国产日韩欧美一区二区三区三州_亚洲少妇熟女av_久久久久亚洲av国产精品_波多野结衣网站一区二区_亚洲欧美色片在线91_国产亚洲精品精品国产优播av_日本一区二区三区波多野结衣 _久久国产av不卡

?

巖溶水系統(tǒng)的水化學曲線及其在水文地質(zhì)研究中的應(yīng)用

2015-03-11 07:47:55姜光輝
關(guān)鍵詞:水化學外源水文地質(zhì)

姜光輝,郭 芳,于 奭

1.中國地質(zhì)科學院巖溶地質(zhì)研究所,廣西 桂林 541004 2.國土資源部/廣西壯族自治區(qū)巖溶動力學重點實驗室,廣西 桂林 541004

?

巖溶水系統(tǒng)的水化學曲線及其在水文地質(zhì)研究中的應(yīng)用

姜光輝1,2,郭 芳1,2,于 奭1,2

1.中國地質(zhì)科學院巖溶地質(zhì)研究所,廣西 桂林 541004 2.國土資源部/廣西壯族自治區(qū)巖溶動力學重點實驗室,廣西 桂林 541004

巖溶水系統(tǒng);水化學曲線;含水層補給;水文地質(zhì)調(diào)查;地下河

0 引言

1 研究區(qū)介紹

選擇西南巖溶地區(qū)6個具有研究基礎(chǔ)的典型巖溶水系統(tǒng)為研究對象(表1,圖1)。這6個系統(tǒng)屬于我國西南地區(qū)具有代表性的巖溶水單元,都處于亞熱帶季風氣候區(qū),年降雨量為1 000~2 000 mm,降雨集中分布在雨季。除水房泉因高海拔的原因,年平均氣溫為8.2 ℃外,其余水系統(tǒng)的年平均氣溫都為15.0~20.0 ℃。6個系統(tǒng)均處于我國南方巖溶比較發(fā)育的地層中,其中5個系統(tǒng)的含水巖組為連續(xù)型碳酸鹽巖;而水房泉系統(tǒng)的含水巖組為含煤系地層,屬于夾層型碳酸鹽巖,并且煤系地層起到隔水作用。巖溶水系統(tǒng)的構(gòu)造多屬于平緩的單斜;只有青木關(guān)屬于緊密背斜。系統(tǒng)內(nèi)發(fā)育洼地、谷地等封閉或半封閉巖溶負形態(tài),并普遍存在落水洞,這些巖溶形態(tài)使降雨補給順暢。巖溶水通過落水洞、垂直溶蝕裂隙和裂隙匯集到管道當中形成管道流。由于地形起伏大,造成管道流很大的水力坡度和流速。巖溶水以下降泉的形式集中排泄,都屬于全排型的巖溶水系統(tǒng)。

表1 6個巖溶水文系統(tǒng)的基本情況對比

a.水房泉(據(jù)文獻[8]修改);b.丫吉S31巖溶泉(據(jù)文獻[4]修改);c.青木關(guān)地下河(據(jù)文獻[9]修改);d.陳旗巖溶泉(據(jù)文獻[6]修改);e.官村地下河(據(jù)文獻[10]修改);f.毛村地下河(據(jù)文獻[11]修改)。圖1 典型巖溶水系統(tǒng)的水文地質(zhì)剖面示意圖Fig.1 Hydrogeological profiles of six water systems

丫吉S31泉為峰叢洼地巖溶水系統(tǒng)。大氣降水通過表層巖溶帶和包氣帶的調(diào)蓄最終進入飽水帶管道系統(tǒng)。盡管在洼地底部有殘坡積黏土層覆蓋,但所占的面積比例不大,因此其幾乎屬于完全通過巖溶介質(zhì)調(diào)蓄的水系統(tǒng)。陳旗泉是以峰叢谷地為特征的巖溶水系統(tǒng)。雨水分別通過山坡表層巖溶帶和谷地殘坡積覆蓋層入滲;徑流匯集到谷地中心,由地表沖溝和埋深不大的巖溶管道排泄,至山谷口形成巖溶泉。水房泉為溶丘洼地型水系統(tǒng),地形整體坡度較小,第四系松散沉積層普遍存在,雨水主要通過覆蓋層下滲;并且洼地中形成溪流,通過落水洞補給巖溶泉。官村地下河巖溶水系統(tǒng)的補給方式兼有通過表層巖溶帶和覆蓋層兩種形式。地下河系將地形分割的洼地水單元串聯(lián)起來;且地下河具有一定的儲水空間。青木關(guān)地下河受到緊密型褶皺的控制,系統(tǒng)的空間形態(tài)呈現(xiàn)長條狀,巖溶水的調(diào)蓄主要通過覆蓋層和巖溶介質(zhì);但是在雨季蓄水飽和的狀態(tài)下,洼地形成地表溪流,通過落水洞直接補給地下河。毛村地下河既接受來自砂巖地區(qū)的外源水補給,同時也存在峰叢洼地地區(qū)的巖溶水補給,含水層的補給方式多樣,但最終都匯集在地下河,通過地下河排泄。

