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。      

岩溶区地下水微生物污染特征及来源——以重庆南山老龙洞流域为例

文章选取老龙洞地下河流域10个地下水点采集样品,分析水样中的水化学指标和三种重要微生物指标,以了解城市化进程对老龙洞地下河流域水质的影响,探究该地区微生物污染的主要来源。结合岩溶区独特的水文地质条件,利用粪大肠杆菌（FC）与粪链球菌（FS）比值法,初步分析得到该地区微生物污染程度和污染来源。研究结果表明:（1）老龙洞流域地下水存在严重的微生物污染,地下水总细菌数、大肠菌群远超过国家地下水标准规定,分别是国家地下水标准规定的2.3×102～5.5×104倍、0.8×104～0.9×106倍,粪大肠菌群数量为100～4.38×106 CFU?L-1;（2）4#、6#采样点微生物污染主要来源于温血动物,1#、7#、8#采样点地下水受城市化进程的影响大;（3）微生物污染主要来源于人类粪便,同时SO42-、PO43-、NO3-含量高且与微生物污染相关性密切,说明生活污水引起的次生微生物污染较严重,2#、3#、5#、10#采样点受生活污水和禽畜粪便影响较小,属于单纯的NO3-农业污染型地下水,微生物污染较轻。      

基于Elman神经网络的表层岩溶泉动态预测及应用——以广西平果县果化镇布洋1号表层岩溶泉为例

基于Elman网络基本原理,建立了布洋1号表层岩溶泉Elma n神经网络模型,并以2005年8月2日开始的一次衰减过程为例,详述了Elman神经网络模型应用分析过程,给出了在无降雨影响下该次衰减过程具有的总排泄量及最佳的储水时间。经检验,该模型预测精度较高,为布洋1号表层岩溶泉水资源的科学利用提供了依据,同时也为Elma n网络技术在表层岩溶泉动态系统的其它领域应用提供了借鉴。      

北方岩溶地区水资源科学调配——以娘子关泉域为例

长期以来,在水资源评价及开发中,将地表水和地下水分割开来、使资源量计算重复,开发相互干扰。我国北方岩溶泉域大多是地表水-岩溶地下水联合系统,各种水资源有其不同的性状,其间又有密切的联系。本文以娘子关泉域为例,将地表水-浅层地下水-深层岩溶水-泉水作为统一的水资源系统,在研究其间转化关系的基础上,建立联合调度及管理模型,根据多种水文年组合,提出了长系列优化调度方案。      

水化学对水体着生微型生物群落组成与丰度的影响 ——以桂林毛村表层岩溶泉、砂页岩裂隙泉为例

用载玻片作人工基质,放置在桂林毛村岩溶生态试验场碳酸盐岩分布区表层岩溶泉水和砂页岩区裂隙泉水中,开展着生微型生物群落结构研究。通过对比研究发现:毛村表层岩溶泉水中p H、游离CO2、固定CO2、K+ 、Na+ Ca2+ 、Mg2+ 、Cl- 、HCO3- 、NO3- 和SO42- 浓度均较砂页岩区裂隙泉水的高; 砂页岩区水体中着生生物群落的种数和总个体密度均比岩溶区的低;富钙、偏碱性的岩溶泉水体中形成的着生藻类群落结构以硅藻门为主,而砂页岩区裂隙泉水的着生藻类群落结构则以绿藻门为主。岩溶泉水体的这种着生藻类群落结构的形成与岩溶泉水的富钙、偏碱性有很大的关系。      

