论岩溶峰丛洼地石漠化的综合治理技术——以广西平果果化示范区为例

广西平果县果化生态重建示范区面积600hm^2,为典型岩溶峰丛洼地,居民贫困、石漠化严重。2001年以来,通过详细调查研究,因地制宜建立了适合峰丛洼地地貌结构特点的复合型立体生态农业模式:开发20多种乡土树种,人工诱导封山育林310hm^2,开发表层岩溶泉、岩溶天窗和隐伏岩溶管道水资源每年1万多立方米,引进了多种优质高效果树和药材,培植了生态产业,在土地整理的基础上,采用综合措施对岩溶土壤进行了改良,在开发引进多种适宜优质牧草的基础上发展家庭养殖业,提高了生态和农业生产的效果和效率,不但石漠化得到治理,峰丛洼地生态逐步恢复,而且农民纯收入年均增加20％,促进了区域经济的发展。      

应用各种示踪剂研究岩溶泉系统的补给边界

应用三种化学示踪剂,对桂林岩溶水文地质试验场“31号泉系统”的补给边界进行了研究。试验在雨期进行,示踪剂分别是降雨后投入落水洞随表层岩溶水带入地下;或在降雨前投入无水的落水洞中,待降雨后由地表产流带入地下。 试验表明,氯化锌、钼酸铵是较理想的示踪剂,地下水速度为4～250米/小时,速度差可能是由于包气带岩溶含水介质渗透性和水力坡度不同所致;泉口历时浓度曲线常呈多峰型,多是由于降雨脉冲影响所致;峰丛区高程不等的洼地多通道补给山边泉,峰丛区含水介质结构具有叠置性,即水平方向多通道,垂直方向多层次,故水均衡计算不可忽视;“31号泉系统”的补给边界,通过圈定有水力连系之洼地的地表分水岭来确定。      

织金大龙井岩溶大泉形成机理研究

为了弄清大龙井岩溶大泉形成机理以及地下水补径排关系。通过调查大龙井地形地貌、补径排关系以及对水化学分析等研究大龙井岩溶大泉的形成机理,通过调查得知:大龙井岩溶大泉是形成于低山－丘陵地区的石灰岩地区。是山盆期和乌江期的强烈岩溶作用以及河谷的不断下切,加上上寨台地地表峰丛之间发育洼地、漏斗,中间区域的落水洞,大气降雨沿着落水洞进入地下,在重力作用下从南向北径流,在这过程中水流逐渐集中,岩溶空间形态也逐步扩大,最终水汇集于龙洞沟呈泉集中排泄出地面,形成大龙井岩溶大泉以及大龙井水系统。      

岩溶峰丛洼地不同环境水土流失差异及防治研究——以广西果化岩溶生态研究基地为例

与碎屑岩地区相比,特殊的岩溶水文地质结构,导致岩溶区存在不同的水土流失过程和特点,尤以峰丛洼地区最具代表性。通过广西平果县果化岩溶峰丛洼地土壤地表侵蚀和地下漏失的调查研究显示:洼地不同地貌部位水土流失差异较大,从山峰、垭口、山坡、山麓到洼地底部,土壤地下漏失模数分别为49.09 t/(km2·a)、212.06 t/(km2·a)、727.71 t/(km2·a)、1104.03 t/(km2·a)、909.11 t/(km2·a),分别占该点年均总土壤侵蚀模数的92.43%、96.24%、78.57%、70.88%和38.68%;不同土地利用方式下的土壤侵蚀存在差异,其土壤侵蚀模数大小依次为坡耕地苦丁茶地苏木林地灌草坡牧草地。通过对该地区水土流失防治及石漠化综合治理,山峰主要涵养水源林、山坡主要发展生态产业防治水土漏失、洼地修建排水系统工程得到良好的效果,治理区土壤侵蚀模数从2003年到2010年下降了65%。     

岩溶峰丛洼地水土漏失及防治研究

中国地质科学院岩溶地质研究所岩溶生态研究团队在国家科技支撑计划和广西科技攻关项目联合资助下,自21世纪以来一直从事西南岩溶山区水土漏失创新性研究。2013年取得了一系列进展,阐明了水土漏失的概念、过程和数学模型;运用野外监测和先进的同位素技术,首次系统揭示了岩溶峰丛洼地不同地貌部位和不同生态环境的水土漏失定量差异和原因,建立了适宜岩溶区特点的水土流失强度分级标准和土壤侵蚀回归模型,创建了生物措施与工程措施有机结合的岩溶峰丛洼地水土保持模式和技术规程,开辟了岩溶石漠化环境生态效益与经济效益俱佳的火龙果生态产业,为西南岩溶地区石漠化综合治理和水土保持提供了技术支撑和示范样板。     

