贵州典型岩溶流域水循环驱动的岩溶碳汇通量及其主控因素分析

利用高分辨率水文水化学自动记录仪,对地处湿润亚热带季风气候条件下的贵州省黔南峰丛洼地区的板寨和黄后,以及位于黔中高原面上丘原区的后寨3个岩溶流域进行了为期6年半(2007年5月至2013年10月)的连续监测。结合流域出口水中主要化学组分的野外滴定与室内分析实验,建立了水中碳酸氢根、钙和镁等主要离子与电导率之间的线性相关关系,进而获得了高时间分辨率的水中CO_2分压、方解石饱和指数和岩溶碳汇通量等指标。数据统计分析发现:(1)板寨、黄后和后寨岩溶流域的多年平均岩溶碳汇通量分别为29、33和39 t-CO_2km~(-2)·a~(-1);(2)岩溶流域出口水中碳酸氢根离子具有化学稳定性行为,流量是流域岩溶碳汇通量的主控因子。     

降雨条件下岩溶碳汇的动态变化特征——以桂林毛村地下河为例

2010年6月13日至6月17日期间,对桂林毛村岩溶地下河出口HCO3-与流量对降雨的响应进行了高分辨率的监测,实时监测降雨量和地下河出口河水水位、水温、pH值、电导率、重碳酸根,结合计算地下河水方解石饱和指数(SIc)与二氧化碳分压(pCO2)的基础上,分析了降雨条件下岩溶碳汇的动态变化特征.相关数据表明,(1)岩溶...     

水力坡度对溪流钙华沉积的影响

在有钙华沉积的云南白水台景区引水渠道中,通过水准测量以及导线测量的方法,获得了引水渠道各研究点的相对高程和距离。利用流速仪测定了各研究点的水流流速,通过计算获得了各研究点的总水头和水力坡度。利用水化学记录仪,在短时间内测定了各研究点的电导率、水温与pH值,结合现场滴定以及室内水样分析的结果,计算出各点的方解石饱和指数和二氧化碳分压。发现在方解石饱和指数大于0.8的研究渠段,电导率、Ca2+和HCO3-浓度沿水流方向降低,经成因分析与数学推导,得出Ca2+浓度与总水头呈线性关系,水力坡度与渠段上的钙华沉积量也呈线性关系,这是岩溶作用动力学扩散边界层控制理论的具体体现,也即水力坡度越大,流速越快,扩散边界层越薄,碳酸钙沉积速率越大。     

白云岩洞穴系统中水-气CO_2分压对洞穴水水文化学过程的影响:以贵州双河洞为例

为揭示白云岩岩层中所发育洞穴系统中的中的洞穴水与空气中CO_2分压对洞穴水水文化学过程的影响及其动态变化特征和控制因素。从2015年4月至9月对绥阳双河洞洞穴水的水化学指标进行了为期6个月的动态监测,结果表明:(1)双河洞洞穴水的水化学类型主要为HCO_3~--SO_~(2-)-Ca~(2+)-Mg~(2+)和SO_4~(2-)-HCO_3~--Ca~(2+)-Mg~(2+)型水,在受到上覆石膏岩层的影响时,SO_4~(2-)成为优势离子且可以极大提高溶液中Ca~(2+)离子含量;(2)洞穴滴水的水-气间CO_2分压差值(△PCO_2)与SI之间存在良好的负相关关系的同时,2种重要的矿物饱和指数SI_c,SI_d之间存在着良好的正相关关系;(3)实测数据分析证明"表观饱和指数"现象的客观存在;(4)洞穴水中的液相CO_2(PCO_2_(water))与溶液的pH值呈现出显著的负相关关系,且在未开发的天然封闭洞腔中洞穴空气CO_2分压对洞穴水水文地球化学过程影响较小。     

桂西北峰丛洼地泉水和溪流在降雨过程中的水化学动态变化特征

通过对中国科学院环江喀斯特农业生态系统观测研究站所在区域的泉水和溪流在降雨时的连续采集,发现二者的水化学特征对降雨的响应较快,但变化却不同。降雨时泉水的pH值在降雨时降低,电导率和主要离子浓度升高,SI降低,pCO2升高,而溪流的电导率和主要离子浓度降低,碳酸盐矿物饱和指数(SI)降低,水中二氧化碳分压(pCO2)降低。降雨时泉水和溪流的溶质输移速率明显增加,但没有表现出在连续降雨中因为降雨强度大输移速率就高的现象,从而推断,除了雨水的稀释作用和"土壤CO2效应"外,土壤包气带的"前水"以及土壤中可交换态离子也影响了降雨时峰丛洼地水体中溶质的运移。     

