表层岩溶泉域短时间尺度岩溶作用碳汇效应初步研究——以重庆市金佛山水房泉域为例

表层岩溶泉域短时间尺度岩溶作用碳汇效应初步研究——以

重庆市金佛山水房泉域为例

胡毅军;蒋勇军;李林立

【摘要】本文以水房泉表层岩溶泉域为例,通过CDTP300多参数自动水质监测仪提供的年际连续的电导率、水温、水位,利用岩洛水化学-径流量方法计算出水房泉连续两年各月的CO2吸收量和年吸收总量.计算结果显示水房泉各月CO2吸收量中6、7、8三个月吸收量较大,1、2、12月吸收量均较小;年最大CO2吸收量出现在7月份,年中最小CO2吸收量出现在1月份.水房泉各月CO2吸收量同水房泉出口月径流量和月降雨量都有很好相关性,雨季吸收量远大于旱季吸收量.泉水HCO3 -含量受到气温、降水、径流量和土壤CO2含量的综合影响,HCO3 -含量的最高值与月CO2吸收量的最大值在时间上存在2个月的滞后现象.相对于较大流域碳汇的估算,以小流域为对象从短时间尺度计算碳汇更加精确,而且对于流域岩溶作用碳汇过程及其控制机理的深入揭示也是非常必要的.%The study mainly focus on the Shuifang epikarst spring basin. By using the multi-parameter instrument CDTP300, interannual continuous data of conductivity, water temperature and water level are got. Annual and monthly CO2 consumption in two years are calculated by means of karst hydrochemistry-discharge method. The result shows that CO2 consumption of Shuifang Spring is relatively high in June, July and August; while it's low in January, February and December. The maximum value of CO2 absorptive quantity appeared in July and the minimum in January. The result also shows that the monthly discharge of the Shuifang Spring and rainfall are intensively correlated with the CO2 consumption, and the CO2 consumption in rainy season is much

larger than dry season. The bicarbonate concentration of the Shuifang Spring is influenced by air temperature, rainfall, discharge and soil CO2. There are two months time-delay between the biggest monthly CO2 consumption and the highest bicarbonate concentration. Through this study it is found that the estimate of carbon flux in small watersheds by hydrochemistry-discharge method is more accurate than large watersheds and it may give an effective method to the further research on carbon sink for karstification and its control mechanism in epikarst zone.

【期刊名称】《中国岩溶》

【年(卷),期】2011(030)002

【总页数】6页(P169-174)

【关键词】表层岩溶泉;CO2吸收量;相关性

【作者】胡毅军;蒋勇军;李林立

【作者单位】西南大学地理科学学院,重庆400715;西南大学地理科学学院,重庆400715;西南大学岩溶环境与石漠化治理研究所,重庆400715;三峡库区生态环境教育部重点实验室,重庆400715;西南大学地理科学学院,重庆400715;西南大学岩溶环境与石漠化治理研究所,重庆400715;三峡库区生态环境教育部重点实验室,重庆400715

【正文语种】中文

【中图分类】P641.12;X141

随着人类对全球变暖问题的不断重视,全球变化学科关于温室气体的研究不断深入,

引出了全球碳循环的中心问题:全球CO2的收支不平衡,即遗漏CO2汇(M issing Sink)的存在问题[1-3]。然而在众多针对碳汇的变化机制、过程和环境效应的研究当中对由地质过程引起的无机碳汇的变化重视程度还不够。根据地球系统科学和岩溶动力学的观点与思想,岩溶作用是全球碳循环的重要组成部分,岩溶水通过水-岩作用以溶解无机碳(D IC)的形式固定大气中的CO2,构成了岩溶作用的碳汇效应[4]。

目前针对岩溶水碳汇的研究已经取得很多成果,IGCP379项目分别用石灰岩溶蚀试片法、水化学法和扩散边界层(DBL)理论[5]对我国的碳汇效应进行了初步估算,中

国为1.774×107 tC/a[6];杨立铮利用水化学方法对我国南方六省的岩溶碳汇效应

进行了估算,全年碳汇量为9.14×109 kg/a,并划分了4个等级的吸碳区[7];李彬利

用贵州123条地下河无机碳含量计算出年碳汇效应为4.15×1011 gC/a,即消耗

CO2 1.52×109 kg/a[8];陈鸿汉等利用水化学动力学方法对济南岩溶泉域的净

CO2吸收量进行了计算,结果为1.7×107 kg/a[9];万军伟对湖北清江罗家坳地块地下水碳汇效应计算得出吸收量为1.833×107 kg/a[10]。然而众多的研究都是以大面积的地下水流域为研究背景,以年为时间尺度利用水化学-径流量方法估算流域吸碳量,没有考虑短时间尺度地下水流量、气候变化等因素对水-岩作用和碳汇效应的影响。本文以较小的岩溶泉域为研究对象,依靠高精度自动监测仪器获得年际连续

数据,从短时间尺度研究了岩溶水碳汇效应及其影响因素,有助于深化岩溶作用碳汇

过程及其控制机理的认识。

1 研究区概况

本研究区域位于重庆市南川区金佛山景区。金佛山位于我国四川盆地东南缘,是大

娄山东段支脉的突异山峰,海拔1 400～2 251 m,为典型的喀斯特亚高山地质地貌。在山顶部形成了海拔2 000 m左右的较大面积的缓坡和平台,小型溶蚀洼地、地下

河管道和裂隙发育。研究区云雾多,日照少,雨量充沛,湿度大,属亚热带湿润季风气候。区内山体上部多年平均气温为8.2℃,年均降雨量约1 434.5 mm。

图1 水房泉流域地质剖面图(据李营刚,2009)Fig.1 Geologic profile of the Shuifang Spring watershed1.石灰岩(P2 c长兴组,P1 m茅口组);2.龙潭煤系地层(P2 l);3.洞穴、管道;4.水流方向;5.裂隙;6.落水洞;7.常年泉

