喀斯特石漠化地区土壤地下漏失的机理研究——以贵州普定县陈旗小流域为例

土壤的地下漏失是喀斯特石漠化地区一种特殊的水土流失方式。本文以喀斯特石漠化严重地区——贵州普定县陈旗小流域为例,阐明了土壤地下漏失的过程及其机理。研究结果表明喀斯特地区特殊的地质环境为土壤的地下漏失创造了有利的空间条件;地表降水的大量渗漏为土壤的地下漏失提供了侵蚀的水动力条件;风干的土壤团聚体遇水易崩解,离散出的细粒物质可沿土间孔隙和岩溶裂隙向地下空间迁移;岩溶洞隙内填积的粘土在流水的浸润软化下呈可塑、软塑甚至流塑状,可向其下的溶洞、地下河蠕滑搬运,最终导致地表土壤漏失。      

表层岩溶裂隙带土壤地表流失/地下漏失室内模拟实验

以表层岩溶裂隙带为研究对象,采用室内模拟降雨的方法,通过控制降雨强度、坡度、裂隙宽度、裂隙产状,研究其对土壤地表流失、地下漏失的影响。结果表明：（1）土壤地表流失主要受降雨强度和坡度的影响,土壤地表流失量随降雨强度的增大而增大、随坡度的增大而增大,30°坡面土壤地表流失量最高。（2）土壤地下漏失主要受裂隙宽度、产状和坡度的影响,对降雨强度的响应不明显;土壤地下漏失量与裂隙宽度大小呈正相关关系,裂隙走向与坡面走向呈30°时最容易发生土壤地下漏失;坡度与土壤地下漏失的发生呈负相关关系;伴随降雨,土壤地下漏失速率变化幅度较大,漏失速率先增加后减小直至停止。无落水洞、漏斗等管道的岩溶坡面土壤流失的主要形式是地表流失,而土壤地下漏失的主要通道是落水洞、漏斗等大型岩溶管道,土壤地下漏失对土壤流失的总贡献率小于5%。     

西南喀斯特城市地下水文系统地球化学特征

在自然界水循环系统中,地下水系统是非常重要的亚系统,降水、蒸发、蒸腾、地下水补给、径流、排泄的时空变化对一个地区的生态环境有很大影响.     

黄河下游洪水的泥沙输移特征

研究了黄河下游1950-1960年、1969-1985年144次洪水的泥沙输移特征.结果表明:泥沙输移比(SDR)随场次洪水平均含沙量和平均来沙系数的增大而迅速减小;存在着一个使泥沙的输移比达到最大值的最优洪水流量级(4000m3/s左右);场次洪水泥沙输移比与场次洪水最大含沙量之间存在着负相关,当最大含沙量(C_max)>300kg/m3时,泥沙输移比(SDR)<0.50,说明高含沙洪水的输移比是很低的.上中游不同源区的洪水对下游的SDR有显著的差异.来自河口镇以上清水区洪水的SDR大多数大于0.60;来自多沙细沙区洪水的SDR都大于0.50;来自多沙粗沙区洪水的SDR则小于0.50.黄河下游SDR与来自不同来源区洪水的搭配关系有关,SDR随来自粗泥沙区来沙量比例的增大而增大,达到一个峰值,与之相对应的粗泥沙区沙量百分比为50%;对于细泥沙区来沙量比例而言,情形类似,与SDR峰值相对应的细泥沙区来沙量百分比为40%.     

贵州普定后寨地下河流域地下含水空间结构特征

根据大量的裂隙统计、水动态资料及时间序列分析,对贵州普定后寨地下河流域地下含水空间结构特征进行了讨论。结果表明在研究区的不同地段,其喀斯特的发育程度、地下空间类型和组合有明显的差异。据此把研究区划为五个不同的地下空间结构地块单元。在流域的上游地区,表现为管道结构和快速径流地带,储蓄和调节能力差,以与地表垂直的垂直管道—溶道双重介质为主。下游地区表现为网状裂隙＿管道型的含水空间结构,储存效应和调节能力强,主要的储水空间为溶隙。      

改进的BP神经网络在流域产沙量预测中的应用

误差逆传播算法是多层前向网络的典型算法，但是其平方误差函数超曲面存在许多局部极小值，于是给出了基于输出空间的全局优化BP算法（global optimization back propagation algorithm, 简称GOBPA），应用GOBPA，建立黄河某流域年均产沙量的预测模型，结果表明，用GOBPA训练的多层前向神经网络能够以很高精度预报年均产沙量。     

