岩溶关键带水文地球化学研究进展

岩溶关键带处于岩石、水、土壤、大气、生物五圈交汇地带。正确认识岩溶关键带的结构、特点及其水文地球化学过程是当前地球关键带与岩溶水科学研究的重点问题。本文基于对国内外相关研究成果的归纳整理,剖析了岩溶关键带水文地球化学内涵、岩溶关键带水动力垂向分带、岩溶关键带框架下的水文地球化学过程与机制, 探寻变化环境下岩溶关键带水文地球化学过程演变的规律与驱动机制。指出了当前研究中存在的薄弱环节:目前工作仅停留在传统岩溶地下水科学工作范畴,未从岩溶关键带框架体系的角度考虑植物冠层至岩溶含水层之间水文地球化学过程及其耦合关系,未考虑新污染物持续输入、地球大数据科学工程深入实施、全球碳排放路径逐渐改变等时代因素对岩溶水文地球化学研究的潜在影响。进一步的研究可以从以下方面开展:基于岩溶关键带框架体系的新污染物水文地球化学研究,基于大数据框架体系的岩溶水文地球化学研究,“双碳战略”下的岩溶水文地球化学研究,岩溶关键带水文地球化学驱动的物质转化与能量迁移过程及其耦合以及高分辨率监测、评估与模拟手段的综合应用。     

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     

岩溶动力系统与全球变化研究进展

碳酸盐岩是岩溶发育的物质基础,它记录着地球历史时期的环境变化,是地球最大的碳库,对地球大气和生命演变起到重要作用;现代全球岩溶分布面积2200万km~2,占陆地面积的15%,岩溶动力系统是地球表层系统的重要组成部分,全球25%的人口依赖岩溶地下水资源的供给,岩溶生态系统的脆弱性制约着区域经济社会发展;本文主要针对近30年以来,岩溶学科发展进行综述,包括岩溶动力学概念、内涵与发展,驱动岩溶发育的地质-生态机制,岩溶动力系统与碳循环新进展,岩溶动力系统与水循环新进展,岩溶动力系统与钙循环新进展;岩溶动力系统与全球环境变化研究发展展望(岩溶关键带下的资源环境效应及国际大科学计划的启动)。     

干旱演变驱动机制理论框架及其关键问题

干旱演变驱动机制是科学认识干旱问题和制定有效防旱抗旱政策的理论基础。针对气象干旱、水文干旱和农业干旱3种干旱类型,分别分析了其形成过程,并阐述了其之间的关系;采用"驱动力-压力-状态-响应"模式构建了干旱演变驱动机制总体研究框架,并探讨了干旱演变驱动力系统构成、干旱演变驱动机制、变化环境下干旱演变规律及其响应等关键科学问题。     

岩溶关键带植被对水循环过程的影响作用研究

随着农村能源结构的调整和多项林草植被保护政策的实施,我国西南石漠化趋势得到初步的遏制.岩溶作用过程是由水循环驱动的碳循环过程.岩溶区森林植被的水文效应,不仅促进植被自身的生长,还能进一步促进岩溶作用过程.在西南岩溶区选择了2个不同植被覆盖条件的地下水系统为研究对象,通过地下水系统降水量、地下水径流量、水化学组分和同位素组分等监测指标的对比分析,发现岩溶关键带中,森林植被对水循环过程具有明显的影响.植被通过蒸腾作用而在林区激发二次降水,使林区降水量明显增大;森林植被对强降水的截流消洪作用比较明显,在降水-径流曲线上表现为森林覆盖区降水洪峰产生比较滞后而排泄过程中退水曲线上较为平滑;森林植被对岩溶关键带地下水中无机碳的贡献比较大,并能有效的增强岩溶作用.     

人类用水活动对大尺度陆地水循环的影响

随着人口增长和经济社会快速发展,人类活动已成为陆地水循环变化的重要驱动因子,人类用水活动对陆地水循环的影响越来越受到人们的关注。回顾近年来人类用水活动对大尺度陆地水循环影响方面的研究进展;阐述灌溉、生活和工业用水、水库调节以及地下水利用等典型人类用水活动影响大尺度陆地水循环的过程与机制,并在此基础上探讨了陆面水文模型中人类用水活动参数化方案及其存在的问题。目前,陆面水文模型对人类用水活动的考虑依然不足,使得应用模型模拟陆地水循环和评估变化环境下水资源安全面临挑战。展望未来,深入认识人类用水活动与水系统的影响与反馈,开发考虑人—水系统协同演化的水系统综合评估模型,预估水安全形势的演变趋势,将成为陆地水循环和水资源研究的长期重要任务。     

国土资源部、广西壮族自治区岩溶动力学重点实验室2015年开放研究课题申请指南

国土资源部、广西壮族自治区岩溶动力学重点实验室依托于中国地质科学院岩溶地质研究所,主要研究方向：（1）岩溶动力系统的形成和运行规律;（2）岩溶动力系统的类型和区域分布规律;（3）学科交叉、应用研究。2014年在广西科学技术厅和岩溶地质研究所的支持下设立开放课题,围绕岩溶动力系统与全球变化、岩溶地区水循环、岩溶生物地球化学循环过程及相关测试应用技术开展研究。     

