西南典型岩溶地下河系统水文地球化学特征对比:以重庆市青木关、老龙洞为例

为探究不同土地利用类型和人类活动方式下西南典型岩溶地下河的水文地球化学特征,以地质背景相似的重庆青木关和老龙洞地下河为例,从月动态、单场降雨动态两个尺度,利用独立样本t检验、主成分分析(PCA)等方法对两岩溶地下河出口姜家泉、老龙洞的水文地球化学特征及其影响因素进行对比研究.结果表明,姜家泉与老龙洞的Ca~(2+)、HCO_3~-、Mg~(2+)、K~+、NO_3~-、Na~+、SO_4~(2-)、Cl~-、电导率等差异显著,姜家泉K+、NO-3的月动态变化幅度和浓度均值大于老龙洞,Na~+、SO_4~(2-)、Cl~-的月动态变化幅度和浓度均值则小于老龙洞.由PCA分析可知,水-岩作用对两岩溶地下河水的水化学特征及变化都起重要作用,但青木关主要受农业活动影响,老龙洞则主要受城镇活动、工业活动影响.由于人类活动影响方式和程度的差异,两岩溶地下河对单场降雨的响应也不同,姜家泉各指标变化与流量变化高度一致,老龙洞各指标的变化相对无序.青木关水化学特征的动态变化受水土流失、农业活动影响较大,水-岩作用次之.老龙洞则主要受到水-岩作用的影响,受城镇活动、工业活动、水土流失作用的影响也较明显.     

青木关地下河中溶解态甾醇来源及迁移、转化特征

为阐述溶解态甾醇在地下河中的来源及迁移、转化过程和对水质状况评价,2013年7~11月在青木关地下河入口处、出露处和出口处进行定期采样,并利用气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)对样品中溶解态甾醇的组分进行定量分析.结果表明,7~11月溶解态甾醇的平均含量变化为415~629 ng·L-1,随月份的增加地下河中溶解态甾醇的含量呈下降的趋势;从地下河入口至地下河出口溶解态甾醇的平均含量变化为724~374 ng·L-1;豆甾醇/胆固醇的平均比值变化为0.29~0.12,随地下河运移距离的增加二者的值均呈下降的趋势.成分组成上以胆固醇含量占优势,约占总含量的37.30%~94.85%,但各月组成变化较大.粪醇/胆固醇、粪醇/甾醇总量的比值均小于0.2,表明没有受到生活污水的污染,但随月份的增加二者比值大致呈增加的趋势.     

川东平行岭谷区典型岩溶含水系统中NO3-的存储和运移

为了研究NO3-在岩溶含水系统中的存储和运移规律,对降雨条件下重庆川东平行岭谷区青木关地下河系统的水化学动态进行在线监测和高密度采样测试,结合NO3-的月动态变化,并利用主成分分析方法.结果表明,降雨期间地下河中的NO3-与全Fe、全Mn、Al3+是两组不同来源的元素,在含水系统中表现出不同的地球化学行为.NO3-从地表输入后随土壤水下渗存储于岩溶非饱和带的裂隙、孔隙和溶隙等含水介质中,而全Fe、全Mn、Al3+则是地表受雨水侵蚀的土壤随地表径流通过落水洞、竖井等通道,以集中流的形式灌入地下河造成的.进而将NO3-在岩溶含水系统中的运移过程分为输入存储、快速输出和再输入存储这3个理想的阶段.在外部条件大致相同的情况下,非饱和带的岩溶发育程度是影响降雨期间地下河中NO3-浓度变化的关键因素.降雨条件下存储于非饱和带的NO3-很容易被释放出来,破坏地下水生态环境,严重威胁着当地群众的健康安全.需要加强岩溶生态系统管理工作,改善土地利用方式,科学施肥,有效控制地下水营养成分的地表输入.     

