在线技术在岩溶地下水示踪试验中的应用——以青木关地下河系统岩口落水洞至姜家泉段为例

在岩溶水文地质调查的基础上,采用高分辨率野外自动化荧光仪、人工取样和放置活性炭的方法,对青木关地下河系统投放的示踪剂荧光素钠接收情况进行检测。结果表明:(1)姜家泉是青木关地下河系统的主要出口,岩口落水洞投放的示踪剂在姜家泉的回收量为93.9%,初现时间为33.3h,地下水最大视流速为222.2m/h,平均视流速为176.6m/h,众数视流速为172.1m/h,说明本试验段内地下径流为典型的紊流流态,岩溶含水介质极不均匀,可能有规模较大且无岔道的岩溶管道存在;(2)岩口落水洞与大木水窝泉、纸厂泉没有直接的水力联系,出口姜家泉与纸厂泉也无直接的水力联系;(3)野外自动化荧光仪精度和自动化程度高,携带方便,大大节约了试验成本,在我国西南岩溶区的地下水示踪试验中具有较大的推广和应用价值。

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。

基于在线示踪技术的岩溶地下河流场反演与水文地质参数估算

以青木关岩溶地下河为例,利用在线高分辨率示踪技术获取基础数据来探寻岩溶地下河形态特征,估算水文地质参数。试验中示踪剂回收率高达99%,示踪剂历时浓度曲线有两个孤峰,前后峰值浓度分别为37.63μg/L和1.21μg/L,两个孤峰的偏度和峰度均大于0,据此推测青木关岩溶地下河并无较大溶潭发育,且地下河流态为紊流流态。根据试验所得数据结合地下河地理空间信息,以经验公式估算得到地下河平均流速、摩擦系数、雷诺数、舍伍德数、施密特数等水文地质参数,分别为204m/d、0.26、127 980、4 165、1 140,表明青木关地下河管道内部结构复杂,地下水环境比较脆弱,且估算得到的雷诺数所表征的地下河水流态与示踪剂历时浓度曲线得到的结果一致。

岩溶区不同植被类型下的土壤氮同位素分异特征

利用氮同位素自然丰度(δ15N)法研究了重庆青木关岩溶区不同植被类型下的土壤氮同位素分异特征及其影响因素。研究结果表明区内土壤1δ5N受不同的植被、地质和土地利用等影响而具有明显的横向和垂向分异特征,具体表现为:0—20 cm层土壤1δ5N与植物体1δ5N具有显著相关性,该层土壤1δ5N大小为草地土(4.79‰)>退耕还林土(4.77‰)>稻田土(4.28‰)>旱地土(4.25‰)>灌丛土(3.82‰)>针叶林土(3.81‰)>砂岩区针叶林土(3.40‰);20—40 cm层土壤δ15N大小为砂岩区针叶林土(5.21‰)>退耕还林土(5.10‰)>草地土(5.01‰)>稻田土(4.88‰)>灌丛土(4.70‰)>旱地土(4.55‰)>针叶林土(4.26‰);40 cm以下土壤1δ5N差异较小,灌丛最高,旱地最低。总体上,砂岩区林地土壤除表层贫化15N外,其余各层均富集15N,且分异较小。而岩溶区土壤δ15N具有明显的垂直变异特征,特别是灌丛林,表现为40 cm以上的土壤贫化15N,且变化较大,其中0—10 cm土壤δ15N受植物凋落物影响而较低,10—20 cm土壤δ15N受微生物作用影响稍显偏高,20—30 cm土壤δ15N随微生物活动减弱而有所降低;40 cm以下土壤矿化程度较大而富集15N,且变化较小。除受植被类型影响外,岩溶区土壤1δ5N还受其偏碱、富钙、高粘粒含量的物理化学特性以及农业施肥活动等因素共同影响。