贵州清水江流域丰水期水化学特征及离子来源分析

对清水江流域丰水期河水离子浓度及组成特征分析表明,流域水化学组成以Ca2+、HCO-3离子为主,其次为Mg2+、SO2-4;TDS均值213.96 mg·L-1,高于世界流域均值.根据海盐校正分析得出,研究区大气降水中海盐输入对流域水化学的贡献率为2.23%,低于世界河流均值3%.Gibbs图结合离子比值分析表明,流域水化学主要受碳酸盐岩风化影响,越往下游硅酸盐岩化学风化贡献越明显,碳酸和硫酸同时参与了流域岩石风化过程.离子来源分析表明,Ca2+、Mg2+、HCO-3离子主要来自于白云石、方解石等碳酸盐岩风化溶解,Na+、K+、Cl-主要来源于硅酸盐岩风化;SO2-4和NO-3主要来源于大气酸沉降和城镇废水输入.人为活动影响分析表明上游工矿企业活动对清水江流域水化学影响明显.     

湿润亚热带典型白云岩流域的化学剥蚀速率——以贵州施秉黄洲河流域为例

针对白云岩岩溶作用过程研究较为缺乏、白云岩地区的化学剥蚀速率报道较少等问题,本文以中国南方喀斯特施秉世界自然遗产地内黄洲河典型白云岩流域为研究区,采用流域水化学径流法,通过获得的2015年3月~2016年3月水文年内钙、镁离子的月平均浓度和高时间分辨率的流量数据,结合白云岩流域的水化学稳态行为,计算出该白云岩流域的化学剥蚀速率为46.91 mm/ka,与其他相似气候条件下白云岩流域的化学剥蚀速率相当,但比以石灰岩为主的碳酸盐岩流域的化学剥蚀速率高38%。这主要是因为在自然条件下,亚热带典型白云岩在地域尺度上有足够的时间达到溶解平衡态,进而使白云石较高的溶解度成为影响其化学剥蚀速率的主要因素。     

不同土地利用分布格局下的岩溶泉水化学变化研究

利用多参数自动记录仪CTDP300对具有不同土地利用分布格局的贵州普定陈旗和灯盏河两个岩溶泉域的降雨量、泉水位、水温、pH值和电导率进行了一个完整水文年的连续监测,并依据化学平衡热力学原理进行计算,得到连续的水的CO2分压(PCO2)和方解石饱和指数(SIc)。结果表明这两个泉的这些水化学指标均呈现出明显的季节变化和暴雨动态变化。然而,两泉水的这些变化具有明显的差异:对于土壤分布较多和水田分布在排泄区的陈旗泉而言,HCO3-和PCO2较高,而pH和SIc值明显低于土壤分布较少且水田分布于补给区的灯盏河泉,且变幅较小。此外在暴雨后,陈旗泉pH升高、PCO2降低,而灯盏河泉pH降低、PCO2升高。这些反映了不同土地利用分布格局对岩溶水化学调节作用的差异。灯盏河泉Ca2+、SO2-4、Mg2+和EC较高主要是其流域中石膏和白云岩含量较多的缘故。这些发现说明,pH、电导率、HCO3-、Ca2+、SO42-、Mg2+、PCO2和SIc等岩溶水化学参数可以作为不同土地利用分布格局和环境变化的重要指标。     

雅鲁藏布江流域水化学时空变化及其控制因素

为研究雅鲁藏布江全流域水化学特征及其控制因素,2016年先后采集雅鲁藏布江干流及其支流丰、平、枯三个水期水样212个,综合运用数理统计、Piper三线图、Gibbs模型和离子比等方法,分析了全流域河水的水文地球化学特征,并探讨了流域的水化学演化规律.结果表明,河水中阳离子均以Ca²⁺、Na⁺和Mg²⁺为主;阴离子以HCO₃^-和SO₄^2-为主;TDS平均值为204.51mg/L,矿化度较低;水化学类型以HCO₃·SO₄（SO₄·HCO₃）-Ca·Mg（Mg·Ca）型水为主;雅鲁藏布江主干河流内的主要离子含量变化存在波动且季节性变化显著.空间上,河水中绝大多数离子遵循着先增大后减少的趋势;水化学样品均分布在Gibbs模型左中部,说明该流域水化学离子组成受岩石风化作用控制;主成分分析及相关分析表明雅鲁藏布江流域水化学组分受人为影响作用控制,方解石、白云岩的风化及硫酸溶解也起到非常重要的作用.流域三个水期的重金属元素的含量绝大多数能满足地表水I类水体的要求.     

