岩溶地下河系统短时间尺度水化学变化周期识别

20世纪末的十余年以来,岩溶学研究迅猛发展,最突出的是建立了岩溶动力系统基本理论.岩溶动力系统是控制岩溶的形成演化并受制于已有岩溶形态,在岩石圈、水圈、大气圈、生物圈界面上以碳、水、钙循环为主的物质、能量传输、转换系统(图1).该系统由固、液、气相三部分组成,固相部分为各种以碳酸盐岩为主的岩石及其中的裂隙网络;液相部分为含有以Ca2 (Mg2 ),HCO-3,CO23,H 和溶解CO2为主要成分的水流;气相部分则以CO2为主的各种参与岩溶作用的气体.     

旅游活动输入岩溶地下河系统的水化学指纹记录

地下河系统是岩溶地质景观的重要组成部分,利用特殊岩溶地形地貌建立的国家重大科技基础设施成为科研和旅游的胜地。为了解旅游活动对岩溶地下河系统水化学的影响,文章分析了大小井地下河系统入口和出口在不同旅游时段的水化学特征。结果表明：受旅游人数影响,污水水化学变化较大;大小井水化学类型为Ca-HCO3型,水岩相互作用产生的Ca2+、Mg2+和${\rm{HCO}}_3^{-}$从入口到出口逐渐增加,而人类活动输入的K+、Na+、Cl−、${\rm{NO}}_3^{-}$和${\rm{SO}}_4^{2-}$则表现出差异性特征。小井地下河系统因受沿途城镇生活排放污水和农业活动影响,水化学波动较大,出口K+、Na+、Cl−和${\rm{NO}}_3^{-}$升高;大井地下河虽受旅游活动输入影响,但K+、Na+、Cl−、${\rm{NO}}_3^{-}$和${\rm{SO}}_4^{2-}$随着地下径流长度增加而降低。HFE−D和Gibbs模型以及离子比例系数分析显示,地下河系统受到了城镇生活排放、旅游和农业等人类活动输入的影响,这一现象应引起足够的重视。     

云贵高原岩溶地下河的研究

岩溶地下河是云贵高原重要的岩溶形态,它不但分布广,而且地下水资源丰富,因此地下河已成为高原岩溶地下水研究的中心环节与主要供水水源。     

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。     

西南岩溶地下河系统水流运动数值模型

为深入认识地下河系统水循环规律,针对与周围空隙介质有密切水力联系、分布于饱和带中且具有集中排泄的地下河系统,建立了水文地质概念模型.阐述了该类型地下河系统中不同含水介质水流运动特征及相应的运动方程,给出了数值模型中方程和空间离散方式及模型的求解方法,分析了数值模型中孔隙水和裂隙水自由面、管道有压和无压转换、管道层流和紊...     

地下河系统水动态监测网络优化对比分析:以桂林海洋-寨底地下河系统为例

基于我国南方地区岩溶发育极不均匀、水位水质动态变化快的特点,通过对信息熵法和防污性能法所得结果的对比,分析在缺少系列监测资料条件下,利用岩溶水系统防污性能评价结果快速布设地下河系统水动态监测网的可行性及其布设原则。根据防污性能评价结果,结合水循环特征,桂林海洋-寨底地下河系统水动态监测网需由17个监测站组成;采用信息熵法对现有35个监测站进行优化后,认为只需要12个监测站就可组成最优监测网,但这12个监测站点与采用防污性能评价法得到的点位完全重合,且均位于防污性能差的地区。对比分析认为,以地下水系统防污性能评价结果布设地下水动态监测网是可行性的,因为岩溶发育区既是防污性能差的地区,也是地下水动态变化快的地区,能充分反映地下河系统水质水量变化。采用防污性能评价法布设地下水动态监测网时,需要充分认识和了解地下河系统水文地质条件和地下河管道结构特征,且需要遵循以下原则:(1)在岩溶发育相对较弱的系统中部(基本上不存在防污性能差的地区)不设置监测站点;(2)在距离地下河出口较近的岩溶发育区内(即防污性能差的地区)监测站点可由地下河出口替代;(3)对于多支管道系统,岩溶发育相对较弱且距离较短的小型支管道上可以不布设监测站,由支管道与主管道交汇处的监测站代替。     

云南南洞岩溶地下河水温场时空变化规律研究

本文以通过水温场研究来获取含水系统内部信息为出发点,就南洞地下河系统水温季节性变化特征、各分区水温差异、钻孔测温曲线等进行了系统分析,并对其形成原因及所包涵的水文地质意义作了探讨,认为水温场特征的形成与含水系统内部结构间存在密切联系,温度场的测试与研究可以作为探测含水层内部信息的一种有效手段。     

