岩溶地下水样品Ca^(2+)、HCO_3^-野外测试值与实验室测试值对比研究

为了阐明岩溶区地下水中Ca^(2+)、HCO_3^-质量浓度野外测试与实验室测试结果间的差异,于2011年至2013年先后在遵义、河池、娄底3个城市采集枯、丰水期地下水样品85组,通过比值法对3个地区干湿季节岩溶地下水样中Ca^(2+)、HCO_3^-质量浓度野外与实验室测试结果进行对比。结果表明:85组样品中有88.2%的采样点存在Ca^(2+)野外值(CaY)大于实验值(CaS),64.7%的采样点存在HCO_3^-的野外值(HCO_(3Y))大于实验值(HCO_(3S));(CaY/CaS)平均值为1.11,主要集中在1.0~1.2之间(占总数的70%);(HCO_(3Y)/HCO_(3S))平均值为1.02,主要集中在0.95~1.1之间(占总数的75%)。野外滴定过程中的人为随机误差是造成两种离子质量浓度野外测试值普遍高于实验室测试值的主要原因。

南方岩溶地区1∶5万水文地质环境地质调查技术要点分析

通过总结南方岩溶地区水文地质环境地质综合调查和地下水开发利用示范6个方面成果,得出南方岩溶地区水文地质环境地质条件具有10个特性:岩溶发育受层组结构类型、地质构造格局和水动力条件等因素控制的综合性,岩溶地下水分布的非均一性,岩溶含水介质由孔、隙、缝、管、洞构成的多重性,岩溶地下水流运动的多相性,岩溶地下水动态变化的剧变性,岩溶水资源时间分布的季节性,干旱与洪涝的交替性,岩溶地下水污染的隐蔽性,岩溶地下水的深埋性,岩溶地下水与生态经济的相关性;论述了对碳酸盐岩层组结构类型、构造演化与岩溶发育期次、岩溶形态组合关系、表层岩溶带、岩溶地下水系统、岩溶地下河、主要环境地质问题和岩溶水资源开发利用条件8个关键科学问题调查研究的技术要点。

山西太原晋祠—兰村泉水复流的岩溶水文地质条件新认识

晋祠泉和兰村泉是山西著名的岩溶大泉,受自然条件变化和人类活动的影响,两个泉于20世纪末相继断流。针对山西省政府提出的要使晋祠、兰村泉水复流的生态修复目标任务,文章在泉域水文地质调查基础上,就泉水复流密切相关的四个关键性岩溶水文地质条件问题开展研究并提出了新认识。核实了目前划定的晋祠—兰村泉域边界,依据最新资料对现行的晋祠、兰村泉域边界提出了7处修正,修改后晋祠泉域面积由2 030 km2变为2 713 km2,兰村泉域面积由2 500 km2变为2 614 km2。汾河二库在蓄水后库区的主体部分划归到晋祠泉域而非兰村泉域,其渗漏补给是造成近年来晋祠泉域区域岩溶地下水位大幅回升的主要原因。确定了晋祠泉域内盘道—马家山断裂带是一个岩溶水强富水带,也是岩溶地下水从北部中、上寒武统含水岩组向南部中奥陶统含水岩组的转换带。圈定了晋祠泉域:玉门河南峪村—杜儿平煤矿东侧—官地矿与白家庄矿交界处—龙山—明仙村东—晋祠泉的岩溶地下水强径流带。这些认识是开展晋祠—兰村泉域岩溶地下水资源评价、地下水开发管理和保护的基础,更是制定晋祠、兰村泉水复流方案的重要依据。