水房泉位于海拔2 050 m的金佛山山顶,出露于二叠系常兴组(P2 c)致密灰岩与龙

潭煤系地层(P2 l)之间,地质构造上为一倾角很小的宽缓向斜(图1)。泉域补给区面

积1.11 km2,分布有一个呈东北-西南走向的大洼地,土壤厚度约0.8～1.2 m,洼地

边缘落水洞发育,密度为6～7个/km2,是地下水的主要补给入口。因茅口组灰岩地层裂隙、管道发育,其下有煤系隔水地层分布,泉水最终出露于山顶西南坡陡崖,常年流动,径流量为2 L/s,平均流速0.113 m/s。

2 实验和数据分析

在水房泉出口处安装CDTP300多功能野外自动化监测记录仪(澳大利亚Greenspan公司),自动监测电导率、水温、水位和pH值,并设定仪器每隔15 min 自动测定并存储,精度分别为0.1μs/cm、0.01℃、0.01 cm和0.01,数据按月取回

整理。同时野外使用德国(W TW公司)M ulti350i便携式多参数水质分析仪现场测定水温、pH值、电导率,用标尺现场测定出口水位,测量精度分别为0.1℃、

0.01pH单位、1μs/cm和0.1 cm;流速测定采用旋杯式流速仪测定,精度为0.001

m/s。用钙离子试剂盒(德国Aquanmerck)现场测定水中的 Ca2+、HCO3-浓度,

精度为0.1 m g/L和0.1 mmol/L。

3 流量和二氧化碳吸收量的计算

3.1 流量计算

水房泉出口流量的主要根据CDTP300自动记录仪检测并经与实测校正过的水位和多次实测得到的泉口平均流速进行计算。

3.2 二氧化碳吸收量的计算

水房泉泉水多年平均pH值为7.86,pH值为7～9之间时,水中溶解无机碳(D IC)主要以重碳酸根(HCO3-)的形式存在[11],主要水化学特征见表1。

表1 水房泉基本水化学特征Tab.1 Hydrochemical features of the Shuifang SpringpH Ec K+ Na+ Ca2+Mg2+ Cl- SO42-HCO3-/μs/cm,25℃ /mg/L 7.86 232 0.89 2.66 52 1.96 8.04 10.28 132

水房泉水质属于 Ca-HCO3型,水-岩作用发生的主要化学反应如下所示:

CaCO3+CO2+H2 O⇔Ca2++2HCO3- (1)

由该方程可知,在达到平衡时,形成 2 mol的HCO3-,则吸收1 mol的 CO2,测得的HCO3-浓度后,即可得水中CO2的含量[12],计算式为:

李林立对水房泉的研究[13]中得出,水房泉水体的电导率 Ec同[HCO3-]和[Ca2+]存在很好的相关性,本研究通过多次的野外实地监测也得到相似结论(图 2),其

中:[HCO3-]=0.008 9 ×cond+0.316 2,R2=0.968 4;[Ca2+]=0.194

6×cond+4.297 6,R2=0.976 8。利用 Ec同[HCO3-]的线性方程和CDTP300每15 min记录的 Ec,可以求得每15 min水体的瞬时[HCO3-]。

图2 水房泉岩溶泉电导率同[HCO3-]和[Ca2+]线性关系图Fig.2 Linear relationshipbetween the electric conductivity and the[HCO3-],[Ca2+]of the water in Shuifang Spring

为了便于计算,视瞬时值为15 min的平均值。同时,利用上述方法求出的 HCO3-浓度,通过公式(2)便可求得单位体积水中吸收的CO2含量,然后再乘以借助水位自动仪监测得到的流量Q,就能计算出每15 m in所流出泉水的CO2的含量。

水房泉隔水地层为二叠系龙潭煤系地层(P2 l),其泉水多年 [Ca2++M

g2+]/[HCO3-+SO4 2-]当量比值在 1.1左右,近于 1;因此水体中的部分HCO3-可

能来自于含煤地层硫化物的氧化和与Ca-CO3的复分解反应[14],反应如下:

水房泉因地处深山且海拔较高,受到酸雨的影响微弱,泉水SO4 2-浓度年平均为10.28 mg/L,所能形成的 HCO3-约为6.35 mg/L,由其产生的年CO2吸收量大概

为196 kg。因此在根据 HCO3-计算CO2吸收量时,应该扣除这部分的影响。

4 水房泉年际CO2吸收量计算结果及分析

4.1 计算结果

根据上述方法,本文水利用房泉2007、2008两年全年连续的CDTP300观测数据

计算CO2吸收量,并以水房泉各月的SO4 2-含量和月径流量去估算应当扣除的由

含煤地层硫化物复分解 CaCO3形成的HCO3-所对应的CO2量,从而得到各月泉

水的实际CO2吸收量和年尺度CO2吸收量(表2)。从表2可以看出两年中6、7、8三个月均表现出吸收量较大,都均超过了285 kg;1、2、12月吸收量均较小,均小于130 kg。2007和2008年最大CO2吸收量都出现在7月份,其中2007年高达328.19 kg,2008年320.65 kg;两年中最小CO2吸收量都出现在1月份,其中

2007年100.57 kg,2008年97.52 kg;2007年最大月吸收量是最小月吸收量的

3.26倍,而2008年的为3.28倍。2007和2008年CO2吸收量分别为2 476 kg

和2 498.93 kg。

表2 2007—2008各月泉水的CO2吸收量Tab.2 Monthly CO2 consumption

in 2007 and 2008年月份 CO2吸收量/kg 月份 CO2吸收量/kg 月份 CO2吸收

量/kg 年吸收量/kg 1 100.57 5 225.34 9 219.50 2007 2 102.06 6 308.97 10 259.10 2 476.00 3 161.21 7 328.19 11 196.01 4 157.67 8 288.30 12 129.08 1 97.52 5 150.62 9 194.19 2008 2 100.63 6 315.27 10 276.31 2 489.93 3