2 巖溶水系統(tǒng)的水化學變化機制

巖溶水文系統(tǒng)的補給分為降雨內(nèi)源補給和來自非碳酸鹽巖地區(qū)的外源水補給。降雨內(nèi)源補給又存在分散的面狀入滲和集中的灌入式兩種形式,它們對水化學的影響效果不同。面狀的入滲通常都經(jīng)過上覆土層,滲水會溶解較多的土壤中的CO2,導致其侵蝕潛力上升,促進碳酸鹽巖的溶解[12]。集中的灌入式補給在巖溶地區(qū)十分普遍,一般發(fā)生在洼地的落水洞中;但山坡上巖石裸露的地方由于缺少土壤的緩沖作用,降雨會很快在溶溝內(nèi)匯集成徑流,也會發(fā)生灌入式補給。

在雨量不足的情況下,巖溶泉的水化學不會發(fā)生變化,表明降雨補給的形成需要滿足門檻作用的要求。門檻機制的形成主要是因為土壤層和包氣帶裂隙對水分的吸收。灌入式的補給普遍發(fā)生在包氣帶的含水量達到某閾值之后。發(fā)生包氣帶灌入式補給的閾值大小與土壤的厚度和面積、表層巖溶帶的厚度和溶蝕率有關(guān),而與包氣帶的厚度關(guān)系不大。當降雨滿足灌入式補給所需閾值時,山坡能夠產(chǎn)生的徑流類型有多種,包括巖石表面的徑流、壤中流和局部地帶土壤表面的徑流。灌入式補給大部分首先進入到表層巖溶帶,然后再進入到飽水帶。因為產(chǎn)流界面環(huán)境和運動速度的原因,通過灌入式補給的巖溶水具有低的pH、pCO2、電導率、Ca2+質(zhì)量濃度等化學性質(zhì),并會對系統(tǒng)的水化學變化產(chǎn)生顯著的作用[13]。

外源水一般以整條河流的形式轉(zhuǎn)變?yōu)閹r溶水,并且外源水對巖溶水的補給是源源不斷的,降雨會引起外源水補給量上升。外源水和巖溶水的水化學性質(zhì)差異顯著,外源水一般具有低的pH、電導率和低Ca2+、Mg2+等離子的質(zhì)量濃度。但是外源水進入到巖溶地區(qū)之后,其水化學性質(zhì)迅速被改變[14],因此外源水不一定會對系統(tǒng)的水化學狀態(tài)產(chǎn)生顯著的影響,只有外源水還未來得及與巖石充分反應(yīng)的情況下才會導致巖溶泉水化學的變化。由以上分析可知,不同的補給形式對地下水的水化學產(chǎn)生不同的影響,再加上系統(tǒng)水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)的因素,從而導致巖溶泉在降雨后形成不同的水化學曲線類型。

水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)包括含水層的空間展布、邊界條件、巖溶管道形態(tài)和巖溶泉的排泄條件等特征,它們對巖溶泉水化學的變化有重要影響。通過不同途徑進入到巖溶水系統(tǒng)的徑流,其水化學受到系統(tǒng)水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)的控制。進入到巖石裂隙或者孔隙介質(zhì)中的巖溶水,因為循環(huán)周期長,對巖溶泉短期的水化學變化直接貢獻不大。但是由于水位升高導致裂隙介質(zhì)和管道介質(zhì)之間水頭差增加,會有更多的裂隙水或者孔隙水進入到管道流,并且由于它們與巖石的作用時間長而具有較高的pH、電導率、pCO2、Ca2+質(zhì)量濃度等,會對巖溶泉的水化學產(chǎn)生影響[15]。降雨過程中通過灌入式補給的徑流很快進入到巖溶管道,對巖溶泉水化學的影響是最直接的。而管道的長度、空間大小和水力坡度控制著徑流的運動時間,影響水化學變化。存在外源水的系統(tǒng),外源水往往位于系統(tǒng)上游,并且直接轉(zhuǎn)化為巖溶管道流,它對巖溶泉水化學的影響與外源水的流量有關(guān)。