岩溶水系统的水化学曲线及其在水文地质研究中的应用

为了认识水文地质条件与岩溶泉水化学之间的关系,以西南地区的6个典型岩溶水系统丫吉试验场S31号泉、毛村地下河、官村地下河、陈旗岩溶泉、青木关地下河以及金佛山水房泉为例进行研究。通过对比发现,在这些强烈非均质的山区裸露型岩溶水系统中,仪器能够实现自动化监测的电导率、温度和pH值等指标的水化学曲线存在差异。分析可知控制水化学变化的主要因素如下:首先是降雨补给引起系统的水量与碳酸盐岩溶解过程的变化;其次是CO₂气体随降雨进入含水层,促进碳酸盐岩的溶解;最后是地表污染物的淋滤。当电导率、水温、pH曲线出现降低和碳酸盐岩矿物饱和指数下降时,反映的是岩溶水的稀释作用;当电导率曲线出现高峰时,反映的是岩溶水补给的CO₂效应,此时水中二氧化碳分压(p_CO2)升高;当场雨中水化学曲线的变化滞后于水文动态曲线时,反映的是岩溶管道的活塞流效应;与人类活动有关的NO₃^-等污染物质量浓度在降雨后出现高峰,反映土壤的降雨淋滤作用,并可能影响电导率的变化趋势。某个系统的水化学曲线趋向于经常出现某几种效应,并且彼此的类型不同,表明了降雨补给的面状渗流方式和集中灌入方式对岩溶水影响的强弱不同,以及系统在径流方式和调蓄机制上的差异。一般而言:以面状补给方式为主的系统,水化学曲线多表现为CO₂效应,较少出现稀释作用;而岩溶发育强烈的系统,降雨补给受控于溶蚀裂隙和管道,其水化学曲线较多出现稀释作用,较少出现CO₂效应;以管道为主要径流方式的系统易出现活塞流效应,而包气带厚度大和含水层储水能力强的系统水化学变化被减弱。     

四川岩溶地下河空间分布规律研究

利用mapgis软件提取四川省1:20万或1:50万水文地质图信息,初步查清四川岩溶水地下河的空间分布规律,统计得出岩溶地下河约168条,总长度约77.23 km,多年平均枯季流量为470.02 L/s,地下河发育密度为0.88 m/km2,多年平均径流模数为9.52 L/s·km2。四川地下河长度以中、短型为主,小于5 km的占67.92%;流量以中、小流量为主,小于200 L/s的地下河占总量的49%。从区域构造来看,主要分布于准扬子地台的上扬子台坳、四川台坳、龙门山-大巴山台缘坳陷、康滇地轴等;从行政区划来看,主要分布于古蔺县、叙永县、筠连县、邻水县、盐源县等地。     

短时间尺度下岩溶泉碳汇效应研究——以重庆金佛山水房泉为例

通过对金佛山水房泉的离子含量、电导率、水位等参数进行监测,采用水化学—流量法计算出水房泉一个完整水文年的月碳汇通量。结果显示,水房泉雨季碳汇通量远大于旱季,碳汇通量最大值出现在7月,最小值出现在1月。月碳汇通量与月降雨量和月径流量之间存在很好的同步关系。水房泉HCO3-的含量受温度、降雨、流量以及表层土壤CO2等因素综合影响,且月碳汇通量的最值与HCO3-含量的最值在时间上存在很大的差异。降雨量是控制岩溶地下水碳汇通量的绝对主导因素。相比于年尺度下大流域的碳汇估算,短时间尺度下小流域的碳汇计算更加准确。另外,分析地下水流量、气候变化等因素对岩溶碳汇的影响,对于水化学—流量法的准确运用以及岩溶碳汇机制的深入研究也有十分重要的意义。     