162.88 7 320.65 11 203.84 4 256.91 8 286.08 12 125.04

4.2 结果分析

4.2.1 CO2吸收量同降雨量和径流量之间的关系大气降水是水房泉的主要补给形式,降水后靠洼地集水经由落水洞汇流进入地下管道,落水洞和水房泉出口之间存在单一的水力联系[15]。因此,运用水化学-径流量方法计算泉域CO2吸收量需要考虑降水和径流量的影响。由图3可以看出,水房泉月径流量同月降雨量基本上是同步变化,2007、2008年最大月降雨量都出现在7月,分别为232 mm和225 mm;最小月降雨量都出现在1月,分别为9 mm和7 mm。与降雨同步,水房泉月径流量最大值和最小值也分别出现在7月和1月,2007年为 11 721 m3和 3 078 m3,2008年为11 180 m3和3 054 m3。与降雨量和径流量相比,各月CO2吸收量也表现为较一致的变化,且受到降雨量影响较为敏感,如2008年4月份CO2吸收量大于5月,这与2007年相同时段有很大不同,这主要是由于2008年4月份降雨量异常增高从而使该月径流量增大的缘故。重庆地区表层岩溶地下水大多受到降雨补给的影响,雨季(4—10月)和旱季(11至翌年3月)径流量差异较大。由图4可看出2007、2008年中各月CO2吸收量雨季(4—10月)明显高于旱季(11至翌年3月),2007、2008年雨季CO2吸收量分别高达1 787.07 kg和1 800.02 kg,分别占2007、2008全年CO2吸收量的72.1%和72.2%。07年11月到08年3月间CO2吸收量仅为686.12 kg。

图3 水房泉月CO2吸收量同月流量和月降雨量关系Fig.3 The relationshipbetween themonthly CO2 consumption and the discharge and rainfall

图4 水房泉2007—2008各月CO2吸收量Fig.4 Monthly CO2 consumption in 2007 and 2008 of the Shuifang Spring

4.2.2 泉水 HCO3-和CO2吸收量关系

泉水中含量的多少反映了参与水岩作用的CO2多少,由图5可以看出2007、2008两年水房泉 HCO3-含量在109～140 mg/L范围内变化,两年中6—9月份表

现为水体HCO3-含量的上升阶段,变化范围为128～140 mg/L,最高月份都出现在9月。桂林丫吉试验场的研究结果表明,泉水 HCO3-的含量受到水 -岩作用和表层带土壤 CO2含量的影响[16],而土壤CO2浓度要受到气温、土壤中微生物活性的影响[17]。因此可以推测水房泉流域,由于夏季气温较高、降雨量较大,土壤微生物作用产生的土壤CO2含量较多,吸收了大量土壤CO2的水体更有利于水-岩作用的进行,从而引起泉水 HCO3-的增高(图5)。从计算结果来看2007、2008两年夏季CO2吸收量分别为925.46 kg和922 kg,分别占该年CO2吸收量的37.3%和37%,证实了以上的推测。同时从图5还可看出,泉水 HCO3-含量的最高值与月CO2吸收量的最大值在时间上存在2个月的滞后,这主要是因为水房泉夏季雨热同期,泉水径流量较大,CO2吸收量较大,但泉水 HCO3-受到稀释效应的影响[18],并未达到最大值;9月初进入伏旱期,气温高而降雨量减少,由于径流量的减小引起月CO2吸收量下降,但此时稀释效应减弱,泉水 HCO3-反而达到最高。

图5 水房泉月CO2吸收量同月均气温和 HCO3-浓度关系Fig.5 The relationshipbetween themonthly CO2 consumption and themonthly average air temperature and the concentration of HCO3-

5 计算结果验证

为了验证上述水化学-径流量方法的计算结果,下面拟通过吸收模数法对水房泉年CO2吸收量进行估算和对比。

计算参数及取值:水房泉泉域面积 F为1.11 km2,平均 HCO3-浓度为132 mg/L,径流量 Q约为2 L/s,那么根据杨立铮吸收模数计算公式[9]:

式中:M c为岩溶水CO2吸收模数,单位m g/s·km2;Ch为岩溶水CO2含量,单位mg/L。

经计算得到水房泉 M c为85.8 m g/s·km2,水房泉年CO2吸收量为2 705.78

kg/a。这个结果与本研究利用精密仪器监测和计算的2007年和2008年全年CO2吸收量2 476 kg和2 489.93 kg非常接近,说明利用精密监测数据通过水化学-径流量方法计算小流域短周期碳汇量方法可行,且精确度较高。

6 讨论与结论

金佛山水房泉属于典型的亚高山表层岩溶泉,流域面积较小且流量稳定,这就决定了利用高精度仪器连续监测和计算泉水CO2吸收量的实现成为可能。本文以年为时段,以月为时间单位,通过对水位、电导率的连续监测,比较精确的计算了表层岩溶泉各月的CO2吸收量,并取得了如下主要结论:

(1)水房泉各月 CO2吸收量中6、7、8三个月吸收量较大,都均超过了285 kg;1、

2、12月吸收量均较小,均小于130 kg。年最大CO2吸收量都出现在7月份,年中最小CO2吸收量都出现在1月份,年最大月吸收量约是最小月吸收量的3.27倍左右。

(2)水房泉各月CO2吸收量与水房泉月径流量和月降雨量的变化具有高度一致性,即雨季泉水的CO2吸收量远大于旱季。而且在雨季的月降雨量最大值、径流量最大值和月CO2吸收量最大值都出现在7月,旱季的最小值均出现在1月。

(3)水房泉 HCO3-含量受到气温、降水、径流量和土壤CO2含量的综合影响。泉水 HCO3-含量的最高值与月CO2吸收量的最大值在时间上存在2个月的滞后,这主要是由于降雨导致的径流量差异所产生的稀释效应引起的。

相对于大流域的碳汇估算方法,本文利用高密度监测仪器,运用水化学-径流量方法进行短时段的碳汇计算结果较为精准。但由于表层岩溶带水-岩-气相互作用的复杂性和影响碳汇因素的多样性,为了全面了解岩溶作用碳汇过程及其控制机理,今后有必要对流域植被-土壤系统和生物碳汇效应开展综合研究。

参考文献

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北方岩溶区水文地质环境地质调查进展——以北京西山岩溶区为例