3 巖溶水系統(tǒng)水化學曲線的類型

巖溶水系統(tǒng)的水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)、初始狀態(tài)和邊界條件都會影響巖溶水的水化學組分,因此不同時期某個巖溶水系統(tǒng)的水化學曲線可能是千變?nèi)f化的。但對于同一個系統(tǒng),往往存在某幾個控制水化學變化的因素,并導致它傾向于經(jīng)常性地出現(xiàn)某類水化學曲線。其中的控制機理從現(xiàn)有的研究可以總結(jié)為稀釋作用、CO2效應(yīng)、活塞流效應(yīng)和污染物淋濾效應(yīng)。為了能夠從系統(tǒng)的水化學動態(tài)解譯出水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)方面更多的信息,需要從現(xiàn)有觀測結(jié)果總結(jié)出常見的水化學曲線類型,作為其他地區(qū)的參考。

3.1 稀釋作用曲線

稀釋作用曲線是一類在南方巖溶地區(qū)最常出現(xiàn)的水化學曲線類型。在降雨補給的影響下,巖溶水礦化度降低,表現(xiàn)為電導率曲線出現(xiàn)低谷。稀釋曲線的出現(xiàn)表明系統(tǒng)內(nèi)形成了低礦化度、不飽和且低pCO2的巖溶水。當巖溶水系統(tǒng)的表層調(diào)蓄功能弱時,就容易產(chǎn)生稀釋作用曲線。表層調(diào)蓄功能弱的原因有多種,如:地表不透水表面比例大、土壤稀少且?guī)r石裸露率高、巖石的導水和儲水空間中巖溶管道多、裂隙和孔隙介質(zhì)少、表層巖溶帶發(fā)育深度小且厚度薄等等。這些條件在石漠化強烈的地區(qū)或者厚層純灰?guī)r分布區(qū)出現(xiàn)的可能性較大,這也是此類地區(qū)生態(tài)脆弱、地表干旱缺水的重要原因。

3.2 CO2效應(yīng)曲線

CO2效應(yīng)曲線表現(xiàn)為電導率曲線升高的同時pCO2也升高。pCO2升高是降雨導致土壤高濃度CO2下移至地下水水面引起的。Williams[15]認為其是表層巖溶帶的水移至飽水帶引起的。因為表層巖溶帶的水溶解了更多土壤CO2,導致CO2效應(yīng)曲線出現(xiàn),因此上述兩種觀點實質(zhì)是一致的。CO2效應(yīng)曲線和降雨分散面狀滲流補給及土壤層CO2濃度有關(guān),如果土壤層稀少,或土壤層中CO2濃度沒有高于飽水帶,即使具備發(fā)生分散面狀補給的條件,CO2效應(yīng)也不明顯。土壤層空氣中的CO2濃度隨季節(jié)變化,夏季出現(xiàn)高峰,冬季出現(xiàn)低谷[12],導致表層巖溶帶巖溶水和巖溶泉的電導率及pCO2的相對大小隨季節(jié)變化。在降雨的后期,表層巖溶帶的巖溶水逐漸被降雨補給稀釋,經(jīng)其調(diào)蓄的巖溶水礦化度及pCO2大幅下降,不再能為CO2效應(yīng)的發(fā)生提供條件,所以巖溶泉CO2效應(yīng)曲線總是發(fā)生在降雨補給初期,并且維系的時間較短。

3.3 活塞流效應(yīng)

在巖溶水系統(tǒng)中,出口水位或者流量的變化通常早于水化學變化,兩者的時間差表示溶質(zhì)在巖溶管道介質(zhì)中運移的時間?;钊餍?yīng)在管道流中普遍存在,稀釋作用曲線和CO2效應(yīng)曲線都存在活塞流效應(yīng)。但是如果降雨補給的水和老水之間的水化學差異很小,則不會引起水化學的變化,即看不出活塞流效應(yīng);同樣地,如果降雨補給發(fā)生的位置距離出口較遠,因水化學指標會在運移過程中發(fā)生物理、化學變化,再加上彌散作用的影響,不會迅速引起泉口水化學變化,也看不出活塞流效應(yīng)?;钊餍?yīng)時間的長短近似反映了地下水在管道中的流速,可以利用活塞流效應(yīng)計算管道流速和管道體積[16]。