酸雨溶蚀碳酸盐岩的源汇效应分析——以广西典型岩溶区为例

选取广西的桂林、柳州、河池、百色、玉林、南宁、钦州7个酸雨监测点进行了为期一年(2014年5月至2015年5月)的监测,结合各站点溶蚀试片和降雨降雨量、降雨时间、pH值和电导率等,分析了试片溶蚀量的主要影响因素及酸雨的源汇效应。结果表明,试片溶蚀量与累计降雨时间,即溶蚀作用发生的时间关系密切。单场酸雨对碳酸盐岩的溶蚀过程可分为两个阶段,即:前期强酸溶蚀碳酸盐岩,释放CO_2,为碳源;后期碳酸溶蚀碳酸盐岩,吸收大气CO_2,为碳汇。而就整年而言,碳汇过程占绝对优势,酸雨减汇量仅占总溶蚀量的0.27%~3.52%,平均为1.96%,但酸雨减汇比例随酸雨pH值的降低而呈指数增加。酸雨对岩溶碳汇有着显著影响,在岩溶碳汇的研究中不应忽视。

基于CFP的岩溶管道流溶质运移数值模拟研究

多重岩溶含水介质的复杂性导致岩溶地下水流动及溶质运移的数学模拟成为地下水研究难点之一。为了探讨岩溶多重含水介质中地下水流溶质运移特征,文章构建了管道流CFP水流模型和MT3DMS溶质运移三维耦合数值模型。在阐述管道流CFP和MT3DMS基本原理的基础上,通过建立水文地质概念模型算例(1个落水洞、4个直管道),探讨岩溶管道水流及溶质运移规律,分析讨论不同水文地质参数对浓度穿透曲线的影响。研究结果表明:管道流CFP模型能够刻画岩溶管道与基岩裂隙水流交换特征,MT3DMS模型能够模拟穿透曲线的拖尾现象,符合实际岩溶区特征。随着水力梯度、管道直径及管道渗透系数增大,孔隙度减小,浓度曲线峰值越大,峰值到达时间越快,浓度穿透曲线越对称。得出结论:耦合CFP水流模型和MT3DMS溶质运移模型能够刻画岩溶管道流溶质运移规律,为研究岩溶复杂介质污染物运移特征提供一种思路和途径。

岩溶区矿山污染地下水的水生植物修复初步研究

选取黑藻(Hydrilla verticillata Royle)和水绵(Spirogyra communis,Hassall)作为研究对象,分析其对某铅锌矿尾矿库重金属废水的富集能力,综述重金属在黑藻和水绵体内的富集机制,探讨了利用黑藻和水绵进行岩溶矿山重金属污染水修复的应用前景。结果表明:黑藻和水绵体内的重金属绝对含量较高,并且植株长势良好,生物量大,说明这两种水生植物对重金属有避性或耐性。分析测试发现,在黑藻和水绵体内,重金属的富集系数较高,其中Pb最大,其后依次是As>Co>Mn>Cu>Cd>Zn>Ni>Cr,富集系数最少的是Hg,水绵体内的富集系数要大于黑藻。对比研究发现,这两类藻类体内的重金属含量和富集系数均高于非岩溶区。黑藻对重金属的富集机制主要有3种,即重金属作用下抗氧化酶活性增强、被动吸收和离子交换作用,而水绵特殊的分子生物结构可能是其吸附重金属的重要机制。黑藻和水绵在南方岩溶区广泛分布,利用黑藻和水绵修复重金属污染的岩溶水具有较好前景。