重庆市青木关地下河水化学及其δ^(13)C_(DIC)变化特征

为了确定地下水中溶解无机碳和地下水中物质的来源,于2010年4月至2011年1月对重庆市青木关地下河流域系统进行了连续监测,分析其常规水化学组成、溶解无机碳含量及其同位素(δ13CDIC)组成变化特征及影响因素,2010年农耕期间(5-6月)又对部分观测点进行了加密取样分析。分析结果表明:(1)地下河水为HCO3-Ca型,其变化受水岩作用和降水作用的影响;(2)地下水中(Ca2++Mg2+)/HCO3-的摩尔比值为0.6～0.72,平均为0.67,表明碳酸盐岩溶解受C3植被下土壤CO2、HNO3和H2SO4的共同作用的影响;(3)地下河水中由碳酸溶解碳酸盐岩产生的[HCO3-]的贡献率为56.16%～81.25%,平均为66.96%,硝酸和硫酸溶解碳酸盐岩产生的[HCO3-]的贡献率为18.75%～43.84%,平均为33.04%;(4)青木关地下河出口地下水的δ13 CDIC变化范围为-8.17‰～-13.68‰,平均值为-10.53‰。农耕期和枯水期地下河水的δ13 CDIC平均值分别为-9.25‰和-12.29‰,农耕期较枯水期偏正,偏正幅度达3‰,表明人类农业活动物质输入对地下河水δ13 CDIC有较大的影响。

岩溶区不同植被下土壤水溶解无机碳含量及其稳定碳同位素组成特征

自2010年7月至2011年7月对重庆青木关岩溶区典型植被下的土壤水进行了月动态取样,分析了土壤水溶解无机碳含量(DIC浓度)及其稳定碳同位素组成(δ13CDIC值)的时空变化特征,以揭示岩溶土壤系统碳酸盐岩溶蚀作用及其碳汇效应。研究结果表明:草地和针叶林地土壤水的DIC浓度和δ13CDIC值相对较低,分别为59.12 mg/L和-17.22‰,31.47 mg/L和-16.37‰;而旱地、灌丛地、退耕还林地土壤水具有较高的DIC浓度和δ13CDIC值,分别达153.88 mg/L和-12.2‰,221.82 mg/L和-11.9‰,97.30 mg/L和-11.23‰,其中灌丛和退耕还林地的δ13CDIC值与DIC浓度呈正比,且雨季较旱季偏高约4‰—5‰。根据δ13CDIC值,结合各植被类型下土壤水DIC浓度与其相应的土壤碳酸盐含量呈正相关,判断旱地、灌丛地、退耕还林地等岩溶土壤水中的DIC主要来自土壤中碳酸盐岩矿物的碳酸溶蚀,即岩溶土壤中存在着碳酸盐岩碳酸溶蚀作用,从而在一定程度上减少了土壤系统向大气排放的CO2量。

不同时间段青木关岩溶地下河水化学变化主导因素分析

利用多参数水质分析仪,对典型岩溶槽谷区重庆青木关岩溶地下河出口姜家泉的月尺度、农耕期和暴雨期3个不同时间段的水化学动态变化特征进行监测,通过主成分分析法,研究这3个不同时间段水化学变化主导因素的异同。结果表明:月尺度期间,电导率、pH值和Ca^(2+)、Mg^(2+)、K^+、Na^+、HCO_3^-受雨水稀释作用,使丰水期低于枯水期;水化学变化主要受5个主成分影响,累积方差贡献率为90.75%,但其主导因素是水-岩作用。农耕期,降雨携带残余的粪肥、氮磷钾肥汇入地下河,电导率和Cl^-、NO_3^-、K^+、Na^+浓度升高;水化学变化主要受3个主成分影响,累积方差贡献率为87.81%,但其主导因素是施肥活动。暴雨期间,各离子浓度变化经过平稳期、上升期、稳定期、特殊期4个阶段。上升期,降雨对地下河影响最大,导致水-岩作用增强,电导率和Ca^(2+)、HCO_3^-浓度上升;对地表土壤和化肥的冲刷淋溶作用显著,导致Al、Fe、Cl^-、K^+、Na^+和NO_3^-浓度明显上升。水化学变化主要受4个主成分影响,累积方差贡献率为80.09%,但其主导因素是水-岩作用、地表土壤和养分流失。