3.4 污染物淋濾曲線

污染物淋濾曲線是指與人類活動有關(guān)的離子在降雨后的濃度變化曲線。硝酸鹽、氯化物與農(nóng)業(yè)活動和生活類污染有關(guān),是經(jīng)常觀測到的污染物。污染物一般開始在地表累積,可以通過分散面狀入滲和集中灌入式補給進入含水層。污染物的累積量與人類活動和季節(jié)有關(guān)。以農(nóng)業(yè)活動為例,農(nóng)田的施肥和作物的吸收影響污染物的累積,降水分配的季節(jié)性引起污染物淋濾強度的變化。在巖溶水系統(tǒng)內(nèi),農(nóng)業(yè)活動集中在洼地底部,洼地中的落水洞成為污染物淋濾的主要通道。降雨后污染物淋濾曲線表現(xiàn)為某些相關(guān)離子濃度出現(xiàn)波峰,多個波峰的出現(xiàn)表示不同洼地中污染物淋濾的結(jié)果。在巖溶水系統(tǒng)中,污染物的淋濾和遷移現(xiàn)象雖然有別于前面所提到的“水化學曲線”的概念,但是此過程會影響電導率的變化,因此將兩種曲線結(jié)合起來,更有助于水文地質(zhì)的分析。

盡管某個巖溶水系統(tǒng)的水化學曲線在一年四季會出現(xiàn)很多種類型,但因不同系統(tǒng)在降雨補給方式、徑流方式和排泄條件上都有類似之處,這些條件在程度和數(shù)量上的差異會導致該水系統(tǒng)趨向于經(jīng)常出現(xiàn)某幾種水化學曲線類型,這正是利用水化學曲線的方法研究水文地質(zhì)條件的價值。通過多個系統(tǒng)的對比,筆者建立了水化學控制機制與系統(tǒng)的水文地質(zhì)條件的對應(yīng)關(guān)系,可以作為今后研究的參考(表2)。

表2 巖溶水系統(tǒng)的水化學控制機制與其水文地質(zhì)條件的對應(yīng)關(guān)系

注:√表示對應(yīng)關(guān)系顯著;-表示對應(yīng)關(guān)系不顯著。

a.水房泉(20070811-20070814,據(jù)文獻[8]修改;b.丫吉S31泉(20020513-20020515),據(jù)文獻[22]修改;c.青木關(guān)地下河(20080525-20080624),據(jù)文獻[20]修改;d.陳旗泉(20070721-20070731),據(jù)文獻[6]修改;e.官村地下河(20070510-20050515);f.毛村地下河(20040513-20040522),據(jù)文獻[21]修改。圖2 巖溶水系統(tǒng)的部分水化學曲線Fig.2 Part of chemographs in six karst water systems

圖2為西南地區(qū)典型裸露型巖溶水系統(tǒng)水化學的變化圖。劉再華等[17]觀測了裸露型巖溶區(qū)表層巖溶帶的水化學變化,認為:作為巖溶水系統(tǒng)當中最靠近土壤圈和大氣圈的部分,表層巖溶帶巖溶水的水化學變化可以概括為季節(jié)、場雨和晝夜波動;季節(jié)波動和晝夜波動更加顯著地受到土壤CO2濃度的影響;在場雨波動中,降雨引起pH、電導率和方解石溶解飽和指數(shù)(SIc)的下降。

丫吉S31泉與劉再華等[17]所觀測的表層巖溶泉相比,其匯水范圍、含水層厚度和管道長度都大幅增加,但在結(jié)構(gòu)上兩者具有相似性。S31泉的水化學晝夜波動不明顯,季節(jié)波動的趨勢與表層巖溶帶相反[18],即土壤CO2濃度變化的影響比不上降雨稀釋作用的影響,這是因為系統(tǒng)空間尺度增大。丫吉S31泉水化學的場雨波動與表層巖溶帶類似,反映出降雨稀釋作用是導致水化學變化的主要因素。由于S31泉系統(tǒng)管道長度的原因,造成活塞流效應(yīng)不明顯;而系統(tǒng)范圍內(nèi)受人類活動影響小,幾乎不存在污染物淋濾效應(yīng)。因此S31泉水系統(tǒng)的水化學曲線可以作為典型降雨內(nèi)源補給型稀釋作用控制的水化學曲線的代表。

與S31泉相比,陳旗泉的包氣帶厚度較小,而覆蓋層的厚度和面積較大,并且部分徑流通過地表水系匯集到泉口,其余水文地質(zhì)條件相似。陳旗巖溶泉的水化學曲線在場雨期間同樣反映強烈的稀釋作用。與S31泉不同的是,陳旗泉的電導率在降雨后首先出現(xiàn)一個快速下降的信號,接著是電導率持續(xù)維持低值。與電導率快速下降的信號對應(yīng)的是在谷地當中沖溝兩邊的覆蓋層區(qū)域所產(chǎn)生的地面徑流。這個水化學變化的細節(jié)體現(xiàn)了水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)的不同,說明水化學分析方法的作用。

與S31泉相比,水房泉不僅具有更多的面狀入滲補給,而且由于受到巖性的影響,水房泉系統(tǒng)中裂隙對地下水運動的作用明顯增強。水房泉的水化學曲線較多地體現(xiàn)CO2效應(yīng)的控制,較少出現(xiàn)稀釋作用,反映降雨分散面狀補給的比例較高。此時電導率和pCO2曲線出現(xiàn)波峰[19]。水房泉的水化學曲線可以代表以面狀補給為主和裂隙介質(zhì)控制的巖溶水系統(tǒng)的典型水化學變化。

