GIS技术在太原西山地区岩溶水系统研究中的应用

查明太原西山地区岩溶水系统的结构及其循环演化规律,正确评价岩溶地下水资源,对于太原市工农业的发展具有十分重要的意义.本文详细介绍了地理信息系统(GIS)技术,在准确快速描绘西山地区的区域隔水底板等值线图中的应用方法,将有利于对该岩溶水系统的结构、循环演化规律及地下水资源空间分布的了解.     

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。     

柳林泉域岩溶水中SO_4~(2-)的来源探讨

SO_4~(2-)浓度偏高是晋西柳林泉域岩溶水的主要特色之一,判断SO_4~(2-)来源对于理解岩溶水的水文地球化学过程具有重要意义。在分析区域地质、水文地质条件及岩溶水中SO_4~(2-)浓度空间分布特征的基础上,利用化学计量学法、同位素质量平衡模型和Rayleigh蒸馏模型,分析了岩溶水中SO_4~(2-)的主要来源,计算了不同来源的SO_4~(2-)所占的比例和滞流区岩溶水中SO_4~(2-)的还原比例。结果显示,石膏的溶解和黄铁矿的氧化是柳林泉域岩溶水中SO_4~(2-)的主要来源,排泄区岩溶水中石膏溶解来源的SO_4~(2-)所占比例介于73%~88%之间,平均为81%;黄铁矿氧化来源的SO_4~(2-)占比12%~27%,平均为19%。滞流区发生了硫酸盐的还原作用,约有9%~15%的SO_4~(2-)被脱硫细菌还原为H2S气体,且越靠近西部边界,还原反应所消耗的SO_4~(2-)比例越高。     

基于因子分析的岩溶地下水水质影响因素研究 ——以毕节市大方县南部为例

为了解研究区岩溶地下水水质形成及离子质量浓度空间变异影响因素,以毕节市大方县南部为研究区,采用因子分析方法对56组水样进行分析,得到基于研究区岩溶地下水水质形成及其影响的4组因子(F1、F2、F3、F4):F1以TH、TDS、COD、Ca2+、SO42-、F-为主,代表了碳酸盐岩及膏盐矿物的充分溶解对水质的影响;F2以游离CO₂、Mg2+、HCO3-为主,反映了碳酸盐岩中白云石矿物的溶解对水质的影响;F3以Na+、K+、Cl-为主,代表了盐岩溶解、大气降水对水质的影响;F4以pH、NO3-为主,揭示了人类生活污水和农业灌溉污水对岩溶地下水水质的影响。以上4种因子可以解释研究区岩溶地下水水质影响因素的80%以上。     

某供水源地水质污染成因分析及保护对策

岩溶地区地质条件复杂,特别是在裸露型岩溶地区,岩溶发育强烈,地下岩溶管道空间往往与地表落水洞、伏流入口之间存在水力联系。因此岩溶地区水源地的脆弱性高,地表受污染水体通过落水洞、伏流入口等岩溶通道补给地下水,地下水一旦受到污染,污染物传播速度极快,一般来不及稀释或弥散就随水流到达水源地。该文对遵义市某供水源地水质污染成因分析,针对存在的污染问题,提出今后对地下水饮用水水源地的保护措施和意见。     

GIS技术在岩溶水文地质工作中的若干应用—— 以广西来宾小平阳为例

GIS技术为岩溶水文地质工作提供了先进的方法和手段,可以方便快捷地对大量的图、文数据进行综合管理、信息查询、检索和空间分析; 可以绘制任意方向和长度的地形剖面图、地下水位等值线图和三维立体模型图等;还可以对控制岩溶发育和地下水富集的构造、岩性等因素作出定量评价,圈出定井找水的有利地段。      

不同城镇功能区岩溶地下水化学敏感因子识别

随着西南地区城镇化进程的不断推进,西南城市区岩溶地下水环境压力迅猛增加,水质恶化显著。采集西南岩溶区四个典型城市（遵义市、桂林市、贵阳市和娄底市）的86组地下水样,运用描述性统计分析、变异系数分析及主成分分析法,综合研究了不同城镇功能区岩溶地下水化学特征及易受人类活动影响的敏感因子。结果表明,工业区岩溶地下水中电导率、总硬度、TDS、Na+、Mg2+、Cl -、SO2-4、NO-2、Mn这9项指标的含量均最高,商业住宅区次之,城乡结合处最低;而K+、NH+4和NO-3三者浓度表现为商业住宅区最高。研究区各地下水化学组分普遍具有较高的空间变异性,其中工业区易受人类活动影响的敏感因子为SO2-4、I-、Fe,商业住宅区易受人类活动影响的敏感指标为Na+、NO-2、NO-3,城乡结合处的主要敏感指标为Na+、Mg2+、NO-2。      

