贵阳市地表水地下水化学组成:喀斯特水文系统水-岩反应及污染特征

为了解喀斯特地区水-岩相互作用特征和辨别地下水污染物的来源,为揭示人类活动对喀斯特地下水文地球化学环境的影响,研究了贵州省贵阳市不同岩性含水层地下水和地表水的化学特征.结果发现,地表和地下水主要有HCO₃型和SO₄型以及这两种化学类型的混合型.地下水地表水化学溶解物质主要来源于碳酸盐岩和碎屑沉积岩的化学风化作用,硫酸盐矿物的溶解和硫化物氧化形成的硫酸对岩石矿物的化学风化是导致水体富集硫酸盐的主要因素.区内地表水和地下水的主要污染物质为K+、Na+、Cl-、SO₄2-和NO₃-.这一研究成果为评价地表/地下水环境的质量现状,为喀斯特地区地表水地下水资源的保护和利用提供了科学依据.     

喀斯特地下水水化学对地表生态系统变异的响应——以贵州水城盆地为例

贵州六盘水市的迅速发展使地表生态系统尤其是土地利用状况发生了急剧的变化,对岩溶地下水及水环境也造成了极大的影响.本文尝试利用元素、同位素示踪和化学计量学的理论、方法及手段,研究了六盘水市城区及郊区地表/地下水系统的水化学组成特征,分析了喀斯特地下水中不同物质的来源、污染物及其迁移等问题.     

喀斯特地区土壤微生物功能多样性对生态演替的响应——以贵州茂兰国家自然保护区为例

利用BIOLOG ECO微平板法研究了喀斯特地区土壤微生物功能多样性对生态演替的响应情况。在研究区选取具有代表性的4个不同群落演替阶段：原生乔木林、次生乔灌混合林、灌丛、草坡,同时选择一个非喀斯特森林样地作为对照,对选取的不同生态系统土壤的微生物功能多样性进行研究。结果发现,随着乔木林逆向演替到灌丛的过程,微生物活性有逐渐降低的趋势,功能多样性对生态演替响应灵敏,土壤微生物在喀斯特地区比非喀斯特地区总体表现出更高的活性和丰富度,但群落均匀度较低,结构不稳定。主成分分析显示,演替使微生物的代谢模式产生了明显的分异,起主要分异作用的碳源是糖类、羧酸类和聚合物类。颜色变化率和主成分分析综合表明,演替进行到草坡阶段,较大的环境变化可能使土壤微生物采取了r-策略（r-strategistis）。根据逆向演替过程中土壤微生物功能多样性的变化,灌丛阶段可以视为岩溶生态系统整个演替阶段的阈值。     

遵义市地表水和地下水的Sr、S同位素地球化学特征

遵义市位于湘江上游流域,湘江属长江流域乌江水系,源流为高坪河和喇叭河,主要支流洛江均发源于大娄山脉东南山麓.湘江流经市区中部盆地河段,水流缓慢,河谷宽浅,阶地发育;横穿褶皱构造时,流速较大,越往下游,下蚀作用加剧.湘江既是遵义市工家业用水和城市生活用水主要水源,又是接纳和排走全市工家业废水和生活污水主要通道.     

喀斯特森林雨水的地球化学特征——以贵州茂兰国家级自然保护区为例

贵州茂兰喀斯特原始森林地区25个雨水样品的化学组成研究表明,该区雨水的pH值为4．4～7．2,平均为5．1。雨水样品富NH4^＋、Ca^2＋和SO4^2-、C1^-。NH4^＋是最主要的阳离子,平均值为56．8／μmol／L,占阳离子组成的26％～74％,Ca^2＋次之,平均值为14．8μmol／L,NHg和Ca^2＋之和占了阳离子组成的71％～94％,SO4^2-是最主要的阴离子,平均值为39．2μmol／L,占了阴离子组成的69％～91％,CI一次之,平均值为9．5μmol／L。SO4^2-和C1-占了阴离子组成的71％～96％。与中国其他地区的雨水样品相比,茂兰地区雨水离子含量要低1～2个数量级;物质来源分析表明茂兰地区雨水中溶质主要来源于自然过程的输入,人为活动输入可以忽略不计。     