表层岩溶泉域短时间尺度岩溶作用碳汇效应初步研究——以重庆市金佛山水房泉域为例

本文以水房泉表层岩溶泉域为例,通过CDTP300多参数自动水质监测仪提供的年际连续的电导率、水温、水位,利用岩溶水化学-径流量方法计算出水房泉连续两年各月的CO2吸收量和年吸收总量。计算结果显示水房泉各月CO2吸收量中6、7、8三个月吸收量较大,1、2、12月吸收量均较小;年最大CO2吸收量出现在7月份,年中最小CO2吸收量出现在1月份。水房泉各月CO2吸收量同水房泉出口月径流量和月降雨量都有很好相关性,雨季吸收量远大于旱季吸收量。泉水HCO3-含量受到气温、降水、径流量和土壤CO2含量的综合影响, HCO3-含量的最高值与月CO2吸收量的最大值在时间上存在2个月的滞后现象。相对于较大流域碳汇的估算,以小流域为对象从短时间尺度计算碳汇更加精确,而且对于流域岩溶作用碳汇过程及其控制机理的深入揭示也是非常必要的。      

亚高山表层岩溶泉域土壤溶蚀速率季节变化及碳汇量估算——以重庆金佛山水房泉流域为例

利用标准溶蚀试片法测定了重庆金佛山水房泉流域林地、草地和灌丛三种土地利用类型不同深度年溶蚀速率。结果表明,不同土地利用类型、不同季节、不同土壤深度的溶蚀速率具有很大的差异。通过对各土地利用类型下不同季节不同深度土壤有机质、土壤CO2浓度和土壤pH分析发现:土壤有机质和pH相互耦合共同对溶蚀速率产生影响,有机质含量越高,则pH值越低,溶蚀速率就越大;三种土地利用方式下土壤CO2浓度与溶蚀速率具有一定的相关性,夏秋季土壤CO2浓度较冬春季高,相对应地,其土下溶蚀速率也比冬春季大。最后利用试片溶蚀数据对泉域内年碳汇量进行了估算,结果约为:25.595t/a。      

表层岩溶地下水出露地表后的脱气作用——以重庆市南川区柏树湾表层岩溶泉溪流为例

以重庆市南川区柏树湾表层岩溶泉溪流为例,沿柏枝溪流程以一定间距监测水体中HCO3-的浓度及其pH、电导率、溶解氧等水化学参数,并初步探究溪流水的脱气效应。结果显示(1)表层岩溶地下水出露地表后,HCO3-浓度沿流程呈现出递减的规律;(2)HCO3-浓度递减的快慢反映了脱气作用的强弱,溪流脱气速率具有“枯水期>平水期>丰水期”的特点;(3)暴雨期间由于稀释效应HCO3-浓度递减趋势不明显,但降雨后期,递减又开始逐渐产生;(4)脱气效应在造成溪流水HCO3-浓度减小的同时,也导致电导率(EC)沿柏枝溪流程逐渐降低,而pH值逐渐升高;(5)沿途溶解氧(DO)昼夜变化表明,水生生物作用对脱气作用可能也有一定的影响,但其影响机制还有待进一步的研究。      

岩溶泉域降雨径流水文过程的模拟——以重庆金佛山水房泉为例

通过地貌、水文地质、土壤、植被、地下洞穴管道等实地调查,以及示踪试验确定水房泉泉域范围和地下水文系统特征,并通过代表性点的土壤入渗试验、降雨和流量监测以及DEM数据等获得泉域水文模型所需的面积、结点高程、入渗率、糙率、管道长度、含水层孔隙度、出流系数等参数。选择SCS径流曲线模型估算地表产流,利用SWMM模型模拟泉域对场降雨的径流响应过程。通过运行模型,与实测流量比较,结果显示模拟曲线与观测流量曲线吻合较好,用于校正和验证的两场降雨产流的模拟误差分别为9.5%和12%,表明SWMM可应用于岩溶区以管道流为主要排水系统的含水介质的模拟。     

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。     

济南泉域岩溶地下水有机污染特征研究

对济南泉域岩溶地下水系统水质进行了系统的采样分析.结果表明,泉域岩溶水已普遍受有机物污染,有机污染物检出率高达93%.检出有机物多于5项的样品多分布于大中型企业附近.在所有检出的有机物中,有机氯农药类、卤代烃类检出率最高,分别达到60%、57.8%.尽管岩溶水有机污染较普遍,但有机物含量较低,仅局部地段存在有机物超标现象.泉域岩溶水有机污染特征受控于工业企业分布及地下水流场,在济南侵入岩体南缘附近形成了近长方形的岩溶水有机污染区,面积达156 km2.污染区南部地带是济南市工业集中区,灰岩浅埋,防污性能差,另外由于地下水径流方向与侵入岩体南缘线近垂直,进入灰岩含水层的有机污染物随地下水径流向北运移,造成埋藏于火成岩体之下的埋藏型岩溶水也受到污染.     

