微生物与化学示踪岩溶地下水补给源和途径

在重庆岩溶地下河系统,进行两次高分辨率示踪试验,分析地下含水介质的类型;以硝化、反硝化细菌作为微生物指示因子,根据Cl-和流量聚类分析划分雨、旱季,分析其与NO2-、NO3-的相关性,判断地下水补给途径。两次示踪试验中示踪曲线均为单峰型,无拖尾,示踪剂回收率分别为93.94%、27%,最大视流速与平均视流速之比为1.26、1.12,说明该岩溶槽谷区存在大型的岩溶管道含水介质,水流畅通,无大型溶潭或岔道。聚类分析结果为:旱季(10月~次年4月)地下河出口S2处硝化细菌与NO3-、反硝化细菌与NO2-相关系数达0.9290、.811,与土壤渗透水性质类似;雨季(5~9月)时,微生物与NO2-、NO3-无相关性,R均低于0.5,与上游落水洞D1处地表水类似。说明旱季时地下水主要是地表下渗的裂隙水补给,流经与暗河连接的岩溶裂隙途径,雨季时为经落水洞流入地下河的地表径流补给岩溶管道。     

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。     

桂西大型岩溶地下河系统离子来源及碳稳定同位素信息——以坡心地下河流域为例

为探讨坡心地下河系统内地表和地下水体的水化学离子特征、来源及其控制因素,无机碳来源及其稳定性。运用水化学计量法和同位素法对采自坡心地下河流域的38个采样点的水化学和碳稳定同位素样品数据进行分析。结果表明,地下河干流沿程受到局部岩性和支流稀释作用的影响明显,各水化学离子均有所变化。化学离子比例分析发现:大气降水对部分泉水的Cl~-和Na~+影响较大;碳酸盐岩溶解类型主要以灰岩溶解为主,地表水和地下河天窗的Mg~(2+)/Ca~(2+)摩尔比值与HCO_3~-呈负相关,说明在宏观上灰岩溶解程度越强烈,HCO_3~-值就越高,并且H_2SO_4和HNO_3积极参与流域内碳酸盐岩风化。硅酸盐岩的风化对地表和地下水体的Ca~(2+)、Mg~(2+)、Na~+、K~+有一定的贡献。此外,人为采矿活动和农业活动对SO_4~(2-)和NO_3~-的产生有较大的影响。质量平衡正推模型结果显示:受到区域岩性和水文条件的影响,地表和地下河天窗水体主要受碳酸盐岩溶解影响,硅酸盐岩溶解和大气输入也有一定的贡献,三大来源的相对比例在空间上变化较大。水体内的可溶性无机碳(DIC)主要来源于碳酸盐岩的溶解和土壤内CO_2的贡献。地表水和地下水的DIC浓度和δ~(13)C_(DIC)值差别较大,DIC值与δ~(13)C_(DIC)呈反相关关系,这说明来自土壤CO_2贡献的DIC越多,其对碳酸盐岩矿物的溶解能力越强。根据本研究区的数据与前人在西江干流的上、中、下游进行对比,结果表明碳酸盐岩风化产生的DIC可以被西江干流的水生植物利用,从而形成稳定的碳汇。     

渝东南深部地热温度解析

热储温度是划分地热系统成因类型和评价地热资源潜力的重要参数。文章在采集分析渝东南13个地热水样的基础上,利用无蒸汽损失石英和有蒸汽损失石英温标法、玉髓法a和玉髓法b,修正的SiO2温标法,K-Mg、Na-Li、Na-K、Na-K-Ca等阳离子温标法计算渝东南深部热储温度,并利用Na-K-Mg三角图解法和矿物饱和指数法检验所用方法的可靠性,结果表明:研究区利用SiO2(无蒸汽损失)温标法和修正后的SiO2温标法计算所得出的热储平均温度更适用,各地热水点热储温度范围在62.78~124.81℃,平均热储温度88.98℃。      

基于PCA和在线监测技术研究旅游活动对岩溶地下水水化学的影响

岩溶地下水极易遭受污染且响应迅速,单靠几次取样难以揭示这种快速的动态过程。本研究采用高分辨率在线示踪技术确定了重庆金佛山水房泉的污染源位置,利用高密度监测获取了水房泉2014-12-01至2015-03-27期间水化学信息,同时定期获取流域内的大气降水、土壤水、景区假日酒店生活用水(以下简称宾馆用水)及污水样品。结果表明:投放在假日酒店卫生间的荧光素钠在水房泉的回收率为82%,示踪剂到达水房泉的最短时间和平均时间分别为26.8 h、90.3 h;水房泉泉水(以下简称泉水)在监测前期(2014-12-01至2014-12-14)和监测后期(2015-03-05至2015-03-27)大部分水化学指标的数值接近,监测中期出现的3次较大幅度的波动,与游客高峰期契合。主成分分析(PCA)提取了能代表75.0%信息量的2个主成分,旅游活动引起的pH值、溶解氧降低及电导率、盐度、浊度、K~+、Na~+、Ca~(2+)、Mg~(2+)、Sr~(2+)、全Fe、全Mn、SiO_2、HCO_3~–、Cl~–、PO_4~(3–)的上升,对本次监测信息的贡献率为61.2%;大气降水则导致泉水流量增加、水温降低,NO–3、Al~(3+)可能受到活塞效应的影响而增加,对本次监测信息贡献率为13.8%。旅游活动是影响该时段泉水水化学特征变化的主要因素。     