北方岩溶区水文地质环境地质调查进展——以北京西山岩溶 区为例 梁永平;赵春红;唐春雷;王维泰;申豪勇 【摘要】该文是在地质调查项目“北方岩溶水文地质环境地质调查示范”成果基础上归纳编写的。工作区选择北京西山玉泉山泉域、黑龙关泉域和鱼谷洞泉域。调查中采用了地面调查、遥感解译、地球物理勘探、水文地质钻探、示踪试验、水均衡站观测、水化学以及δD、δ18O、C、δ34S、Sr同位素方法手段，获取了大量第一手资料，通过对包括前人资料的综合研究，取得以下主要进展：①查明了该区岩溶水文地质条件和环境问题，将工作区划分为2个含水岩组、3个岩溶水系统和5个子系统；②通过对黑龙关泉域均衡观测，获得了寒武—奥陶系和蓟县系碳酸盐岩裸露区降水入渗系数，并采用最新资料评价了天然资源量和可开采资源量；③针对突出的岩溶水环境问题（含潜在问题），从政策、技术和工程3方面提出了岩溶水保护和环境问题治理的建议。 【期刊名称】《中国地质调查》 【年(卷),期】2015(002)008 【总页数】8页(P1-8) 【关键词】北方岩溶水;水文地质学;环境地质学;北京西山 【作者】梁永平;赵春红;唐春雷;王维泰;申豪勇 【作者单位】中国地质科学院岩溶地质研究所国土资源部、广西壮族自治区岩溶动力学重点实验室,桂林541004

【正文语种】中文 【中图分类】P641.69 中国北方岩溶水以集中程度高、动态稳定、水质良好的自然属性成为30多个地市级以上城市和100多个县级城市的生活饮用水，数十个大中型火电厂冷却用水，是70%以上大型煤矿生活、生产用水和上千万亩农田灌溉用水的水源。不少岩溶大泉由于其丰富的历史和文化内涵、独特的自然景观而成为重要的旅游资源，并且起到维系河流沿岸生态环境良性发展的作用。岩溶水为改革开放30多年的北方国民经济高速发展提供了保障，特别在城市供水和能源基地建设中发挥了不可替代的支撑作用。然而近30年来，随着泉域自然条件改变和人类活动强度的增加，岩溶水环境问题凸显，在短短几十年内有近30%的岩溶大泉断流，80%的泉水流量大幅度衰减，区域岩溶地下水位每年以1～2m的速度持续下降，有20%以上的岩溶水系统主排泄带的水质在Ⅲ类以下且总体趋向恶化［1］。岩溶水环境问题大大加剧了水资源供需矛盾，制约了国民经济建设发展。在此背景下，中国地质调查局于2012年启动了“北方岩溶区水文地质环境地质调查示范”项目，首先选择北京西山玉泉山泉域、黑龙关泉域和鱼谷洞泉域岩溶水系统开展1∶5万水文地质环境地质调查示范，其目的是查明岩溶水文地质条件，开展岩溶水资源评价；查明岩溶水主要环境地质问题，揭示其成因机制，为北方岩溶水文地质环境地质调查提供技术支撑，为北京西山岩溶水开发、管理与保护提供科学依据。 1.1 划分了碳酸盐岩含水岩组 根据地质、水文地质性质及地下水在垂向上的联系密切程度，将工作区划分为上部新元古界青白口系和下古生界寒武—奥陶系岩溶含水岩组，以及下部中元古界蓟县系岩溶含水岩组。上含水岩组包括新元古界青白口系景儿峪组乳白—青绿色中薄层大理岩化灰岩，下寒武统昌平组灰色中厚层状白云质灰岩、中寒武统张夏组灰

应用SPSS分析降水年际年内变化对泉水动态影响——以济南明水泉域百脉泉群为例

应用SPSS分析降水年际年内变化对泉水动态影响——以济 南明水泉域百脉泉群为例 于翠翠;陈瑞恒;胡思敬;魏金钊 【摘要】该文以济南明水泉域百脉泉群为例,运用SPSS软件,采用皮尔逊(pearson)相关系数法,分析了大气降水年际变化、年内变化对泉水流量及水位的影响.分析表明:前一年降水及前二年降水量与泉水流量呈强相关关系,当年降水对泉水流量影响相对较小,呈中等相关关系;当年降水与前一年降水与泉水水位为强相关关系,前二年降水影响略小,为中等相关关系;泉水月流量与前2、3个月降水有较强的相关性,泉水水位则与前2个月大气降水具有中等相关性.丰水年及平水年泉流量、水位高峰值在时间上较降水的高峰值推迟1~3个月,泉水水位最大日升幅一般滞后某一次大的降水过程之后1~2天. 【期刊名称】《山东国土资源》 【年(卷),期】2017(033)003 【总页数】7页(P52-58) 【关键词】大气降水;泉水水位;流量;相关性;百脉泉群 【作者】于翠翠;陈瑞恒;胡思敬;魏金钊 【作者单位】山东省地质测绘院,山东济南 250014;山东省地矿工程集团有限公司,山东济南 250200;山东省地矿工程集团有限公司,山东济南 250200;山东省地矿工程集团有限公司,山东济南 250200;山东省地矿工程集团有限公司,山东济南250200

