川东槽谷区岩溶泉水物理化学动态特征及其环境效应研究——以重庆青木关岩溶槽谷姜家泉为例

以重庆青木关岩溶槽谷姜家泉野外观测试验基地为例,利用CTDP300多参数水质自动记录仪、NITRATAX plussc在线硝氮分析仪及HOBO小型气象站,分别对岩溶泉在不同降雨条件下水化学的动态变化特征进行了监测研究。结果表明:岩溶泉水pH值受偏酸性雨水的影响而降低;水温变化取决于降雨量、持续时间及气温等因素影响。分析认为,电导率的变化随环境的不同而不同,一般降雨环境下雨水的稀释作用仅表现在降雨的开始阶段,之后裂隙含水介质起主要作用;暴雨环境下雨水的稀释作用贯穿整个降雨过程,地下河水质主要受岩溶管道裂隙控制,水动力作用占主要地位。NO3-含量与电导率变化呈正相关,都与降雨量密切相关,从而说明降雨是导致岩溶区土壤元素流失的主要原因,也是造成岩溶山区地下水污染的重要原因。岩溶泉水化学动态变化的监测研究对于解决岩溶石山区居民的饮水、水土保持及石漠化治理具有重要意义。

西南岩溶石漠化区水土保持研究新进展

西南岩溶石漠化区水土流失是目前岩溶学领域突出的环境问题和研究热点。2008年6月10～12日在重庆西南大学举办的”西南喀斯特石漠化区水土保持与生态文明学术研讨会”，体现了我国当前岩溶石漠化区水土保持研究的最新进展和最高水平。本文以该会议内容为背景，总结了西南岩溶石漠化区近年来水土流失动态评价及发展成果，包括岩溶区水土流失与生态环境基础研究、岩溶生态重建、水土流失与石漠化综合治理几个方面，并提出今后研冤中要加快岩溶科技创新，建立”数字石漠化”，深入岩溶石漠化基础研究和加强生态环境综合研究。

重庆岩溶地下河水文地球化学特征及环境意义

岩溶地下河系统是岩溶地区重要的地下水资源,重庆地区分布有岩溶地下河380条,是重庆市重要的地下水资源。为宏观掌握重庆地区岩溶地下河水化学特征,了解区域岩溶地下河水化学影响因素及分布规律,研究了重庆不同地区61条岩溶地下河水文地球化学特征。结果表明,重庆地区岩溶地下河的溶解组分主要来源于碳酸盐岩的溶解,水化学类型为Ca-HCO3型或Ca(Mg)-HCO3型,但部分地下河水化学受到人类活动影响变为Na+Ca-HCO3型、Na+Ca-SO4型、Na+Ca-Cl型或Ca-SO4+HCO3型,且农业活动或城市废水对地下河水化学的影响比工矿业活动普遍。地下河水温度随海拔升高而逐渐降低。在相同的地质背景下,地下河Ca2+、Mg2+、HCO3-等离子由于受不同区域岩溶作用强度差异的影响呈现出明显的区域性,SO42-、NO3-、Cl-等指标由于受不同区域人类活动强度和方式的影响也显示出明显的区域性。总体来看,岩溶地下河水质正在恶化。

典型岩溶地下河系统暴雨条件下水文水化学动态变化研究

利用HOBO小型自动气象站、WGZ21型光电数字水位计和CTDP300型在线水质监测仪,对典型岩溶槽谷地下河系统暴雨条件下水文水化学动态变化进行了连续监测,运用WATSPAC软件计算方解石饱和指数(SIc)和CO2分压(PCO2)。分析了降雨过程中,地下河系统水文水化学动态变化特征。结果表明:在降雨过程中,地下河系统总体以稀释效应为主,对降雨的响应速度快。其中,地下河入口水化学变化受降雨稀释效应和外界环境因素共同影响,变化复杂。出口水化学变化以稀释效应为主,较入口规律。强降雨初期主要由来自中下游岩溶裂隙和洼地对地下河管道的快速补给;降雨后期和降雨过程结束后主要由来自上游岩口落水洞的注入补给。青木关流域岩溶发育程度高,岩溶管道流畅通性良好。强降雨形成的短时地表产流集中注入、降雨入渗经裂隙的快速补给对地下河水质的好坏造成直接影响。