典型岩溶槽谷区地下河水质变化对农业活动的响应——以重庆市青木关地下河为例

为探明人类农业生产活动对岩溶区地下河水质的影响,于2008年5月期间在重庆市青木关地下河上游入口、下游出口以及地下河上游入口附近水田共采集102个水样进行分析。根据监测期间上、下游岩溶地下河与监测水田的阴阳离子变化以及地下河中钠离子、硫酸根离子和硝酸根离子对氯离子的离子摩尔比率关系研究结果,监测期间青木关地下河水质变化与地下河上游的人类农业生产活动密切相关,地下河水中的硫酸根、硝酸根和氯离子对地下河上游的农业施肥活动表现出良好的响应关系。该时期的水质变化研究对以青木关地下河下游泉水为主要生活、生产用水来源的居民用水安全有一定的指导作用。

青木关岩溶槽谷地下水含水层固有脆弱性评价

岩溶地下水脆弱性评价是基于保护岩溶含水层从而有效地管理和利用地下水提出的有效方法和手段。我国西南岩溶区大多数地区缺少应有的地下水保护带,地下水比较容易受到污染。基于"起源-路径-目标"模型,考虑三个因子:覆盖层(O)、径流特征(C)、降雨条件(P),对重庆市青木关岩溶槽谷地下水含水层固有脆弱性进行了定量评价。结果表明:在流域范围内,9.6%为极端脆弱区,45%为高脆弱区,36%脆弱性中等区,7.5%为低脆弱性地区,1.9%为很低的脆弱性区。具体而言,消水洞以及他们周边100m和消水河及其两边10m为极端脆弱性,其他岩溶区为高、中等脆弱性,砂岩区为低脆弱性区域。评价结果与实际吻合,为各级决策部门的合理规划和保护地下水资源提供简单明了的科学依据,使规划者对土地利用和地下水质量保护的决定更加明智、合理。该方法对于川东岩溶槽谷地区脆弱性评价有推广价值。

抗战时期吴伯超在重庆

抗战时期音乐家吴伯超在"陪都"重庆度过了6年多。在此期间,他曾担任励志社管弦乐队、国立音乐院实验管弦乐团指挥、中央训练团音干班合唱团指挥,他是重庆早期具有官方性质音乐活动中的代表指挥家;他参与教育部音乐教育委员会等机构,参与了国民政府组织的乐典工作,这使他与国民政府的音乐时政密切关联;作为音乐教育者,他先后担任了中央训练团音干班副班主任、国立女子师范学院音乐系主任、国民政府最高乐府——国立音乐院院长等职务,为中国专业音乐教育发展做出贡献。

青木关岩溶槽谷地下水水源地固有脆弱性评价

岩溶地下水脆弱性评价是基于保护岩溶含水层从而有效地管理和利用地下水提出的有效方法和手段。我国西南岩溶区大多数地区缺少应有的地下水保护带,地下水比较容易受到污染。通过采用改进的斯洛文尼亚模式,考虑四个因子:覆盖层(O)、径流特征(C)、降雨条件(P)、岩溶发育程度(K),对重庆市青木关岩溶槽谷地下水水源地的固有脆弱性进行了定量评价。结果表明:流域范围内12.6%为高脆弱性地区;43%为中等脆弱性;44.4%为低脆弱性区域。消水洞及周边100m和消水河及其两边10m,以及岩溶管道发育地区为高脆弱性区。大部分岩溶区为中等脆弱性区。砂岩地区为低脆弱性地区。评价结果与实际吻合。该评价结果为各级决策部门合理规划利用和保护地下水资源提供简单明了的科学依据。该方法对于川东岩溶槽谷地区脆弱性评价有推广价值。

农业活动对岩溶槽谷地下河水质变化研究——以重庆青木关地下河为例

为了进一步了解人类活动对岩溶区地下河水水质的影响,同时为岩溶地下水合理利用和防治污染提供依据,于2010年5月中旬到2010年6月中旬期间,对重庆市青木关地下河的pH值、电导率、HCO_3~ˉ、Ca^(2+)、SO_4^(2-)、Mg^(2+)以及N0_3~ˉ等水化学指标进行了连续监测,结果表明,青木关地下河水质变化与地下河上游的人类农业施肥活动密切相关,地下河水中C1~ˉ、NO_3~ˉ和SO_4^(2-)变化与地下河上游的农业施肥活动表现出良好的响应关系,施肥期地下水质变化为岩溶地下河水合理利用和防治污染提供依据。