水土保持措施对流域泥沙输移比的影响

以黄土高原无定河流域为例研究了水土保持措施对流域泥沙输移比的影响。水土保持措施极大地改变了流域泥沙的侵蚀、输移和堆积过程,因而改变了流域的泥沙收支关系。在天然状况下,无定河流域的泥沙输移比接近10。20世纪60年代后流域内大规模地展开水土保持工作以来,泥沙输移比急剧下降为0.2～0.4。泥沙输移比的变化,主要是由于流域内人为沉积汇的形成所致。这种人为沉积汇表现为水库、淤地坝的拦沙作用,导致了泥沙输移比大幅度减小。在目前状况下,人工沉积汇的拦沙作用相当于坡面措施减蚀作用的2 4～6.3倍,表明坡面治理措施的有效性尚有待提高,并亟待在生态环境建设中予以加强。     

路南石林喀斯特流域水文特征初探

本文运用水文地貌系统耦合分析的方法,对路南石林喀斯特流域水文特征进行了探讨,对喀斯特完全入渗式流域和完全漏渗式流域的特性进行了初步研究,揭示了侵蚀基面的变化对流域地表地下水系结构的影响,认为石林发育区水文特征有其自身的特点。      

长江上游屏山至宜昌河道泥沙存贮量的变化及其地貌学意义

通过河流输沙分析研究了长江上游河道的悬移质泥沙存贮量及其变化。结果表明,1956～2000年屏山-宜昌河段历年的河道存贮量的变化可以划分为3个阶段,即两个泥沙存贮期和1个泥沙释放期。1956～1968年为第1个泥沙存贮期,河道泥沙存贮累积性增加,累计存贮量为4.0126×108t,与这一时期人类活动导致的流域侵蚀加剧有密切的关系;1969～1983年为泥沙释放期,累积释放量为2.6533×108t——支流水库大量修建,拦截了泥沙,下泄泥沙减少,进入长江干流的泥沙减少,含沙量降低,使得干流中前期存贮的泥沙发生侵蚀而释放;1984～2000年为第2个泥沙存贮期,累积存贮量为4.0733×108t。金沙江下游重点产沙区产沙量增加,进入长江干流的泥沙增多,葛洲坝水库建成后投入运行,三峡水库大坝的建设,也导致长江干流河道中泥沙存贮量的增大。输入沙量、输出沙量和与流域面平均年降水量之间均存在较明显的正相关关系,而存贮量与降水量不相关,说明河道泥沙存贮对于降水量的变化不敏感。屏山-宜昌河道泥沙输移比的时间变化大致可以分为两个阶段,即在1956～1982年河道泥沙输移比呈增加趋势,1983～2000年则呈减小趋势。这种变化可以用河道泥沙存贮的变化来解释。长江上游屏山-宜昌河段河道泥沙存贮的时间变化与中游宜昌-武汉河段泥沙冲淤量的时间变化相位在一定程度上是相反的,说明上游河道泥沙存贮增多会导致中游河道泥沙存贮减少,上游河道泥沙存贮减少会导致中游河道泥沙存贮增多。     

喀斯特流域水文地貌系统及其识别方法初探

本文运用系统论的思想,把陆地水文学和地貌学相结合,首先阐述了喀斯特流域与水文地貌系统的内涵和关系;然后对喀斯特流域水文地貌系统识别方法进行了探讨,提出了流域形态径流强度系数和导数高程积分曲线;最后以水文与形态之间的映射关系来探讨识别喀斯特峰丛洼地系统中的地下水系结构。      

黄河下游限制弯曲段河道冲淤数学模型

模型对黄河下游特有的来水来沙条件及河床边界条件下的河道冲淤规律进行了模拟。根据不平衡输沙理论,结合天然河道实际情况,将河道断面进行滩槽划分,采用综合阻力公式反映水沙条件变化,沉速计算考虑了含沙量特别是细颗粒影响,模型可应用于高含沙水流。验证结果与实测资料基本符合。     

