人类活动对漓江地表水体水-岩作用的影响

人类活动对流域水质的影响受到越来越多的关注.为探讨人类活动对岩溶地表水体水-岩作用的影响,以受农业、工业、旅游业活动及城市发展综合影响的漓江流域为研究对象,于2016年7~11月采集河水样,分析水化学和δ~(13)C_(DIC)数据.结果表明:(1)漓江水化学类型为HCO_3-Ca.在阴离子成分中,SO_4~2和NO_3~-仅次于HCO_3~-,并且在漓江桂林至阳朔段,因城市及城镇分布密集,旅游业发达,浓度较高.(2)[Ca~(2+)+Mg~(2+)]/[HCO_3~-]当量比值在1.01~1.51之间,[Ca~(2+)+Mg~(2+)]/[SO_4~(2-)+NO_3~-+HCO_3~-]比值在0.85~1.12之间,说明硫酸、硝酸参与了水-岩作用.(3)碳酸溶蚀碳酸盐岩的比例平均为75.89%.硫酸和硝酸溶蚀碳酸盐岩的比例平均为24.11%.硝酸、硫酸溶蚀碳酸盐岩的能力多雨期强于少雨期.此外,硫酸和硝酸溶蚀碳酸盐岩的比例从上游到下游呈波动增大趋势,最高值出现于灵川县城,最低出现于漓江上游的华江.(4)碳酸风化碳酸盐岩对HCO_3~-的贡献最大,平均为83.58%;其次为硫酸和硝酸风化碳酸盐岩,平均为14.24%;碳酸风化硅酸盐岩对HCO_3~-的贡献最小,平均为2.18%,华江和峡背碳酸风化硅酸盐岩对HCO_3~-的贡献较其他点突出,这与流域地质背景相符合.(5)δ~(13)C_(DIC)值介于-11.95‰~-7.61‰之间;通过端元混合模型估算的δ~(13)C_(DIC-rock)介于-14.24‰~-7.23‰之间.多雨期δ~(13)C_(DIC)值与δ~(13)C_(DIC-rock)值比较接近,少雨期δ~(13)C_(DIC)值明显重于δ~(13)C_(DIC-rock).δ~(13)C_(DIC)与δ~(13)C_(DIC-rock)之间存在一定差异,是由于受到水生植物光合作用的影响.     

广西五里峡水库夏季溶解无机碳行为的初步研究

为更加清晰地认识无机碳在岩溶水库水体中的循环转化过程,2013年7月初对位于岩溶区的广西五里峡水库沿流程方向不同地点不同深度水体进行现场监测.结果表明:1研究区水体水化学主要受碳酸盐平衡体系控制,水化学类型为HCO3-Ca+Mg型.2水体溶解无机碳(dissolved inorganic carbon,DIC)含量及其同位素组成δ13CDIC分布特征:沿流程方向从库尾到坝前同一深度不同取样点DIC含量呈减小趋势(DIC(平均):1.03～0.78 mmol·L-1),δ13CDIC则逐渐变重(δ13CDIC(平均):-10.21‰～-6.62‰).沿垂直方向从表层向库底DIC含量呈增加趋势(DIC(平均):0.86～1.05 mmol·L-1),δ13CDIC则逐渐变轻(δ13CDIC(平均):-7.88‰～-13.39‰).分析认为:1碳酸盐岩溶解沉淀过程对研究区水体DIC含量及δ13CDIC的影响有限或被其它过程平抑.2研究区水体存在热分层现象,其通过影响水库不同部位、不同深度水生生物新陈代谢的方向及强度、有机质分解强度等对水体DIC及δ13CDIC产生影响,使之出现前述变化趋势.     

珠江流域河流碳输出通量及变化特征

研究河流碳运移对于研究全球碳循环以及探讨河流对全球气候变化的响应机制具有重要意义.2012年4月和7月选取珠江主流及支流11个代表性断面,分析悬浮颗粒物和碳组分的空间分布和季节变化,同时选取博罗、石角和高要这3个主控断面,对珠江流域的碳通量和侵蚀模数进行了估算.结果表明,珠江流域悬浮颗粒物(TSS)、颗粒有机碳(POC)以及溶解有机碳(DOC)随雨季的到来而质量浓度升高,西江上游TSS和POC的质量浓度增加显著;珠江流域河流碳的4种组分中,溶解无机碳(DIC)的所占质量分数最高,且西江、北江的DIC质量浓度明显高于东江;西江、北江和东江河流中外源POC分别占78%、72%和26%,三大支流的POC均受上游C3植物的影响;珠江流域的TSS、总碳(TC)、POC、颗粒无机碳(PIC)、DOC、DIC、以及颗粒碳(TPC)、总有机碳(TOC)的入海通量分别为134×1012、12.69×1012、2.50×1012、1.01×1012、1.13×1012、8.05×1012、3.51×1012和3.65×1012g·a-1,对应的侵蚀模数分别为:309×106、28.98×106、5.75×106、2.27×106、2.56×106、18.4×106、8.02×106和8.31×106g·(km2.a)-1.与全球主要河流碳侵蚀模数相比,珠江流域河流DOC、POC和TOC的侵蚀模数均高于全球平均值.     