與S31泉比較,官村巖溶水系統(tǒng)和青木關(guān)巖溶水系統(tǒng)的面積較大,其他水文地質(zhì)條件相似。流域面積較大的系統(tǒng)影響水化學的因素增多。首先管道的長度和容量增加,不僅造成彌散作用增強,而且增加了水巖相互作用的時間,使化學反應(yīng)更加徹底;其次地下河補給區(qū)一般都有農(nóng)村居民點和農(nóng)業(yè)活動,人類活動產(chǎn)生的離子濃度影響到地下河的水化學變化。Guo等[10]觀測官村地下河時發(fā)現(xiàn),水化學曲線的變化體現(xiàn)的不再是單純的稀釋作用和CO2效應(yīng),還包括活塞流效應(yīng)和污染物淋濾效應(yīng)。水化學曲線的特征是電導率等指標的變化時間縮短和變化幅度縮小,這是系統(tǒng)規(guī)模擴大的結(jié)果;另外降雨補給向含水層輸送污染物可以引起電導率的升高,使電導率變化更復雜。例如青木關(guān)地下河降雨后硝酸鹽的質(zhì)量濃度凈增加了14~18 mg/L,所產(chǎn)生的污染效應(yīng)對水化學曲線的影響是顯著的[20]。

與S31泉比較,毛村巖溶水系統(tǒng)不僅面積較大,而且地下河的上游外源水的匯水范圍達到了32%。砂巖地區(qū)產(chǎn)生的外源水中的方解石與白云石的溶解處于不飽和狀態(tài),流到巖溶地區(qū)后礦化度迅速增加,但是相對于來自內(nèi)源補給的巖溶水,其礦化度還是較低,因此外源水會降低系統(tǒng)出口處巖溶水的電導率和pCO2等值。外源水改變巖溶泉的水化學機制還與外源水的流量和內(nèi)源水補給量的相對大小有關(guān)。在降雨過程中,外源水作為地表水系,對降雨的響應(yīng)更加迅速,外源水的流量增加速度相對內(nèi)源補給量較大,巖溶泉的水化學會在短時間內(nèi)出現(xiàn)顯著的波動。但是隨著外源水流量的減少,內(nèi)源補給的徑流會逐漸增強,并且使巖溶泉的水化學逐漸復原。水化學曲線表現(xiàn)的是短暫的稀釋效應(yīng)。有時外源水也會帶來大量的污染物,造成相關(guān)離子濃度的增加[21]。

4 結(jié)論與建議

本研究選擇了6個南方裸露型巖溶水系統(tǒng)作為對象,通過水文地質(zhì)條件和水化學曲線的對比得出以下結(jié)論。1)降雨補給所產(chǎn)生的多種水化學效應(yīng)因為系統(tǒng)水文地質(zhì)條件的控制而出現(xiàn)不同的結(jié)果。巖溶水系統(tǒng)的水文地質(zhì)條件和其水化學曲線之間具有一定程度的對應(yīng)關(guān)系。揭示水化學曲線的成因,應(yīng)該結(jié)合具體的水文地質(zhì)條件,例如降雨的補給方式、控制巖溶水運動的介質(zhì)類型、巖溶水的排泄方式,以及系統(tǒng)的大小等宏觀特征,還要注意某些細微的差別對水化學產(chǎn)生的影響。2)巖溶水系統(tǒng)的水化學曲線之所以能夠體現(xiàn)水文地質(zhì)特征,原因在于巖溶介質(zhì)具有很強的非均質(zhì)性和巖溶水具有高度的敏感性。來自于不同界面和通過不同方式運動至出口斷面的巖溶水能夠保持自身形成時的水化學性質(zhì),并成為驅(qū)動水化學變化的本質(zhì)原因。而對于不同的系統(tǒng),巖溶發(fā)育的方式和結(jié)果不同,造成巖溶水產(chǎn)生和運動的水動力和地球化學環(huán)境的差異,也就有可能形成不同的水化學曲線。3)除了現(xiàn)有的溫度、電導率、pH、飽和指數(shù)、pCO2等常規(guī)指標外,還應(yīng)該嘗試環(huán)境同位素、微量元素、溶解有機質(zhì)等指標在分析巖溶水運動特征上的應(yīng)用。水化學指標類型的拓展增強了水化學方法的可信度和說服力,是水化學方法發(fā)展的新方向[23]。

建議巖溶地區(qū)水文地質(zhì)的調(diào)查和研究多開展水化學的監(jiān)測,借此更好地理解巖溶水系統(tǒng)的水文地質(zhì)特征。

[1] 郭芳,姜光輝,蔣忠誠. 中國南方巖溶石山地區(qū)不同巖溶類型的地下水與環(huán)境地質(zhì)問題[J]. 地質(zhì)科技情報, 2006, 25(1): 83-88. Guo Fang, Jiang Guanghui, Jiang Zhongcheng. Groundwater and Environmental Geological Problems in Different Kinds of Karst Environment System in Karst Rock Areas of South China[J]. Geological Science and Technology Information, 2006, 25(1): 83-88.