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。      

旅游酒店排污影响下的岩溶地下水水化学变化

岩溶地下水系统具有高度的开放性和脆弱性,使得地下水极易遭受污染.为探究旅游酒店排污对岩溶地下水水化学变化的影响,以金佛山世界自然遗产地水房泉流域为例,对水房泉地下水的水化学进行自动化监测,对流域内雨水、土壤水、某酒店自来水、污废水进行定期采集,结合流域硝酸盐氮氧同位素分析.结果表明,监测期间水房泉水化学变化随酒店入住游客量总体表现为3个阶段：前期受降雨影响显著,旅游高峰期间水质急剧恶化,后期水质明显好转.酒店生活污废水的排放成为水房泉水化学演变的重要因素,硝酸盐氮氧同位素表明水房泉的NO₃^-主要来自粪便、污废水以及土壤N的混合.H₂SO₄及污水中HCl、有机酸等可能参与了碳酸盐岩的溶蚀,使水房泉Ca²⁺、Mg²⁺、HCO₃^-浓度增加明显.流域岩溶管道发育,地下水流速快,使污染物质扩散迅速,故在研究期间水房泉主要离子的浓度高峰对污废水排放高峰的响应仅滞后约4 d.     

金佛山世界遗产地岩溶地下河系统硝酸盐来源与转化

地下水硝酸盐污染已成为一个普遍的环境问题.为研究重庆金佛山水房泉岩溶地下河系统的硝酸盐来源与转化,于2017年4-10月每24 d左右对地下河系统内的某酒店自来水、化粪池、1^#落水洞、水房泉4个采样点开展监测,进行水化学和δ¹⁵N_nitrate、δ¹⁸O_nitrate同位素分析.某酒店污水经化粪池处理后,由1^#落水洞排入地下河,最后在水房泉排泄.结果表明：①水房泉NO₃^-浓度范围为4.65~10.20 mg/L,相对于我国生活饮用水标准处于较低水平;化粪池、1^#落水洞、水房泉3个采样点电导率和NO₃^-、Cl^-浓度的高值期与游客人数增多对应关系较好.②某酒店自来水δ¹⁵N_nitrate值为3.7‰~5.8‰、δ¹⁸O_nitrate值为1.6‰~2.7‰,说明硝酸盐主要来源为土壤有机氮,处于自然背景值;1^#落水洞δ¹⁵N_nitrate值为14.4‰~21.1‰、δ¹⁸O_nitrate值为3.5‰~11.2‰,显示硝酸盐主要来源为粪肥污水;化粪池和水房泉的δ¹⁵N_nitrate值为3.7‰~17.0‰、δ¹⁸O_nitrate值为-9.0‰~7.3‰,表明硝酸盐主要来源为土壤有机氮与粪肥污水,显示其硝酸盐主要污染源是酒店生活废污水.③某酒店自来水、水房泉地下水的硝酸盐转化过程以同化作用为主;化粪池污水以硝化作用为主,是岩溶地下河系统硝酸盐的重要来源之一;1^#落水洞污水表现为反硝化作用.④基于SIAR模型对水房泉的硝酸盐来源进行定量解析,发现大气降水、土壤有机氮和粪肥污水的贡献率分别为28%、36%和36%左右.     

基于高分辨率示踪技术的岩溶隧道涌水来源识别及含水介质研究

利用高分辨率示踪技术探讨了重庆三泉隧道突水来源,并对含水介质进行了刻画,结果表明:（1）隧道涌水段受长滩地下河影响,而麦阴槽落水洞为长滩地下河的补给来源之一;（2）试验段岩溶含水介质通畅,地下水流速快,为典型紊流态;地下河管道结构不均匀,发育两条过水通道,为主管道并联支管道,无溶潭和地下湖发育;利用Qtracer2软件,计算得到地下河几何参数及水文地质参数:地下管道储水体积为1 148.4 m3,表面积为1.30×106 m2,平均直径为1.37 m,长度为780 m;摩擦系数为0.51,舍伍德数为1 055.1,施密特数为1 140,水力深度为1.08 m,分子扩散边界层厚度为1.3 mm;（3）因试验时间短、试验为小流量期及存在其他地下河出口等条件制约,示踪剂天来宝的回收率较低,上湾洼地与隧道涌水段连通关系有待进一步研究;（4）由于三泉隧道涌水点与地表水具有直接水力联系,且涌水量大,建议引走地表洼地水源、填埋隧道上方麦阴槽落水洞或在隧道下方新建泄水洞排水。      

发展中的板块边界:天山-贝加尔活动构造带

不同的土地利用方式可使土地理化性质产生一系列的变化和差异,从而影响到岩溶作用的方向和强度。通过野外溶蚀试片实验法,对金佛山典型岩溶区碧潭泉和水房泉两泉域岩溶生态系统的5种典型土地利用方式下的土壤溶蚀速率进行雨季短时间尺度变化的野外观测。2006年7月中旬开始,重庆地区罕遇43天高温无雨的特殊天气,测试结果表明不同土地利用方式甚至同一土地利用方式下不同海拔的岩溶区石灰岩试片溶蚀速率都存在较大差异,碧潭泉域雨季绝对溶蚀量仅为水房泉域的13.3%,6个测试点土下溶蚀量由大到小依次为水房泉竹林地、水房泉林地、水房泉草地、碧潭泉林地、碧潭泉灌草丛、碧潭泉耕地。在研究时间内降雨量、温度和土壤CaCO3含量差异的基础上,金佛山两泉域岩溶作用主要有两个控制因素:土壤CO2浓度、土壤有机质。