【正文语种】中文 【中图分类】P641.8 影响泉水动态的因素是多方面的，主要有大气降水、人工开采、煤矿排水及土地利用(土地覆被)情况等[1]。大气降水是水循环系统的一个重要环节，大气降水的多少是影响泉水补给量变化的根本原因[2]。对一个岩溶地下水系统而言，其可以获得 的补给量的大小最终取决于大气降水的多少及其分配情况。通过已往资料分析得知，无论是泉域内大气降水的年际变化、年内变化还是某一次大降水过程，都对百脉泉群喷涌情况及岩溶地下水动态有着明显的影响。 SPSS起源于美国，是目前世界上最优秀的统计分析软件之一，广泛应用于各个领域[3]。该文以济南明水泉域百脉泉群为例，根据多年监测资料，运用SPSS软件，采用皮尔逊(pearson)相关系数法分析了大气降水年际变化、年内变化对济南明水 泉域百脉泉群泉水流量及水位的影响。 济南明水泉域位于章丘市东南部山区，以及淄博市周村区、博山市西部。泉域边界西为文祖断裂、东至禹王山断裂、南以变质岩及下寒武统朱砂洞组底板为界、北以奥陶系灰岩顶板埋深600m线为界[4]，面积660km2。泉域由南向北出露的地层依次为新太古代变质岩，古生界的寒武系、奥陶系灰岩、白云岩夹页岩，石炭-二 叠系砂页岩夹煤层[5]，新生界新近系和第四系松散堆积物(图1)。 明水泉域属暖温带季风区的大陆性气候，多年(1971—2013年)平均降水量为619.4mm，最大降雨量为899.2mm(1990年)，最小为311.2mm(1989年)。泉 域属小清河水系[6]，区内主要河流为青杨河及东巴漏河。 泉域岩溶地下水径流总体方向为由南向北，部分地区受人工开采影响，岩溶地下水往水源地方向径流。泉群主要位于泉域西北角城区内，泉水主要来源于南部灰岩出露和裂隙岩溶发育地区，大气降水及地表径流入渗形成了丰富的裂隙岩溶水。这部

昆明市黑龙潭岩溶泉对不同降雨过程的响应

昆明市黑龙潭岩溶泉对不同降雨过程的响应 刘剑;刘宏;杨象鹏 【摘要】在利用CTDP300多参数水质自动记录仪对黑龙潭弱承压岩溶泉物理化学参数连续监测基础上,重点探讨了黑龙潭泉在无雨、连续弱降雨和连续强降雨3种情境模式下的泉水物理化学参数变化特征.结果表明:(1)在无雨条件下,气温对黑龙潭水物理化学日动态有重要影响,电导率与pH值与气温显正相关.pH值的滞后与植被的光合作用、呼吸作用有关.(2)连续弱降雨下,物理化学动态变化幅度小,滞后降雨时间约半个月.电导率没有出现大幅降低是由于下渗降水在含水层中与碳酸盐岩有充分时间接触溶蚀造成的.(3)黑龙潭物理化学动态对强降雨十分敏感,滞后时间约为四五天.电导率先快速下降,后迅速回升,水温在整个过程中表现为缓慢下滑.pH没有大幅变化. 【期刊名称】《云南地理环境研究》 【年(卷),期】2011(023)002 【总页数】5页(P73-77) 【关键词】承压泉;喀斯特;昆明黑龙潭 【作者】刘剑;刘宏;杨象鹏 【作者单位】云南大学,资源环境与地球科学学院,云南,昆明,650091;云南大学,资源环境与地球科学学院,云南,昆明,650091;云南大学,资源环境与地球科学学院,云南,昆明,650091 【正文语种】中文

【中图分类】P642.25 0 引言 昆明黑龙潭泉是高原断陷盆地弱承压岩溶泉，属于中国南方一种较为普遍的岩溶泉。以往国内外的研究主要是针对裸露岩溶区非承压泉，而对承压性岩溶泉的研究相对较少。在中国，北方岩溶区承压泉研究的较多[1-5]。而南方主要集中在对表层岩 溶泉的研究[6-11]，还没看到有关断陷盆地弱承压岩溶泉研究的报导。通过在黑龙潭泉放置CTDP300水质多参数记录仪，我们对2010年不同降雨过程下的泉水水位、电导率、pH及水温进行了连续监测，在此基础上，对黑龙潭岩溶泉系统对不同降雨过程的反应规律及机理进行了初步探讨。 1 研究区概况 昆明市黑龙潭岩溶泉(25°7′5″N，102°44′5″E)位于昆明市北郊12 km的五老山麓，是二叠系含水层的岩溶水通过黑龙潭东支断裂切割而涌出地表的上升泉。它的主要补给区位于北部山区野猫山一带，补给区石灰岩裸露，岩溶洼地、漏斗众多，有利于地下水补给。在得到降雨补给后，地下水通过黑龙潭东支断裂汇流于黑龙潭出露。由于断裂带宽而深，将二叠系含水层沟通，形成了含水极丰富的构造带**(图1)。 黑龙潭属北亚热带高原季风气候，主风向为西南向，降雨充沛，但分配不均，干湿季分明，干湿比达1∶9。每年6月至10月为雨季，11月至次年5月为枯季。全年85%的雨量集中于6～10月。昆明气象站多年平均年降雨量为1 027.70 mm。泉流量82.78～365.5 L/s，年均流量17 997.4 m3/d，动态不均匀系数4.4，很少出现浑水，水温较高，一般在18～20 ℃，水质良好，水化学类型为HCO3-CaMg型**。实地调查及资料**研究表明，该泉从1960年4月起安装输水管道大量开采使用，现有昆明重机厂、昆明植物研究所等6家开采，主要抽水时段主要 集中在08∶00～12∶00和19∶00～24∶00，导致该泉日内水位变化较大(图2)。

岩溶水饮用水水源保护区划分技术方法——以邯郸市羊角铺水源地为例

岩溶水饮用水水源保护区划分技术方法——以邯郸市羊角铺 水源地为例 翟立娟 【摘要】位于蜂蜂矿区内的羊角铺水源地日开采奥陶系岩溶地下水达为9万 m<'3>,为一个大型的水源地.参照<饮用水水源保护区划分技术规范>大型水源地保护区范围确定应采用数值模型模拟计算的规定要求,本文根据羊角铺水源所在地下水系统的水文地质特征,结合模型技术的要求,利用目前国际上流行的visualmodflow软件,采用数值模拟法对地下水系统的溶质运移进行模拟预测,并据之确定出羊角铺水源地不同级别的保护区范围,具体是:以水源地地下水开采井为中心,溶质质点迁移100天的距离为半径所圈定的范围作为水源地一级保护区范围,溶质质点迁移1000天的距离为半径所圈定且除去一级保护区以外的范围为二级保护区,将水源地所在的岩溶水子系统的奥陶系灰岩裸露补给区范围划定为难保护区范围.%Yangjiaopu protective district located in Fengfeng mining site is a large water source district. About 90 thousand m3 of karst water from Ordovician is explored in Yangjiaopu every day. "Sub-divisional Technological Regulation for Source Protective Zones of Drinking Water (HJ/T338-200)" published by State Environmental Protection Administration in 2007 states that division of the large scale water protective zone should use numerical model to simulate and calculate. According this regulation, this paper simulate and forecast the solute transport of Yangjiaopu karst groundwater system using numerical simulation method with visual modflow software, to divide the extent of the water source protective zones in different grade.The division result is

