外源水对岩溶碳汇的影响——以桂林毛村地下河为例

以桂林毛村地下河为对象,研究了外源水对岩溶碳汇的影响。观测计算结果表明:外源水进入岩溶区后,由于内外源水相互混合,提高了岩溶水的溶蚀能力,以致DIC含量不断升高,其碳酸盐饱和指数也逐渐增加,SIc由不饱和达到饱和,增加了岩溶碳汇的通量。2010年9月至2011年3月仅以位于地下河上游的小龙背的外源水补给量和地下河出口的HCO3-浓度进行计算,岩溶碳汇通量由2.28×105g增加至2.04×106g,增加了近10倍。碳汇通量的增加固然与沿途大气降水、植被及土地利用等可能产生的CO2输入有关,但更与外源水加入形成的混合溶蚀作用有关。因此,在岩溶碳汇通量计算中外源水的影响作用不容忽视。      

桂林毛村地下河流域雨季与旱季定量示踪分析

以典型岩溶地区广西桂林市毛村地下河流域为例,基于在线高分辨率监测进行雨季与旱季定量示踪试验,精细刻画流域内含水介质特征。根据示踪试验研究及毛村地下河系统内地下水的径流和分布特征,可将毛村地下河系统划分为社更岩、扁岩地下河系统,大冲里-背地坪系统和大岩前落水洞-毛村出口系统。这三个子系统分布于毛村流域的上游和下游,其示踪剂浓度历时曲线为陡升陡降的尖峰,地下管道相对单一,无较大岔道和溶潭发育。各段地下河水动力作用以对流作用为主,且水流一般呈现为紊流流态。雨季流速快、流量较大,平均运移时间短,示踪剂回收率比旱季高。流域中游含水介质相对均匀,无管道发育,地下水主要赋存于溶蚀裂隙。      

桂林毛村岩溶地下河流域水土流失遥感动态监测研究

为了给西南岩溶地区石漠化发展演变的研究工作提供一定的科学依据和决策支持,选择桂林毛村岩溶地下河流域作为研究区,利用两期遥感影像对该区影响水土流失的三个主要自然要素,即地形坡度、植被覆盖度和土地利用方式进行信息提取,并以地理信息系统为分析平台,参考水土流失强度分级标准,对该区两个时期的水土流失状况进行对比分析。调查监测结果显示,研究区随着坡度的增大,水土越容易流失,而且水土流失强度级别增大;植被覆盖度对水土流失强度起着控制性作用,为抑制并缩减水土流失面积,应保护植被,退耕还林;研究区土地利用变化比较缓慢,导致水土流失面积变化幅度不大。上述结果表明,利用遥感技术手段,可为当地的经济发展和水土流失的监测、评价、预测及治理提供参考。      

桂林毛村岩溶地下河二十多来的水质演化趋势研究

利用桂林毛村地下河1983年、2007年、2008年和2009年的水化学监测数据和地下水水质资料,研究了地下河二十多年前后的主要离子浓度变化及其形成原因,并在水质评价的基础上预测其水质演化趋势。地下水地球化学分析表明:(1)地下河水中绝大部分离子和指标符合地下水质量标准(GB/T14848-93)规定的、类水质标准,地下水质量较好,但由于施肥方式以及区域环境等的变化,一些离子浓度有所升高,水质有受污染倾向。(2)pH值呈现出下降的趋势,而Cl-、NO3-、SO42-、Mg2+、TFe、K+、Na+、电导率(Ec)、总溶解固体(TDS)、总硬度(TH)和碱度(Alk)升高较显著。(3)地下水离子浓度的变化主要受水-岩地质作用过程、人类活动和区域环境变化的共同影响。     

贵阳市观山湖区上寨村朱家龙潭地下河水质演化趋势及原因浅析

以上寨村朱家龙潭地下河1986、2010—2014年的水质测试数据为基础,研究地下河近30年来主要离子浓度变化规律,以期为裸露型岩溶山区地下水的保护提供科学依据。分析结果为近30年以来研究区大部分水化学指标浓度有明显的上升趋势,但是离子浓度季节变化规律性不明显。并采用地下水质量标准推荐的方法对近30年来的水质进行单项指标评价及综合评价,枯季综合评价结果为1986、2010—2014年中超标组分为F-、NH4+、Al3+、COD;2011—2013年超标组分为F-、NH4+、NO2-、COD;丰季综合评价结果为1986—2014年超标组分为F-、NH4+、NO2-、COD、TH、Al3+、Mn。主要是受水-岩地质作用过程、人类工程活动和区域地质环境变化的共同影响。     