我国西南岩溶区表层岩溶带的水文动态分析

以西南地区10个表层岩溶泉的长期观测和自动化监测数据为基础,分析了表层岩溶带的水文动态特点。表层岩溶泉的月径流量变化和连续的水位变化表明表层岩溶带具有水文动态不稳定的共性,不稳定性和表层岩溶带的功能和降水有关。根据表层岩溶带的形态和水文动态变化特点进行分类,认为以间互型碳酸盐岩为基础的溶丘洼地表层岩溶带和以连续型碳酸盐岩为基础的峰丛洼地表层岩溶带是西南岩溶区两种重要的表层岩溶带类型。溶丘洼地表层岩溶带相对于峰丛洼地表层岩溶带具有较连续的土壤盖层和较大的表层岩溶泉密度以及较稳定的水文动态变化。白云岩上发育的表层岩溶带水文动态比灰岩稳定,森林覆盖下的表层岩溶带的水文动态比灌木林稳定。表层岩溶带的水文动态受控于它的补给类型和径流特征。土壤层的厚度和植被类型会使表层岩溶带集中补给的比例发生变化,而岩性则通过影响表层岩溶带的空隙类型来控制径流特征。     

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。      

利用SWMM模型模拟岩溶峰丛洼地系统降雨径流过程——以桂林丫吉试验场为例

文章以桂林丫吉试验场为例,验证是否可以利用SWMM模型模拟以管道为主的岩溶峰丛洼地系统降雨径流过程。以洼地为单元,把研究区概化为由管道相连的6个次级汇水流域,选择Green-Amp入渗计算方法,同时考虑包气带裂隙水对管道的补给,运行SWMM模型计算出研究区管道总出口S31泉的流量曲线。结果显示：模拟流量变化过程与实测流量变化过程基本一致。说明该模型可以用来模拟岩溶峰丛洼地地区降雨径流过程。经验证,模拟时段内S31泉总量相对误差为19.1%。     

西南岩溶石山地区岩溶地下水示踪试验与分析——以湖南湘西大龙洞为例

围绕大龙洞水库成库条件调查中存在的疑点问题开展示踪工作。根据示踪试验区的水文地质条件,选择降雨时地表水向地下集中渗漏排泄的狗肉寨极乐村洼地落水洞作为投放点,并在极乐村洼地落水洞的北东大龙洞地下河出口附近的鬼冲地下河、鬼冲泉和大龙洞地下河出口下方对岸100m处的Y034季节性水点(表层带岩溶泉点)及大龙洞地下河出口设置接收点,采用弱酸性红A荧光染料类试剂作示踪材料。示踪结果显示,鬼冲地下河、鬼冲泉和大龙洞地下河与投放点的连通性差;季节性水点Y034与投放点的连通性好;表明通过狗肉寨极乐村洼地落水洞汇集转化成的岩溶地下水与表层岩溶带季节性岩溶泉水水力联系密切,而与鬼冲地下河、大龙洞地下河之间则存在有地下分水岭。      

溶地下水脆弱性评价“二元法”及其在重庆金佛山的应用

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。我国西南岩溶区极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。本文论述了一种脆弱性的评价的简单方法— —基于径流特征和覆盖层厚度的二元法,并利用该法对重庆金佛山典型岩溶区进行了地下水脆弱性评价。结果表明,药池坝洼地和生态石林区脆弱性较高。究其原因,尽管药池坝洼地底部土壤层覆盖较厚,但存在地表径流集中排向落水洞,生态石林分布区地表裂隙、溶沟发育,可直接接受雨水入渗,因而污染物极易通过降雨和地表径流过程进入含水层。这一方法输入数据量小,对岩溶含水层普遍适用,为地下水资源可持续利用和土地利用管理提供了强有力的工具。      

云南省石漠化调查及治理综述

经过全面调查,查明了云南石漠化分布、成因及资源环境条件。通过统一规划,多方协作,采取生物、工程、经济、社会建设等多方面的措施开展石漠化综合治理,取得了一定成效,遥感监测石漠化面积减少6.2 万hm2。其中,国土资源部门进行的地下水开发、土地及矿山地质环境整治、地质旅游资源开发等综合治理工作,消除或削弱了造成石漠化的自然或人为因素,标本兼治的效果突出。石漠化治理工作中的问题,主要有石漠化治理仍限于治点,区域面貌改观不大;考虑岩溶流域的系统性不够,选择治理方法未考虑对流域下游的影响;重植被恢复,对于区域经济和生态功能整体修复的考虑不足;调查变化情况监测手段落后,治理效果及动态不清;地下水资源的科学开发利用和依法管控尚待加强;部门之间协调整合不够,影响综合治理成效等。因此云南的石漠化治理任重道远,尚需做好第二期综合治理规划,采取有效措施,加大规划的执行力度。      