外源水对岩溶碳汇的影响——以桂林毛村地下河为例

外源水对岩溶碳汇的影响——以桂林毛村地下河为例 黄芬;唐伟;汪进良;曹建华;殷建军 【摘要】以桂林毛村地下河为对象,研究了外源水对岩溶碳汇的影响.观测计算结果表明:外源水进入岩溶区后,由于内外源水相互混合,提高了岩溶水的溶蚀能力,以致DIC含量不断升高,其碳酸盐饱和指数也逐渐增加,SIc由不饱和达到饱和,增加了岩溶碳汇的通量.2010年9月至2011年3月仅以位于地下河上游的小龙背的外源水补给量和地下河出口的HCO3-浓度进行计算,岩溶碳汇通量由2.28×105 g增加至2.04×106 g,增加了近10倍.碳汇通量的增加固然与沿途大气降水、植被及土地利用等可能产生的CO2输入有关,但更与外源水加入形成的混合溶蚀作用有关.因此,在岩溶碳汇通量计算中外源水的影响作用不容忽视.%Based on the field monitoring and theoretical calculation, this research studied the influence of allo-genic water on karst carbon sink flux in the Maocun Subterranean Stream in Guilin. The results showed that (1) entered into karst area, allogenic water mixed with autogenic water, which enhanced karst water corrosion, increased DIC concentration and carbonate saturation index gradually, changed Sic from unsaturated into saturated and increased the karst carbon sink flux; (2)during September 7, 2010 to March 26, 2011, the carbon sink flux increased about 10 times (from 2. 28 ×105 g to 2. 04 × 106 g ) , calculated only with the allogenic water recharge of Xiao Long Bei in the upstream and the HCO-3 concentration of outlet water of underground river; (3) the increase of carbon sink flux have some connection with potential CO2 input due to precipitation, vegetation and land-use types on the way, but have more to do with mixture corrosion of

短时间尺度下岩溶泉碳汇效应研究--以重庆金佛山水房泉为例

短时间尺度下岩溶泉碳汇效应研究--以重庆金佛山水房泉为例查小森;谢世友;李林立 【摘要】通过对金佛山水房泉的离子含量、电导率、水位等参数进行监测，采用水化学—流量法计算出水房泉一个完整水文年的月碳汇通量。结果显示，水房泉雨季碳汇通量远大于旱季，碳汇通量最大值出现在7月，最小值出现在1月。月碳汇通量与月降雨量和月径流量之间存在很好的同步关系。水房泉 HCO3-的含量受温度、降雨、流量以及表层土壤CO2等因素综合影响，且月碳汇通量的最值与HCO3-含量的最值在时间上存在很大的差异。降雨量是控制岩溶地下水碳汇通量的绝对主导因素。相比于年尺度下大流域的碳汇估算，短时间尺度下小流域的碳汇计算更加准确。另外，分析地下水流量、气候变化等因素对岩溶碳汇的影响，对于水化学—流量法的准确运用以及岩溶碳汇机制的深入研究也有十分重要的意义。%By monitoring the parameters like Ion content, conductivity and water level of Shuifang Spring, monthly flux es-timation of Carbon Sink in one hydrological year is calculated by means of water chemical-runoff method in this study. And the results show that the monthly carbon sink of Shuifang Spring is maximum in July and minimum in Jan. . There is a good synchrorelationship among the monthly carbon sink and monthly rainfall runoff, monthly runoff. The bicarbonate concentration of the Shuifang Spring synthetically influenced by air temperature, rainfall, runoff and soil CO2 , and the extremum of carbon sink and bicarbonate concentration has a big difference in terms of time. The rainfall is the dominant factor for controlling the carbon sink of karst groundwater. Through this study it is found that the estimate of carbon sink in small watersheds by water

峰丛洼地自然封育过程岩溶水溶解无机碳的变化——以桂林丫吉试验场为例

峰丛洼地自然封育过程岩溶水溶解无机碳的变化——以桂林 丫吉试验场为例 姜光辉;张强 【摘要】Plant evolution at the Yaji station during the recent twenty years gives a chance for comparing the change of dissolved inorganic carbon in a typical peak cluster karst drainage system. In 1980s, plants on the peak clusters in the station were cut and used for fire wood. Most shrubs were cut regularly only grasses being remained. From 1990s people use electric and gas instead of wood. By now plants are dominated by shru b and arbor. The CO2 concentration of soil air increased during the ecological rehabilitation because of increase of soil respiration. This process enhances the DIC in spring by more intensity of karstification. By means of the hydrochemical model, the flux of spring DIC was separated. One part means that the DIC is brought by original water and the other DIC flux comes with the newly fallen rain water. The flux of original water in the spring accounts for 65 %~83 % in a typical storm event, but the carbon from the newly fallen rain water only accounts for small parts that can not reflect the environmental changes. So, it is proposed here that only the carbon flux from original water can represent the impact of plant evolution. The DIC concentration in o-riginal water increased 27 % affected by plant evolution, and the proportion of the original water accounts for 72 %~84 % of the spring's annual flux. So the increased amount of carbon flux led by plant evolution is revised to 19 %~23 %.%以桂林丫吉试验场为例,检验植被恢