喀斯特地区土壤水分随降雨的动态变化研究——以贵阳市花溪区为例

土壤水分是喀斯特地区植被恢复和生态环境建设的关键性限制因素。选取贵阳市花溪区为研究对象,基于2013年和2015年土壤水分定位监测数据,分析了研究区土壤水分的动态变化规律。结果表明:(1)土壤剖面水分的垂直变化具有明显层次;基于标准差和变异系数两个指标,采用聚类分析将2013年和2015年研究区土壤水分垂直变化层次分为活跃层(0~10cm),次活跃层(10~30cm)和相对稳定层(30~100cm)。(2)土壤水分的动态变化主要受降雨与蒸散作用的综合影响;10~30cm土层由于没有与外部环境直接接触受其影响相对降低,同时降雨的入渗与蒸散作用的减弱,使该层次土壤水分分布范围广、停留时间长,较能准确地反映其受降雨和蒸发的影响。(3)土壤水分的动态变化具有明显季节性;2013年和2015年春季(3-5月)和冬季(12-2月)为土壤水分的补给期,夏季(6-8月)和秋季(9-11月)为土壤水分的消耗期。     

基于ASTER的喀斯特流域地表水系自动提取研究——以贵州省为例

根据喀斯特流域孤峰和峰林在ASTER影像上表现为色调深浅不一的“桔皮状”和“花生壳状”图形,河流和湖泊色调较深,湿地和干谷色调相对较浅等影像特征,对贵州省内32个典型的喀斯特流域进行数字高程和地表水系提取。结果表明,利用ASTER影像提取喀斯特地表水系简便快捷、准确率高。与从1: 25万水文地质图提取的水系进行对比, ASTER所提取的水系其流域面积最大的相对误差为4. 5892% ,主河道长度最大的相对误差为3. 5693% ,河网密度最大的相对误差也只有7. 2564% ; 从地图提取的水系最多只能达到二级支流,提取的河流相对较短,而从DEM 提取的水系可达三级,有些甚至达四级、五级以上,且提取的河流更长,提取的水系更完整。      

喀斯特地区地下水资源承载力综合评价研究——以贵州省为例

喀斯特流域具有特殊的地表--地下双重介质结构,使其地下水资源承载力与非喀斯特地区有巨大差异.本文以贵州省为例,选取了地下水资源耕地灌溉率、地下水资源开发程度率、生态环境用水率等7项综合评价指标,利用可变模糊集理论,建立喀斯特地区地下水资源承载力综合评价模型,经评价得出:贵州喀斯特地区地下水资源承载力状态基本处在1～2级,表明贵州省对地下水资源开发利用已有相当的规模,但仍具有一定的开发利用潜力.最后对人口、GDP、地下水资源量和喀斯特面积与综合评价结果进行灰色关联度分析,得出以上4因素与喀斯特地区地下水资源承载力具有一定的关系,其关联程度大小顺序为:GDP>地下水资源量>人口>喀斯特分布面积;喀斯特分布面积对其地下水资源承载力具有一定程度的影响,但随着喀斯特地区经济的发展、科学技术的进步以及人们用水方式的改进,喀斯特对地下水资源承载力的影响将逐渐减小.     

