降雨条件下典型岩溶流域地下水中的物质运移

通过对2008年4月下旬降雨期间,重庆青木关地下河系统出口姜家泉泉水的水文过程、浊度、悬浮颗粒物、主要阳离子和TOC浓度的监测,结合悬浮颗粒物的扫描电镜和能谱分析图,来研究岩溶流域地下水中悬浮颗粒物浓度、浊度、主要阳离子和TOC等物质的运移特征.结果表明,在单一岩溶管道较发育的地下河出口,泉水流量、浊度、悬浮颗粒物浓度、主要阳离子和TOC浓度对降雨事件响应迅速;与碳酸盐岩溶解有关的Ca2+、Mg2+和Sr2+等在流量上升的过程中表现为稀释效应;降雨期间,地下河中受雨水侵蚀的土壤输入量增大,引起泉水中浊度和悬浮颗粒物浓度的增大;泉水中Al3+、Fe、Mn、Ba2+和TOC等物质是悬浮颗粒物的伴生物,其浓度随浊度的增大而增大;在研究的2场降雨期间,地下水携带悬浮颗粒物(0.45μm)的总量约为9.7t;在泉水流量的上升和衰减的过程中,水质较差或极差;降雨期间流域内土壤侵蚀和养分的流失,不但严重破坏了脆弱的岩溶生态环境,而且极易造成地下水由土壤侵蚀引起的非点源污染,对当地居民的饮水安全造成严重的威胁.     

基于15N 同位素示踪技术的地下河硝态氮来源时空变化特征分析

根据2007年10月至2008年10月每月对青木关地下河水的监测,利用~(15)N 同位素示踪技术并结合水化学指标,分析地下河硝态氮来源的时空变化特征.结果表明,地下河出口S2硝态氮浓度(20.35 mg/L)比入口D1(3.20 mg/L)高6倍多.受农业生产施肥和降雨冲刷稀释效应的影响,地下河水硝态氮浓度2007年10月至2008年3月较低且比较稳定,2008年4月至7月较高但受降雨冲刷稀释影响变化较大,2008年8月至9月随降雨减少,土壤中残留的化肥造成地下河水硝态氮浓度偏高.根据NO_3~--δ~(15)N 值识别出了地下河硝态氮来源变化特征为:D1处2007年10月至2008年3月以及2008年7月至10月NO_3~--δ~(15)N 值为-0.857‰±2.01‰(n=9),其硝态氮来源为稻田中残留的化肥;2008年4月、6月中下旬NO_3~--δ~(15)N 值为2.50‰±0.29‰(n=3),其来源为稻田中施用的化肥与土壤有机氮的混合;2008年5月下旬至6月上旬NO_3~--δ~(15)N 值分别为-3.74‰和0.52‰,其来源为稻田中施用的化肥.S2处硝态氮不仅来自上游的化肥,更主要的是来自中下游的耕地、林地土壤渗透水或侧向裂隙水带来的土壤有机氮与化肥,其中2007年10月至2008年3月以及2008年7月至10月NO_3~--δ~(15)N 值为4.77‰±0.73‰(n=9),其硝态氮主要来自于土壤有机氮;2008年4～6月NO_3~--δ～15N 值为3.16‰±0.39‰(n=5),其硝态氮来自于土壤有机氮与化肥的混合.     