重庆青木关地下河流域水中多环芳烃的污染和迁移特征

为探究典型岩溶槽谷区重庆青木关地下河流域水中多环芳烃(PAHs)的含量、组成、来源及污染特征,于2014年对青木关地下河流域中3种不同类型水体进行了连续7个月的采样监测,并利用气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)测定了水中16种优控多环芳烃含量.结果表明,地下河水、表层岩溶泉水和地表水中∑PAHs含量变化范围分别为73.9~339.0、76.2~212.0和81.9~272.0 ng·L-1,平均值分别为134、138和173ng·L-1;PAHs组成以2~3环为主,平均占总含量的82%.通过对PAHs的组成对比分析表明,PAHs在迁移过程中地下环境介质对PAHs存在吸附作用.燃烧源是流域内水中PAHs的主要来源,PAHs污染水平较低,个别中低环PAHs含量超过水质标准,高环PAHs超标仅出现在2014年11月的地表水和地下河出口水样中.     

基于δ15N和δ18O的农业区地下河硝酸盐污染来源

为研究岩溶区农业活动为主导的地下河流域硝酸盐污染来源,于2017年5~10月每24 d左右对重庆青木关流域6个采样点进行监测,利用~(15)N和~(18)O同位素技术对示踪硝酸盐来源进行解译,应用IsoSource模型计算出不同端元硝酸盐的贡献率.结果表明:(1)青木关农业区地下河系统存在较大的硝酸盐污染风险,大部分采样点出现不同程度NO_3~--N浓度超标现象.(2)空间上,青木关地下河中NO_3~--N浓度整体呈现由上游向下游升高的趋势.时间上,上游鱼塘和岩口落水洞以及下游姜家泉样点NO_3~--N浓度在5~6月因受农业施肥的影响,均呈上升趋势,6~9月受降水影响而出现不同程度升高或降低,9月之后随着农业活动减少而逐渐降低;中游土壤点NO_3~--N浓度保持较高值;中下游大鹿池NO_3~--N浓度较低且变幅不大.(3)通过硝酸盐~(15)N和~(18)O同位素分析,表明上游鱼塘和岩口落水洞的硝酸盐源于土壤有机氮、动物粪便及污废水混合;中游土壤点硝酸盐源于土壤有机氮、降水和肥料中NH_4~+;中下游大鹿池中硝酸盐来源于动物粪便及污废水、土壤有机氮、降水和肥料中NH_4~+的混合作用.地下河出口处姜家泉硝酸盐污染严重,其源于土壤有机氮、降水和肥料中NH_4~+、动物粪便及污废水、大气沉降的综合作用.(4)基于IsoSource模型对地下河出口处硝酸盐来源进行定量分析,发现动物粪便及污废水贡献率占46.4%,土壤有机氮占32.6%,降水与肥料中NH_4~+占18.6%,大气沉降仅占2.4%.     

青木关岩溶槽谷地下水含水层固有脆弱性评价

摘要：岩溶地下水脆弱性评价是基于保护岩溶含水层从而有效地管理和利用地下水提出的有效方法和手段。我国西南岩溶区大多数地区缺少应有的地下水保护带,地下水比较容易受到污染。基于“起源一路径一目标”模型,考虑三个因子：覆盖层（0）、径流特征（c）、降雨条件（P）,对重庆市青木关岩溶槽谷地下水含水层固有脆弱性进行了定量评价。结果...     

降雨条件下岩溶泉水中悬浮颗粒物的运移特征及来源分析

降雨期是揭示岩溶地下水系统物质能量输入和输出的重要阶段.以重庆青木关地下河系统的出口姜家泉为例,监测了降雨条件下泉水中不同粒径悬浮颗粒物分布,辅助以水文地球化学手段,对岩溶地下水悬浮颗粒物的运移特征和来源进行了探讨.结果表明,在降雨初期,由于外源物质的输入,泉口渠道地表水中0～11μm悬浮颗粒物的数量急剧升高;而后当地下水主要靠岩溶裂隙水补给时,泉水中0～11μm悬浮颗粒物的数量升高,再悬浮作用占到主导地位;继而雨水补给整个流域地下水系统,稀释作用占主导地位时,泉水中0～4μm悬浮颗粒物的数量升高,地下水悬浮颗粒物为外源物质.由于研究区特定的水文地质条件和降雨强度,悬浮颗粒物的临界粒径为4μm,对于泉水是否受到微生物的污染可能有着重要的指示意义.