相关和频谱分析法在岩溶系统中的应用研究综述

岩溶含水层由多重含水介质组成，具有高度的非均质性，从系统角度出发，将岩溶系统看作是一个过滤器，将降雨作为输入信号，泉流量、水位、电导率、浊度等物理化学参数作为输出量进行相关和频谱分析是认识岩溶系统内部结构特征的有效方法。文章综述了相关和频谱分析法在岩溶系统研究中的应用，首先介绍了相关和频谱分析法基本理论的形成、发展过程和研究意义，然后总结了如何根据不同的研究目的选择相关和频谱分析法使用的时间序列的长度、周期和类型，最后阐述了该方法应用于岩溶系统分析的局限性。      

岩溶水库热结构变化对水体溶解无机碳及其同位素的影响过程

以中国南方亚热带地区典型的地下水补给型水库——大龙洞水库为对象,于2018年1月、4月、7月、10月、12月分别在上、中、下游三个监测点进行采样,探究水库热结构变化对于水体无机碳及其同位素的影响过程及机理。结果表明:（1）大龙洞水库水体在一个水文年中呈现周期性的混合期—分层期—混合期的热结构变化,4月热分层开始显现,7月逐渐显著呈现完整的热分层,10月以后热分层逐渐消失,水体逐渐实现混合;（2）水体热分层是溶解无机碳（DIC）浓度与碳稳定同位素（δ13C_DIC）值变化的主要驱动力。表水层中DIC主要受水—气界面二氧化碳脱气、水生生物光合作用控制,其DIC浓度与δ13C_DIC值分别为3.22 mmol·L?1和?9.15‰;温跃层中DIC主要受有机质降解过程影响,其DIC浓度与δ13C_DIC值分别为3.43 mmol·L?1和?9.70‰;底水层中DIC主要受碳酸盐沉淀过程影响,其DIC浓度与δ13C_DIC值分别为4.32 mmol·L?1和?11.89‰;（3）三种过程伴随水库热结构的变化而变化,驱动DIC浓度及其同位素的变化梯度 G (DIC)与 G (δ13C_DIC)的变化,表现为底水层＜表水层＜温跃层。热分层结束进入混合期后,DIC浓度与δ13C_DIC值的时空差异均逐渐消失,最终表现出DIC浓度与δ13C_DIC值的均一化。      

漓江源头大溶江流域土壤理化性质

文章采用ArcGIS和SPSS22.0软件分析珠江三级支流漓江上游大溶江流域内土壤pH、电导率、粒度、土壤总氮（TN）、土壤有机碳（TOC）、土壤无机碳（TIC）及其在空间上的分布特征,结果显示:（1）研究区土壤pH平均值在土下20 cm处为4.04~6.23,土下50 cm处为4.02~6.53,体现出土壤的地带性特征,土壤电导率均值为352.93 μs?cm-1（变化范围为145.00~1 015.00 μs?cm-1）,流域内不同地质背景的土壤pH和土壤电导率具有显著差异性;（2）土壤粒径以粉粒含量最高（59.39％）,其次是沙粒（33.26％）,黏粒含量最低（7.36％）,黏粒和粉粒含量随土壤深度增加而增加,沙粒含量随土壤深度的增加而减少;土壤体积含水量为22.04%~46.45%,在土下20 cm 处土壤体积含水量均值为31.55%,在土下50 cm时土壤体积含水量均值为30.98%;（3）流域内土壤的TN、TOC和TIC平均含量分别为1.50 g?kg-1、15.25 g?kg-1、16.89 g?kg-1,其空间分布与土地利用类型一致,均表现为林地高、耕地低的特征;垂直分布上,土壤中碳、氮含量随着土壤深度增加而降低,主要是由于表层土壤最先接收枯枝落叶等腐殖质的分解,使碳、氮等营养物质在地表富集所致;（4）流域内土壤TOC、TIC、TN均与黏粒、粉粒含量呈负相关,与沙粒含量呈正相关,pH与黏粒、粉粒含量呈正相关,与沙粒呈负相关;流域内土壤TN与TIC、TOC均呈极显著正相关,与电导率呈显著负相关;TIC含量和TOC含量之间具有极显著正相关关系,与体积含水量和电导率呈显著负相关。      