太行山前平原浅层地下水污染的分子生物学响应特征——以滹沱河流域为例

分子生物学技术是地下水污染研究的前沿技术,常用于场地尺度,区域尺度罕见。以太行山前平原滹沱河流域的典型浅层地下水为研究对象,沿河布点采样67组,采用高通量测序技术,测定样品16S rDNA基因序列,以化学需氧量、硝酸盐、溶解性总固体为环境因子,分析与污染相关的微生物种群结构响应及功能性指示菌属。结果显示:采用累积概率分布法将样品分为背景(B)、硝酸盐污染(N)、有机污染(Y)3组,该分类阈值与地下水质量标准的Ⅲ类水阈值可较好对应;微生物群落丰富度为B组N组Y组,有机污染使微生物种群趋于单一,且与背景差异更大。有机污染功能性指示菌属为Acinetobacter,硝酸盐污染为Nitrospira。以上形成的分子生物学响应特征研究方法可为区域调查及修复提供技术方法理论依据。     

贵阳地表水-地下水的硫和氯同位素组成特征及其污染物示踪意义

喀斯特地表水和地下水的交换活跃,地下水系统容易受到地表污染物的污染。为了解喀斯特城市地表水—地下水系统污染特征和污染物质来源,对贵阳市地表水、地下水、雨水和城市排污污水的硫同位素和氯同位素组成变化进行了研究。贵阳市不同类型水体的δ³⁷Cl值在-4.07‰～+2.03‰之间变化,δ34SSO4值变化为-20.4‰～+20.9‰。大气输入物质和城市排污污水的δ³⁷Cl、δ³⁴S及Cl^-/SO₄^2-比值与地表水和地下水的不同,稳定硫和氯同位素的结合研究为示踪地下水污染物来源提供了有效研究手段。贵阳市地下水中的Cl^-和SO^₄2-至少有4种来源,人为活动通过城市排污和大气输入向地下水系统大量输入了硫酸盐和氯离子。      

我国北方新生代玄武岩地下水化学特征及其成因——以河北省张北县为例

为了进一步了解我国北方新生代玄武岩地下水的赋存规律和形成演化机理,以河北省张北县玄武岩地下水为研究对象,在野外采集地下水样、测定水化学和同位素组成的基础上,利用统计分析、离子比例系数、氢氧同位素、反向地球化学模拟等方法,对区内玄武岩地下水的水化学形成机制进行了研究。结果表明:沿地下水径流方向,研究区内玄武岩地下水中多数离子质量浓度呈现增大趋势,补给区的地下水化学类型以HCO₃-Ca·Mg为主,TDS质量浓度多小于500mg/L,排泄区地下水中阴离子以Cl^-和SO₄^2-为主,阳离子以Na⁺为主,TDS质量浓度多大于1 400mg/L;研究区地下水补给来源为当地大气降水;硅铝酸盐、岩盐、硫酸盐的风化溶解是地下水中离子的主要来源;溶滤作用、阳离子交替吸附作用和农业施肥等人类活动影响是控制地下水化学形成的主要作用。     

地下水与地表水水量交换识别及交换量计算——以新汴河宿州段为例

为提高地下水与地表水交换量计算结果的准确性,本文利用水力联系、水头差、水温、氡-222、氢氧稳定同位素构建综合识别方法(HHTRO),对新汴河宿州段地下水与地表水水量交换进行识别,并计算交换量。计算结果表明：研究河段单位河长地表水补给地下水的水量变化范围为8.69～366.82 m³/(d·m),地下水补给地表水的水量变化范围为0.72～120.90 m³/(d·m);研究河段左岸为地下水补给地表水,单位河长净补给量为45.26 m³/(d·m);河段右岸为地表水补给地下水,单位河长净补给量为214.33 m³/(d·m);研究河段地下水与地表水水量交换以地表水补给地下水为主,地表水补给地下水的比例为55.14%。本研究可推动地下水与地表水交换量计算方法的发展,为流域或区域水资源评价提供必要的理论方法。     