近年来我国西南岩溶石漠化研究进展

石漠化是目前岩溶学领域最突出的环境问题和研究热点。我国近年来不但系统调查研究了西南岩溶石漠化的分布现状和趋势,分析了石漠化形成的自然因素和人为原因,对石漠化环境质量从生态、水资源、土壤、土地生产力和灾害情况等方面进行了评价,还探索了不同环境下石漠化综合治理模式和方法。今后一段时期内石漠化的主要研究方向是深化石漠化的形成过程研究,揭示石漠化与水土资源的相关性,探索石漠化区生态恢复技术及水土地资源合理利用途径,开展石漠化综合治理工程的效益评价。      

湖南宁乡大成桥充水矿山疏干区岩溶系统水气压力监测及突变特征

湖南煤炭坝煤矿是我国著名的大水矿山,开采标高已降至-400 m,每小时排水量11 000 m3。长期的疏干排水,已形成面积达219.19 km2的地下水降落漏斗。以往的调查资料表明,矿山疏干诱发的岩溶塌陷主要发生在疏干开始、地下水位下降到基岩面附近、矿坑发生突水突泥灾害等3个阶段,在疏干区应该无诱发因素导致岩溶塌陷的发生。但近年来煤炭坝煤矿疏干区大成桥的岩溶塌陷特征表明,尽管相关部门采取了一系列处置措施,但岩溶塌陷仍然频繁发生。为了进一步揭示该地区岩溶塌陷发育规律,使处置决策更加科学化,作者所在团队选择大成桥为典型区,通过岩溶系统地下水气压力监测,分析诱发岩溶塌陷的动力来源及其变化规律。结果表明,疏干区岩溶管道裂隙系统中水气压力突变现象极为明显,年最大变幅达54.72 m,瞬时水气压力变化速率最大为70.6 cm/min,造成这一现象的主要原因是气爆、地下洞穴（溶洞、土洞）垮塌。      

西南岩溶石漠化综合治理水-土-植被关键技术进展与建议

石漠化综合治理关键技术研发是石漠化综合治理工程的关键步骤。本文根据第一期石漠化治理工程的进展,分析了岩溶水资源特征与开发利用技术、土壤资源维持与质量提升技术、植被恢复与功能提升技术和水-土-植被耦合模式的研发进展和不足,对第二期石漠化综合治理提出了一些建议,认为第二期石漠化综合治理关键技术研发应以“结构-过程-服务”为指导框架,加强岩土组构等地质环境背景、水土过程和石漠化过程以及关键服务功能维持和提升机理的基础研究,加强功能型植被、关键共性和个性技术研发以及关键技术的配套和优化,加大石漠化综合治理关键技术的适用性评价和推广应用,完善流域内生态系统服务主体功能区评估和生态补偿,有效准确的治理石漠化,以促进西南岩溶石漠化地区生态、经济和社会的可持续发展。      

峰丛洼地的坡地径流成分划分

峰丛洼地的石质坡地具有独特的包气带结构和产流模式,其表面岩石裸露,土壤薄且呈现斑块状分布,下部发育表层岩溶带.表层岩溶带的存在决定了石质坡地的产流模式.原本不透水的岩石表面成为"筛子",表层岩溶带和下部包气带之间的界面成为重要的产流界面,称之为表层岩溶带产流.石质坡地的径流是表层岩溶带产流、超渗产流、饱和产流的集合.由于岩溶动力系统的差异导致来自不同界面的径流的温度、pH、电导率、方解石溶解饱和指数(SIc)和二氧化碳分压(P_(CO2))也不同.利用径流的物理、化学曲线对石质坡地的径流进行初步的定性划分,将径流分为洪峰和基流.洪峰的上升段由超渗产流和饱和产流构成,退水过程以及基流则主要是由表层岩溶带径流提供.     

喀斯特石漠化--中国西南最严重的生态地质环境问题

作为最严重的环境地质问题,日益扩展的土地石漠化,正在吞噬着中国西南喀斯特地区民众的生存空间,已经构成灾害和贫困之源。喀斯特石漠化是土地荒漠化的主要类型之一,是人类不合理经济活动叠加于脆弱生态地质环境背景上的综合作用结果。它以脆弱的生态地质环境为基础,以强烈的人类活动为驱动力,以土地生产力退化为本质,以出现类似荒漠景观为标志。中国西南脆弱的喀斯特生态环境是经过漫长的地质历史演化而形成的,它对喀斯特石漠化具有明显的控制作用。构造运动塑造了陡峻而破碎的喀斯特地貌格局,古环境演化奠定了石漠化的物质基础。喀斯特地区的人口压力及不合理的人类活动,导致土地资源的严重退化、植被覆盖度锐减、水土流失加剧和生态环境严重恶化,超载的社会经济压力是导致喀斯特土地石漠化最重要的驱动力。尽管喀斯特石漠化综合治理非常艰巨,但仍具备恢复或重建生态环境的可能性。     