北江流域水化学时空变化及化学风化特征

为了研究我国南方湿润地区河流水化学时空变化特征及控制因素,选择珠江流域第二大水系的北江为研究对象,通过分析2015年6月（汛期）和12月（非汛期）干流和支流河水基本水质参数及主量离子,利用化学计量法及质量守恒法定量评估了自然过程及人类活动共同影响下的流域化学风化特征及其通量.结果表明:①北江河水主量离子浓度非汛期高于汛期.岩石的区域分布和矿山活动构成了河水离子浓度和水化学类型的空间异质性,其中北江干流和支流连江为Ca-HCO₃型,而支流滃江则以Ca-SO₄型为主.②岩石对北江流域化学风化贡献率依次为碳酸岩（78.44%）>硅酸岩（14.43%）>降水源（5.42%）>蒸发岩（1.71%）.基于碳酸岩是北江径流水化学的主要控制因素,滃江流域的矿山开采活动加速了碳酸岩的风化,其对北江流域化学风化的贡献为7%.③汛期与非汛期的碳酸岩风化速率分别为7.49和5.29 t/（km2·月）,年化学风化速率为87.63 t/（km2·a）.研究显示,由于受水热条件、流域面积以及岩性的影响,北江流域年化学风化速率略大于西江流域,远高于东江以及全球流域化学风化平均值,北江对整个珠江流域的风化贡献较大.      

丹江流域山区地表水-地下水水化学特征及其影响因素

丹江流域是南水北调中线工程重要水源涵养区,深入研究丹江流域水化学特征及其影响因素,对区域水资源保护及合理利用具有重要意义.通过对丹江流域水样采集与分析,综合运用描述性统计、Piper三线图、Gibbs图、离子比例系数法及氢氧同位素的方法,分析丹江流域水化学特征及其影响因素.结果表明,丹江流域水体整体呈弱碱性,主要水化学类型为HCO3-Ca型,中游离子质量浓度及水化学类型变化频繁.流域水体均受大气降水补给,地表水受蒸发作用影响明显,水化学组分受岩石风化溶解、离子交换和人类活动共同影响. Ca2+和Mg2+源于方解石、白云石及石膏等碳酸盐和硫酸盐矿物溶解,农业活动是水中硝酸盐的主要来源.地表水与地下水频繁转化和支流汇入影响是丹江干流空间分布特征差异化的主要原因.     

湿润亚热带典型白云岩流域不同土地利用下的试片溶蚀速率及岩溶碳汇

土地利用对石灰岩溶蚀速率的影响已有较多研究报道,但白云岩溶蚀速率对于土地利用的响应研究却罕见相关报道.因此,探究不同土地利用对白云岩溶蚀速率的影响具有一定的意义,并可为评估白云岩地区的岩溶碳汇效应积累基础数据.本文以湿润亚热带典型白云岩小流域——贵州施秉黄洲河白云岩小流域为研究区,利用白云岩溶蚀试片对流域内不同土地利用...     

春季生物作用对山地岩溶池水地球化学特征的影响

岩溶水文系统对外界环境变化敏感,使得岩溶区水质存在昼夜、小时甚至分钟等尺度的变化.许多地表水体都会经历p H值、溶解性气体、微量元素以及其他水化学指标的昼夜变化.重庆金佛山水房泉及受其补给的水池地处海拔2 050 m的山地岩溶区,具有温带气候特征.通过对水房泉泉水(以下简称泉水)及水池进行为期3 d的昼夜监测,以期探究春季生物作用对岩溶池水地球化学的影响.研究发现,在昼夜时间尺度上,泉水地球化学指标基本稳定,未表现出昼夜变化,池水地球化学指标化学表现出了昼夜波动,但水温、溶解氧、p H值、电导率等物理化学指标昼夜变化幅度较小.在不同的天气条件下,水温、溶解氧、Cl-等昼夜变化幅度存在差别;池水二氧化碳分压(p CO2)、Ca2+、DIC白天降低、晚上升高,方解石饱和指数(SIc)相反;这些指标的变化受控于温度、碳酸盐岩矿物的溶解与沉淀、水生植物光合作用与呼吸作用;通过亨利常数的计算,发现水温变化对p CO2变化的影响仅占0.79%~10.01%,水温、碳酸盐岩沉淀等物理因素对DIC损失量的贡献率为39%,水生植物光合作用的贡献率为61%.     