典型岩溶槽谷区降雨条件下地下河水质短时间尺度变化过程研究——以重庆南山老龙洞地下河为例

采用CTDP300多参数水质自动记录仪对重庆市南山老龙洞地下河出口处的地下水在降雨条件下水位、水温、pH值和电导率进行监测,以及2h时间间隔的地下水水化学指标(HCO3-,Ca2+,Mg2+,NO3-,PO34-,SO24-,Fe2+,Mn2+,Ba2+)测定,根据监测数据进行分析对比,结果表明:监测期间南山老龙洞地下河水质变化与降雨、气温以及流量表现出良好的响应关系,降雨前后水质变化明显,这可能是因为降雨的稀释作用以及大流量、快流速使水体中CO2由于水体的扰动逸出,导致HCO3-质量浓度低.随后由于降雨停止,HCO3-质量浓度升高.可能与此时的水受到来自岩溶洼地水和来自裂隙水的补给有关,并且HCO3-与水温的关系为负相关.Ca2+与Mg2+质量浓度在降雨初期随降雨量的增多而减小,之后开始上升,与雨水的稀释有关,但是其最高值不在降雨量的最大值.NO3-,PO34-,SO42-的质量浓度随降雨的到来和流量的增加而升高.Fe2+,Mn2+,Ba2+质量浓度在降雨初期迅速上升,Mn2+在降雨过后,快速下降.降雨初期,各种离子的变化受雨水稀释作用控制,降雨停止后,表层岩溶带的高裂隙率和渗透性开始发挥作用,水动力条件和CO2效应占主导,进而影响水质的变化.

西南喀斯特石漠化区水土保持与生态文明研究新进展

以2008年6月10-12日在重庆西南大学举办的"西南喀斯特石漠化区水土保持与生态文明学术研讨会"为背景,对西南岩溶石漠化区近年来水土流失动态评价及发展成果进行了总结,体现了我国当前岩溶石漠化区水土保持研究的最新进展和最高水平,并对岩溶石漠化区水土流失基础研究及综合防治对策提出了新的要求.

表层岩溶泉水化学特征环境敏感性分析——以重庆金佛山水房泉为例

通过对金佛山水房泉泉水的水温、pH值、电导率、Ca2+和HCO3-进行监测发现:旅游活动高峰期人流量大会对泉水中离子的变化产生明显的影响.国庆节和五一劳动节期间,降水量和人类活动共同对泉水中离子产生影响,而冰雪节期间,泉水中离子的变化主要受人类活动的影响.Ca2+,HCO3-,SIc和Pco2受水温、降水和人类活动的交替影响,在不同的时间段内,其受影响的程度不一.泉水中CO2的来源与土壤CO2有一定的关系,深层土壤CO2较表层土壤CO2更多地进入泉水,参与了岩溶作用的进行.

城市化对岩溶地下河水质的影响及其环境效应——以重庆市南山老龙洞地下河流域为例

目前我国已经进入快速城市化阶段,城市化的同时产生的生活污水及废弃物不断增加,对环境的污染加剧。为了了解人类活动尤其是城市化对岩溶地下河水质的影响,对重庆市南山老龙洞地下河流域上游的污水和老龙洞地下河出口处的河水的温度、pH、电导率、溶解氧和阴阳离子等水化学指标进行了一年的连续性观测。结果表明,老龙洞地下河的主要污染源是上游城镇产生的生活污水,各项指标都超过了国家地下水质量标准,急需治理。