汾阳地区不同类型地下水SO_4~(2-)、δ~(34)S的特征及影响因素

本文对山西晋中盆地西南汾阳地区北侧裸露岩溶区的岩溶泉和浅井、南侧覆盖岩溶区的深井和第四系孔隙水井及石膏矿水的水化学成分、硫同位素组成进行了测试分析。结果显示:北侧裸露岩溶区的岩溶泉水和浅井δ~(34)S值的范围为4.53%0~6.42%0,SO_4~(2-)含量范围为0.12~0.62mmol/L,表明SO_4~(2-)主要来源于大气降水,受石膏溶解和居民活动影响小;南侧覆盖岩溶区的深井δ~(34)S值的范围为8.73‰~19.35‰,SO_4~(2-)含量范围为0.20~2.35mmol/L,SO_4~(2-)主要来源于石膏夹层的溶解和FeS_2的氧化。第四系孔隙水δ~(34)S值的范围为9.46‰~11.05‰,SO_4~(2-)含量范围为0.19~1.96mmoL/L,SO_4~(2-)主要来源于人为污染;石膏矿水δ~(34)S值为19.28‰,SO_4~(2-)含量为5.62mmol/L,SO_4~(2-)主要来源于石膏层的溶解。因此,应用SO_4~(2-)和δ~(34)S值可以很好的分析地下水中硫酸盐的来源,这为北方岩溶地下水资源的开发与保护研究提供了重要的手段。     

综合指数法和模糊综合法在地下水质量评价中的对比——以遵义市为例

综合指数法和模糊综合评价法在地下水质量评价中被广泛应用。岩溶地区地下水环境脆弱,潜在污染来源复杂。为了更好地了解综合指数法和模糊综合法在岩溶地下水评价中的应用效果,本文以贵州省遵义市为例,利用这两种方法分别对该市具有代表性的9个地下水点水质进行评价和对比分析。结果显示:遵义市浅层地下水水质总体较好,Ⅲ类及Ⅲ类以上水占33 %,但个别区域地下水水质很差,主要为NO2-、NH4+、Mn、Na+、Cl-、SO42-、溶解性总固体、总硬度(CaCO3)和Se等超标;两种方法评价结果一致的共有6个水点,均属Ⅱ类水质,结果不一致的3个水点,在综合指数法中全为Ⅳ类水,而在模糊综合评价中则是Ⅲ类水1个,Ⅴ类水两个。出现差异的主要原因是综合指数法在综合分值计算中过于强调单项指标最大值的作用和未考虑参评指标的权重,而模糊综合法则很好地克服了这些不足,精细地刻画出指标值对水质分级界限的接近程度并量化了所有指标对地下水水质的影响权重。可见,地下水水质评价中,模糊综合法要明显优于综合指数法。      

高密度电法在地铁岩溶勘察中的应用

南京地铁3号线将穿越岗谷地和岩溶区,是建设施工过程中的几大难题之一。经过初步勘查,发现其中某段有多处溶洞。该段地处闹市区,交通流量大,建筑物密集,地下管线多,地质条件较为复杂。为了查明研究区岩溶发育情况,结合地质构造条件,经综合比选,采用高密度电法进行岩溶勘察,测量方法选择温纳剖面法。测量过程中将部分电极勘察点布设于沥青或混凝土路面上,接地条件相对较差,采用常规数据处理方法(数据反演),与实际钻探结果误差较大,不宜使用。因此在测量中采用改进电极与地面耦合条件以及加大供电电压的方法,提高电流穿透力,同时对所测数据直接绘制成等值线图。根据等值线图中低电阻率分布特征推断岩溶发育情况,其结果与钻探结果较为吻合,取得了较好效果。经与现场工程地质调查和钻孔资料对比分析,查明沿线岩溶空间分布。研究结果表明物探方法具有多解性,在开始物探工作之前,应对研究区地质和构造条件进行野外调查,对岩溶发育特征进行地质分析,以便更好的指导物探布线和数据解译工作; 当接地条件较差时,可以采取堆土、洒水等方法解决电极耦合问题; 对于数据反演解译存在误差时,可直接利用视电阻率等值线图进行解译,推测溶洞分布。     