贵州乌都河流域雨季河水水化学特征及其控制因素

乌都河是贵州西部典型的矿业型岩溶山地流域.对乌都河流域干流、支流、泉水和矿井水进行采样分析,通过Gibbs图、Piper图和数理统计分析等方法,研究了乌都河流域水化学特征及控制因素,并计算了不同因子对河水的贡献率.结果表明,乌都河流域水体pH值范围为7.87~8.52,均值为8.14;ρ（TDS）范围为135~243 mg ·L^-1,均值为191.7 mg ·L^-1.天然河水和泉水中阳离子以Ca²⁺和Mg²⁺为主,阴离子以HCO₃^-为主,水化学类型为HCO₃-Ca型;但受矿业活动影响后,部分支流河水中阳离子以Ca²⁺和Na⁺为主,水化学类型过渡为HCO₃ ·SO₄-Ca和HCO₃ ·SO₄-Ca ·Na型.乌都河流域河水离子组分受矿井水排放和阳离子交换作用、碳酸盐岩风化、硅酸盐岩风化和农业施肥这4个因子的影响.矿井水中具有较高浓度的SO₄^2-和Na⁺,是乌都河支流河水中SO₄^2-和Na⁺的主要来源.化学物质平衡法计算表明,碳酸盐岩风化的贡献率为44.12%~86.92%,均值为74.32%;矿业活动的贡献率为3.28%~37.07%,均值为11.61%;碳酸盐岩风化是乌都河流域河水水化学的主控因素,矿业活动对河水水化学组分也有不可忽视的贡献.大气降水、硅酸盐岩风化、农业活动和生活污水的贡献率均值分别为3.75%、4.67%、2.85%和2.81%,对流域水化学的影响有限.     

赤水河中下游冬季河水化学空间分布特征分析

通过在枯水期对赤水河中下游干流及其支流共25个河水样品进行水化学采样,水化学分析结果表明:在阴阳离子组成中,Ca2+为主要阳离子,占总阳离子的64%以上;阴离子以HCO3-和SO42-为主,占总阴离子75%~91%,其中HCO3-占51%以上。Gibbs图研究区河水化学组成受岩石风化作用控制,阴阳离子三角图、水化学比值分析表明研究区河水化学组成主要受碳酸盐岩风化作用影响,在下游部分支流存在一定硅酸盐岩风化作用。水化学时空分布的对比分析表明,人为活动的对赤水河流域岩石风化速率和水化学组成产生了一定的影响。     

额尔齐斯河源区融雪期积雪与河流的水化学特征

在2014年3~4月期间,在连续收集了融雪期额尔齐斯河正源-卡依尔特斯河河水和冰雪融水水样的基础上,综合运用描述性统计、Gibbs分析图和Piper三线图等方法,对卡依尔特斯河融雪期径流中水化学特征其控制因素等进行了分析.研究区不同水体在融雪期内,主离子组成以及水化学类型差异显著.河水中总溶解固体(TDS)含量变化范围为24.9~50.3mg·L-1;河水中的优势阳离子为Ca~(2+)和Na~+,分别占阳离子总量的61%和17%,河水中优势阴离子为HCO_3~-,占阴离子总量的95%.河水的水化学类型为HCO_3~--Ca~(2+).地表水样品的水化学组成落在Gibbs分布模型的中部偏左下部分,表明研究区的水化学离子组成受到岩石风化作用和大气降水作用的共同影响,且岩石风化作用占主导.     

黔西拖长江流域水化学演化特征及驱动因素

拖长江为黔西典型的矿业型岩溶山地小流域,研究其水化学演化特征及驱动因素,对当地经济社会发展和水资源科学管理均具有重要的意义.通过采集拖长江流域河水、泉水和矿井水样品,利用水化学图解、数理统计和绝对因子分析-多元线性回归受体模型(APCS-MLR),研究了拖长江流域河水溶质来源及其对河水水化学组分的贡献.拖长江流域河水pH值为7.30～8.31,TDS值为40～520 mg·L^-1,TDS主要由Ca²⁺、 Na⁺、 HCO^-₃和SO₄^2-贡献.河水优势阳离子为Ca²⁺和Na⁺,优势阴离子为HCO^-₃和SO₄^2-,水化学类型从HCO₃-Ca过渡为HCO₃-Ca·Na和HCO₃·SO₄-Ca·Na型;矿井水主要为HCO     

新疆叶尔羌河流域地表水水化学特征及控制因素

本文运用Piper三线图、Gibbs图、饱和指数和离子比例关系等方法分析新疆叶尔羌河流域地表水水化学特征及其控制因素,对流域地表水资源合理开发利用具有重要意义.结果表明,地表水pH范围为7.40~8.33,均值为7.92,整体呈弱碱性.河水、渠水和水库水的溶解性总固体（TDS）均值呈现依次递增的趋势,其中河水的TDS均值为429.24 mg·L^-1,高于世界河流的平均值（115 mg·L^-1）.河水的水化学类型主要为HCO₃·SO₄-Ca·Na和SO₄·HCO₃·Cl-Ca·Na·Mg型.渠水的水化学类型主要为HCO₃·SO₄·Cl-Ca·Na型.水库水的水化学类型主要为SO₄·Cl-Na·Ca型.叶尔羌河沿程河水TDS呈连续增加趋势,提孜那甫河沿程河水TDS呈连续波动变化,而主要离子的变化趋势较为复杂.地表水体离子主要受岩石风化、蒸发结晶和阳离子交换作用影响,其中岩石风化作用过程中以石膏和岩盐的溶解为主.此外,人类活动对下游地表水水化学组分具有重要影响.