煤炭开采条件下三姑泉域岩溶含水层保护评价

煤炭开采条件下三姑泉域岩溶含水层保护评价 王振兴;李向全;侯新伟;张春潮;桂春雷;左雪峰 【摘要】三姑泉域是我国典型的北方岩溶区,同时位于国家规划的晋东大型煤炭基地,煤炭开采与水资源保护之间的问题较为突出.多年来区内煤炭资源的大规模开采造成了区域地下水位下降、水质恶化等现象.因此开展北方岩溶区煤炭基地含水层保护评价对水资源保护及经济可持续发展具有十分重要的意义.本文从含水层脆弱性、含水层功能和煤炭开采影响力三方面建立综合评价指标体系,采用APH法进行三姑泉域岩溶含水层综合保护评价.针对煤炭基地特征,采用增加了煤炭采空区指标的COP修正模型评价了含水层的脆弱性.含水层功能评价分别从供水能力与生态、大泉维持能力开展;煤炭开采影响力评价从开采活动及煤炭地质结构两方面开展.综合评价结果显示需要重点保护的区段为岩溶大泉、水源地及地表渗漏段,其次为岩溶强径流带及煤炭剧烈开采区,与实际情况相符. 【期刊名称】《中国岩溶》 【年(卷),期】2019(038)001 【总页数】12页(P28-39) 【关键词】三姑泉域;煤炭开采;含水层保护;岩溶含水层 【作者】王振兴;李向全;侯新伟;张春潮;桂春雷;左雪峰 【作者单位】中国地质科学院水文地质环境地质研究所,石家庄 050061;中国地质科学院水文地质环境地质研究所,石家庄 050061;中国地质科学院水文地质环境地质研究所,石家庄 050061;中国地质科学院水文地质环境地质研究所,石家庄

050061;中国地质科学院水文地质环境地质研究所,石家庄 050061;中国地质科学 院水文地质环境地质研究所,石家庄 050061 【正文语种】中文 【中图分类】P641.8 0 引言 目前区域含水层的评价研究工作，主要为涉及含水层易污性的脆弱性评价或对人类社会支撑作用的含水层功能评价[1-17]。含水层脆弱性，即污染物质到达含水层系统某一特定位置的倾向性与可能性[2-4]。针对岩溶含水层脆弱性评价的方法有EPIK、RISKE、COP、COPK等 [5-8]。其中以COP模型应用最广，诸多学者针 对不同地质条件，又对COP进行了改进[8-12]，提出了多个岩溶水文地质单元的 脆弱性分区以及保护对策[5-12,28]。但目前针对煤炭开采条件下北方岩溶区的指 标改进并不多见。 含水层功能是指含水层及地下水在空间和时间上的变化对人类社会和环境所产生的作用或效应，它包括资源功能、生态功能和地质环境功能[13-14,16]。张光辉等人根据西北、华北和东北平原区含水层系统的特点，提出了一套较为全面的含水层功能评价指标体系[14-17]，但主要是面向平原区的评价。对于岩溶山区的含水层功 能评价，需要根据当地的水文地质特点增加或修改部分指标。如岩溶大泉维持功能、地下水开采难易程度等指标。 然而，在进行含水层保护评价时，若只进行含水层脆弱性、含水层功能等单一方面的评价工作，得出的结果不够全面，会影响含水层保护决策。此外，煤炭基地的含水层保护评价应具有一定的针对性，特别是矿产开发对含水层的影响力评价不容忽视。建立符合北方煤炭开采区岩溶含水层特点的综合性含水层保护评价方法体系具

基于SPSS的岩溶地下水质变化及其影响因素——以重庆市金佛山表层岩溶地下水为例

基于SPSS的岩溶地下水质变化及其影响因素——以重庆市 金佛山表层岩溶地下水为例 曹敏;沈立成;肖琼;邱述兰;王鹏 【摘要】Epikarst springs which show large variations in water quality abound in the Jinfo Mountain, Chongqing. In order to find out the influence factors, an attempt was made to distinguish the natural and anthropogenic processes and factors responsible for groundwater quality. R-modc factor analysis was applied for the sets of chemical data, i.e. pH, γ, ρ(HCO3- ) , ρ(Ca2+), ρ(Mg2+), ρ(Na+), ρ(K+), ρ( SO42- ) , ρ( NO3- ) and ρ(CP ) in the karst springs at Jinfo Mountain. Groundwater samples were collected at 36 sites in January, 2009. Analytical results of these groundwater samples show the springs at Jinfo Mountain had variable chemical compositions. By applying the R-mode factor analysis of SPSS, four factors were obtained, which could help to explain the characteristics of groundwater quality and to identify the formation of hydrochemistry based on the performance of ions and their geochemical processes. The water-rock interaction in karst area is the common influence factor for SO4- , F - , K+ , Sr2+ and Ca2+ in groundwater. Concentrations of Mg2+ and HCO3- are highly related to soil. Precipitation should be responsible for concentrations of Na+ and Cl-. Anthropogenic activities contribute to elevation of NO3- in groundwater. The four factors can explain for 87. 58% of the formation of karst groundwater. The natural processes are the most important influence' factors for the formation of groundwater quality in

岩溶作用碳汇强度变化的土地利用调控规律——贵州普定岩溶水-碳通量大型模拟试验场研究

岩溶作用碳汇强度变化的土地利用调控规律——贵州普定岩 溶水-碳通量大型模拟试验场研究 朱辉;曾成;刘再华;曾庆睿;李玲珑 【摘要】针对野外监测面临的岩溶流域边界难以确定以及多种土地利用混杂在一 起的问题,在贵州普定建设了不同土地利用条件下岩溶水-碳通量大型模拟试验场,监测研究了不同土地利用条件下的入渗系数和岩溶作用碳汇强度.结果表明,不同土地 利用条件下的入渗系数和岩溶作用碳汇强度差异明显,径流强度强烈影响着岩溶作 用碳汇强度,模拟裸岩地、荒地、农耕地、草地、灌木地的碳汇强度分别为14.31、12.27、11.79、9.17和12.24 t/(km2·a).与传统认识不同的发现是,生物量最大的 草地,其岩溶作用碳汇强度最小,而裸岩地的岩溶作用碳汇强度最大.这表明:在试验场尺度下,不同土地利用通过改变径流强度和土壤CO2含量这两个因素,对岩溶作用 碳汇强度产生影响,且因水化学的恒定行为,径流强度决定碳汇强度,因此在考虑生态系统修复时,不仅需要考虑生物量增加带来的增汇效应,还要考虑到径流强度降低带 来的减汇效应. 【期刊名称】《水文地质工程地质》 【年(卷),期】2015(042)006 【总页数】6页(P120-125) 【关键词】岩溶作用碳汇强度;土地利用调控;普定岩溶水-碳通量模拟试验场 【作者】朱辉;曾成;刘再华;曾庆睿;李玲珑