水生植物对岩溶区河水地球化学昼夜变化的影响——以漓江为例

为研究河流非岩溶区断面和岩溶区断面生物地球化学昼夜变化过程、特征及影响因素,探讨水生生物对岩溶区河水碳汇作用的影响,于2016年10月30日-2016年11月1日,在广西桂林漓江干流非岩溶区的峡背和岩溶区的省里设置两个监测点同时开展了为期48小时的高分辨率在线监测和高频率取样工作,研究其水文参数(电导率(EC)、水温(T)、pH以及Ca2+、HCO-3、NO-3等离子和溶解无机碳同位素(δ13CDIC)等水化学参数的昼夜变化规律,并分析其影响因素。发现:（1）峡背和省里两断面水化学类型为HCO3－Ca型,但水文地球化学昼夜变化过程不同:省里断面的物理化学参数昼夜变化显著,T、pH、DO、SIC白天上升夜间下降,Ca2+、HCO-3的质量浓度和EC、p (CO2)白天降低、夜晚上升;而峡背断面理化指标昼夜变幅小,这与峡背断面处于岩溶区与非岩溶区交界处,非岩溶河流汇入、生物量较小等环境特征有关。（2）省里断面营养元素(NO-3、SO42-、Cl-、Na+)昼夜变化过程主要受水生植物同化作用控制,呈现白天降低、夜间升高的变化规律。（3）峡背断面和省里断面TOC 与DOC白天上升、夜间下降,最高日变化幅度可达79%和61%,利用端元混合模型计算得出省里断面和峡背断面内源有机碳占总有机碳的比例分别为91.99%和88.39%,省里断面和峡背断面水生植物光合作用利用HCO-3作为无机碳源的比例为67.42%～99.75%和57.76%～69.78%,平均值分别为79.54%和63.13%。（4）省里断面溶解无机碳(DIC)变化范围为67.1～115.9 mg·L-1,平均值为96.5 mg·L-1,呈现白天下降夜间上升的变化。δ13CDIC变化范围-7.8‰～-9.9‰,平均值为-8.9‰,表现为白天偏重、晚上偏轻的动态变化,两者呈显著的负相关关系(相关系数为-0.79)。研究表明省里断面水生植物光合作用和呼吸作用以及钙沉降是控制DIC昼夜变化的主导因素。通过估算监测期间省里断面光合作用DIC转化速率平均值为1.2×10-5 mmol·L-1·S-1,Ca2+离子的沉积速率平均值为0.18×10-5mmol·L-1·S-1。因此,岩溶区河段水生生物光合作用及其固碳能力较非岩溶区河段明显增强。      

基于岩溶水动态的岩溶地面塌陷预测预报方法

由于突发性、影响因素多样性等特点,岩溶地面塌陷的预测预报目前只能做到区域上的危险区划定,而不能实现危险区内何时、何处发生塌陷的预测预报。已有岩溶地面塌陷调查结果表明,岩溶地面塌陷的发生是有前兆的,即附近水井会提前出现水位波动大、水浑浊等现象。本文据此提出了建立健全岩溶水监测网络,对岩溶水位、水量、浊度及主要化学组分等指标进行实时动态监测,结合岩溶水流向等参数,实现短时间（数小时至数日）、小范围（小于监测网络间距）的较高精度岩溶地面塌陷预测预报的方法,并以山东省莱芜市孟家庄地区为例做了简要说明。      

基于EOF和M-K的晋祠泉域岩溶地下水水化学时空变化特征分析

为研究晋祠泉域岩溶地下水水化学的时空变化规律,以2001-2014年该泉域内具代表性的岩溶水监测点水质资料为基础,以pH值、7大主要离子及TDS作为因子,运用经验正交函数（EOF）分析与Mann-Kendall（M-K）突变分析相结合的方法,对晋祠泉域14年的水化学场进行时空结构分离。结果表明:在空间分布特征上,pH值由北向南逐渐减小,汾河中段以南出现低值区;Ca2+、Mg2+、HCO3-、SO42-和TDS的空间变化趋势相似,整体上均是由北向南逐渐增加,等值线在古交一带较周围地区升高;K+ + Na+和Cl-含量在整个泉域普遍较低,但K+ + Na+在泉域边界处的王封和西寨一带含量升高,Cl-在古交以及西华苑处增高。在时间演化特征上,从2001-2014年pH值、Mg2+、K+ + Na+、HCO3-和Cl-含量基本在平均值上下波动;Ca2+和SO42-含量逐年降低,且分别在2008年和2009年之后呈明显的下降趋势;TDS在2005-2007年呈明显的下降趋势,在其它时段下降趋势不显著。      

基于权重反分析的岩溶地面塌陷危险性评价方法研究

为能快速、准确地对覆盖型岩溶发育区进行地面塌陷危险性评价,提出了基于权重反分析的岩溶地面塌陷危险性评价方法。该方法在确定岩溶地面塌陷主要影响因素的基础上,收集整理了唐山地区100个典型工程实例,进而采用权重反分析方法,求得了岩溶地面塌陷各主要影响因素的权重,并建立了岩溶地面塌陷危险性综合评价的评分表。权重反分析结果表明,选取的5个主要因素的权重分别为：岩溶发育程度0.338、第四系底部隔水层隔水能力0.255、覆盖层厚度0.186、基岩水水位埋深0.174、距断裂距离0.047,采用新建立的评分表对100个工程实例的评价结果显示,其评价的正确率达到99%,证明该表具有良好的可行性与有效性。此外,该评分表具有评价因子易于获取、评价过程简单易懂等特点,可准确、快捷地对与唐山岩溶发育区相似区域的岩溶地面塌陷危险性给出评价,因而值得推广和应用。     