岩溶区地下水补给型水库表层无机碳时空变化特征及影响因素

为更深入地认识岩溶区地下水补给型水库表层无机碳的循环过程,于2014-07-12~2014-07-20期间,以广西上林县大龙洞岩溶水库表层水体为研究体系,对无机碳循环研究的重要指标进行定点观测和高密度的昼夜监测.结果发现:1从上游到下游DIC含量和水体p CO2值逐渐增加[DIC(平均):122.88 mg·L-1增至172.02 mg·L-1,p CO2(平均):637.91×10-6增至1 399.97×10-6],δ13CDIC值逐渐偏负[δ13CDIC(平均):-4.34‰降至-6.97‰].2库区均为大气CO2的源,CO2交换通量在7.11~335.54 mg·(m2·h)-1之间,平均125.03 mg·(m2·h)-1,上游和下游地区CO2交换通量较大[平均131.73 mg·(m2·h)-1、170.25 mg·(m2·h)-1],中游狭窄地区CO2交换通量较小[平均116.05 mg·(m2·h)-1].3表层水体p CO2值和水-气界面CO2交换通量存在晚上升高,白天降低的昼夜变化规律,且与叶绿素a(Chla)呈负相关关系.分析认为:1大龙洞水库表层水体DIC含量、δ13CDIC值和水体p CO2的空间分布主要受浮游植物浓度、浊度、电导率、水深、透明度等的影响,而水-气界面CO2交换通量除了受浮游植物浓度空间变化的影响外还受风速的影响.2浮游植物昼夜垂向运动及光合作用和呼吸作用昼夜变化控制着水库表层水体溶解性无机碳的昼夜循环过程.     

桂江流域夏季水-气界面CO2脱气的空间变化及其影响因素

河流具有复杂的流域空间异质性,加之岩溶区河流富钙偏碱高溶解无机碳的特殊环境,使得河流水-气界面CO_2脱气出现显著的空间变化.为揭示岩溶区河流水-气界面CO_2脱气的空间变化特征及其影响因素,利用主要离子、物理化学参数、δ~(13)C_(DIC)等数据以及模型法和浮游箱法分析桂江流域水-气界面CO_2脱气特征.结果表明:(1)桂江流域水文地球化学表现出明显的空间变化特征,HCO_3~-、Ca~(2+)以及电导率、总溶解性固体(TDS)、SIc、p CO_2都表现出中游支流中游下游上游的相似的分布特征;(2)桂江流域在监测期间均表现出CO_2脱气,为大气CO_2的源,脱气通量平均值为237 mg·(m~2·h)~(-1),位于世界河流平均CO_2脱气通量范围内,但桂江流域CO_2脱气在不同的河段表现出明显的空间变化,中游支流和中游明显大于上游和下游;(3)桂江流域中游干流和支流CO_2脱气主要受到碳酸平衡系统的影响,但同时中游支流受到生物光合作用的影响.此外,上游CO_2脱气通量主要受到大气环境因素的影响,而下游CO_2脱气通量则受到诸多因素的共同影响.     

柳江流域饮用水源地重金属污染与健康风险评价

为说明柳江流域饮用水源地的重金属元素含量特征及饮用水水质对人体健康的潜在危害,于2016年1~12月对柳江干流及主要支流的水体进行常规水质指标和Cd、As、Cr、Hg、Zn、Cu、Pb、Fe、Mn等金属元素进行分析检测,并采用美国EPA推荐使用的健康风险评价模型对饮用水源地的健康风险进行评价.结果表明,Cd、As、Cr、Zn、Cu、Pb、Fe、Mn含量未超过我国地表水环境质量标准（GB 3838-2002）的限值,Hg含量存在超标.对重金属含量进行Pearson相关性分析,其中Cd、Pb、As与Fe可能具有相似的来源,Cu、Cr、Hg、Zn之间污染具有多源性,9种重金属含量与pH值间均不存在显著相关性.柳江流域饮用水源地致癌重金属元素健康风险成人和儿童分别为4.52E-04 a^-1和5.91E-04 a^-1,非致癌健康风险成人和儿童分别为8.96E-09 a^-1和1.14E-08 a^-1.致癌重金属Cr、As、Cd通过饮水途径所造成的人均年健康风险分别表现为Cr > As > Cd,风险值范围为3.58E-06~1.21E-04 a^-1,Cr和As的风险值大于ICRP所推荐的风险水平5.0×10^-5 a^-1.该研究区内重金属元素非致癌健康风险值范围为3.53E-12~2.87E-09 a^-1,均在EPA推荐的可接受水平内,初步认为不会对人体健康产生明显危害.流域主要健康风险来源于致癌物.Cr和As是柳江流域水环境产生健康风险的主要污染物,应当优先列为柳江流域水环境风险管理的主要对象.     