大武水源地地下水中NO3-N动态变化特征及其影响因素分析

利用GIS空间分析平台的反距离权重法插值获取中国北方典型大武岩溶水源地年内和年际地下水中NO_3-N浓度空间分布特征,并利用斯皮尔曼相关系数获取2009年地下水中NO_3-N浓度与地下水脆弱性各影响因子的相关性。经分析可知:(1)综合以往研究资料,大武水源地地下水中NO_3-N演化过程分为恶化初期、恶化中末期和恢复阶段,且地下水水化学演化过程要滞后于地下水水动力过程的演化;(2)年内地下水中NO_3-N浓度的变化主要受到降水的影响,年际间地下水中NO_3-N浓度的时空变化特征很容易受到地下水系统动态因子的影响,包括地下水资源的开发利用和可变的下垫面条件;因此,人类活动朝着优化地下水环境的方向努力,可促进岩溶水资源的可持续开发利用。     

桂林甑皮岩岩溶地下水硝酸盐来源与转化

峰林平原是人类活动和居住的密集区，也是岩溶地下水系统的主要径流、排泄地段，地下水资源丰富。随着城市化的发展，地下水硝酸盐污染问题日渐突出。为研究桂林甑皮岩岩溶地下水硝酸盐来源与转化，分别于2018年10月、2019年2月、3月和4月采集地下水样，利用常规水化学及氮氧同位素技术识别硝酸盐来源与转化。结果表明:甑皮岩地下水中NO3-浓度在0~19.523 mg?L-1，δ15N-NO3-和δ18O-NO3-分别在-0.17‰～45.12‰和-5.82‰~16.47‰。硝酸盐氮氧同位素数据表明，甑皮岩地下水硝酸盐来源主要为粪便及污废水，少量来自降雨中的NH4+和土壤有机氮。受岩溶介质不均一性的控制，甑皮岩地下水中NO3-浓度、δ15N-NO3-和δ18O-NO3-均表现出明显的空间变异性。甑皮岩地下水硝酸盐的转化过程复杂，受控于季节和岩溶介质不均一性，表现为旱季以反硝化为主，雨季则以硝化过程为主。厘清硝酸盐来源与转化为治理甑皮岩地下水硝酸盐污染提供一定的科学依据。      

济南趵突泉泉域岩溶水化学特征时空差异性研究

水文地球化学一直是水文地质领域的研究重点,而地下水化学组分的时空变化特征受多种因素的影响。为了掌握济南趵突泉泉域岩溶地下水水化学特征时空差异性,本文分别于枯、丰水期在泉域内采集并分析了岩溶地下水样品,并采用数理统计、Piper三线图、Gibbs图解法及离子比例系数法等分析手段,对研究区岩溶地下水水化学特征及时空差异性进行了研究。结果显示,研究区地下水优势阳离子为Ca,优势阴离子为HCO3,丰水期除HCO3外,其他离子的变异系数较枯水期普遍升高,且大于05,表现出丰水期空间差异性增大的特点。地下水水化学类型具有以HCO3·SO4- Ca为主,多种类型并存的特点。Ca、Mg、HCO3含量在枯、丰水期比值要小于1,且比其他离子要相对稳定,呈现出全局性特点。而Na、K含量在枯、丰水期比值波动较大,大部分比值大于1,Cl、SO4、NO3含量在枯、丰水期比值具有波动剧烈的特点,呈现出区域性特征,同时表明人类活动大大改变了研究区地下水水化学场的分布特征。     