地下河洞穴发育的系统演化

洞穴成因在岩溶学理论研究中占有极其重要的地位，岩溶洞穴的渗流带，潜流带和地下水面生成理论是众所周知的，ＤａｖｉｓＷ．Ｍ（１９３０）提出了灰岩洞穴成因的两循环模式，即洞穴的发育早期在潜流带，后期则入于渗流带中，本世纪７０年代以来，ＦｏｒｄＤ．Ｃ进一步提出了灰岩洞穴自潜流带向地下水面发展的四状态模型（ｔｈｅｆｏｕｒ－ｓｔａｔｅｍｏｄｅｌ）是近代灰岩洞穴成因理论研究的重要进展。根据我国南方灰岩分布区大量     

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。     

城市化对岩溶水系统化学组分演化的影响——以重庆市南山老龙洞地下河为例

为研究城市化作用下的岩溶区地下水水质演变状况,基于2008-2012年对老龙洞地下河的pH值、电导率、水温、K+、Na+、Ca2+、Mg2+、HCO3-、Cl-、NO3-、SO42-、PO43-等水物理化学指标的连续监测,分析了老龙洞地下河流域水质的演变趋势,并对2011年8月的单场降雨条件下地下河水质的动态变化进行主成分分析(PCA)。结果表明,在城市化过程中,地下河水Na+、Cl-、PO43-、Ca2+、Mg2+、HCO3-等离子浓度受人类活动影响而明显上升,NO3-、SO42-浓度则因为城市化效应增强和农业活动强度的降低而下降。老龙洞地下河水补给来源复杂,其中碳酸盐岩地质背景、人类活动及水土流失对地下河水质变化起着决定作用。城市化水平的提高、区域环境的变化,使得老龙洞地下河的水质也处于不断变化中,从硝酸盐、硫酸盐的年际变化看,地下河水质已有较大改善。      

云南南洞地下河流域地貌特征及地下河发育演化的初步研究

本文从地貌学的角度,着重研究了云南南洞地下河流域地貌特征和地表水系的变迁及其与地下河发育的关系,并在此基础上提出了南洞地下河具有继承地表河(干谷、盲谷)发育的新的认识。     

桂林毛村不同植被类型土壤微生物数量与碳酸酐酶活性比较

以非岩溶区林地为对比,分析了桂林毛村岩溶区4种不同植被类型土壤微生物数量及碳酸酐酶(CA)活性的季度动态变化规律,发现以下主要结果:1随着植被的正向演替,岩溶区弃耕地、草地、灌丛及林地微生物数量及CA活性逐渐升高,微生物总数从64.07×10~4cfu/g上升到178.23×10~4cfu/g,CA活性从0.77 U/g上升到1.82 U/g,岩溶区林地大于非岩溶区林地。2在岩溶区不同植被类型,微生物组成均表现为细菌最多(平均值95.14%),放线菌次之(平均值2.79%),真菌数量最少(平均值1.75%)。而在非岩溶区表现为细菌最多(平均值90.95%),真菌次之(平均值5.32%),放线菌最少(平均值3.73%)。3微生物数量季节动态整体表现为春季至夏季逐渐上升,至秋季达到最高,冬季下降,微生物总数的增长依赖于细菌的倍数增长,真菌和放线菌影响较小。CA活性整体表现为夏季和冬季低于春季和秋季,秋季达到最大值。4 CA活性与细菌及微生物总数呈极显著的正相关,表明土壤CA主要来源于细菌的分泌。     

环境同位素示踪的毛村地下河流域水流特征

岩溶水文特征是岩溶区生态环境可持续发展的关键驱动力。文章利用环境同位素示踪剂反馈的水动力过程,解译毛村地下河流域的水流特征。其流域内水体δD和δ¹⁸O范围均位于大气降水δD和δ¹⁸O的范围内,大气降水是流域主要的补给来源;基于δ¹³C_DIC利用质量守恒定律计算岩溶水体中DIC来源于碳酸盐岩溶解的平均值为52.13‰,可揭示相关的水—碳酸盐岩相互作用历程;流域内岩溶水点²²²Rn和EC值对大气降水的响应特征表明降水的蓄积作用可驱动深层岩溶裂隙水运移,且具有较强的稀释作用;基于²²²Rn的衰变特征,计算6月份地下河管道有效水流速度为2 427.49 m·d⁻¹;西南岩溶地下河水流与地表水流相似,且对降水响应敏感。综合毛村地下河流域的水文地质条件及其水文点SI、²²²Rn、δ¹³C_DIC和δ¹⁸O间的相关关系,环境同位素可更好地示踪岩溶裂隙水流特征,揭示岩溶含水系统的空间结构特征及水流路径。水化学环境天然示踪剂可提供有关岩溶含水系统的重要信息,对水动力学方法具有重要的补充作用。     