【作者单位】中国地质大学(武汉)环境学院,湖北武汉430074;中国科学院地球化学研究所环境地球化学国家重点实验室,贵州贵阳550081;中国科学院地球化学研究所,贵州省科技厅普定喀斯特研究综合试验站,贵州普定562100;中国科学院地球化学研究所环境地球化学国家重点实验室,贵州贵阳550081;中国科学院地球化学研究所,贵州省科技厅普定喀斯特研究综合试验站,贵州普定562100;中国科学院地球化学研究所环境地球化学国家重点实验室,贵州贵阳550081;中国科学院地球化学研究所,贵州省科技厅普定喀斯特研究综合试验站,贵州普定562100;中国科学院大学,北京 100049;中国科学院地球化学研究所环境地球化学国家重点实验室,贵州贵阳550081;中国科学院地球化学研究所,贵州省科技厅普定喀斯特研究综合试验站,贵州普定562100;中国科学院大学,北京 100049 【正文语种】中文 【中图分类】P641.5 岩溶地区拥有世界陆地面积的15%，即约2 200×104km2，居住着约十亿人口［1］，我国碳酸盐岩的出露面积约为91×104km2，加上已知的隐伏于不同深度的碳酸盐岩，其总分布面积可达340×104km2以上［2］。岩溶动力系统受岩溶环境控制，对环境十分敏感，并且因为碳酸盐溶解的快速动力学，岩溶作用积极参与全球碳循环［3］。 表层岩溶水对于解决西南岩溶山区居民的干旱缺水问题具有重要意义［4］，因此定量评价气候变化和土地利用变化对岩溶水循环过程的影响意义重大，其次已有学者发现土地利用能显著干扰岩溶作用碳汇的自然过程并取得了大量的成果［5～8］。在2007年国家启动了岩溶区石漠化综合治理工程并覆盖中国南方近 100×104km2国土面积的背景下［9］，岩溶系统的水资源安全问题和石漠化治

典型岩溶泉水文地质条件的调查与分析——以香溪河流域白龙泉为例

典型岩溶泉水文地质条件的调查与分析——以香溪河流域白 龙泉为例 张亮;陈植华;周宏;罗朝晖 【摘要】以1:5万水文地质调查兴山县幅内的白龙泉为例,介绍了如何在水文地质调查工作基础上,综合利用地球物理勘探、示踪试验、同位素测试等手段,查明岩溶泉的成因,并对其水文地质特点进行分析.在此基础上,对多手段查明岩溶泉成因的应用进行了探究.裂隙测量等基础地质调查测得了研究区代表性含水岩组的裂隙发育程度,为岩溶发育规律的研究提供了重要的参考;地球物理勘探确认了白龙泉的补给径流区中存在岩溶径流管道;示踪试验数据可分析岩溶径流管道的管道结构;而同位素测试则从水化学角度佐证了上述方法所得的结论.技术方法可以为南方岩溶大泉或地下河的水文地质调查提供一些有价值的经验. 【期刊名称】《水文地质工程地质》 【年(卷),期】2015(042)002 【总页数】7页(P31-37) 【关键词】香溪河流域;岩溶泉;水文地质条件 【作者】张亮;陈植华;周宏;罗朝晖 【作者单位】中国地质大学(武汉)环境学院,湖北武汉 430074;中国地质大学(武汉)环境学院,湖北武汉 430074;中国地质大学(武汉)地质调查研究院,湖北武汉430074;中国地质大学(武汉)环境学院,湖北武汉 430074 【正文语种】中文

【中图分类】P641.2 查明南方岩溶泉或地下暗河的水文地质特征是其开发利用与保护的基础，是我国正在开展1∶5万岩溶水文地质调查的重要工作内容之一。 白龙泉属于出露在寒武奥陶地层的一个岩溶大泉，位于湖北省兴山县内著名的孔雀谷，无论是对当地旅游业的发展还是对其经济的发展，查明白龙泉的水文地质特征都有着十分重要的作用。研究白龙泉的成因、地质结构和补给来源等水文地质条件对白龙泉的保护乃至当地生态地质环境的保护都有着十分重要的意义。目前，地下河系统地区已有的水文地质勘察方法往往不容易得到有效的结果，水文地质特征认识不清已成为研究中最大的障碍［1］。因此，白龙泉作为香溪河流域一个典型的岩溶大泉，研究其水文地质条件，对这种以岩溶管道为主的岩溶含水层水资源评价与开发都有着特别的借鉴意义。 1 研究区背景 1．1 自然地理及地质地貌 兴山县位于湖北省西部，长江西陵峡北侧，东与宜昌市夷陵区接界，南和秭归县毗邻，西同巴东县相交，北与神农架林区接壤，东北连接保康县。研究区碳酸盐岩出露面积为286.262 km2，所占比例为65.06%。研究区位于中纬度，气候温暖湿润，属亚热带季风气候，四季分明雨量充沛。主要地貌类型为峡谷深切地貌和季节性河流侵蚀地貌，系中低山区，地形标高相差悬殊，裸露区的岩溶地貌形态复杂多样，地势总体北高南低。此种地貌类型提供了构造裂隙得以侵蚀暴露的良好条件。同时，悬殊的水头差，增大了水头压力，更促进了岩溶的发育。 区内地层出露较齐全，地层自太古界结晶杂岩至第四系松散岩类，除缺失石炭系及白垩系地层外，其他地层皆有出露。区内大部分为碳酸盐岩组成的山地和深切峡谷，岩溶十分发育，岩溶山区地下水和地表水相互转化频繁［2］。