岩溶地下水位对降雨响应的时空变异特征及成因探讨——以广西桂林甑皮岩为例

岩溶地下水位对降雨响应具有时空变异性,甑皮岩遗址地下水动力系统结构的认识存在分歧。利用高分辨率降雨水位数据,将研究区分割为不同含水体,通过水位动态、相关分析、滑动窗口采样相关分析等方法,探讨岩溶地下水对降雨响应时空变异特征及成因。结果表明,岩溶强发育、扩散流导水的含水体水位对降雨的响应表现为缓升缓降,水位自相关性强;发育岩溶管道的含水体水位表现为陡升陡降,水位自相关系数衰减速率快,对降雨响应的滞后时间短,互相关函数图呈多峰型;岩溶发育的极不均匀性是造成空间响应差异的主要原因。雨季地下水位对降雨响应的滞后时间远小于枯季;雨季累积降雨量大、水位埋深浅、包气带长期处于饱和或者近饱和状态,降雨垂直入渗补给历时短;雨季暴雨频繁导致含水体地下水短期内形成较大水力梯度,径流补给速度加快。综合分析认为,甑皮岩遗址地下水动力系统由NE向岩溶管道、NS向管道-裂隙以及NE向强径流带3个子径流系统组成。     

地下水补给与开采量对降水变化响应特征:以京津以南河北平原为例

通过对京津以南河北平原年降水量、地下水补给量和农业开采量三者动态规律及其互动关系研究表明, 年降水量减增, 同期地下水补给量与开采量呈互逆变化规律, 即降水量减小, 补给量变少, 开采量增大; 年降水量增大, 补给量较多, 开采量减小.在连续枯(丰) 水年份, 当年降水量减少(增加) 10mm时, 则地下水系统水量减少7.08 (增加7.06) mm, 水位下降(上升) 5.2~8.7cm; 在10~320mm变幅内, 当年降水量减少(增加) 10%时, 则地下水系统水量减少7.98 (增加7.67) %.气候旱化过程中降水变化对引起补给量减少和开采量增加的幅度, 大于气候增雨过程中降水变化对补给量增大和开采量减少的影响程度.因此, 需要重视连续枯水年份降水变化对地下水系统影响的应对举措, 这对于提高我国北方区域地下水资源供给安全保障具有重大意义.      

喀斯特石漠化景观及其土地的生态效应——以贞丰县为例

利用喀斯特石漠化生态脆弱区贵州贞丰县2004年的ASTER遥感影像,解译了全县的喀斯特石漠化现状,并从景观生态学的角度指出轻、中、强、极度石漠化存在不同的空间分布格局.与此同时,作者还把石漠化的景观格局和其土地生态价值的分布频率结合起来,并从生态系统服务功能的角度定量计算了相应喀斯特石漠化土地的相对生态价值,评价了研究区石漠化土地的生态效应.结果表明,贞丰县270个村的生态价值整体偏低,全县极大值为1.016,极小值为0.286;不同区域之间的总体生态价值差异较大,生态价值相对较好的地区主要集中在非喀斯特地带,而在中度、强度、极强度石漠化地区生态价值很低.     

土地利用方式对喀斯特峰林谷地土壤养分的影响——以广西环江县大才村为例

通过密集采样研究了土地利用方式对喀斯特峰林谷地土壤养分的影响.结果表明:林地和水田土壤有机碳(分别为24.84±10.18 g/kg和24.54±7.83 g/kg)极显著高于旱地(13.25±4.48 g/kg,p<0.01),水田土壤全氮含量(2.64±0.76 g/kg)显著高于林地(2.45±1.17 g/kg, p<0.05),且二者极显著地高于旱地(1.68±0.53 g/kg, p<0.01).林地全磷含量(0.62±0.33 g/kg)显著高于旱地(0.57±0.18 g/kg, p<0.05),二者又极显著地高于水田(0.50±0.17 g/kg, p<0.01).全氮与有机碳呈极显著的线性相关.土壤碳氮比受到有机质组成和肥料施用的共同影响,说明土地利用方式通过植被、人为管理等途径影响土壤养分,为该类型区土壤养分的人为调控提供了基础.     