[2] 姜光輝,于奭,常勇.利用水化學方法識別巖溶水文系統(tǒng)中的徑流[J].吉林大學學報:地球科學版,2011,41(5):1535-1541. Jiang Guanghui, Yu Shi, Chang Yong. Identification of Runoff in Karst Drainage System Using Hydrochemical Method[J]. Journal of Jilin University: Earth Science Edition,2011,41(5):1535-1541.

[3] 劉再華,李強,汪進良,等.桂林巖溶試驗場鉆孔水化學暴雨動態(tài)和垂向變化解譯[J].中國巖溶, 2004, 23(3): 169-176. Liu Zaihua, Li Qiang, Wang Jinliang,et al. Interpretation of Borehole Storm-Scale and Vertical Hydrochemical Variations at the Guilin Karst Experimental Site[J]. Carsologica Sinica, 2004, 23(3): 169-176.

[4] 何師意, Michele L, 章程,等. 高精度地下水示蹤技術(shù)及其應(yīng)用:以毛村地下河流域為例[J]. 地球?qū)W報, 2009, 30(5): 673-678. He Shiyi, Michele L, Zhang Cheng,et al. A High Precision Underground Water Tracing Test Technique and Its Applications: A Case Study in Maocun Karst System, Guilin, Guangxi[J]. Acta Geoscient ia Sinica, 2009, 30(5): 673-678.

[5] Zhao Min, Zeng Cheng, Liu Zaihua,et al. Effect of Different Land Use/Land Cover on Karst Hydro-geochemistry: A Paired Catchment Study of Chenqi and Dengzhanhe, Puding, Guizhou, SW China[J]. Journal of Hydrology, 2010, 388: 121-130.

[6] 曾成.濕亞熱帶巖溶系統(tǒng)水文水化學對土地利用的響應(yīng)研究[D].北京:中國地質(zhì)科學院.2009. Zeng Cheng. Study on the Response of Hydrology and Hydrochemistry of Karst Systems to Different Land Use Under Humid Subtropical Climate[D]. Beijing:Chinese Acadamy of Geological Sciences, 2009.

[7] 楊力錚. 貴州普定后寨地下河巖溶水運動特征[J]. 中國巖溶, 1982,1(1):18-26. Yang Lizheng. Karst Water Movement in Houzhai Subterranean River, Puding, Guizhou Province[J].Carsologica Sinica, 1982,1(1):18-26.

[8] 吳月霞,蔣勇軍,袁道先,等. 巖溶泉域降雨徑流水文過程的模擬:以重慶金佛山水房泉為例[J]. 水文地質(zhì)工程地質(zhì), 2007(6): 41-48. Wu Yuexia , Jiang Yongjun, Yuan Daoxian et al. Simulation of Hydrological Response of Karst Spring to Precipitation:Case Study of Shuifang Spring, Jinfo Mt, Chongqing[J]. Hydrogeology and Engineering Geology, 2007(6): 41-48.

[9] 楊平恒,羅鑒銀,彭穩(wěn),等. 在線技術(shù)在巖溶地下河示蹤試驗中的應(yīng)用[J]. 中國巖溶, 2008, 27(3): 215-220. Yang Pingheng, Luo Jianyin, Peng Wen, et al. Application of Online Technique in Tracer Test:A Case in Qingmuguan Subterranean River System, Chongqing, China[J]. Carsologica Sinica, 2008, 27(3): 215-220.

[10] Guo F, Jiang G.Nitrogen Budget of a Typical Subterranean River in Peak Cluster Karst Area[J]. Environmental Geology, 2009, 58: 1741-1748.

[11] 唐偉.外源水對碳酸鹽巖溶蝕速率與碳匯效應(yīng)的影響:以毛村地下河為例[D].重慶:西南大學,2011. Tang Wei. A Study on Allogenic Water for Carbonate Dissolution Rate and Karst Carbon Sink:An Example from Maocun Subterranean River of Guilin[D]. Chongqing:Southwest University, 2011.

