为常流泉 ,水文动态比较稳定。表层岩溶带形成的表层岩溶泉为开采深部岩溶水困难的峰丛山区的居民饮水提供了重要的水源 ,但只有恢复了岩溶石山区森林生态 ,才能实现表层岩溶泉应有的供水功能。

锥峰和塔峰溶丘地貌的表层喀斯特带径流溶蚀形成机制

塔峰、锥峰和常态山是西南喀斯特地区的三种主要丘陵形态。表层喀斯特带径流溶蚀动力学机制可以较好的解释喀斯特坡地发育。表层喀斯特带的顺坡径流量大的喀斯特地区,坡地溶蚀速率高,易于塔峰和锥峰地貌的形成,反之,易于常态山地貌的形成。降水、岩层组构等环境要素控制了表层喀斯特带的顺坡径流量。西南喀斯特地区的这三种溶丘的空间分布和这些环境要素的区域差异有关。滇东高原、贵州高原和广西丘陵平原的岩性和大地构造条件差异不大,气候是这三地溶丘地貌形态差异的主要原因:滇东高原为西南季风气候区,降水量较低,表层喀斯特带顺坡径流量小,溶丘地貌以常态山为主;其余两地为东亚季风气候区,降水量较高,表层喀斯特带顺坡径流量大,溶丘地貌以锥峰和塔峰为主,其中,广西丘陵平原的降水量大于贵州高原,前者溶丘地貌以塔峰为主,后者以锥峰为主。

表层岩溶带调蓄系数定量计算——以湘西洛塔赵家湾为例

本文以湖南洛塔赵家湾表层岩溶系统为例,综合利用水位、降雨量、蒸发量及泉流量等长观资料,分别对不同降雨特征下的表层岩溶带调蓄系数进行了定量计算,并对影响表层岩溶带调蓄能力的因素进行了分析。计算得到丰水期赵家湾表层岩溶带调蓄系数为0 14～0 2 8,明显小于枯水期调蓄系数0 44 ;但丰水期久旱后表层岩溶带的调蓄能力接近于枯水期;在丰水期,场雨和连续降雨时的调蓄能力比间歇降雨时的小近1倍。实例计算表明:赵家湾表层岩溶带具有一定的调蓄能力,其地下迳流滞后于降雨至少3d ,调蓄系数确实可以用来定量评价表层岩溶带的调蓄能力。

典型喀斯特表层岩溶带地下水化学特征——以贵州清镇王家寨喀斯特小流域为例

以喀斯特小流域为研究尺度,对清镇市王家寨退耕还林(草)示范区内的9个表层岩溶泉进行了一个水文年的系统监测,并借助SPSS统计软件开展了泉点的聚类分析研究,旨在从常规水化学角度为流域退化生态环境的恢复与重建提供科学依据。从结果来看,虽然所有泉点的水化学类型均为HCO3-Ca型,但是根据K+、Na+、Ca2+、Mg2+、F-、Cl-、NO3-、HCO3-、SO42-等指标的具体差异,还是可以将9个泉点分为3组:(1)位于流域上游分水岭处的S8、S9泉点,由于远离居民集聚区,受到人类活动的影响程度弱,泉水中EC和各主要离子的质量浓度均很低,[Ca2+]*与[HCO3-]的关系说明泉水流经地区的岩石类型主要为白云岩;(2)位于流域中部的S2、S3、S4、S5、S6和S7泉点,靠近居民点,受到人类活动的影响程度明显增强,泉水中EC和各主要离子的质量浓度也相应增大,[Ca2+]*与[HCO3-]具有与第一组泉水完全不同的特征,表明此组泉水流经地区的岩石类型为白云质灰岩;(3)位于流域下游的S1泉点,处于村寨下游,受到人类活动的影响最大,泉水中EC和各主要离子的质量浓度也很高,[Ca2+]*与[HCO3-]的关系与第二组泉点相似,但是[SO42-]和[F-]远高于前2组泉点,这可能是由于在泉水的运移路径上有富含石膏和氟的岩石存在。