重庆丰都雪玉洞水文地球化学指标的时空变化研究

自2006年11月到2007年12月对重庆丰都雪玉洞地下河水和滴水进行了近1年的观测,结果表明其主要水化学指标均表现出明显的季节变化趋势。地下河水Ca2+、Mg2+、HCO3-浓度和电导率在雨季升高而旱季降低,pH值在雨季降低而旱季升高。在地下河径流路径上,由于溶蚀效应与沉积效应的相互制约以及受采样点水动力条件和水气CO2交换程度的影响,水化学指标的空间变化较为复杂。位于洞穴顶部的滴水由于受顶板覆盖层厚度的影响,洞穴上层滴水点Ca2+、Mg2+年平均浓度分别为95.1mg/L、7.87mg/L,而下层滴水点分别为110.1mg/L、9.68mg/L,表现出上层高、下层低的空间变化特征。由于[Mg2+]/[Ca2+]值具有雨季低而旱季高的变化特征,所以可用之来指示洞穴所在地区降雨条件的变化。

降雨条件下岩溶槽谷泉水的水文地球化学特征

在示踪试验判断岩溶含水介质形态的基础上,通过观测降雨条件下姜家泉泉水的电导率、pH值、水温、泉口实时水位、降雨量以及降雨的pH值、钙离子浓度、电导率和计算出的泉水方解石饱和指数及CO2分压,分析了降雨条件下岩溶槽谷泉水文地球化学行为的动态变化。研究结果表明在以管道为主的岩溶含水介质槽谷中,泉水水位随降雨暴涨暴落,其水温、电导率、pH值、方解石饱和指数和CO2分压对降雨响应迅速,能敏锐地感应和反馈环境的变化。酸雨将可能引起泉水pH值的降低和电导率的升高,因而应重视酸雨对岩溶泉水文地球化学行为和岩溶含水介质演化过程的影响。降雨期间雨水将地表土壤带入地下河,引起泉水浊度的升高,表明此时泉水可能受到微生物的污染。

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SPSS的岩溶地下水质变化及其影响因素——以重庆市金佛山表层岩溶地下水为例

重庆金佛山地区岩溶泉水遍布,但是各个泉点的水质却有较大差异.利用地下水的化学性质,如pH,电导率γ,HCO3-、Ca2+、Mg2+、Na+、K+、SO42-、NO3-和Cl-等的质量浓度进行因子分析可以分辨出自然过程和人类因素对地下水的影响.2009年1月在重庆金佛山地区采集36个岩溶泉水样,分析结果表明:金佛山岩溶泉的水化学成分具有较大的空间变异.利用SPSS中因子分析方法,得到基于水中离子和地球化学过程解释的地下水水质特征及其形成的4个因子:水-岩作用是地下水中SO42-、F-、K+、Sr2+和Ca2+形成的共同因素,Mg2+、HCO3-主要受土壤等因子影响,Na+、Cl-主要来源于大气降水,人类活动主要影响水中的NO3-.以上4种因子可以解释金佛山岩溶地下水水质形成的87.58%,其中水-岩作用可以解释55.56%,是影响金佛山地区岩溶水水质的最重要因素.

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.

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。

典型岩溶地下河入、出口处强降雨过程中水动态变化

在强降雨过程中,对典型岩溶地下河入口、出口处pH值、电导率、水温、水位进行监测,对比分析了强降雨过程中该地下河入口、出口处水动态变化特征,及入口处水动态变化对出口处的影响。结果表明:强降雨过程中,地下河系统水动态变化对降雨的响应速度快,降雨随岩溶裂隙进入地下河迅速,岩溶含水层对强降雨过程中水资源调蓄能力差。地下河入口、出口处水动态变化差异性较大,上游地下河入口处水化学特征变化速度快,幅度大,受环境影响因素大。地下河出口处水化学变化较上游有规律,主要受稀释作用影响。影响入口处水动态变化的环境因素对出口处水动态变化影响不明显。