则曲河流域水化学特征与大骨节病的关系研究

大骨节病是一种严重影响则曲河流域居民身体健康和经济发展的地方病。通过对壤塘县则曲河流域不同区段大骨节病的调查,结合相应的水化学环境及水质检测结果,分析了各区段的水化学特征及不同区段、不同水化学环境的基本状况,开展了大骨节病与水化学特征之间关系的综合研究。研究发现该流域大骨节病发生与饮用水的溶解性总固体和总硬度偏低,腐殖酸偏高等因素有关,其成果可为病区大骨节病防治提供相应的依据。     

济南岩溶地下水化学成分的形成

本文研究济南岩溶排泄区地下水化学成分的形成。先用Cl-和NO3-浓度作为示踪剂分析补给区的大气降水输入,鉴别出西郊和平安店排泄区地下水没有被明显污染,市区和东郊排泄区地下水受到明显污染,污染主要来自当地浅层地下水或近地面土层。之后,利用西郊排泄区的测试数据进行了横向径流带的水-岩作用定量分析,与示踪剂研究结果一致,市区和东郊排泄区地下水被明显污染,同时提出地下水在径流过程中发生脱白云石化过程的趋势线。     

水化学—稳定同位素技术在岩溶水文地质研究中的应用

水化学—稳定同位素技术在岩溶水系统分析中得到了广泛的应用,尤其是在指示岩溶水文地球化学过程、识别岩溶水补给循环途径、溶质溯源及岩溶水污染监测防控等方面显示了独特的优势,产生了丰富的成果。本文着重阐述了环境稳定同位素δD、δ18O、87Sr/86Sr的工作原理,及水化学—稳定同位素技术在岩溶水文地质研究中的应用。此外,论文还以娘子关泉域和北京西山岩溶水系统为例,介绍了运用水化学—稳定同位素技术分析岩溶水系统补给的思路和方法,展望了该技术在岩溶水文地质和岩溶生态环境领域中的应用前景。     

基于探地雷达属性分析的典型岩溶不良地质识别方法

采用探地雷达进行岩溶隧道超前地质预报时,受现场探测环境、岩溶地质的复杂性以及解译技术制约,多解性问题一直未能得到很好解决。从依托工程中选取代表性的案例,分析总结隧道建设中常见的几种典型岩溶不良地质的属性特征,结果表明岩溶不良地质类型与探地雷达属性参数有很好相关性,其中:空腔型溶洞、干燥松散黏土夹碎石充填型溶洞和无水破碎带雷达反射波中心频率随时间衰减较慢,分布范围分别为90~105、85~100、70~110MHz;软塑状黏土充填型溶洞和富水破碎带雷达反射波中心频率随时间衰减较快,分布范围分别为60~80MHz和40~70MHz。研究属性特征定量表示方法,提出基于广义S变换及子波谱模拟的雷达波吸收衰减参数计算方法。实际数据分析结果表明:每种属性都能从某些角度反映岩溶不良地质体雷达反射波的特征,在综合多个特征参数后,可以较好地区分不同的岩溶不良地质类型,从而提高探地雷达目标识别精度。     

重庆典型岩溶区地下河水体有机氯农药污染初步研究

利用GC-ECD对重庆典型岩溶区地下河水体中有机氯农药(OCPs)进行检测,结果表明,地下河水中OCPs浓度为3.41～51.34ng/L,均值为13.23ng/L;滴滴涕(DDTs)浓度为0.07～2.37ng/L,均值为0.72ng/L;六六六(HCHs)浓度为1.16～39.82ng/L,均值为7.89ng/L。南川湾滩地下河水体有机氯农药污染最为严重,其上游纸厂排放废水是影响该地下河有机氯农药污染的主要原因。与国内外其它河流相比较,研究区地下河水体有机氯农药含量处于中低水平。由于岩溶区特殊的二元结构,地表水体一旦受到污染,将直接影响到地下水体。因此,对岩溶地下河进行有机污染物的调查研究具有重要的现实意义      

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、61.15 L·s-1·km-2,年平均径流模数为33.36 L·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。