西南岩溶石山地区岩溶水资源合理开发利用模式

针对湘西洛塔岩溶区特殊的地质环境所造成的干旱缺水、水土流失、生态环境恶化等问题的特点，在调查、分析洛塔自然条件与水土资源、生态环境基本条件的基础上，实施了13处岩溶水资源开发利用示范工程。通过系统总结洛塔地区岩溶水资源合理开发利用技术与方法及岩溶水资源开发利用成功经验，提出了以岩溶水小流域为单元对岩溶水资源进行综合开发利用的5种模式：①地下河堵洞引水开发利用模式；②地下河出口及岩溶大泉引水开发利用模式；③凿引水隧洞拦截地下河开发利用模式；④地表地下联合水库开发利用模式；⑤表层岩溶泉开发利用模式。通过对失败工程的案例分析，认为在岩溶水资源开发利用过程中，应查清工程的岩溶发育规律及工程地质条件，分析经济技术支持的可行性，然后采取相适应的开采方式与方法。岩溶水资源进行综合开发利用的5种模式的提出，为在湘西实施“水源〖DK1〗·土地〖DK1〗·生态”持续发展战略，发展生态经济，实现脱贫致富，促进社会经济、生态环境良性循环，提供了切实可行的实用技术与方法借鉴。     

带压开采陷落柱突水影响因素数值模拟

为研究承压水压与煤层陷落柱位置这两种因素对陷落柱突水的影响,在分析固流耦合数学模型的基础上,利用数值模拟软件FLAC3D,以双柳矿地质条件为背景,分别对3 MPa和5 MPa承压水压下开采上、下两组煤4种情况进行模拟,分析陷落柱及其周边围岩的渗流-塑性破坏耦合场、应力场和位移场的变化.结果表明:随着工作面推进至接近陷落柱,工作面前方集中应力场与柱体周边应力场发生耦合,并出现应力集中,当水压为5 MPa开采上组煤时应力集中系数最大,最容易形成突水危险区域;当上组煤工作面距离陷落柱为30 m时,陷落柱渗流场与集中应力场开始连通,在开采下组煤时这一距离比上组煤扩大15 ～ 20 m;煤层底板随工作面推进发生压缩-膨胀周期变化,引起拉伸、剪切破坏.     

三维点云基础上排土场垮塌影响范围研究

高台阶排土场下游常分布有居民区、厂房等,一旦垮塌,后果严重,因此完善的防治与应急准备工作十分关键,而排土场垮塌影响范围的预测是这些工作的重要前提依据。为提升高台阶排土场垮塌影响范围的预测准确性,需要获取准确的地形边界基础数据。通过利用三维激光扫描仪对新建排土场及其下游地形精细扫描,对获取的三维点云数据去噪、拼接、建模等处理,生成精度更高的数字高程模型与三维实体模型。在此基础上,结合新建高台阶排土场地质勘查与设计资料,建立颗粒离散元数值模型,利用PFC3D计算高台阶排土场垮塌影响范围,并与经验公式法计算结果对比分析,结果表明排土场颗粒离散元数值模型精度符合要求,可快速、准确地计算影响范围,从而为相关部门提供科学决策依据。     

岩溶塌陷倾向性等级的KPCA-SVM预测模型

为了快速、有效地预测岩溶塌陷倾向性等级,在统计分析大量观测实例的基础上,选取岩性系数、岩体结构系数、地下水系数、覆盖层系数、地形地貌系数和环境条件系数作为特征指标。利用核主成分分析(KPCA)方法在高维空间提取岩溶塌陷影响因子的主成分,将获取的主成分作为支持向量机(SVM)的特征向量,建立基于KPCA的岩溶塌陷倾向性等级的SVM预测模型。将12组观测数据作为学习样本对模型进行训练。采用回代估计法进行回检,误判率为0。利用训练好的模型对2组待判样本进行预测。结果表明:经KPCA后指标个数减少,相关性降低,SVM运算的复杂度降低。用该模型所得预测结果的准确率为100%。     

典型喀斯特小流域水文水化学过程对旱季暴雨的响应

通过定位监测和样品跟踪采集,在旱季对喀斯特小流域连续20天无前期降雨的一场暴雨(累计降雨量64mm)水文水化学过程进行了动态监测,并分析了相关的影响因素。结果表明,小降雨事件(8.5mm)未能引起溪流水位、电导率及温度的明显变化,而当累计降雨量达到35.5mm后溪流水开始响应。此后,溪流水文水化学参数对降雨快速响应,除硝态氮外,电导率(EC)、δ18 O、Ca2+迅速降至最低值,雨水稀释作用对其水化学变化起主要作用。通过对溪流新旧水比例进行划分发现,降雨前期和后期,溪流以旧水补给为主,而在水位快速上涨阶段,新水比例达到34%左右。两次降雨过程中,在溪流水水位升高的情况下,水体中硝态氮浓度仍然表现出高于雨前浓度的趋势。该研究为该区旱季小流域水资源利用和污染物防治方面提供了一定理论依据。     

贵州喀斯特地区土壤细菌群落结构特征及变化

为探明贵州喀斯特不同植被演替群落下的土壤细菌群落结构及变化特征,本文利用高通量测序技术对5个主要植被演替群落(稀灌草丛、藤刺灌丛、灌木林、乔灌过渡林、乔木林)的根际(竹叶椒)、非根际土壤细菌群落结构及环境因子进行了分析研究。结果表明:贵州喀斯特高原土壤细菌类群主要为变形菌门(Proteobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)、疣微菌门(Verrucomicrobia)、放线菌门(Actinobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)、拟杆菌门(Bacteroidetes)和浮霉菌门(Planctomycetes),其相对丰富度分别为43.35%、12.97%、7.53%、7.12%、6.19%、5.35%、5.05%,未分类类群占7.36%。样品中检测到了较低丰度的广古菌门和泉古菌门。随植被群落演替,根际土壤中变形菌门、厚壁菌门和浮霉菌门丰度逐渐增加;非根际土壤中酸杆菌门和疣微菌门丰度随植被演替逐渐减小。贵州喀斯特高原土壤细菌的影响因子大小为土壤有机碳、土壤总氮、含水量、电导率等,其中土壤有机碳和土壤总氮有显著性影响。     