亚高山表层岩溶泉域土壤溶蚀速率季节变化及碳汇量估算——以重庆金佛山水房泉流域为例

利用标准溶蚀试片法测定了重庆金佛山水房泉流域林地、草地和灌丛三种土地利用类型不同深度年溶蚀速率。结果表明,不同土地利用类型、不同季节、不同土壤深度的溶蚀速率具有很大的差异。通过对各土地利用类型下不同季节不同深度土壤有机质、土壤CO2浓度和土壤pH分析发现:土壤有机质和pH相互耦合共同对溶蚀速率产生影响,有机质含量越高,则pH值越低,溶蚀速率就越大;三种土地利用方式下土壤CO2浓度与溶蚀速率具有一定的相关性,夏秋季土壤CO2浓度较冬春季高,相对应地,其土下溶蚀速率也比冬春季大。最后利用试片溶蚀数据对泉域内年碳汇量进行了估算,结果约为:25.595t/a。

旅游活动对岩溶地下水水质动态变化的影响——以重庆金佛山水房泉为例

为了更好地揭示岩溶地下水的影响因素,采用野外现场实测、自动观测、实验室分析相结合的方法,在"十一"旅游旺季对重庆金佛山水房泉流域各项理化指标进行连续监测。监测结果表明,岩溶地下水对外界条件反应敏感,其岩溶水理化性质容易受外界条件的影响,自然因素和人为因素的改变,可直接快速地改变地下水水质。旅游季节地下水水质发生明显变化,旅游因素对地下水质的变化有较好的响应关系。表现为旅游高峰前期的正常水平;旅游高峰期的骤然恶化,出现污染状况;旅游高峰后期,叠加降雨因素的影响从而使各个水质指标出现好转。

暴雨条件下岩溶槽谷区地下河水化学特征变化分析——以重庆青木关姜家泉为例

为研究岩溶地下河水化学指标在昼夜变化期间对暴雨响应的敏感性,以Multi3430便携式仪器和CDTP300作为基础监测,在暴雨条件、短时间尺度和高精度条件下,对重庆青木关姜家泉物理化学性质对暴雨及昼夜变化的响应进行监测研究,结果表明:地下河化学指标对环境变化反应敏感.暴雨期间,大量的Ca2+,HCO3-,NO3-等离子随雨水汇入地下河引起水质在短时间内变化较为明显,暴雨在一定程度上加速了碳酸盐岩的溶蚀,且K+,Na+,Ba2+等阳离子质量浓度也受到流量的影响;在暴雨结束数小时之后,表层岩溶带的高裂隙率和渗透性发挥作用,水动力作用和CO2效应逐渐占主导地位.Ca2+,HCO3-等离子质量浓度昼夜尺度变化总体表现为昼大于夜.

表层岩溶泉域短时间尺度岩溶作用碳汇效应初步研究——以重庆市金佛山水房泉域为例

本文以水房泉表层岩溶泉域为例,通过CDTP300多参数自动水质监测仪提供的年际连续的电导率、水温、水位,利用岩溶水化学-径流量方法计算出水房泉连续两年各月的CO2吸收量和年吸收总量。计算结果显示水房泉各月CO2吸收量中6、7、8三个月吸收量较大,1、2、12月吸收量均较小;年最大CO2吸收量出现在7月份,年中最小CO2吸收量出现在1月份。水房泉各月CO2吸收量同水房泉出口月径流量和月降雨量都有很好相关性,雨季吸收量远大于旱季吸收量。泉水HCO3-含量受到气温、降水、径流量和土壤CO2含量的综合影响,HCO3-含量的最高值与月CO2吸收量的最大值在时间上存在2个月的滞后现象。相对于较大流域碳汇的估算,以小流域为对象从短时间尺度计算碳汇更加精确,而且对于流域岩溶作用碳汇过程及其控制机理的深入揭示也是非常必要的。

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。