岩溶区山-坝系统土地利用耦合演化研究的初步探讨

文章阐述了岩溶区山-坝系统土地利用耦合演化研究的必要性,梳理了岩溶区山-坝系统土地利用变化研究进展及其存在的问题。在此基础上,首先构建了基于远程耦合模型的岩溶区山-坝系统土地利用耦合演化研究的理论分析框架;其次,探讨了岩溶区山-坝系统土地利用耦合演变过程、驱动机制、管控模式、影响评估四点研究内容;最后提出了实证研究思路与技术途径。     

国土资源部、广西壮族自治区岩溶动力学重点实验室2012年开放研究课题申请指南

国土资源部/广西岩溶动力学重点实验室依托于中国地质科学院岩溶地质研究所,研究方向主要涉及:1)岩溶动力系统的形成和运行规律;2)岩溶动力系统的类型和区域分布规律;3)学科交叉、应用研究。2012年在广西科学技术厅和岩溶地质研究所的支持下设立开放课题,并主要围绕岩溶动力系统与全球变化、岩溶地区水循环、岩溶生物地球化学循环过程及相关测试应用技术开展研究。     

生态系统变化对湘西岩溶水资源的影响

本文在分析岩溶山区典型生态系统类型及其演化特征和岩溶水资源特点的基础上，通过湘西20年来的生态系统变化的对比，就其对岩溶水资源的影响进行了详细的论述。认为生态的恶化是引起岩溶石山区水资源短缺的一个重要因素，生态系统变化对岩溶水资源的影响主要是通过对岩溶水的补给、迳流、排泄等的影响，使岩溶水资源产生水质和水量的变化。明确生态系统变化是如何影响岩溶水资源的质与量这一重大问题，将有助于岩溶水循环机制的深入研究，为揭示岩溶水资源的形成、演化规律及控制机理，建立岩溶水资源评价、开发利用和保护的系统理论，探索岩溶水资源可持续利用模式提供科学的依据。     

分布式水文模型在岩溶地区的改进与应用研究

在我国西南岩溶峰林地区,碳酸盐岩岩溶的强烈发育使含水层空间结构具有高度非均质性,加之表层岩溶带对降雨入渗的影响,导致传统的含水层高度概化的水文模型难以定量刻画地表水对地下水的补给过程。文章在开源的SWAT（土壤和水评估工具）模型基础上,通过改进土壤水及地下水模块,刻画水分经表层岩溶带以慢速流和快速流的方式进入含水层的过程,分别以活塞式推进方式及以捷径式入流方式进入浅层含水层,构建了适应于岩溶地区的分布式水文模型。以桂林市漓江流域为例,在碳酸盐岩和碎屑岩交叉分布的流域建立水文模型,并对构建的模型进行率定与验证,结果表明:与原模型径流模拟相比,本文构建的模型较好体现了表层岩溶带的调蓄作用,改善了各水文站枯水期模拟较差的情况（其中潮田站纳什系数由0.78提高到0.92,决定系数由0.85提高到0.92,比改进前有明显提高）;改进后的模型能适用于碎屑岩与碳酸盐岩分布不均的岩溶流域水分循环模拟。     

马达加斯加Mahajanga盆地岩溶水文效应

本文在对马达加斯加地质演化研究成果分析的基础上,通过野外调查和监测,结合已有水文资料对Mahajanga盆地岩溶的水文效应开展研究。受地质结构、岩性等条件的控制,Mahajanga盆地东部演化形成绵延近300 km的岩溶槽,在西南部则形成面积达12 000 km2的岩溶台地。岩溶槽和岩溶台地的岩溶发育均以水平方向为主,垂直方向发育较浅,岩溶形态则呈现出明显的均等溶蚀特征。盆地东部岩溶槽拦截了大部分来自高原的河流,是马达加斯加最重要的汇流区,同时,特殊的地质结构也演化形成独特的地下“汇流”系统。岩溶槽区内平缓的河床比降、复杂的河流网络、星罗棋布的湖泊和洼地、分布广泛的松散堆积层以及面积广阔的地下岩溶系统,构成了巨大的水循环调节库,对水文过程将产生较大的“滞流”效应。盆地西南部的岩溶台地面积广,规模大,是一个巨大的天然储水“水库”,对地表径流起到重要的调节作用。      

A Research Approach for Ecological,Environmental and Geological Differentiation of Rocky Desertification and Its Driving Mechanism in Karst Graben Basin

According to the national key research and development program of China “Evolution, integrating treatment and technological demonstration of rocky desertification in karst graben basin”, the task of “ecological, environmental and geological differentiation of rocky desertification and its driving mechanism in karst graben basin” was to reveal the migration of carbon, nitrogen, calcium and water, as well as evolution process and driving mechanism of ecosystem succession and rocky desertification. In this respect, the factors of lithology, topography, ecology, hydrology, vegetation, socio-economy, meteorology, soil, etc. were studied in the demonstration areas of Mengzi and Luxi rocky desertification control. Moreover, the interaction between vegetation and hydrological processes in the typical watershed was established, and the critical period and water requirement of the ecological water demand in the watershed were established. The ecological and hydrological process of the vegetation, as well as nitrogen, calcium and water cycling, and the carbon sequestration ability of ecosystems were used to predict the evolution of ecosystem succession and rocky desertification. The results provided the theoretical basis for the rational allocation of ecological water resources and ecological restoration in rocky desertification area.     