基于井口涌水量变化类型判断岩溶含水层厚度

针对含水相对均匀的溶洞-裂隙水含水岩组,为判断岩溶含水层厚度,通过对空气潜孔锤钻进工艺施工钻孔井口涌水量变化进行分析,结果发现:利用该工艺施工的钻孔井口涌水量一般会出现稳定型、降低型和增长型三种变化类型;井口涌水量变化类型反映了岩溶含水层是空间尺度上发育的垂向地下水系统,具有分层特征,其厚度与碳酸盐岩岩溶化程度的不均一性耦合,体现了碳酸盐岩岩体内不同空隙的发育规模、密度及其相互间的联系程度;明确了地下水埋深状况以及含水层的构成条件。故采用空气潜孔锤钻进工艺施工的钻孔,在非干孔情形下,可以利用井口涌水量的变化类型判断岩溶含水层厚度。     

典型喀斯特地区国土空间生态修复分区研究——以贵州猫跳河流域为例

国土空间生态修复是实现生态系统服务可持续供给的重要保障,明确其空间分区是开展生态修复的前提条件。针对现有生态修复分区方法的层级单一、结果针对性欠佳等问题,以典型喀斯特地区贵州猫跳河流域为研究区,构建“自然立地条件—主导生态功能—生态胁迫问题”生态修复分区框架。选取海拔、坡度、地形起伏度、植被类型等自然立地条件指标分析流域内地域分异规律,进而划定生态修复一级分区;基于水源涵养、土壤保持、生物多样性维护、粮食供给等主要生态系统服务功能评价结果识别区域主导生态功能,据此划定生态修复二级分区;结合石漠化敏感性、水土流失敏感性及生态退化度等关键生态胁迫问题指标构建生态修复分区指数识别生态修复重点区域,进而开展生态修复三级分区划分。最终,将猫跳河流域划分为3个生态修复一级分区、10个生态修复二级分区及30个生态修复三级分区,并提出了相应的生态修复策略。研究可为猫跳河流域生态修复实践提供参考,并为西南喀斯特地区生态修复分区提供理论借鉴。     

碧水岩地下河中微量金属元素对降雨的响应特征及来源分析

在降雨条件下,利用自动采样器对广西碧水岩地下河出口进行高频采样,分析了碧水岩地下河出口水体中Cu、Pb、Zn、Cd等微量金属元素的水化学动态变化特征,探讨了地下河水中微量金属来源及其对降雨的响应机制.结果表明,地下河水化学组分表现出了较明显的规律,其中主要元素Ca~(2+)、Mg~(2+)、HCO-3等在降雨过程中稀释作用明显,而Al、Mn、TFe、Cu、Pb、Zn、Cd等金属元素对降雨响应敏感,其质量浓度在降雨过程中有所升高,相应质量浓度曲线均表现出多峰值特点,且在最大降雨发生后第9 h达到最大峰值.推断水岩作用、河底沉积物再释放和水土流失是导致河水金属元素浓度增高的原因,金属元素不同来源及地下河双入口的结构特征是形成金属元素质量浓度曲线多峰值的原因,其中水岩作用引起的水化学变化较河底沉积物再释放和水土流失更敏感,而后者是导致河水重金属元素增加的主要原因.监测期间,溶质在地下河中的平均迁移速度约为0.47 km·h~(-1),污染物运移速度较快,因此,通过对岩溶地下河水化学动态的监测,掌握微量金属组分来源及迁移特性,对于地下河水环境污染治理具有重要意义.     

贵州喀斯特山地农业系统不同种植区休耕地土壤水溶性氮素组成及分布特征

选择贵州喀斯特山地农业系统不同种植区休耕地土壤作为研究对象,对其水溶性氮素组成及分布特征进行了研究。结果表明:休耕地土壤SON含量范围为4. 11～14. 34 mg/kg,平均含量为8. 62 mg/kg。不同种植区休耕地土壤SON含量存在较大差异,但差异不显著(p0. 05),SON占TSN的比例差异极显著(p0. 01),传统农业种植区SON的变异较大,其它种植区的较小。水溶性氮素组成以SON和NH_4~+-N为主,不同种植区的NH_4~+-N、NO_3~--N占SIN的比例差异不显著(p0. 05),而两者占TSN及SIN占TSN的比例差异极显著(p0. 01)。传统农业种植区表层和深层土壤SIN的含量都要比其它种植区高,SON则相反,说明不同类型的农业对土壤氮的影响不同。不同种植区表层土NH_4~+-N、NO_3~--N、TSN、SON含量差异极显著(p0. 01)。除了打通种植区,其它种植区NH_4~+-N含量随着土层的增加总体上表现出下降的规律。除了大冲种植区在0～30 cm深度先增加后降低的规律外,其它种植区NO_3~--N含量自土壤表层到30 cm深度,随着土层的增加而增加,自30 cm深度往下,随着土层的增加而下降。TSN和SON中,除了青岩种植区随着土壤表层到20 cm深度处降低外,其它种植区随着土壤表层到20 cm深度处先增加,然后从20 cm深度往下随着土层的增加再降低。SON容易向下淋失,不易在土层深部发生积累,造成氮素的流失和带来环境污染风险,应引起重视。