[12] 姜光輝,郭芳,曹建華,等.峰叢洼地表層巖溶動力系統(tǒng)季節(jié)變化規(guī)律[J].地球科學:中國地質(zhì)大學學報, 2003, 28(3): 341-345. Jiang Guanghui, Guo Fang, Cao Jianhua, et al. Seasonal Change of Epikarst Dynamic System in Peak Depression Area[J]. Earth Science :Journal of China University of Geosciences, 2003, 28(3): 341-345.

[13] Jiang G, Guo F, Wu J,et al. The Threshold Value of Epikarst Runoff in Forest Karst Mountain Area[J]. Environmental Geology,2008,55:87-93.

[14] 黃芬,唐偉,汪進良,等.外源水對巖溶碳匯的影響[J].中國巖溶,2011,30(4):417-421. Huang Fen, Tang Wei, Wang Jinliang , et al. The Influence of Allogenic Water on Karst Carbon Sink[J]. Carsologica Sinica, 2011,30(4):417-421.

[15] Williams P W. The Role of the Subcutaneous Zone in Karst Hydrology[J]. Journal of Hydrology, 1983, 61: 45-67.

[16] Birk S, Liedl R, Sauter M. Identification of Localized Recharge and Conduit Flow by Conbined Analysis of Hydraulic and Physico-Chemical Spring Responses (Urenbrunnen, SW-Germany)[J]. Journal of Hydrology, 2004, 286:179-193.

[17] Liu Z H, Li Q, Sun, H L, et al. Seasonal Diurnal and Storm-Scale Hydrochemcial Variations of Typical Epikarst Springs in Subtropical Karst Area of SW China: Soil CO2and Dilution Effects[J]. Journal of Hydrology,2007, 337: 207-223.

[18] 袁道先,戴愛德,蔡五田,等.中國南方裸露型巖溶峰叢山區(qū)巖溶水系統(tǒng)及其數(shù)學模型的研究:以桂林丫吉村為例[M].桂林:廣西師范大學出版社,1996. Yuan Daoxian, Dai Aide, Cai Wutian, et al. Karst Water System of a Peak Cluster Catchment in South China’s Bare Karst Region and Its Mathematic Model[M]. Guilin:Guangxi Normal University Publishing House, 1996.

[19] 章程,蔣忠誠,何師意,等. 垂直氣候帶巖溶動力系統(tǒng)特征研究:以重慶金佛山國家級自然保護區(qū)為例[J]. 地球?qū)W報,2006, 27(5): 510-514. Zhang Cheng, Jiang Zhongcheng, He Shiyi,et al. The Karst Dynamic System of Vertical Zoned Climate Region:A Case Study of the Jinfo Mountain State Nature Reserve in Chongqing[J]. Acta Geoscientica Sinica, 2006, 27(5): 510-514.

[20] 扈志勇,楊平恒,楊梅,等.川東槽谷區(qū)巖溶泉水物理化學動態(tài)特征及其環(huán)境效應(yīng)研究:以重慶青木關(guān)巖溶槽谷姜家泉為例[J]. 現(xiàn)代地質(zhì), 2009, 23(6): 1167-1173. Hu Zhiyong, Yang Pingheng, Yang Mei,et al. Hydro-Physico-Chemical Variations of the Karstic Spring and Its Environmental Effects in Ridge-Trough Area, Eastern Sichuan:A Case Study on Jiangjia Spring in Qingmuguan KarstValley, Chongqing[J]. Geoscience, 2009, 23(6): 1167-1173.

[22] 劉再華,Groves Chris, 袁道先,等. 水-巖-氣相互作用引起的水化學動態(tài)變化研究:以桂林巖溶試驗場為例[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì),2003(4):13-18. Liu Zaihua, Groves Chris, Yuan Daoxian, et al. Study on the Hydrochemical Variations Caused by Water-Rock-Gas Interaction:An Example from Guilin Karst Experimental Site[J]. Hydrogeology and Engineering Geology, 2003(4): 13-18.

[23] 康志強,何師意,羅允義.表層巖溶系統(tǒng)水化學成因及植被恢復條件下變化趨勢:以廣西馬山弄拉蘭電堂泉為例[J].吉林大學學報:地球科學版, 2015, 45(1): 232-239. Kang Zhiqiang, He Shiyi, Luo yunyi. Cause and Change Trend of Water Chemistry of Epikarst System Under the Vegetation Restoration: A Case of Landiantang Epikarst Spring, Nongla, Mashan,Guangxi[J]. Journal of Jinlin University: Earth Science Edition, 2015, 45(1): 232-239.