The features of soil erosion and soil leakage in karst peak-cluster areas of Southwest China

Through utilizing water flow monitoring, rock scratching, soil wood piles and radionuclide 137Cs tracing in the Longhe karst ecological experimental site (hereinafter referred to“Longhe site”), Pingguo County, Guangxi Province, the features and values of soil erosion and soil leakage in different geomorphologic locations and land uses in the karst peak-cluster depressions are showed clearly. There are four kinds of geomorphologic locations in the karst peak-cluster depression, namely peaks, strip, slopes and depression. The soil leakage modulus in the peaks and strips respectively occupy 92.43% and 96.24% of the total mean soil erosion modulus at experimental sites. On the slope, soil leakage accounted for about 75%. At the bottom of depression, surface water was the main factor of soil erosion, and at last most soil leaked into underground rivers from sinkholes. The total soil erosion modulus and the contribution rates of relative surface soil erosion in regard of peaks, slopes and depressions gradually increased. There are also five major types of land use in the karst peak-cluster depressions, farmland, Kudingcha tea plantations, young Lignum Sappan fields, shrub-grassland and pastures. The soil erosion modulus of slope farmland has the highest value with an increasing trend year by year. But soil erosion modulus of other four land use types decreased by year, which shows the “grain for green” will result in better soil protection. By handling with rocky desertification and ecological rehabilitation in Longhe site, the mean soil erosion modulus of the karst peak-cluster depression has decreased about 80% from 2003 to 2015.     

西南喀斯特山地水土流失特点及有关石漠化的几个科学问题

由于特殊的岩土组构,喀斯特坡地的水土流失具有如下特点:地表和地下流失相互叠加;地表产流、产沙少;纯碳酸盐岩区地下流失比例大。论文区别了石漠化和石质化的科学内涵,指出了喀斯特山地石漠化的核心是土地的石质化,提出了按照地面物质组成与裸岩率叠加的石漠化分类系统。根据土壤中硅酸盐矿物的物质平衡,提出了不同碎屑岩含量碳酸盐岩区的土壤允许流失量介于5～500 t/(km2?a)之间。喀斯特坡地土壤虽然肥沃,但总量太少,矿质养分不足可能是石质坡地植物生产力低的重要原因。此外,根据农耕驱动土地石质化的机制,提出了相应的石漠化治理的对策建议,具体是:（1）不但要治标,提高植被覆盖率,更要治本,防止或减缓土地石质化,同时还要增加群众收入;（2）按照坡地岩土组成的垂直分带特点,因地（土）制宜,开展治理;（3）重视矿质肥料的施用;（4）在纯碳酸盐岩土石质和石质坡地农田的小型蓄水工程修建中,要加强集流面建设。      

土地石漠化概念与分级问题再探讨

针对前人研究中将石漠化发生的地域限定在亚热带,将发生的时间限定在人类历史时期,将发生的原因均归结为人为不合理的经济活动,而忽视了石漠化可能发生的其它地域、其它时期和其它成因等问题,对土地石漠化概念作了修正。认为土地石漠化是在湿润、半湿润气候环境和岩溶环境中,由于人类活动和/或气候变化等因素作用,造成地表植被退化、土壤侵蚀、地表水流失、基岩裸露,形成类似石质荒漠景观的土地退化过程,并对其内涵作出释义。在此基础上依据生态基准面的理论,以坡面形态、溶蚀岩溶地貌形态、基岩出露率、土壤厚度和土被覆盖度、土壤侵蚀程度、植被覆盖率和植物种群、土地利用类型等为景观指征,将石漠化土地分为轻度、中度、重度和极重度4个等级,并以粤北岩溶山区为例,拟定了区域性石漠化土地分级及其综合景观指征。      

湘西洛塔表层岩溶泉的生态环境类型及水文特征

岩溶石山区表层岩溶带的调蓄功能可有效控制石漠化的加剧并为严重缺水地区提供饮用水。文章以湖南洛塔为例,在大量的野外调查基础上,通过对洛塔岩溶区表层岩溶系统生态环境与表层岩溶泉水文特征的对比研究,按生态环境属性将表层岩溶泉分为三种主要类型:森林环境表层岩溶泉、石漠化环境表层岩溶泉及石漠化-森林过渡环境表层岩溶泉。详细论述上述三种表层岩溶泉的发育条件与水文特征:森林环境表层岩溶泉具有持续稳定的水文动态与流量;石漠化环境表层岩溶泉流量与降雨量相对应,动态极不稳定;石漠化与森林过渡环境表层岩溶泉流量排泄峰值具有随泉域植被覆盖率增加而缓和的趋势。按照环境类型对表层岩溶泉进行分类,可直观地显示其特殊的水文特征,有助于岩溶泉的合理开发和综合利用。