山西娘子关泉水及污染成因再分析

山西娘子关泉水是我国北方最大的岩溶泉水之一,也是世界著名大泉,上世纪80年代前多年平均天然流量12.6 m3/s。文章利用1∶5万娘子关泉域岩溶水文地质环境地质调查项目勘探调查成果,对以下2个问题开展再分析:（1）娘子关泉水的成因,勘探等资料表明绵河南岸五龙泉、苇泽关等泉组主要接收下部中、上寒武统含水岩组岩溶水的补给,而非前人研究来源于上部中奥陶至下奥陶含水岩组补给;（2）结合水文地质条件,采用同位素等方法分析,认为部分地区煤矿老窑水的出流是导致娘子关泉水近年来加速污染的主要原因。      

基于GIS和改进灰色关联模型的岩溶区土壤肥力评价——以重庆市丰都县岩溶区为例

文章在GIS技术支持下,以重庆市丰都县岩溶区为研究对象,根据该县的地形特征、土地利用现状及土壤类型等共采集316个土壤样品,在此基础上,通过主成分分析法、隶属度函数等方法改进的灰色关联模型,对丰都县土壤肥力进行综合评价,并利用地统计学方法揭示其空间变异特征。结果表明:土壤肥力综合指数处于0.352~0.881之间,均值为0.579;其空间变异具有一阶趋势,去除趋势后所剩残差表现出较弱的空间相关性;研究区总体土壤肥力质量中等偏上,其中Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ等级的土壤肥力分布面积分别占总区域面积的10.61%、31.09%、35.94%;土壤常规养分和微量元素养分的综合肥力贡献率分别为76.77%和23.23%。这表明将土壤微量元素养分同时纳入土壤肥力评价指标体系是合理可行的,利用改进的灰色关联模型能较好地定量化评价土壤综合肥力,地统计学方法能更好地揭示土壤肥力的空间变异。      

西南岩溶地区不同含水介质地球物理勘查技术

针对西南岩溶地区表层带岩溶水、管道型岩溶水(溶洞、暗河、管道等)、构造裂隙岩溶水等不同类型地下水赋存介质特点,通过适宜的地球物理方法使用条件以及找水特点的分析,提出不同含水介质中寻找地下水地球物理勘查要解决的地质问题、拟采用的综合物探方法,分别总结出了它们的电性参数(或曲线)的响应特征,形成了不同含水介质的地球物理勘查技术组合方案。最后通过实例验证其实用性,并对在西南岩溶地区地下水地球物理勘查工作中积累的技术经验进行了总结。      

贵州省喀斯特区基于林木耗水特征的顶坛花椒造林整地技术

通过对试验区顶坛花椒的耗水特征进行研究,确定喀斯特区造林植苗穴规格。研究结果表明:喀斯特区顶坛花椒展叶期（3-4月）的耗水量为17.66mm、开花结果期（5-6月）为109.01mm、成熟期（7-8月）为44.03mm,其生长发育期总耗水量为170.70mm。土面、石槽、石沟三种小生境的最大日总需水量分别为0.011291m^3/m^3、0.014019m^3/m^3、0.013175m^3/m^3;而最小日总需水量为0.007337m^3/m^3、0.009124m^3/m^3、0.008571m^3/m^3。喀斯特区不同小生境植苗穴大小因小生境、土壤含水量、小气候环境不同而存在差异。其植苗穴大小为石槽最大,其次是石沟,最小是土面。      