喀斯特山区浅层地下水的季节变化特征及影响因素——以普定后寨河为例

以贵州中部喀斯特山区普定县后寨河流域浅层地下水为研究对象,对浅层地下水的季节变化特征及影响因素进行分析。结果表明:在喀斯特山区,浅层地下水主要阴离子为HCO3-、SO42-、Cl-,分别占总离子含量的53%、15%、3%,主要阳离子为Ca2+和Mg2+,占总离子含量的19%和6%,水化学类型为HCO3-Ca型水,pH为7.51～8.23,呈微碱性;浅层地下水具有明显的季节变化特征,HCO3-、Na+、NO3--N、Ca2+、TP的季节差异显著（P<0.05）,K+、Mg2+、Cl-、TN、NH4+-N、SO42-不同季节之间存在差异,但未达显著水平。喀斯特山区,浅层地下水化学性质主要由地层岩性决定,对农业活动、居民生活活动响应敏感,其中以农业活动最为显著,居民生活活动次之。喀斯特山区居民的农业活动和人为干扰使得浅层地下水中氮、磷质量浓度升高,明显影响水质。      

地表水-地下水溶质运移耦合模拟研究——以某赤泥堆场项目地下水环境影响评价为例

目前的地下水环境影响评价中,地表水体常作为边界条件,不能体现地表水中的溶质运移过程。本文以某一赤泥堆场项目为例,采用GMS软件中的MT3D-USGS模块的SFT程序包建立河流—地下水—溶质耦合模型,预测氟化物在运营期14年运移扩散情况,评价污染物对区域地表水和地下水的影响。结果表明:(1)模拟流场能较真实的反应研究区的地表水和地下水流动特征;(2)在正常工况条件下,氟化物对地表水和地下水的影响较小;(3)在岩溶塌陷的情况下,氟化物仅2d就可运移至季节性河流,在运移2369d后最大超标距离已经达到河流,且氟化物有沿河流向下游运移的趋势,第14年氟化物沿河流运移到下游河流及沿岸地下水含水层,形成一个随河流扩散的污染晕。     

地下水微量元素与同位素特征对海水入侵和地下水起源的指示意义——以深圳市宝安区为例

深圳市是我国沿海经济最发达的地区之一,但同时也是受海水入侵影响非常大的沿海地区。以深圳市宝安区为典型研究区．开展了钻孔施工及地下水样采集工作,并测试了水样的微量元素含量和稳定氢氧同位素组成。在此基础上,探讨了地下水微量元素与同位素特征对海水入侵以及地下水起源的指示意义,发现Br,B,Li,Sr等微量元素和δD及δ^18O可用于有效指示海水入侵的发生,并分辨地下水的不同起源,可为区内地下水资源的保护工作提供科学依据。     

喀斯特山区植物碳同位素组成特征及其对水分利用效率的指示——以贵州花溪杨中小流域为例

测定了贵州喀斯特山区灌丛12种主要植物叶片的δ13 C值,研究了植物叶片碳同位素组成特征,并分析了植物的水分利用效率。结果表明: 该区植物叶片的碳同位素组成的变化范围为- 26. 98‰～ - 29. 15‰ ,平均值为- 28. 14‰。研究区δ13 C值的分布相对均匀,除高于我国热带雨林区植物外,低于其它地区。此外,植物的碳同位素组成存在较大的种间差异,生境的变化对植物的碳同位素组成有着一定的影响,但不同植物种对生境的响应不同。植物的δ13 C值从生长初期到末期有降低的趋势,但不同植物种的变化趋势存在差异。植物δ13 C值随海拔的增加而增大,但不同植物种δ13 C值随海拔增加的程度存在差异。不同植物种之间的水分利用效率不同,相同植物种在不同的生境条件下其水分利用效率也有差异。植物生长初期的水分利用效率要比后期的高; 高海拔处植物水分利用效率要比低海拔处植物的高。