Chemographs of Karst Water System and Its New Application in Hydrogeological Survey

Jiang Guanghui1,2, Guo Fang1,2, Yu Shi1,2

1.InstituteofKarstGeology,CAGS,Guilin541004,Guangxi,China2.KeyLaboratoryofKarstDynamics,MLRandGZAR,Guilin541004,Guangxi,China

Six karst water systems in Southwest China are selected for comparison study, in order to find out the relationship between spring chemographs and their hydrogeological characters. The six karst springs are S31 in Yaji experimental site, Maocun subterranean river, Guancun subterranean river, Chenqi spring, Qingmuguan subterranean river, and Shuifang spring in Jinfo Mt. Some important results are summarized. The repeated chemograph changes in springs were found through continuous auto-monitoring of pH, temperature, specific electrical conductivity (SPC) and other indexes. There are some common differences in chemographs impacted by intrinsic and extrinsic properties of the system. Firstly, recharge from rainfall leads to changes in discharge and water-rock interaction. Secondly, the CO2recharge with infiltration promotes the karst process. Finally, contaminate leaching from surface also has impact on water chemistry. When theSPC, pH, water temperature, and saturation index of calcite (SIc) decrease after rainfall recharge event, it indicates the occurrence of dilution process. When theSPCtogether with other indexes show peaks after rainfall recharge, it indicates CO2effect caused by seepage recharge from epikarst water dissolved with CO2in soil. When the chemographs are found lagging behind the change of hydrograph, piston flow effect occurs. Eluviation effect occurs when the ions related to human activities increase after rainfall recharge. This can be explained by the contaminant distinctly input from the surface washing, and probably have influence on variation trend ofSPC. Chemographs of karst water system tend to have several effects frequently, and the mutual types are different, suggesting that different strong or weak impact on karst water by diffusion or concentration recharge from rainfall recharge, and the difference in runoff pattern and regulation and storage mechanism. In general, karst water system which is dominated by diffusion recharge, usually presents more CO2effect in chemographs, and less dilution effect. In karst water system with strong karstification, rainfall recharge is controlled by solution fissure and conduits. Their chemographs presents more in dilution effect, while less in CO2effect. Karst systems dominated by concentration recharge are easily to have piston flow effect. However, the variation of water chemistry is weakened in systems when they have big thickness of vadose zone and high storage capacity of aquifer.

karst water system; chemograph; aquifer recharge; hydrogeological survey; subterranean river

10.13278/j.cnki.jjuese.201503205.

2014-08-06

國家自然科學基金項目(41472239,41172231,41102161);廣西自然科學基金項目(2013GXNSFDA019024);中國地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)調(diào)查項目(1212010916063)

姜光輝(1977--),男,副研究員,博士,主要從事巖溶水文學研究,E-mail:bmnxz@126.com

郭芳(1978--),女,研究員,主要從事巖溶水文學方面的研究,E-mail:gfkarst@126.com。

10.13278/j.cnki.jjuese.201503205

P641.134

A

姜光輝,郭芳,于奭.巖溶水系統(tǒng)的水化學曲線及其在水文地質(zhì)研究中的應(yīng)用.吉林大學學報:地球科學版,2015,45(3):899-907.

Jiang Guanghui, Guo Fang, Yu Shi.Chemographs of Karst Water System and Its New Application in Hydrogeological Survey.Journal of Jilin University:Earth Science Edition,2015,45(3):899-907.doi:10.13278/j.cnki.jjuese.201503205.

猜你喜歡
水化學外源水文地質(zhì)
具有外源輸入的船舶橫搖運動NARX神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測
基于抽水試驗計算水文地質(zhì)參數(shù)的分析與確定
基于GPRS實現(xiàn)自動化水文地質(zhì)抽水試驗
秦皇島北部地表水和地下水水化學特征及水質(zhì)評價
基于轉(zhuǎn)移概率的三維水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)劃分
外源鉛脅迫對青稞生長及鉛積累的影響
外源鈣對干旱脅迫下火棘種子萌發(fā)的影響
水文地質(zhì)在工程地質(zhì)勘察中的有效應(yīng)用
外源添加皂苷對斑玉蕈生長發(fā)育的影響
衡水市新近系館陶組地熱水水化學特征與分布規(guī)律研究
福州市| 寿光市| 辉县市| 开封县| 渝中区| 宁德市| 山西省| 安陆市| 淳化县| 阿图什市| 苍溪县| 金秀| 唐海县| 象州县| 凉山| 晋宁县| 平定县| 收藏| 施甸县| 英德市| 东海县| 凌源市| 新绛县| 马尔康县| 安乡县| 巩义市| 霍林郭勒市| 维西| 朝阳市| 金昌市| 莱州市| 老河口市| 砀山县| 甘孜县| 耿马| 阜新市| 恩施市| 长宁县| 上思县| 汝州市| 北辰区|