西南喀斯特峰丛-洼地水力联系特征分析

西南喀斯特流域具有独特的峰丛-洼地水流特征及水力联系,本文针对陈旗小流域,根据山坡岩溶泉、洼地观测井水位、水温、水化学以及气象实测数据,利用统计分析方法,分析不同水源动态变化特征;结合电阻率层析成像(ERT)探测结果,解析山坡与洼地之间的水力联系。结果表明:反映山坡表层岩溶带作用的山坡泉对降雨响应迅速,土层覆盖厚的洼地含水层相对较慢。洼地含水层与山坡表层岩溶带水力联系呈现分段规律,反映枯期和雨季山坡侧向流、洼地降水垂向补给对洼地地下水影响程度存在差异,该研究为揭示喀斯特山区峰丛-洼地水文循环过程提供科学依据。     

喀斯特山体地形对表层岩溶带发育的影响——以陈旗小流域为例

表层岩溶带是喀斯特地区水分重要的赋存与运移空间,是该地区水文过程的重要控制因素,其发育受气候、岩性、地貌等多种因素影响。选取贵州普定县陈旗流域典型山体为研究对象,采用山坡剖面曲率描述山坡地形,利用探地雷达现场勘测表层岩溶带发育厚度,在此基础上分析了表层岩溶带发育特征及其受地形因素的影响。结果表明,喀斯特山体地形低凹处具...     

喀斯特山体表层岩溶带水文地质特征分析——以陈旗小流域为例

表层岩溶带是喀斯特地区水分重要的赋存与运移空阔,是水文过程的重要控制因素,研究喀斯特山体表层岩溶带水文地质特征,对喀斯特地区水循环及生态环境保护研究具有重要意义.选取贵州瞢定县陈旗流域为研究区,通过野外调查、探地雷达探测以及渗透系数愿位测定,分析了表层岩溶带水文地质特征及其对喀斯特地区降雨径流形成的影响.结果表明:表层...     

重庆南山表层岩溶泉与地下河三氮运移及氮通量估算

岩溶区特殊的地质构造使地下水系统存在多重水流.为研究三氮在表层岩溶带水流和地下河水流中的特征和运移方式,选取城市化进程中的重庆南山老龙洞地下河流域表层岩溶泉和地下河按月采样,分析水化学特征,结合SPSS的相关性分析,认为两种水流三氮特征差异很大.表层岩溶泉三氮质量浓度月变化小,受降水、污水影响较小,NO_3~--NNH_4~+-N;地下河水三氮质量浓度月变化大,受降水、污水影响较大,旱季NH_4~+-NNO_3~--N,雨季NO_3~--NNH_4~+-N.表层岩溶泉DIN主要来源于与农业活动有关的非点源污染,在土壤、表层岩溶带中经氨化、吸附、硝化作用等过程以扩散流形式运移至出露地表.地下河DIN随管道流、扩散流运移,并以管道流为主.DIN全年有点源的工业、生活污染物经落水洞、裂隙、溶隙进入.雨季同时存在占更大比例的非点源污染物,或由降雨产生的表面坡流、壤中流、表层岩溶带水流经落水洞进入,或经深裂隙、溶隙下渗进入,硝化作用明显.流域DIN输出通量为56.05 kg·(hm~2·a)~(-1),其中NH_4~+-N、NO_3~--N分别占46.03%、52.51%;根据径流分割法估算出点源污染、非点源污染的贡献率分别为25.08%、74.92%.     

典型表层岩溶水系统降水量与泉流量的交叉小波分析

利用2002年3月至2008年12月龙怀表层岩溶水系统降水量与2个表层岩溶泉泉流量资料,采用连续小波变换、交叉小波变换与小波相干方法,对龙怀表层岩溶水系统降水量及表层岩溶泉泉流量多时间尺度特征及相关关系进行了分析。结果表明:龙怀表层岩溶水系统降水量主振荡周期为0.77～1.16a,布洋1号泉与龙何下泉泉流量的主振荡周期均为0.82～1.23a,而其高频部分周期变化均不连续,其动态特征均以年际变化为主;交叉小波变换揭示COI区域外降水量与布洋1号、龙何下泉泉流量的主共振周期均为0.77～1.23a,且涵盖全部时域,2个表层岩溶泉对降水的响应是显著和稳定的;表层岩溶泉泉流量存在稳定的落后于降水量的相位变化,布洋1号、龙何下泉分别落后于降水量0.61d、2.63d左右,表层岩溶泉径流过程为其泉域特征所制约;小波相干谱表明降水量与布洋1号泉流量在0.17～2.45a的全频域均显著共振,与龙何下泉在0.17～1.55a的周期上显著共振,且二者均涵盖了大部分时域,降水量与泉流量动态高度相关。     