旅游活动影响下的岩溶地下水理化特征演化及其概念模型——以世界自然遗产地金佛山水房泉为例

为探究高强度旅游活动影响下岩溶地下水理化参数的演变特征,以重庆金佛山世界自然遗产地核心区水房泉岩溶流域为研究对象,在旅游旺季(冬季)对水房泉中各理化指标进行连续在线监测和分析。研究表明：水房泉在旅游活动高峰期前表现出自然背景条件下的水质特征,各理化指标波动较小;随着旅游高峰期的到来,水中的pH值、电导率(SpC)、溶解氧(DO)、浊度、方解石饱和指数(SIc)、二氧化碳分压(pCO2)、Ca2+、Mg2+、HCO-3等均产生了显著的波动。旅游活动排放的污水中含有微生物所需的有机质,以及硫酸和硝酸等酸类污染物,微生物呼吸作用产生的碳酸与酸类污染物一起会加剧岩溶地下管道的溶蚀,使地下水中富集碳酸盐岩溶蚀物Ca2+、Mg2+、HCO-3等(浓度增幅分别为10%、22%、26%);同时因污水中的污染物成分不同,导致高峰期间水房泉中的K+、Na+、Cl-、PO3-4、SO2-4的上升幅度均比其余水化学参数大(浓度增幅分别为257%、273%、286%、750%、93%)。大量污水的注入亦导致了地下水中SpC上升,DO下降,水体净化能力变差,水体更容易遭受污染。根据人类活动对岩溶地下水的影响以及其理化指标演变特征建立了相应的概念模型。研究综合表明了水房泉流域地下水对强烈的人类活动响应极其迅速、敏感,易遭受污染。     

亚高山旅游景区岩溶地下水水化学动态变化及其影响因素

岩溶地下水是岩溶区重要的水资源,因岩溶水文系统具有敏感性和脆弱性,其一旦遭受污染便很难再恢复。以重庆亚高山金佛山水房泉为例,通过计算2008年和2016年各水化学参数的浓度增降幅度和地球化学敏感性指数,对比分析各水化学参数及其地球化学敏感性变化特征。结果表明：水房泉水化学类型为Ca-HCO₃型,受水 岩作用控制。旅游活动产生的生活污水自2013年起被分成两条管道,住宿排污经过泉域内化粪池的沉淀降解后排入地下,使得2016年水房泉中K⁺、Na⁺、PO₄^3-浓度较2008年降低,显示化粪池对污染物具有有效的调节作用;而餐饮排污未经处理仍直接排入地下,导致流域出口水房泉中Cl^-、NO₃^-浓度呈翻倍增长,水质恶化。污水还加剧了碳酸盐岩的溶蚀,地下水中HCO₃^-、Ca²⁺、Mg²⁺浓度上升。由于旅游高峰期与非高峰期的游客量差距逐渐缩小,2016年各化学组分的敏感性指数多低于2008年,地下水受旅游活动影响的时间变长;分别对比不同水文年各主量组分的敏感性指数大小和离子当量浓度大小,发现2008年两者排序基本一致,而2016年较为混乱,这可能表明研究区地下水系统逐渐从有序转向无序的状态,稳定性被破坏,熵值增大。     

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.     

河水-地下水侧向交互带地球化学特征:以重庆市马鞍溪为例

河水-地下水交互带是河水与地下水相互交换和混合的区域,在河流、地下水生态和水质的保护方面具有重要作用.为了解河水-地下水侧向交互带地球化学特征,以重庆市马鞍溪为研究对象,对河水及交互带的水温、溶解氧(DO)、pH值、电导率(EC)进行自动监测,结合对水样离子浓度和交互带沉积物中元素含量的分析.结果表明,马鞍溪侧向交互带水化学类型为HCO_3-Ca·Mg型.监测期间交互带受河水入渗影响为主,交互带的缓冲作用使其温度、DO、pH值、EC等指标变异系数较河水低.随距河岸距离的增加,马鞍溪侧向交互带在物理、化学、生物综合作用下形成了迅速进入缺氧状态的氧化还原环境,以及pH值先降低后升高的酸碱环境.在其影响下,K~+、NH_4~+-N、NO_3~-、SO_4~(2-)呈下降趋势,全Mn、EC、Na~+、Ca~(2+)、Mg~(2+)、Sr~(2+)等先上升后下降,全Fe、Al~(3+)等呈上升趋势.受河水、地下水长期交互影响,在距河岸约30 cm处的交互带沉积物中元素含量较高,形成独特的水化学梯度.据此可推断出马鞍溪侧向交互带边界可能在距河岸30~50 cm处,其中浅层交互带的边界可能在距河岸10 cm左右的位置.在河水补给地下水过程中,河水-地下水侧向交互带对净化水质有重要作用.     