基于钻孔抽水试验和示踪试验的岩溶地区含水层结构研究

岩溶含水层具有强异质性和各向异性特征,其空间结构的调查和认识是地下水流动和污染物迁移研究的重要基础。然而,岩溶含水层特殊的地质结构导致岩溶区水文地质调查非常困难。为了更好地掌握研究区岩溶含水层结构特征,本文在进行抽水试验的同时开展多示踪剂(荧光素钠、罗丹明、荧光增白剂)示踪试验。利用Theis标准曲线对比法分析抽水试验数据,计算试验场地渗透张量,根据示踪试验结果分析含水层结构性质。计算出研究区渗透张量主方向的导水系数分别为:0.297 m^2·h^(-1)和0.028 m^2·h^(-1),给水度为1.19E-04,优势方向为东偏南18.47°。抽水条件下示踪试验获得3种示踪剂的回收率分别为:荧光素钠97.98%,罗丹明B47.34%,荧光增白剂39.54%;平均流速分别为:0.378 m·h^(-1)、0.3 m·h^(-1)和0.14 m·h^(-1),反映研究区岩溶孔隙、裂隙较小,示踪剂运移慢、时间长。荧光素钠和荧光增白剂的BTC曲线表现为单峰型,罗丹明B的BTC曲线表现为多峰型,表明研究区既发育优势流裂隙,又发育相对均匀裂隙。同时,示踪剂最大回收率方向与抽水实验所得渗透张量主方向相符。研究结果为岩溶含水层精细结构的刻画,水文模型物理参数的确定提供了方法和依据。

岩溶管道结构影响泉流量变化的数值模拟研究

采用MODFLOW-CFP建立管道流数值模型,模拟岩溶含水系统在暴雨期的响应过程,以泉口流量峰值作为因变量,分别对控制管道结构的4个参数以及落水洞集中补给比例进行调整,研究管道结构如何控制泉流量变化过程。结果表明:管道直径、管壁渗透系数和落水洞补给比例对泉口流量峰值均表现为正相关,其中管壁渗透系数影响最大;管道弯曲度值较小时其增大促进出口流量峰值变大,当径流途径变长引起的流量减小幅度超过管壁面积变大引起的流量增大幅度时,流量峰值逐渐变小;管壁粗糙度在达到两个相对应的雷诺数临界值时水流状态发生突变,导致流量峰值也表现为两次突变。

桂林毛村岩溶区与碎屑岩区檵木和马尾松凋落叶分解研究

为探究岩溶生态环境对凋落叶分解的影响,选用碎屑岩区相同树种作为对比,运用凋落物分解网袋法研究其凋落物分解初期动态,研究结果表明:(1)岩溶区檵木和马尾松凋落叶分解速率总体上均小于碎屑岩区相同树种凋落叶分解速率;(2)凋落叶分解速率k与凋落叶初始养分碳含量呈显著负相关(P<0.05),与木质素含量呈极显著负相关(P<0.01);(3)在凋落叶分解过程中,各养分释放规律具有一定的差异,凋落叶养分元素碳在分解过程中呈现出净释放;(4)岩溶区树种的碳释放速率比碎屑岩区慢,说明岩溶区两树种的凋落在一定程度上延长了C的循环周期。

岩溶区石漠化土壤CO2浓度和地表CO2通量研究

【目的】探讨我国南方喀斯特石漠化地区CO2浓度分布和时空排放规律及岩区土壤有机碳含量、土壤温度及土壤含水率等环境因子对CO2浓度及释放速率的影响。【方法】采用静态密闭箱-气相色谱法,对2017年1~12月重庆市南川石漠化治理示范区岩溶碳汇试验区坡改梯及对照区非坡改梯的土壤CO2浓度和地表CO2通量进行原位监测。【结果】非坡改梯地区土壤CO2浓度比坡改梯地区大,坡改梯和非坡改梯地区土壤CO2浓度大多数随着土壤深度增加呈下降趋势;非坡改梯地区地表CO2释放通量高于坡改梯地区;土壤CO2浓度及释放通量均随季节有明显变化,在一定范围内土壤温度及土壤含水率都与地表CO2释放通量呈显著正相关关系,在个别月份出现显著变化,表现为巨大的源与汇。【结论】土壤CO2浓度主要受土壤有机碳、土壤温度、土壤含水率、土壤微生物及人为因素共同影响,地表CO2通量变化与植被覆盖、人类活动及土壤CO2浓度密切相关。