西南喀斯特流域枯季地下水电导率特征及水-岩作用分析

受特殊水文地质条件影响,西南喀斯特流域水动力过程与物质循环过程复杂,利用单一水文信息分析该地区水动力过程具有较大难度。地下水电导率受喀斯特水文地质条件影响显著,可以综合反映区域水动力条件与岩性特征。论文选取贵州普定县后寨河流域为研究区,通过野外调查及地下水电导率原位测定,结合流域地形、岩性及落水洞、岩溶泉等岩溶地貌空间分布规律,分析了喀斯特流域枯季地下水电导率空间分布及其受水-岩特征的影响。结果表明,山丘区地下水电导率较低,主要由于喀斯特山区是岩溶裂隙/管道网络发育的强径流区,水-岩接触时间较短。随高程降低,地下水电导率呈现增加趋势,表明地下水流速度减缓,水-岩接触时间变长。地下水电导率受岩性特征影响显著,石灰岩区水-岩作用强烈,易形成较高电导率地下水,平均电导率650 μS/cm,白云岩区水-岩作用减弱,地下水电导率降低,平均值523 μS/cm。     

基于稳定同位素和水化学成分的西南喀斯特流域径流划分

针对喀斯特流域下垫面空间异质性强,地表、地下径流转化复杂的特点,本文选择贵州陈旗实验小流域,根据实地调查流域内水源位置以及同位素、水化学样品的采集,将流域内水源划分为地表水(仅当强降雨时发生)、表层岩溶带水和深层地下水,采用稳定同位素和水化学成分组合方法划分了流域出口径流的水源成分。结果表明:降雨期间,坡面地表径流所占比例较少,小于10%,表层岩溶带所占比例在28%～45%之间,地下径流所占比例在49%～62%之间;降雨过程中表层岩溶带径流比例增大,地下径流比例减少。降雨过后,表层岩溶带径流比例迅速减少、地下径流比例呈现增加趋势;地下径流是无雨期流域出口断面径流的主要组成部分,无雨期地下径流占地下暗河出口径流量68%～88%。     

西南喀斯特流域岩溶水氢氧同位素时空分布特征及水文意义——以后寨河流域为例

受多重导水介质影响,喀斯特流域水循环过程复杂,只以水分为研究对象的水文学方法难以刻画其时空变化特征及其受喀斯特水文地质条件的控制作用。稳定氢氧同位素赋予岩溶水指纹信息,为解译喀斯特流域水循环时空演变与水文功能提供了重要研究手段。论文选取贵州普定后寨河流域为研究对象,基于月尺度的高空间分辨率的水样采集,结合聚类分析和克里金插值方法,分析流域岩溶地下水氢氧同位素和反映蒸发分馏程度的Lc指数时空分布特征及其影响因素。以此为基础,研究喀斯特流域降雨混合、水文连通性及水流路径等水文作用。结果表明,研究区雨季岩溶地下水δ¹⁸O与Lc偏负,枯季岩溶水整体δ¹⁸O与Lc相对偏正,表明雨季湿热条件下,岩溶地下水受“新”、“老”水混合作用与流域蒸发过程的共同影响,枯季地下水混合作用较弱,蒸发作用弱;相较于中下游覆盖型岩溶区,流域上游峰丛区岩溶水δ¹⁸O偏负,Lc偏正,表明流域上游土壤/表层岩溶带浅薄山区,降雨入渗迅速,岩溶水中土壤水成分较低,下游土壤较厚,入渗较慢且蒸发强烈,地下水蓄存时间长,岩溶水中土壤水成分较高。干湿交替期,岩溶水Lc快...     