典型岩溶包气带洞穴滴水水文过程研究——以桂林硝盐洞为例

选取桂林丫吉试验场硝盐洞为研究对象,通过示踪试验和高分辨率水文水化学监测,确定滴水补给来源,研究典型岩溶包气带洞穴滴水对降雨响应的水文过程。研究结果表明,硝盐洞XY5滴水主要受到两种径流成分补给,即集中补给的管道流和弥散流。硝盐洞上部包气带中可能存在表层岩溶带含水层,长期维持滴水流量。滴水流量、电导率和示踪剂浓度的峰值均出现在强降雨时段,表现出快速响应的管道流特征,存在降雨阈值引起硝盐洞滴水降雨响应。降雨前岩溶含水层水分条件是包气带水文响应差异的主要原因,雨季滴水对降雨响应迅速,XY5滴水对降雨响应的滞后时间为10 h;而旱季对降雨的响应滞后明显,滞后时间达9.8天,体现了土壤和表层岩溶带的调蓄作用。74.4 mm降雨量是旱季转雨季滴水响应的降雨阈值。借助于洞穴滴水的水文动态变化和示踪试验技术对于研究包气带水文过程,深入了解岩溶含水层结构及特征,揭示岩溶区降雨入渗补给机制具有重要作用。     

中国西南岩溶关键带结构与物质循环特征

岩溶关键带调查研究的目标是揭示岩溶生态系统的动态平衡和演化机制,旨在为经济社会提供资源环境服务的可持续管理对策,指出在合理的人为活动下增强岩溶关键带韧性的办法及修复受损部位的有效途径。碳酸盐岩作为可溶岩,赋予了岩溶关键带在结构上及物质循环过程中的岩石圈-生物圈相互作用等方面的若干特殊性。该文以中国西南岩溶区为例,总结了诸多学者的研究成果,揭示了从桂林岩溶区到重庆武隆岩溶区,岩溶关键带发育厚度由几米逐渐增厚至1 000 m的区域差异; 岩溶关键带的垂向物质循环过程以土壤-表层岩溶带为中心环节,而在横向上则呈现“岛屿状”镶嵌分布特征,地表生态具脆弱性; 岩溶关键带碳循环过程包括岩溶碳循环和生态碳循环两部分,碳汇则由植物碳汇、土壤碳汇和岩溶碳汇组成,初步估算其碳汇通量为64.36 t/(km²·a)。     

黑河流域生态—水文观测试验与水—生态集成管理研究

对黑河流域水—生态—经济系统研究的主要内容“流域生态—水文观测试验与流域水—生态集成管理”做了概要论述。认为流域水循环、生态水、集成水管理三大科学问题的解决必需加强该领域的研究;结合黑河流域的前期基础、研究现状和能力建设,提出了近期研究的4个领域：流域水循环、水平衡与可利用水资源;流域生态—水文过程与生态环境用水;人类活动驱动的流域水—生态系统演变;流域生态—水文野外平台与流域集成环境。对此进行了进一步的阐述,对该方面研究的方法论和技术难点亦做了简述。     

岩溶水柜集流坡面的径流模式和调控建议

作为南方岩溶地区水柜水源的坡面径流,其形成和动态变化缺少精确且详细的解析。选择桂林丫吉试验场峰丛洼地的一个表层岩溶泉为对象,通过1个水文年多指标的监测,获得不同降雨条件下坡面径流的水文和水化学动态过程,以水文分析和水化学示踪解析径流水文特征、产流条件和水源组成。结果表明:坡面径流的水文过程季节性变化对比强烈,低水位总时长占全年的一半,连续时长超过3个月,全年连续断流有40多天,显示坡面径流水源不稳定,具有调控的必要性;受控于溶蚀作用的水化学动态展示了来自于多种界面的径流汇合过程;电导率等指标的波动共同指向降雨事件中形成于裸岩区的石面流发挥先锋作用。依据集流场的下垫面结构从3个方向提出调控建议:减少裸岩区径流渗漏;改善表层岩溶带通透性;揭露覆盖区隐伏径流。这些措施将有助于增加水柜蓄水量,提高径流利用效率。     

桂林会仙湿地狮子岩地下河系统水循环对降水的响应

岩溶湿地是西南岩溶生态系统的重要调节器,对该地区的可持续发展有重要意义,而水循环作为维系岩溶湿地健康运转的核心因素,已经成为当前的研究热点。2020年4月15日—5月30日野外监测了桂林会仙湿地狮子岩地下河系统参数,采用水文动态分析与水均衡等方法,开展了地下河系统水循环研究。结果表明：（1）地表径流、土壤水、表层岩溶带...