典型岩溶丘陵区生长季土壤CO_2、CH_4通量研究

我国西南岩溶丘陵区生长季漫长,而土壤表面CO_2、CH_4通量受地表植被覆盖的影响较大。为探究岩溶丘陵区生长季有植被覆盖(有草)和无植被覆盖(无草)的土壤表面CO_2、CH_4通量及其日变化特征,采用静态箱-气相色谱法对重庆市南川岩溶丘陵区土壤表面CO_2、CH_4通量进行观测,结合土壤温、湿度进行研究。结果表明:岩溶丘陵区土壤表面在生长季表现为CO_2源、CH_4汇,有草的土壤表面CO_2通量明显高于无草土壤表面CO_2通量,CH_4通量则无明显差别,说明在生长季地表植被覆盖是影响土壤CO_2通量的重要因素,而植被覆盖对土壤CH_4通量无显著影响,土壤表面有草和无草的CO_2通量分别为552、352 mg/m2·h,CH_4通量分别为-80、-75μg/m2·h(生长季6个月平均值)。在生长季日变化尺度上,土壤也表现为CO_2源、CH_4汇,有草土壤表面的CO_2通量明显高于无草土壤表面CO_2通量,且二者的变化特征一致,CH_4通量受到植被覆盖的影响较小;生长季土壤CO_2、CH_4通量受土壤温、湿度的共同影响,其中土壤CO_2通量与土壤温度呈正相关关系,即土壤温度升高会促进土壤CO_2通量的提高,而土壤CH_4通量与土壤温度无相关关系,即土壤温度对土壤CH_4通量无显著影响;由于生长季土壤湿度变化较土壤温度小,因此土壤湿度对土壤CO_2、CH_4通量的影响较土壤温度小。

重庆市南川区南部岩溶地下水水文地球化学特征

以重庆市南川区南部地区岩溶地下水为研究对象,通过野外调查和取样测试分析,对研究区内149件地下水样品进行水化学常规分析和微量重金属元素分析,结果表明:研究区内地下水化学类型以HCO_3-Ca·Mg、HCO_3-Ca和HCO_3-SO_4-Ca型为主。地下水中主要阴阳离子HCO_3^-、SO_4^(2-)、Ca^(2+)和Mg^(2+)浓度均表现出与含水岩组相对应的关系,即碳酸盐岩类岩溶水>碳酸盐岩夹碎屑岩水>碎屑岩水。地下水中Mg^(2+)/Ca^(2+)摩尔比值表明研究区内绝大部分地下水径流过程中以方解石和白云石的共同溶解为主。地下水中微量重金属元素含量整体偏低,绝大部分水质都在Ⅲ类水标准以内,只有极个别点受到污染导致部分重金属组分偏高。

基于MODFLOW的岩溶管道水流模拟方法探讨与应用

针对岩溶管道水流特征,选取广西寨底岩溶流域为研究对象,分别采用三维有限差分地下水流动模型(MODFLOW)中的Drain和River模块概化模拟岩溶管道特征,结合管道内上游、中游及下游三个观测孔对比分析两种方法的适用性,结果表明:末期等水位线图中位于管道两侧处流线均有形状突变,符合实际管道水流动态特征,且能模拟出管道内水位变化趋势。最后分析两种方法模拟管道水流的原理,Drain模块中岩溶管道仅起排水作用,不允许管道内水流流向周围含水层,而River模块允许岩溶管道水与周围含水层水流交换,因而相对Drain模块而言,应用River模块概化模拟岩溶管道更加精确。

岩溶峰丛洼地区降水入渗系数——以寨底岩溶地下河流域为例

大气降水入渗系数α、地下水径流模数M是最基础的水文地质参数,文章以封闭型寨底岩溶地下河流域结合2013年3月至2014年2月一个完整水文年的水位、流量、雨量高频率监测数据,采用水量均衡法得到了岩溶区枯平丰水期大气降水入渗系数,分别为0.352、0.528、0.726,平均入渗系数为0.635。地下水径流模数分别为8.32、19.80、61.15L·s^(-1)·km^(-2),年平均径流模数为33.36L·s^(-1)·km^(-2)。其计算方法和计算结果对同类型岩溶区水资源评价等有一定的借鉴意义。