三姑泉域岩溶地下水分布特征及子系统识别

通过地质学、岩溶动力学、构造学、地球物理勘探、流体动力学、水文地质试验、水文地球化学及同位素分析等方法,分析了三姑泉域岩溶地下水赋存与富集规律,阐明了可溶岩与构造对岩溶地下水分布的控制;采用多种手段联合方法对三姑泉域的地下水子系统进行了识别。共划分了东丹河、丹河、高平-晋城、赵庄四个地下水子系统。每个子系统内都发育强径流带,径流带内物探结果显示低电阻率,水化学显示低TDS,同位素显示高δ~(18)O、δD值,子系统边界上则呈现了高电阻率,高TDS及低δ~(18)O、δD值的特征。多种研究方法相互印证结论一致,提高了地下水子系统识别的准确度。     

有机氯农药在岩溶区上覆土壤中的垂直迁移特征及对地下水的影响

选取典型表层岩溶泉域内的土壤剖面和表层岩溶泉水为研究对象,采用气相色谱(GC-μECD)对土壤和地下水中的有机氯农药(organochlorine pesticides,OCPs)进行定量分析,研究了有机氯农药在岩溶区上覆土壤中的垂直迁移以及对地下水的影响.结果表明,研究区所有土壤剖面中,HCHs和DDTs均有检出.HCHs和DDTs的含量范围分别为:0.77~18.3 ng·g-1(平均5.16 ng·g-1)和0.34~226 ng·g-1(平均16 ng·g-1).研究区土壤中的HCHs和DDTs峰值主要出现在土壤亚表层.在一年的观测期间,4个表层岩溶泉中均有HCHs和DDTs检出.泉水中HCHs和DDTs的含量范围分别为:2.09~60.1 ng·L-1(平均12 ng·L-1)和N.D~79.8 ng·L-1(平均9.16 ng·L-1).后沟泉、柏树湾泉、兰花沟泉的HCHs和DDTs含量以及水房泉中的HCHs含量均呈现出雨季高于旱季的特点.泉水中的HCHs、DDTs含量与泉域内土壤中的HCHs、DDTs含量并没有很好的对应关系.研究表明,TOC、土壤含水量、黏粒含量、p H均对后沟泉域土壤中有机氯农药垂直迁移产生抑制作用,致使后沟泉域土壤中有机氯农药含量虽然在4个泉域中最高,但泉水中的含量却最低.而在水房泉泉域,这4个因素对有机氯农药的垂直迁移均没有抑制作用,因此水房泉泉域土壤中有机氯农药含量虽然最低,但泉水中有机氯农药的含量却较高.     

表层岩溶带生态系统的水文地球化学效应——以弄拉兰电堂泉域为例

表层岩溶带及其植被、土壤构成特殊的岩溶生态系统。本文系统分析了兰电堂泉域的植物和土壤微生物群落特征、土壤理化性质及水样理化性质,结果表明:从大气降雨、穿透雨,树干径流,土壤水到岩溶泉水的水文过程中,电导率、暂时硬度、总碳量不断增加,不同阶段各阴、阳离子的吸附和淋溶存在差异,对大部分离子,植被层和浅层土壤有较强淋溶作用,深层土壤吸附作用较强。表层岩溶带水文过程是碳循环的重要途径之一,植被层是有机碳的重要来源,土壤层是无机碳、有机碳和HCO3-转化的重要化学场,植物-土壤系统主导了碳的转化和转移,影响表层岩溶动力系统。随植物群落正向演替的进行,表层岩溶生态系统趋于稳定,能有效调控水文地球化学性质变化。     

济南白泉泉域地下水位动态对降水响应的年内时滞分析

利用1990~2011年间济南白泉泉域内4个碳酸盐岩裂隙岩溶水及泉域内及北侧3个松散岩孔隙水水位动态观测资料与同期降水数据,采用相关分析、交叉小波分析方法对研究区地下水位动态与降水的关系进行了研究。结果表明:1相关分析可概略的描述水位动态对降水响应的滞后特征。2交叉小波分析表明,全时段岩溶水观测点水位动态对降水时滞为101.41~141.56d,孔隙水为114.14~185.37d,泉域径流区及排泄区的各点对降水的滞后明显,且岩溶水径流路径越长,水位动态越滞后。3高降水时段岩溶水动态时滞为80.80~118.31d,孔隙水为128.59~167.52d,说明年降水量及降水组合形式对水位时滞有影响,总体降水量越大则地下水位响应越快。地下水位对降水响应的定量描述,可耦合入地下水位预测模型,从而对地下水资源的保护及合理开发利用起到积极作用。     