表层岩溶带的岩溶动力学特征及其环境和资源意义

表层岩溶带处于四大圈层的交汇带，碳－ 水－ 钙循环活跃，溶蚀和沉积化学反应都比较迅速，岩溶动力作用强烈而且对环境变化具有敏感性。表层岩溶带快速的岩溶过程以及对环境变化的敏感性，赋存大量短时间尺度的环境变化信息，可提高地质过程在全球环境变化研究的地位； 表层岩溶带碳－ 水－ 钙循环的活跃和与环境岩溶动力条件的相关性，使得表层岩溶带对环境 Ｃ Ｏ２ 的变化具有调节作用，从而对碳循环的研究具有重要意义；表层岩溶带的发育使南方岩溶区具有浅层岩溶水循环与地下管道水循环耦合的二次岩溶水循环的结构特征，加强了岩溶水的调蓄作用，为开采深部岩溶水困难的峰丛山区的居民饮水提供了重要的水源。

表层岩溶带及其水循环的研究进展与发展方向

表层岩溶带是现代岩溶学一个很重要的概念,表层岩溶水对于解决西南岩溶山区居民的干旱缺水问题具有重要意义。近年来,不但揭示了表层岩溶带的特征、形成的动力条件机理及其含水层特征、开展了表层岩溶的自动化监测、研究了表层岩溶水与生态环境的相关性,还对西南表层岩溶水资源进行了初步评价。今后一段时期内表层岩溶水的主要研究方向是开展表层岩溶水与管道水的耦合关系研究、生态环境调蓄表层岩溶水的功能研究及表层岩溶水资源评价。

表层岩溶带生态系统的水文地球化学效应——以弄拉兰电堂泉域为例

表层岩溶带及其植被、土壤构成特殊的岩溶生态系统。本文系统分析了兰电堂泉域的植物和土壤微生物群落特征、土壤理化性质及水样理化性质,结果表明:从大气降雨、穿透雨,树干径流,土壤水到岩溶泉水的水文过程中,电导率、暂时硬度、总碳量不断增加,不同阶段各阴、阳离子的吸附和淋溶存在差异,对大部分离子,植被层和浅层土壤有较强淋溶作用,深层土壤吸附作用较强。表层岩溶带水文过程是碳循环的重要途径之一,植被层是有机碳的重要来源,土壤层是无机碳、有机碳和HCO3-转化的重要化学场,植物-土壤系统主导了碳的转化和转移,影响表层岩溶动力系统。随植物群落正向演替的进行,表层岩溶生态系统趋于稳定,能有效调控水文地球化学性质变化。

典型表层岩溶泉水化学对暴雨响应特征研究--以广西马山弄拉兰电堂泉为例

利用多参数自动记录仪对广西马山弄拉兰电堂泉的降雨量、水位、水温、pH值、电导率、K+、NO3-和Ca2+浓度进行了自动监测。结果发现,泉水在降雨期间pH值呈降低趋势的同时还伴随着电导率和Ca2+浓度的急剧降低。此外,利用WATSPAC软件计算泉水饱和指数(SIC、SID)和二氧化碳分压(logPCO2),发现暴雨期间的SIC、SID和logPCO2均比正常情况下的低。由此可以推断泉水的水化学动态规律是由雨水的稀释作用造成的。进一步分析K+和NO3-的动态变化(暴雨时K+和NO3-出现富集的异常现象),推断石山地区植被的生长受限可能不但与土壤中必需元素的有效背景值低有关,而且还与表层岩溶带具有较高的裂隙易造成大量有益元素流失有关。此外,农业活动中施用的化肥等也将随着降雨进入水体造成表层岩溶泉和地下河的污染并产生一系列的环境问题。

花江峡谷示范区表层岩溶水资源的开发与保护

论述了贵州省花江峡谷示范区表层岩溶水的发育特征、循环规律、出露条件,评价了区内表层岩溶水资源的开发利用条件,并根据表层岩溶水的出露条件、保障程度和供水需求等情况提出了对表层岩溶水的开发利用方式。同时,认为生态环境建设、卫生防护区带的建立、封闭式取水工程的修建、动态监测和科学研究、水利工程设施的有效管理和维护以及合理利用和调配水资源等举措是峡谷区内对表层岩溶水的主要保护方法。

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.