利用泉水电导率频率分布辨别岩溶含水系统的水源组分

岩溶含水系统中水源组分的识别能帮助认识系统的结构,解决岩溶水文及水化学研究的基础问题。以灵水岩溶大泉为例,分解了4个水文年的电导率频率分布隐藏的峰,并对其所代表的水源组分进行分析。发现灵水泉口的水源组分主要有4种:(1)含水系统中岩溶裂隙或管道中释放的重力水,占53%~77%;(2)源于泉口附近携带污染物质的水源,占3%~7%;(3)强降雨期间通过覆盖层分散入渗的水源,或先前存贮在管道或裂隙中流动性差的水被带出含水层,占13%~42%;(4)地面径流以及直接降落到湖面的雨水,占2%~3%。将灵水的电导率频率分布与峰丛洼地的两个典型岩溶水系统对比,分析了电导率的频率分布所蕴藏的含义。研究结果为西南3 620个岩溶水系统的进一步归类提供了参考。

岩溶区次生林地不同地貌部位土壤C、N、P化学计量特征

【目的】探讨土壤C、N、P化学计量学在岩溶生态系统中的生态指示作用，揭示岩溶生态系统各组分之间的养分循环规律，为阐明岩溶生态系统的稳定性提供参考。【方法】分别在岩溶区次生林地采集山脚、山腰和山顶3个地貌部位表层土壤样品，测定土壤有机C、全N和全P含量，并分析不同地貌部位土壤的C、N、P的生态化学计量特征。【结果】岩溶区次生林地中土壤有机C、全N和全P含量分别为28．09～189．98g／kg、1．19～8．79g／kg和0．50～1．62g／kg。土壤P元素含量较稳定，土壤C和N变异程度相似。土壤C／N为3．66~47．27，C／P为26．25～189．06，N／P为1．52～12．80，其中C／N和C／P均不符合正态分布，N／P符合正态分布（DO．05）。土壤有机C和全N含量均为山脚部位最高，并且与山腰和山顶部位的差异达显著水平（P〈0．05，下同）；土壤全P含量则为山顶部位显著高于山脚和山腰。土壤C／N随着海拔的升高而变大，而C／P和N／P的趋势恰好相反，即随着海拔的升高而逐渐变小。土壤有机C、全N和全P含量两两之间均呈极显著正相关（P〈0．01，下同）；C／N与C／P呈极显著正相关，与N／P呈极显著负相关；C／P与N／P呈极显著正相关。【结论】岩溶区土壤的有机质含量高于同气候带下其他类型土壤，营养元素N和P含量相对丰富，但能被作物吸收利用的有效态的N和P含量不足，有效性偏低，且土壤C、N、P化学计量受地貌部位影响较明显。

塔里木盆地奥陶系古潜山碳酸盐岩岩溶储层评价与预测——以轮古7井区以东为例

塔里木盆地奥陶系古潜山碳酸盐岩岩溶储层具有埋藏深、非均质性强的特点。岩溶储集空间主要为后期溶蚀孔、溶洞和溶缝为主。通过古地貌恢复及岩溶垂向分带研究,结合油藏开采动态,对轮古7井区以东地区奥陶系碳酸盐岩岩溶储层评价与预测。研究认为:高产高效井主要位于岩溶缓坡地的峰丘洼地、丘峰洼地及岩溶峰丛谷地的溶丘、溶峰及其边坡部位。垂向上表层岩溶带和垂向渗滤带的上部,开发效果较好,多发育裂缝-孔洞型、洞穴型储层;径流溶蚀带、潜流溶蚀带岩溶发育相对较弱,局部发育小规模溶洞或岩溶管道,岩溶储层以裂缝型或孔洞型为主。在此基础上预测出五个高产高效油气储层岩溶区,为油气勘探与开发提供依据。