Substances Transport in an Underground River of Typical Karst Watershed During Storm Events

Hydrologic process,turbidity,suspended particles matters(SPM),major cations and TOC concentrations during two storm events in late April 2008 were monitored at Jiangjia Spring which is the outlet of Qingmuguan underground river system.Scanning electron microscopy(SEM) and energy disperse spectroscopy(EDS) analyses of SPM were

The Formation Mechanism of Hydrogeochemical Features in a Karst System During Storm Events as Revealed by Principal Component Analysis

The hydrogeochemical parameters of Jiangjia Spring,the outlet of Qingrnuguan underground river system(QURS) in Chongqing,were found responding rapidly to storm events in late April,2008.A total of 20 kinds of hydrogeochemical parameters,including discharge,specific conductance,pH,water tempera-

夏季不同土地利用方式下的溶蚀作用研究——以重庆青木关岩溶槽谷区为例

土壤理化性质会随土地利用方式的不同而产生一系列的变化,从而影响到岩溶作用的方向和强度。通过野外溶蚀试片法,测得重庆青木关典型岩溶槽谷区6种典型土地利用方式下6个测试点夏季绝对溶蚀量和单位面积溶蚀量。结果表明,不同土地利用方式土下溶蚀速率存在显著差异,旱地>退耕林>水田>杉竹混交林>荒草地>竹林。对不同土地利用方式的不同层位溶蚀量进行统计发现:溶蚀速率基本上随深度增加而增大,但差别不大。但同一土地利用方式不同层位之间溶蚀量存在明显差别,差别最大点出现在荒草地,其壤中-20cm处溶蚀量是其表层的4.23倍。另外,各点壤中CO2含量随深度增加而增大,与溶蚀速率的变化总趋势有较好的对应关系。而土壤有机质则均随深度的增加而减少,与溶蚀速率变化总趋势相反,但与地表溶蚀速率基本成正相关。故认为有机质含量对溶蚀速率的作用机制较为复杂。

不同土地利用方式对岩溶含水介质各向异性的影响研究--以重庆青木关岩溶槽谷区为例

以重庆青木关岩溶农业槽谷为例,采用对比分析的方法研究地下岩溶含水系统各向异性,分析本区槽谷内南北两条相对独立的地下河管道各向异性结构对物质运移影响的差异.对比南北两段地下水化学变化特征,结果表明:受土地利用类型的影响,不同离子沿管道运移质量浓度变化各不相同:pH值、电导率及各离子质量浓度总体呈南段大于北段的趋势;地下河水中的δ15 N比值南段在-21.432‰～+37.825‰之间,北段在-5.573‰～+5.851‰之间,表明南段地下河受到水田化肥和粪便的污染,而北段地下河主要受土壤有机氮和化肥等人类农业活动综合影响;Ca2+在两段含水介质中运移从上游到下游增加;K+在各测点的质量浓度变化很大,水田附近的K+质量浓度较高,地下河出口质量浓度变化最大;SO24-和Cl-质量浓度在两段地下河中同升同降,PO34-,NO3-受人类活动影响显著.

青木关岩溶槽谷流域不同土地利用类型土壤可蚀性分析

基于土壤实地采样和理化性质测试分析,采用EPIC模型K值计算方法,分析青木关岩溶槽谷流域的土壤理化性质、土壤可蚀性及其影响因子。结果发现:(1)青木关岩溶槽谷流域表层土壤(0~10 cm)可蚀性K值介于0.0371~0.0605之间,均值为0.0485,中值为0.0475,变异系数为10.71%,偏度和峰度值小于1;(2)表土机械组成中以粉粒含量为主,土壤质地属于粉壤土;有机质含量在13.98~52.24 g∙kg^(-1)之间,均值为29.20 g∙kg^(-1);表土可蚀性K值与砂粒含量、有机碳含量呈极显著负相关,与粉粒含量呈极显著正相关,与黏粒含量呈负相关;(3)不同土地利用类型下的表土可蚀性K值以裸土地最大,为0.0583,耕地次之,为0.0534,其次为园地、荒草地和竹林,分别为0.0483、0.0478和0.0469,针阔叶混交林最小,为0.0427,分别存在显著差异(P<0.05),变异系数介于2.7%~6.1%之间;受人类活动影响强烈的裸土地和耕地是本地区主要的泥沙策源地,恢复植被能有效提高土壤抗蚀能力;(4)不同土地利用类型土壤剖面K值均值为耕地(0.0563)显著大于荒草地(0.0516)与林地(0.0481)(P<0.05),荒草地与林地K值间差异性不显著;K值剖面分布一致表现为0~35 cm相对较小且变化较大,土下35~60 cm随着深度的增加而增大。