广西弄拉森林植被的喀斯特效应

研究了广西弄拉封山育林40多年后植被对大气降雨、表层岩溶泉水物理化学特征、土壤自然含水量和土壤水的影响。结果表明:弄拉的森林植被能明显酸化大气降雨,增加雨水中碳的含量,促进岩溶生态系统的碳循环,增强岩溶动力系统中的溶蚀动力;增加土壤自然含水量,提高土壤风化程度,改善土壤理化性质,增加土壤水有机碳含量;增加表层岩溶泉水中化学成分的含量,改变水质。研究结果显示弄拉的生态恢复和重建已经取得了一定的成绩,今后的研究应在此基础上从改变水质,提高居民饮水质量出发,造福农民。     

南方红壤区氮湿沉降特征及其对流域氮输出的影响

本研究通过对江西千烟洲香溪流域雨季氮湿沉降及径流过程进行监测,分析降雨及径流过程的各形态氮浓度变化,探讨南方红壤区氮湿沉降特征及其对流域氮输出的影响.结果表明:1 2014年雨季(3~6月)共27场降雨,产生的氮湿沉降负荷达43.64~630.59 kg,氮沉降通量为0.44~6.43 kg·hm-2,呈现出极大的季节变异性;2对其中3场降雨过程进行动态分析发现,当降雨量为8~14 mm时,流域氮沉降负荷达18.03~41.16 kg,而该地区氮湿沉降通量为0.18~0.42 kg·hm-2.其中3场次降雨事件导致流域水体的总径流量为4 189.38 m3,TN总流失负荷16.72 kg,输出通量为4.64 kg·hm-2;DTN总流失负荷为9.64 kg,输出通量为2.68 kg·hm-2;NH+4-N总流失负荷2.93 kg,输出通量为0.81 kg·hm-2;NO-3-N总流失负荷5.60 kg,输出通量为1.56 kg·hm-2.3流域氮湿沉降对流域氮输出的贡献率约为56%~94%,说明降雨对流域氮流失影响巨大,并以硝酸盐为主,流域水体中总氮浓度超过河流水体富营养化阈值(1.5 mg·L-1)存在发生富营养化的隐患.     

下凹式绿地对城市降雨径流污染的削减效应

以现场7次降雨14组径流污染监测数据为基础,探讨了下凹式绿地对城市降雨径流污染的削减效应,分析了径流污染负荷、绿地土壤与覆被植物、降雨历时等因素对污染削减率的影响.结果表明,当COD,NH4+-N和TP的浓度分别为56.0~216.0,0.27~2.97,0.20~0.95mg/L时,下凹式绿地对COD,NH4+-N和TP的平均削减率为52.21%,48.98%和47.35%.下凹式绿地对径流污染的削减过程可分为2个阶段:初期1h的径流污染削减率符合一级动力学模式,后期径流污染削减规律可用二级动力学模式表示.降雨历时增加可提高污染物削减率,当降雨历时约从3h增加到20h时,径流污染的综合削减率可从40%上升到65%.     

黄土高原降雨驱动下流域碳输移特征及其碳流失评估：以羊圈沟坝系流域为例

通过对黄土高原典型坝系流域雨季碳沉降与径流碳输移过程的研究,探讨降雨径流过程对流域碳流失的驱动机制,并进一步评估流域碳侵蚀通量.结果表明,羊圈沟坝系流域湿、干季碳沉降月通量为3.33 kg·hm~(-2)、2.18 kg·hm~(-2),干湿季碳沉降存在一定变化且对流域碳输出贡献较小.流域8月碳输出量为944.89 kg·km~(-2),其中DOC、DIC输出量分别占55.39%、44.61%;9月碳输出量为300.29 kg·km~(-2),DOC、DIC输出量分别占23.03%、79.97%,不同降雨强度径流的碳流失量不同,总体溶解性无机碳输出比重较大.羊圈沟小雨强降雨事件中径流溶解性碳输出量为156.98 kg·km~(-2),中等雨强降雨事件中径流碳输出284.60 kg·km~(-2);该流域雨季月均碳流失模数为1.89 kg·(km~2·mon)~(-1),经评估得出研究区域年碳流失模数为2.70kg·(km~2·a)~(-1).