雪玉洞表土有机氯农药的分布及来源研究

为研究有机氯农药(OCPs)在重庆丰都雪玉洞表土中的水平分布趋势、组成特征和来源,采用气相色谱-微池电子捕获检测器(GC-μECD)分析了10个代表性表层土样中18种OCPs.结果表明,研究区表层土壤中18种OCPs除o,p'-DDD、ε-HCH、艾氏剂和狄氏剂外均有不同程度的检出,其中,HCH、DDT、七氯和甲氧滴滴涕的检出率高达100%,是主要的污染物.土壤中总有机氯农药的含量范围为1.24~750.56 ng·g^-1,平均值为79.57 ng·g^-1.DDTs和HCHs可能分别来自于工业DDTs和林丹的非法使用,并且近期可能有新的输入.通过相关分析得出,研究区10个采样点有机氯农药基本具有相同的来源,并且土壤有机碳是影响有机氯农药分布的重要因素.对比中国的土壤质量标准(GB15618-95)发现,研究区土壤中HCHs和DDTs的残留均处于较低水平.由于岩溶地区地表土层厚度分布不连续,且地下岩溶形态较为发育,有机氯农药可能通过裂隙或落水洞进入地下河系统,对洞穴滴水和地下河水造成潜在的污染风险.     

降雨期间岩溶城镇区地下河水重金属变化特征及来源解析

2014年6月降雨期间对重庆城镇区南山老龙洞流域地下河出口处的流量及Mn、Pb、Cu、As等重金属质量浓度进行观测,研究了流量的变化特征及岩溶水文系统内部结构,探讨了4种重金属对降雨的响应,用主成分分析法和实际测试值来解译降雨期间地下河水的重金属来源.结果表明,地下河流量、Mn、Pb、Cu和As对降雨响应迅速,推断研究区属于一个管道与裂隙组合的岩溶水文系统;非渗透地表产流迅速,其携带的地表污染物质Mn、Pb、Cu通过落水洞、竖井及岩溶天窗进入地下河,使这些污染物质在最大降雨量峰值的6 h后达到最大质量浓度峰值,较流量最大峰值提前到来;城市地表径流、水土流失是老龙洞地下河Mn、Pb、Cu、As的主要来源,洞穴滴水和雨水也会输入一定量的Mn、Pb和As;岩溶区的城镇建设要进行合理规划,完善相关基础设施,做到从源头上防止地下水遭受污染.     

人类活动影响下的垂直气候带岩溶泉地球化学特征对比:以重庆金佛山水房泉、碧潭泉为例

为探讨人类活动影响下的垂直气候带岩溶泉水化学变化,以重庆金佛山水房泉和碧潭泉为例,基于两泉自然环境和人类活动强度差异,利用独立样本t检验、Gibbs图解法、主成分分析(PCA)及地球化学敏感性分析等方法,对两泉水文地球化学特征及其控制因素进行对比研究.结果表明,垂直气候带岩溶发育的差异性导致碧潭泉离子总浓度高于水房泉.不同高程的岩性决定了水房泉水化学类型为HCO_3-Ca型,而碧潭泉为HCO_3-Ca·Mg型.碳酸盐岩溶蚀是两泉Ca~(2+)、Mg~(2+)和HCO_3~-的主要来源,水房泉SO_4~(2-)、NO_3~-、PO_4~(3-)、K~+和Na~+在冬夏季受酒店排污影响出现峰值,碧潭泉各指标年内变化平稳.水房泉水属于Ⅳ类水,而碧潭泉水质相对较好. PCA分析表明水-岩作用为两泉的首控因子,酒店排污和来自降水的离子输入分别对水房泉、碧潭泉水质具有重要影响,同时降水导致的水土流失与淋滤效应也对两泉有一定影响.水房泉的地球化学敏感性大于碧潭泉,故应针对不同高程岩溶系统特点制定相应保护措施,特别是要重视景区酒店污水的处理.     

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.