断陷盆地高原面典型岩溶洼地旱季土壤水氢氧同位素时空差异特征

以云南省蒙自断陷盆地东山山区典型岩溶洼地为研究区,通过野外采集土壤样品与实验室测试分析相结合的方法,运用稳定同位素技术研究旱季不同深度土壤水氢氧同位素组成,揭示区内土壤水氢氧同位素时空变化特征,为进一步研究云南断陷盆地山区土壤水分运移机制和当地农业合理利用和管理水资源提供科学依据。结果表明:(1)土壤水δD、δ18O同位素值的变化范围分别为-128.3‰~-27.6‰和-17.5‰~2.5‰,平均值分别为-96.1‰±20.7‰和-12.3‰±3.7‰,降雨转化为土壤水和水分在土壤中重新分布时发生一定程度的氢氧同位素分馏。(2)旱季两个月份土壤水氢氧同位素组成发生变化,4月份土壤水δD、δ18O同位素平均值分别为-86.3‰±23.83‰和-10.6‰±4.3‰,显著高于2月份(δD:-106.1‰±9.5‰;δ18O:-14.1‰±1.6‰)(p<0.05),主要和4月份土壤水的蒸发作用强烈有关。(3)在空间上,坡地与洼地之间土壤水氢氧同位素组成存在差异,2月份坡地与洼地之间土壤水δD、δ18O值差异显著(p<0.05),洼地土壤水δD、δ18O比坡地偏轻;4月份坡地与洼地之间土壤水δD、δ18O值差异不显著(p>0.05)。(4)土壤垂直剖面方向上土壤水δD、δ18O值随着土壤深度的增加而减小,浅层土壤水δ18O和深层土壤水δ18O存在显著差异,2月份浅层土壤水δ18O比深层土壤水δ18O偏正2.8‰,4月份浅层土壤水δ18O比深层土壤水δ18O偏正10.5‰。      

广西官村岩溶溪流中生物地球化学控制的DIC和NO3-昼夜变化研究

为了解岩溶区控制溪流中溶解无机碳(DIC)和NO_3~-昼夜变化的生物地球化学过程以及DIC和NO_3~-日变化量,于2014-07-22~2014-07-24期间,在广西壮族自治区融安县官村溪流中包括地下河出口(CK)和下游雷崖村(LY)设置两个监测点同时对水体物理化学参数以及C、N同位素(δ~(13) CDIC、δ~(15) N-NO_3~-和δ~(18) O-NO_3~-)展开了为期2d的高分辨率昼夜监测采样工作。结果发现CK点各物理化学参数没有表现出昼夜变化,但是LY点Ca2+、DIC以及PCO2表现出明显的昼夜变化规律,即白天下降夜间上升且与DO和pH表现出明显的负相关关系。相对于CK点,在白天水生光合生物光合作用导致LY点DIC下降的同时δ~(13) CDIC上升,而在夜间呼吸作用导致LY点DIC上升的同时δ~(13) CDIC下降且部分时间段要低于CK点δ~(13) CDIC值。溪流中的NH4+在监测期间基本上都在下降而NO_3~-离子在夜间和上午时间段都在上升,δ~(15) N-NO_3~-却表现出下降的趋势,且比较接近δ~(15) N-NO_3~-初始值,而NO_3~-离子在下午时间段出现下降的趋势。结果表明溪流中DIC昼夜变化主要受到水生植物的光合作用和呼吸作用控制,且通过质量平衡方程计算得知溪流中由于光合作用吸收无机碳而转为有机碳的量为0.94kgC/d,这部分有机碳可以形成相对长期稳定的自然C汇。溪流在夜间和上午时间段发生了N的硝化作用,增长量为2.08kgN/d,但在下午时间段(12:00~18:00)发生了N的同化作用,损失量为0.42kgN/d。溪流输出的NO_3~--N的量为1.66kgN/d,表明在富碳、富钙的岩溶溪流中,有利于水生光合生物的生长,促进N的同化作用的发生,从而减少溪流输出NO_3~--N的量,说明岩溶区溪流N的生物地球化学过程可能在昼夜尺度上改变水质。     

小球藻对岩溶水体Ca2+、HCO3-利用效率实验研究

以来自广西上林县大龙洞岩溶水库中的小球藻为研究对象,探讨了封闭体系中小球藻在4.6 mmol·L-1、2.5 mmol·L-1和0.5 mmol·L-1三种不同HCO3-浓度的水体环境中,对Ca2+和HCO3-的利用效率。结果表明:（1）小球藻在4.6 mmol·L-1、2.5 mmol·L-1和0.5 mmol·L-1三种不同HCO3-浓度的水体中培养7天后生物量从0.04Abs分别增长到0.56Abs、0.50Abs和0.44Abs,在HCO3-和Ca2+浓度较高的环境中,A组28.26%的Ca2+和B组24.14%的Ca2+被小球藻吸收利用,A组54.95%的HCO3-和B组48.00%的HCO3-被小球藻吸收利用,生成有机碳固定下来,C组HCO3-浓度过低（0.5 mmol·L-1）,小球藻难以对其进行利用,表明岩溶水库中高浓度的HCO3-对小球藻生长起着“施肥作用”,这对岩溶碳汇的稳定性起着重要作用。（2）小球藻光合作用利用HCO3-从而引起Ca2+沉积的量大于小球藻光合作用吸收Ca2+的量;（3）小球藻光合作用使培养基中的δ13CDIC偏正,而呼吸作用使培养基中的δ13CDIC偏负。      