重庆市青木关地下河流域岩溶水脆弱性评价的COPK模型

岩溶地下水脆弱性评价对于保护岩溶地下水水质具有至关重要的作用,目前很多的地下水脆弱性评价模型是以现有的水文地质为基础,然而气候变化对岩溶地下水的脆弱性也产生一定的影响。本文利用COPK模型评价2008～2012年降水变化条件下重庆青木关流域岩溶地下水的脆弱性及变化。结果表明,流域地下水脆弱性高的地区主要分布在洼地槽谷地区;流域降水变化对其脆弱性产生明显影响,降水量和极端降雨事件的增加使得岩溶地下水脆弱性高的面积增大。

^(137)Cs、HCHs测定岩溶洼地沉积物年代及流域产沙强度

以青木关岩溶槽谷区内代表性耕地型与林地型洼地小流域为研究对象,从洼地沉积物入手,探明各洼地沉积物剖面^(137)Cs比活度、六六六(HCHs)、有机质、黏粒含量及容重的深度分布特征;运用^(137)Cs示踪法,辅以HCHs进行沉积物断代,追溯流域近60年来的土壤侵蚀量演变特征及探讨其驱动因素。结果表明:(1)炮台院子耕地型洼地沉积物剖面^(137)Cs、HCHs仅有个别层位检出,无法利用^(137)Cs、HCHs深度分布进行沉积物断代,反映了发育的落水洞对其沉积物剖面影响大。(2)龙洞槽耕地型和劳动村林地型洼地小流域1963—1983,1984—2019年产沙模数分别为231.78,82.04 t/(km^(2)·a)和68.79,39.46 t/(km^(2)·a),表明流域生态环境得到明显改善。与1963—1983年时段相比,该地区1984—2019年时段年平均降水量无明显变化,2个小流域产沙模数均显著减小,表明近60年流域产沙强度主要受土地利用方式、水土保持措施等人类活动控制。(3)龙洞槽洼地剖面^(137)Cs、HCHs峰值,表层泥沙^(137)Cs、HCHs数值和不同时期流域产沙模数均明显大于劳动村洼地,主要是由2个洼地分别控制的耕地型与林地型小流域在人类活动影响下产沙强度的差异所致。另外,^(137)Cs和HCHs相结合的示踪方法可较好地用于评估西南岩溶流域产沙量的时间变化。

川东平行岭谷区典型岩溶含水系统中NO3-的存储和运移

为了研究NO3-在岩溶含水系统中的存储和运移规律,对降雨条件下重庆川东平行岭谷区青木关地下河系统的水化学动态进行在线监测和高密度采样测试,结合NO3-的月动态变化,并利用主成分分析方法.结果表明,降雨期间地下河中的NO3-与全Fe、全Mn、Al3+是两组不同来源的元素,在含水系统中表现出不同的地球化学行为.NO3-从地表输入后随土壤水下渗存储于岩溶非饱和带的裂隙、孔隙和溶隙等含水介质中,而全Fe、全Mn、Al3+则是地表受雨水侵蚀的土壤随地表径流通过落水洞、竖井等通道,以集中流的形式灌入地下河造成的.进而将NO3-在岩溶含水系统中的运移过程分为输入存储、快速输出和再输入存储这3个理想的阶段.在外部条件大致相同的情况下,非饱和带的岩溶发育程度是影响降雨期间地下河中NO3-浓度变化的关键因素.降雨条件下存储于非饱和带的NO3-很容易被释放出来,破坏地下水生态环境,严重威胁着当地群众的健康安全.需要加强岩溶生态系统管理工作,改善土地利用方式,科学施肥,有效控制地下水营养成分的地表输入.