喀斯特石漠化治理区不同土地利用方式的小气候效应

研究小气候变化对植被恢复的响应机制可为喀斯特地区石漠化综合防治提供理论依据。文章选取喀斯特高原山地和高原峡谷石漠化综合防治示范区4种土地利用类型为研究对象,通过常规的小气候监测方法,在雨季前(4月)、雨季(8月)、雨季后(12月)对4种土地利用类型的大气温度、光照强度、相对湿度、土壤温度日变化进行监测和对比分析。结果表明：（1）4种土地利用方式中,大气温度、光照强度和土壤温度均表现为石漠化裸地>农耕地>灌木林>林地,而相对湿度的变化规律则反之：林地>灌木林>农耕地>石漠化裸地,说明林地的小气候调节作用最优,而石漠化裸地最差,与其石漠化治理和植被恢复效果相对应;（2）高原峡谷的大气温度、光照强度和相对湿度在不同的季节和不同土地利用方式下都显著高于高原山地,不同土层的土壤温度是高原山地显著低于高原峡谷;（3）各土地利用方式的小气候季节差异明显,大气温度、土壤温度均为：雨季(8月)>雨季前(4月)>雨季后(12月),而光照强度、相对湿度为：雨季(8月)>雨季后(12月)>雨季前（4月),8月各小气候指标值最高,且不同土地利用方式和治理区间的差异亦最大,因此,选取8月进行小气候监测以比较各土地利用方式和治理区之间的差异要优于其他两个月份。     

破碎波作用下沙质海床床面形态变化试验

波浪在斜坡沙质海床上破碎会加剧泥沙输移导致海床形态变化,研究破碎波作用下沙质海床形态变化机制对于岸滩演变分析极为重要。在波浪水槽中采用中值粒径0.47 mm原型沙铺设1∶20坡度的底床模型进行试验研究,测量不同波浪条件下床面形态和沙坝顶端悬浮泥沙浓度变化。通过测量和计算破碎带输沙率、沙坝尺度和沙坝移动速度,分析破碎波作用下沙质斜坡海床上床面形态变化规律。试验结果表明,破碎带沙坝顶端的悬浮泥沙浓度与水深和底部床面密切相关,在形成沙坝和沙坝水平方向移动时,悬浮泥沙浓度较大;斜坡上沙坝前后来回运动的周期大小具有随机性,沙坝既有向岸又有离岸移动;在多组波长时间作用后沙坝尺度趋于稳定,底床净输沙量趋于0。     

破碎波作用下沙质海床床面形态变化试验

波浪在斜坡沙质海床上破碎会加剧泥沙输移导致海床形态变化,研究破碎波作用下沙质海床形态变化机制对于岸滩演变分析极为重要。在波浪水槽中采用中值粒径0.47 mm原型沙铺设1∶20坡度的底床模型进行试验研究,测量不同波浪条件下床面形态和沙坝顶端悬浮泥沙浓度变化。通过测量和计算破碎带输沙率、沙坝尺度和沙坝移动速度,分析破碎波作用下沙质斜坡海床上床面形态变化规律。试验结果表明,破碎带沙坝顶端的悬浮泥沙浓度与水深和底部床面密切相关,在形成沙坝和沙坝水平方向移动时,悬浮泥沙浓度较大;斜坡上沙坝前后来回运动的周期大小具有随机性,沙坝既有向岸又有离岸移动;在多组波长时间作用后沙坝尺度趋于稳定,底床净输沙量趋于0。     

清江长阳枢扭喀斯特调查的初步成果

水文工程地质系二、三、四年级十二位同学及二位教师组成的清江队。在二个月时间内 (7月23—9月25)完成了清江长阳枢扭喀斯特调查的全部工作,他们在野外对各种喀斯特现象进行了数量很大的实测工作。完成了数十幅各种类型喀斯特的素描图。最后并编制出了该区1:25000的喀斯特与构造关系图及喀斯特与水文地质的关系图。同时并提出了一分内     

西南喀斯特流域碳酸盐岩的硫酸侵蚀与碳循环

流域化学侵蚀及其速率与流域生态和环境之间的关系是当前地表地球化学研究的重要前沿领域,其中碳酸盐岩的硫酸风化机制及其与区域碳循环的关系则是科学家们最为关注的科学问题.因此,近年通过研究西南喀斯特流域地表水地球化学对这一科学问题进行了研究,发现西南喀斯特地区河水一般含有较多的SO2-4,从化学计量学、SO2-4的δ34S和溶解无机碳(DIC)的δ13S分析发现,硫循环中形成的硫酸广泛参与了流域碳酸盐矿物的溶解和流域侵蚀:西南喀斯特流域碳酸盐岩的侵蚀速率为97 t/(km2?a),消耗CO2量为25 t/(km2?a).对乌江流域河水硫酸盐离子的硫同位素研究结果认为:参与流域侵蚀的硫酸主要来自煤系地层硫化物和矿床硫化物的氧化及大气酸沉降,分别对河水SO2-4的贡献为50%、27% 20.5%(其余2.5%的SO2-4为硫酸盐蒸发岩的溶解);硫酸风化碳酸盐岩向大气净释放CO2的总通量为8.2 t/(km2?a),依此计算西南喀斯特区域向大气释放CO2的通量为4.4×1012g/a,相当于每年西南碳酸盐岩风化消耗CO2总通量的33%.将乌江流域的研究结果对我国大陆碳酸盐岩分布区域进行相应计算发现,硫酸风化碳酸盐矿物向大气释放的CO2总通量为28×1012g/a,相当于全球硅酸盐风化消耗CO2量的26%.硫酸参与流域侵蚀改变了区域碳循环,人为过程可以通过释放酸沉降、矿业活动和土地利用等形式加速流域侵蚀和影响流域元素的生物地球化学循环.     