塔北哈拉哈塘地区奥陶系碳酸盐岩古地貌及岩溶储层发育特征

为了研究哈拉哈塘地区奥陶系碳酸盐岩岩溶古地貌及岩溶储层发育规律,基于地震、钻井、岩心、薄片分析,采用"残厚与地层古构造趋势面结合"方法对古地貌、古水系进行恢复刻画,划分为3种二级地貌类型,6种三级地貌类型和若干微地貌形态。在岩石化学特征及储层物性研究基础上结合古岩溶缝洞充填方解石碳氧同位素特征,对古岩溶发育及充填期次进行分析。结果表明:后期溶蚀孔、溶洞和溶蚀裂缝是该区主要储集空间;充填方解石δ^(13)C和δ^(18)O值变化范围较大,δ^(13)CPDB值为-4.17‰~1.59‰,平均值为-1.05‰;δ^(18)O_(PDB)值为-15.71‰^-5.17‰,平均值为-11.15‰。并划分为海相沉积充填环境、大气淡水充填环境、浅埋藏沉积充填环境和深部埋藏高温环境4种不同的古岩溶作用期次。

桂林毛村岩溶区不同土地利用方式土壤有机碳矿化及土壤碳结构比较

应用土壤培养法,比较分析了桂林毛村岩溶区不同土地利用方式(农田、灌丛和林地)土壤在25℃、黑暗条件下培养90d有机碳矿化速率的差异(以90d累计释放的CO2-C计)。农田土壤矿化释放的CO2-C含量分别比灌丛和林地少62.9%和56.6%。利用6mol/L的HCl酸解法得到惰性碳含量,并利用三库一级动力学方程在SAS8.2软件中通过非线性拟合得到三种土地利用方式的活性碳库、缓效性碳库的大小及其分解速率,计算得出各库驻留时间。结果表明各土地利用方式均为活性碳库含量最少,占总有机碳的比例在1.82%～2.71%之间,平均驻留时间在8.4～16.3d之间;缓效性碳库次之,占总有机碳的比例在33.91%～45.47%之间,平均驻留时间为4.8～7.7a之间;惰性碳库所占比例最大,在51.82%～64.01%之间,平均驻留时间为假定的1 000a。通过固态13 C交叉极化魔角自旋核磁共振(13 C CPMAS NMR)方法对土壤碳结构进行分析,结果表明:与灌丛和林地相比,受人类活动干扰较多的农田烷基C和芳香C的比例增加,烷氧C和羰基C的比例降低;烷基C/烷氧C和疏水C/亲水C的大小顺序均为农田>林地>灌丛,而脂族C/芳香C的大小顺序则相反,即灌丛>林地>农田。这说明农田土壤有机碳分解程度较高,难分解程度增加,难分解有机碳比例增加。

岩溶区不同土地利用类型土壤钙形态分布特征

【目的】探讨不同土地利用对钙（Ca）形态的影响及其引起的p H、有机碳差异,为揭示植被对岩溶生态系统中Ca循环的影响及合理利用土地提供参考。【方法】分别在岩溶区林地、灌丛、草地、果园4种不同土地利用类型中,采集0～70 cm的土壤样品,分析不同土地利用类型及深度土壤p H、有机质及Ca形态的特征。【结果】林地的p H、有机碳及酸溶态Ca、可还原态Ca、可氧化态Ca、残渣态Ca均显著高于其他土地利用类型（P〈0.05）;4种土地利用类型中的Ca均以酸溶态为主,占总量的50%以上,其次是可还原态,占30%以上,可氧化态及残渣态相差不明显,约占总量的20%。4种土地利用类型不同形态的Ca均与p H呈极显著正相关（P〈0.01,下同）,除残渣态外,其他3种形态的Ca与有机碳也呈极显著正相关。【结论】不同土地利用方式显著影响了土壤Ca总量及其形态分布,其中林地显著高于果园、草地、灌丛,更有利于有机质的积累。