云南荞麦地流域地下水水化学特征及物质来源分析

为研究荞麦地流域地下水的水化学特征及物质来源,2017年7月在研究区共采集地下水的水样32个,综合运用聚类分析、因子分析和路径模型分析等方法,分析了荞麦地流域地下水水化学特征,并定性和定量探讨了荞麦地流域地下水水化学的物质来源.结果表明,研究区内水体整体呈弱碱性,Ca~(2+)、Mg~(2+)、SO_4~(2-)、HCO_3~-和N_3O~-等主要阴阳离子具有较高的空间变异性.通过聚类分析可知,研究区内地下水可分为两大类:A类和B类,分别具有两个子集:A_1、A_2、B_1和B_2,并且从A类地下水到B类地下水化学类型开始变得复杂,A类地下水水化学类型均为HCO_3-Ca型,B_1类地下水和B_2类地下水分别有HCO_3-Ca型、HCO_3-Na·Ca型、HCO_3-Na·Ca·Mg型和HCO_3-Ca型、HCO_3-Ca·Mg型、HCO_3-Na·Ca型各3类.为进一步探讨地下水水化学的影响因素,通过因子分析和路径模型分析可确定碳酸盐岩、人类活动、蒸发岩和硅酸盐岩是地下水的主要物质来源.其中人类活动的作用和MgSO_4型蒸发岩的溶解,是形成以碳酸盐岩为地下水化学组分的主要来源,同时具有多元地下水水化学特征的重要原因.     

亚热带典型岩溶区地表溪流水文地球化学昼夜变化及其影响因素研究

为了解岩溶区地表溪流水文地球化学的昼夜变化过程及其影响因素,于2013-07-09～2013-07-14期间,在广西壮族自治区融安县官村地下河出口(G1)和下游雷崖村(G2)设置两个监测点同时展开了为期5 d的高分辨率昼夜监测工作,每15min监测水温(T)、pH、溶解氧(DO)和电导率(Spc),每2 h进行人工采样工作,样品测试Ca2+、HCO-3和NO-3等主要离子以及δ13CDIC.结果发现:1 G1和G2点都是HCO3-Ca型水,但是两个监测点表现出不同的水文地球化学昼夜变化过程;2监测期间官村地下河出口(G1)的物理化学参数和主要离子(Ca2+、HCO-3和NO-3等)基本上保持稳定,而雷崖监测点(G2)的物理化学参数(T、pH、DO、Spc)和Ca2+、HCO-3和NO-3离子表现出有规律的昼夜变化特征;3 G2监测点的溶解无机碳(DIC)和δ13C值表现出相反的昼夜变化特征,DIC在白天下降晚上升高而δ13C值白天上升晚上下降,并表现出较好的负相关关系(相关系数为-0.87,P<0.01).结果表明,水生植物的光合作用和呼吸作用、水温以及脱气作用共同影响岩溶区地表溪流水文地球化学的昼夜变化,控制了岩溶地表溪流内部物质循环过程.     

岩溶地下河流域表层土壤多环芳烃污染特征及来源分析

采集重庆南山老龙洞地下河流域农田土壤(0～20 cm),利用气相色谱-质谱联用仪(GC/MC)测定了土壤样品中16种优控多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs)含量,分析其含量和组成,污染水平及污染来源.结果表明,流域内不同地点表层土壤16种PAHs总量变化范围为277～3301 ng·g-1,平均值为752.6 ng·g-1±635.5 ng·g-1,所有样品均遭受污染,其中57%为轻污染,29%为污染土壤,而14%为重污染.多环芳烃的组成以2～3环为主,占总量的28.72%～72.68%,平均值为48.20%;4环和5～6环含量分别为7.77%和34.03%.土壤PAHs含量与有机质(SOM)含量显著相关,而与pH值相关性不强.比值法和主成分分析(PCA)表明,流域内土壤主要来自交通排放与煤炭、石油及生物质燃烧的混合源以及石油源.     

不同地质背景水库区夏季水-气界面温室气体交换通量研究

岩溶水库水化学特征受碳酸盐岩溶蚀风化产物所控制,形成"富钙偏碱高溶解无机碳"的特殊环境,其水-气界面温室气体交换特征、过程及影响因素与其他非岩溶水库存在较大差异.为揭示不同地质背景控制下典型水库水-气界面温室气体交换的特征及控制机制,选取广西三座不同地质背景的水库[大龙洞水库(岩溶水库)、五里峡水库(半岩溶水库)、思安江水库(非岩溶水库)],同时运用静态箱法(FC)和模型计算法(TBL)对其水-气界面温室气体(CO2、CH4)交换通量进行比较研究.结果表明:1两种方法获得的结果均显示,大龙洞水库库区和出库水体均为大气CO2、CH4的源;五里峡水库库区总体上为大气CO2的汇、大气CH4的源,其出库水体均为大气CO2、CH4的源;思安江水库库区均为大气CO2的汇、大气CH4的源.2无论是岩溶水库还是非岩溶水库,其出库水体温室气体排放量远大于库区,如何控制水库出库水体的CO2、CH4释放问题值得关注.3在没有大量淹没土壤有机质和植物的情况下,由岩溶地下水补给的水库水-气界面CH4交换通量与其他半岩溶水库和非岩溶水库差别较小,但由于富含DIC水体的输入及受水库热分层的影响,其CO2交换通量要明显高于其他非岩溶水补给的水库.