降雪及旅游活动对金佛山表层岩溶泉水化学的影响

金佛山是世界自然遗产,冬季到景区赏雪的游客众多。为探究降雪过程及旅游活动对金佛山表层岩溶泉的影响,本文对2014年12月一次大规模降雪前后的水房泉水化学变化进行高频自动取样监测,获取高分辨率的水化学变化曲线,与大气降水、土壤水及污水的理化特征进行比较,并采用主成分分析法剖析影响泉水化学的主要因素。结果表明泉水理化学指标在降雪的不同阶段表现出显著的动态变化:在积雪初期（2014-12-10至2014-12-14）大部分水化学指标基本稳定;此后至积雪大面积融化前（2014-12-15至2014-12-28）旅游排污量增大,泉水的水温、流量、浊度、盐度以及各项离子含量呈上升趋势,而pH、溶解氧则呈下降趋势,水化学指标变幅大;积雪融化期间,融水补给使泉水溶解氧和浊度上升,其他水化学指标先下降后上升。主成分分析显示旅游活动的污水输入是引起泉水水质变化的首要因素,主成分贡献率达59%;积雪融化的稀释作用能一定程度缓解流域地下水污染状况,是第二影响因素,贡献率31%。      

西秦岭寒武系层控金矿床中成矿元素富集规律

产于西秦岭南亚带寒武系硅岩建造中的金矿床, 是我国境内发现的一种与海底喷流作用有关的、具有独特地质特征的层控金矿床。成矿元素富集规律研究表明, 矿床中富集的元素种类十分丰富, 不仅含有具基性、超基性特征的元素群, 而且含有具酸性特征的元素群, 元素组合相当复杂。除Ａｕ 外, Ｃｕ、Ｕ、Ｍｏ、Ｓｂ、Ｖ、Ｚｎ等在局部地段亦可圈出独立的矿体。尤为重要的是, 矿床中铂族元素（ＰＧＥ）、分散元素（Ｓｅ、Ｉｎ） 的富集程度达到了综合利用的程度, 从而构成特殊的Ａｕ－Ｃｕ－Ｕ－Ｍｏ－Ｓｅ－ＰＧＥ建造矿床。     

亚热带典型岩溶区地表溪流溶解无机碳昼夜变化特征及其影响因素

岩溶水体溶解无机碳(DIC)的转化过程是评价岩溶碳汇稳定性及效应的重要指标之一,为了解其在岩溶地下水补给的地表溪流中的变化特征和影响因素,于2013年7月8~14日对广西融安县官村地下河水补给的地表溪流进行7昼夜定位连续监测,利用高分辨率自动监测仪器每15分钟测定pH、溶解氧(DO)、水温(T)、电导率(SpC)等参数,人工每2小时采集水样用于测定常规离子和δ~(13)C_(DIC)等指标。结果表明溪流水体T,pH,DO,SpC,DIC(以HCO_3~-表示),Ca~(2+),δ~(13)C_(DIC),方解石饱和指数(SIc)以及水体二氧化碳分压(pCO_2)等水化学指标均表现出明显的昼夜变化过程。SpC,DIC,Ca~(2+)和pCO_2等指标白天降低,夜间升高;T,pH,DO,δ~(13)C_(DIC)和SIc等指标白天升高,夜间降低。SIc变化范围为0.70~0.89,表明溪流中可能发生了碳酸盐的沉积。通过热力学参数计算表明水温(昼夜变化幅度为5.8℃)对水体pCO_2的昼夜变化影响率为27.48%~54.88%。反映水体水生植物新陈代谢过程(光合作用和呼吸作用过程)的水体DO指标和水体δ~(13)C_(DIC)均在白天上升,夜间下降,而δ~(13)C_(DIC)和水体DIC呈明显负相关关系(R~2=0.71),这也证明溪流水体DIC的变化过程受到水生植物新陈代谢过程的影响,白天水生植物以光合作用为主,消耗DIC,释放O_2,水体δ~(13)C_(DIC)上升;晚上以呼吸作用为主,消耗O_2,释放CO_2,增加DIC,水体δ~(13)C_(DIC)下降,其对水体pCO_2的昼夜变化影响率为45.12%~72.52%。通过研究表明溪流溶解无机碳变化过程受到物理因素(太阳辐射和水温等)和生物作用(呼吸作用和光合作用)的共同影响,这为进一步了解岩溶地下水出露地表后溶解无机碳转化过程及岩溶碳汇稳定性评价提供了依据。     

基于内聚力方法的海缆接头轴向承载能力预测

铠装海缆的端部接头是实现缆体与上端浮体设备连接的重要部件,主要承担轴向荷载,接头连接性能成为限制海缆深水应用的关键瓶颈,其轴向承载能力预测工作具有重要意义。为研究接头轴向承载力的预测方法,本文首先基于双线内聚力模型开展了铠装海缆粘接接头脱粘失效的有限元分析,模拟了轴向加载过程中粘接界面的损伤及失效的过程,确定失效机理及...