岩溶地下河管道流和管道结构及参数的定量示踪——以桂林寨底地下河为例

定量示踪研究是岩溶地下河管道流和管道结构参数估测的有用技术,可以为概化水文地质条件和数学模型研究提供科学依据.以桂林寨底地下河示踪试验为例,利用荧光素钠和罗丹明B为示踪剂,通过高精度、高密度和多指标的自动检测技术,不仅合理估算了管道流平均滞留时间、平均运移速度、弥散系数、管道过水体积、管道过水断面面积及其等效直径,而且表明常用示踪剂荧光素钠和罗丹明B在应用中存在的吸附性差异,认为荧光素钠吸附性弱,数据可信性强,而罗丹明B吸附性强,在数据解释中需要谨慎.     

高精度地下水示踪技术及其应用——以毛村地下河流域为例

笔者以桂林毛村岩溶地下河流域的示踪试验为例,探索高精度地下水示踪方法在岩溶水文地质研究中的应用.实践证明,该方法较传统示踪方法具有较大优势.试验中,从地下河主出口回收Ⅰ号示踪剂为34%,地下水平均流速为35.3 m/h,全部回收率约为60%~70%.示踪结果证实毛村地下河流域具有典型河间地块特征,存在多个排泄出口,水文地质边界较复杂;主出口处示踪剂浓度变化呈宽域多峰,说明具有多管道、沿途多个较大溶潭特征;Ⅱ号示踪剂在所有接收点都没有收到,其原因较为复杂和不确定.枯季部分地下水有沿西南方向断层排泄迹象,雨季是否存在较大径流,还需用示踪试验来证实:流量不均衡,排泄区可能存在潜流.     

微动HVSR法在岩溶区探测地下河管道和溶洞的有效性研究

微动HVSR（Horizontal-to-Vertical Spectral Ratio）法是一种简单有效的被动源地震勘探方法,当测点下方介质存在明显的速度变化时,HVSR曲线会呈现相应的异常形态。为探索该方法在岩溶区探测地下河管道和溶洞的有效性,选择桂林毛村地下河流域内的大岩前村作为研究区,并在此开展野外试验。研究区发育有一条地下河管道,通过精准的洞穴测量,获得了此地下河管道的平面位置和洞高等信息。在研究区的地下河管道上方地面布设3条物探测线,均进行微动HVSR法测量,并用探地雷达法测量作对比。结果表明,两种物探方法的异常位置与测线下方地下河管道的实际平面位置基本一致,证明微动HVSR法可作为一种有效的地下河管道和溶洞探测方法。     

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。     

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。      

城镇化进程下裸露岩溶区地下河水质变迁——以贵阳上寨地下河系统为例

为查明城镇化进程中裸露型地下河系统水质变化特征,以贵阳上寨地下河为例,基于历史水质监测数据,对比研究区城镇化进程,分析总结水质变化情况与成因。结果显示:上寨地下河水质随城镇化进程呈明显阶段性变化,1987年前基本未受影响,1988-1995年仅轻微影响,1996-2014年即城乡结合部期间污染最严重;无机超标组分历年贡献率以锰、氨氮、氟化物和亚硝酸盐最高,来源以养殖、生活、食品加工为主,冶炼、制造次之;有机污染物主要为苯系物和苯并[a]芘,2003年后开始有机污染物检出,2015年首次出现苯并[a]芘超标。从1981年至今研究区经历了从农村-城郊-城镇的发展过程,尤其是城乡结合部期间,区内人口、企业激增,但基础设施建设滞后,社会管理未能跟上,导致废水废渣无序排放,地表水体污染严重,加上裸露岩溶区地下河系统脆弱的防污性能,是地下河污染的主要原因。建议尽快开展区内排污管网建设、加强对生猪养殖场、食品工业园等污染源控制、启动区域地表水体污染的综合修复治理,以遏制上寨地下河的污染现状。      

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。