喀斯特断陷盆地环境地质分区及功能

喀斯特断陷盆地是随着新生代高原隆升产生的断裂活动所引起的断块差异沉陷及溶蚀作用共同形成的山间盆地。由其以局部地块断陷为主导并伴随侵蚀及溶蚀的成因机制所决定,具有地貌分区明显、新构造运动强烈、水资源分布不均、土壤植被分带性强、气候垂向变化明显、人类活动区间差异大等特征。其中,地貌形态—成因类型既是地质环境本质特征的综合反映,又是对生境具有重大影响的自然因素,而且容易认识和识别,是环境地质分区的良好标志。以地貌形态—成因类型为标志,喀斯特断陷盆地可划分为侵溶蚀山区、溶蚀丘峰谷地区、沉积平坝区、侵溶蚀河谷区4个环境地质分区。侵溶蚀山区生态功能突出,溶蚀丘峰谷地区生态与经济功能并重,沉积平坝区经济功能尤显重要,侵蚀河谷区视所处大江大河流域的区位及宏观影响而定。资源开发和环境恢复治理,应与环境地质分区功能相协调,按流域系统评价和全面权衡利弊、科学规划布局,才能取得可持续的成效。      

喀斯特地区不同坡位条件下优势灌木根际与非根际土壤养分与pH的分布特征

对广西喀斯特地区2种优势灌丛植物子凌蒲桃与火棘在不同坡位条件下根际与非根际土壤养分与pH值的分布特征进行研究,揭示植物种类及其立地条件对植物根际养分与pH值分布特征的影响。结果表明,2种植物根际养分存在一定程度的富集现象,其中,火棘根际有机碳与速效磷含量富集明显,子凌蒲桃根际有机碳与全氮含量富集明显;根际与非根际土壤养分含量在不同坡位下存在显著性差异（p<0.05）;根际土壤有机碳含量与全氮含量呈显著正相关（p<0.05）,与速效磷含量呈显著负相关（p<0.05）;非根际土壤有机碳含量与速效磷、全氮含量呈显著正相关（p<0.05）。双因素方差分析显示,与植物种类相比,坡位对根际土壤养分含量影响更大。以上的研究表明,喀斯特灌丛优势植物有利于提高该地区土壤养分利用,但应该考虑植物立地条件对根际养分利用的影响。      

喀斯特地区代表性土壤中铜的形态研究

在贵州省贵阳市附近喀斯特区选择两种典型的土壤进行采样,并对土样中各种形态的铜进行测试。结果显示在喀斯特地区石灰土中铜的氧化锰结合态铜、无定形氧化铁结合态铜和紧结合有机态铜要比黄壤中相应形态的铜更为活跃,石灰土中可交换态铜为1. 520mg /kg; 而黄壤中铜的可交换态铜、碳酸盐结合态铜、松结合有机态铜和晶型氧化铁结合态铜比石灰土的活跃,可交换态铜可达5. 458mg /kg。      

喀斯特地区土壤水分随降雨的动态变化研究——以贵阳市花溪区为例

土壤水分是喀斯特地区植被恢复和生态环境建设的关键性限制因素。选取贵阳市花溪区为研究对象,基于2013年和2015年土壤水分定位监测数据,分析了研究区土壤水分的动态变化规律。结果表明:(1)土壤剖面水分的垂直变化具有明显层次;基于标准差和变异系数两个指标,采用聚类分析将2013年和2015年研究区土壤水分垂直变化层次分为活跃层(0~10cm),次活跃层(10~30cm)和相对稳定层(30~100cm)。(2)土壤水分的动态变化主要受降雨与蒸散作用的综合影响;10~30cm土层由于没有与外部环境直接接触受其影响相对降低,同时降雨的入渗与蒸散作用的减弱,使该层次土壤水分分布范围广、停留时间长,较能准确地反映其受降雨和蒸发的影响。(3)土壤水分的动态变化具有明显季节性;2013年和2015年春季(3-5月)和冬季(12-2月)为土壤水分的补给期,夏季(6-8月)和秋季(9-11月)为土壤水分的消耗期。