基于地统计学烟区土壤养分及pH值空间异质性分析——以重庆市酉阳县岩溶区为例

调查了解土壤养分及pH值空间异质性特征是制定烟区土壤养分管理与施肥决策的前提。本研究基于经典统计学和地统计学方法,分析了酉阳烟区土壤表层pH值及土壤养分要素的空间异质性特征。结果表明:酉阳烟区土壤有机质含量丰富,有效磷较缺乏;土壤养分指标的变异系数在13.11%～71.46%之间,有效磷的变异系数最大,而有机质、全氮、碱解氮在土壤中比较稳定;土壤有机质和全氮、全磷、碱解氮和有效磷呈极显著的正相关,pH值和有效磷和速效钾呈极显著的负相关;有机质、全氮、全磷及速效钾的变异函数曲线理论模型符合指数模型,而pH值和碱解氮则与球状模型拟合较好;全氮、碱解氮、全磷及有效磷表现出中等空间相关性,而有机质、全钾及速效钾的空间相关性表现较弱;分维数大小表现为:全钾的分维数最大,pH值、速效钾、有机质其次,全氮、碱解氮最少;土壤养分及pH值空间分布在东西和南北方向具有显著性差异,且在东西方向上的变异要高于南北方向。酉阳烟区土壤养分空间相关性不强,说明地形、施肥及耕作等随机性因素能够显著影响烟区土壤养分空间异质性。      

贵州龙里典型喀斯特地区绿水资源耗用研究

以贵州龙里典型喀斯特地区为例,通过集成RS/GIS技术,利用生态水文评估工具中模块化生态水文综合管理系统(EcoHAT)对研究区绿水资源进行定量模拟,模拟出该区2005年10月-2006年10月像元尺度上绿水资源量,并分析了其绿水资源消耗效用.结果表明:研究区林地、草地、灌丛和农用地单位面积土壤蓄变量月均值分别为5.6mm、6.3 mm、6.9 mm、7.7 mm;林地、草地、灌丛和农用地绿水资源单位面积年有效消耗量分别为:423.0mm、344.2 mm、386.7 mm、407.5 mm,其中低消耗量分别为相应植被类型条件下总有效消耗量的47.0%、48.3%、52.7%、61.3%.在有效消耗量中,农用地低消耗量占较大比重,林地和草地的高效和低效消耗量相近,但草地的低消耗量大于林地.据此,认为贵州龙里典型喀斯特地区绿水资源具有较大的利用潜力.但是在今后的绿水资源利用中,必须加强调控绿水资源消耗效用,增加植被盖度,减少裸地面积,以减少绿水资源的无效消耗量;与此同时,还应调整植被结构,以减少植被棵间土壤的低效消耗量.     

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。     

山西长治辛安泉域岩溶水硫酸盐污染来源分析

辛安泉域核心区域工农业相对发达,人类活动强烈,逐渐出现岩溶地下水位下降、泉流量减小和水质污染等水环境问题。硫酸盐污染是泉域岩溶水的主要污染物之一,通过科学手段进行污染来源分析和识别,可为泉域保护提供决策依据。硫氧同位素是地下水领域应用较广的一种环境同位素方法,不仅技术成熟且识别精度高。本次研究将硫氧同位素方法与水化学方法结合,在辛安泉域采取岩溶泉水、岩溶地下水、孔隙水、裂隙水和河水五类水样,测试硫同位素δ34S、氧同位素δ18O和硫酸根离子SO42-含量,以分析辛安泉域岩溶水硫酸盐污染来源。结果显示,辛安泉域岩溶水水质的硫酸盐大部分符合地下水III类标准,硫酸盐含量较高的区域主要集中在西部滞流缓流区与襄垣和长治子系统的分界处、长治子系统和平顺-壶关子系统南部等地区。西部滞流缓流区硫酸盐主要来源于石膏、硬石膏的溶蚀,人类活动影响较小。泉域南部岩溶水中硫酸盐主要来源是煤矿开采的影响,大气沉降也是重要来源之一。