西南典型紧窄褶皱小尺度浅层岩溶水系统特征及隧道涌水分析

西南地区典型紧窄褶皱控制下的浅层岩溶水,具有循环交替快、水量丰富等特点。精细刻画小尺度浅层岩溶水系统模式类型及其特征,对于探讨岩溶水资源量以及中—浅埋隧道涌水条件具有重要意义。本文以西南典型紧窄褶皱——重庆铜锣山背斜和遵义铜锣井背斜为研究对象,细致地梳理岩溶水系统特征的控制性因素,提出地层空间结构的细微差异导致含水介质及地下水补给、径流、排泄特征等不尽相同。据此,将研究区浅层岩溶水系统细分为四类小尺度模式,并基于各模式差异分析中—浅埋隧道涌水条件。研究认为:穿越不同小尺度岩溶水系统的隧址段,其涌水条件具有一定差异;间互式地层空间结构导致小尺度浅层岩溶水系统之间因地表水体的转换而存在联系,计算涌水量时需考虑相邻可溶岩地层外源补给,而包裹式结构则造成各系统相对独立,计算时需考虑相邻非可溶岩地层外源补给;深切河谷排泄边界,不可忽略降雨对隙流散排型模式的补给,计算涌水量时,降雨量参数应小于年均降雨量,但若边界为浅切河谷,降雨量参数可直接选用年均降雨量。      

济南某地区裂隙岩溶地下水硝酸盐污染现状及溯源浅析

通过对历史资料的对比,揭示了济南某地裂隙岩溶地下水中硝酸根污染现状,并通过三线图法对硝酸根进行溯源分析,显示研究区地下水硝酸根含量受人类活动影响明显,并有进一步发展的趋势。相关性分析法分析结果显示地下水硝酸根含量与Cl相关,说明其与工业废水联系密切,而土壤剖面中硝酸根含量显示,土壤中硝酸根含量的顺序为:禽畜粪便污染类污水排放污染类垃圾堆放污染类。分析认为,研究区裂隙盐溶承压水硝酸根污染的来源主要为补给区及径流区强烈渗漏携带牲畜粪便及氮肥和农家肥的施用、生活污水、工业废水及浅层水混入。     

典型岩溶丘陵区地下水水化学特征及地球化学敏感性分析——以武冈东部地区为例

通过对典型岩溶丘陵区地下水进行水化学特征及地球化学敏感性的研究表明,该地下水系统水化学特征阳离子以Ca2+、Mg2+为主,阴离子以HCO3-、NO3-、SO42-为主,受水岩作用及人类活动共同影响;Mg2+/Ca2+受岩性控制,流经白云岩地层最高,灰岩夹白云岩次之,灰岩最低;研究区岩溶地下水表现出较高的地球化学敏感性。阳离子以Ca2+最为敏感,其次为Mg2+,阴离子以HCO3-最为敏感,其次为NO3-,元素的地球化学敏感性大小依次为:HCO3->Ca2+>Mg2+>NO3->SO42->Cl->Na+>K+;以敏感性最强的敏感因子HCO3-对研究区岩溶地下水进行敏感性等级划分。研究区低敏感性的水点仅占7.27%,中敏感性的水点占25.45%,高敏感性的水点占67.28%。通过地球化学敏感性划分统计结果显示,对该地区地下水的保护显得十分重要且迫切。      

Isotope analysis of nitrate pollution sources in groundwater of Dong'e geohydrological unit

As nitrate pollution in groundwater has become increasingly serious in recent years, nitrogen isotope was adopted in this paper to define its sources in a typical agricultural area of Dong'e hydrogeological unit. The results show that: Higher content of NO_3~- detected in shallow groundwater is 27.77 mg/L on average and δ15 N content ranges from 7.8‰ to 12 ‰, indicating that shallow groundwater is mainly contaminated by sewage or feces. In contrast, less NO_3~- in deep groundwater(karst water) has an average value of 12.81 mg/L and δ15 N content is between 7.2‰ and 14.3‰, which is closely related to human disturbance as mentioned above. In addition, considering relatively low groundwater quality at some monitoring sites, reasonable fertilization is a better choice in the study area to reduce nitrate source in groundwater.     

Isotope analysis of nitrate pollution sources in groundwater of Dong’e geohydrological unit

As nitrate pollution in groundwater has become increasingly serious in recent years, nitrogen isotope was adopted in this paper to define its sources in a typical agricultural area of Dong’e hydrogeological unit. The results show that: Higher content of NO3- detected in shallow groundwater is 27.77 mg/L on average and δ15N content ranges from 7.8‰ to 12 ‰, indicating that shallow groundwater is mainly contaminated by sewage or feces. In contrast, less NO3- in deep groundwater (karst water) has an average value of 12.81 mg/L and δ15N content is between 7.2‰ and 14.3‰, which is closely related to human disturbance as mentioned above. In addition, considering relatively low groundwater quality at some monitoring sites, reasonable fertilization is a better choice in the study area to reduce nitrate source in groundwater.