高分辨率监测岩溶地下水NO-3的动态变化及对外界环境的响应

为深入揭示岩溶地下水文系统对外界环境的响应,利用多指标高分辨率在线监测技术对受农业活动影响的重庆青木关地下河水文地球化学变化进行研究.主要的高分辨率监测指标包括水位、电导率(EC)、pH值、降雨和NO 3-.在观测的6场降雨内,地下河水化学特征快速地反映着外界环境的变化.研究区地下水pH值的变化主要受到酸雨的影响,在降雨后都表现出明显的下降趋势,但在农业废水进入地下河系统后,它的变化受到两者的共同影响.EC受到雨水化学、稀释效应及农业活动废水的影响.NO 3-主要是农业活动的产物,受雨水水化学特征的影响较小,它的变化主要受农业废水及稀释效应的影响.在R1降雨影响下,水位上升,EC和NO 3-总体呈相反的快速变化过程而pH值的变化主要受酸雨影响而下降.在R2、R3、R4和R6降雨期,水位受降雨影响而快速的变化,pH值受酸雨影响而下降,EC和NO 3-受稀释效应影响也下降.但随着农业活动废水进入地下河系统,EC和NO 3-浓度在最快5 h最慢仅27 h的时段内同步地急剧升高,pH值也受影响而加速下降.在R5大暴雨期,水位急剧上升,EC和NO 3-受稀释效应影响而急剧下降,pH值先受到酸雨影响而下降,后由于稀释效应...     

重庆雪玉洞地下河溶解态脂肪酸来源解析及变化特征

为研究岩溶地下河中溶解性有机质来源及变化特征,2014年11月1日和11月8日分别对重庆丰都雪玉洞地下河入口(Site 1)及出口(Site 2)进行取样,利用气相色谱气质联用仪(GS-MS)对样品中溶解态脂肪酸的组分进行定量分析.结果表明,Site1和Site2溶解态脂肪酸平均浓度分别为1698和4419 ng·L~(-1),地下河出口处溶解态脂肪酸浓度明显高于地下河入口处;各采样点中溶解态脂肪酸组成以低碳数饱和直链脂肪酸(C≤20:0)为主要组成部分,其次为单不饱和脂肪酸;结合主成分分析(PCA)表明,雪玉洞地下河水中DOM主要来源于土壤中细菌、真菌等微生物,其次为洞外地表河流中DOM向雪玉洞地下河水中的输入.另外,洞内游客的旅游活动对地下河水中DOM的来源影响明显.     

基于15N 同位素示踪技术的地下河硝态氮来源时空变化特征分析

根据2007年10月至2008年10月每月对青木关地下河水的监测,利用~(15)N 同位素示踪技术并结合水化学指标,分析地下河硝态氮来源的时空变化特征.结果表明,地下河出口S2硝态氮浓度(20.35 mg/L)比入口D1(3.20 mg/L)高6倍多.受农业生产施肥和降雨冲刷稀释效应的影响,地下河水硝态氮浓度2007年10月至2008年3月较低且比较稳定,2008年4月至7月较高但受降雨冲刷稀释影响变化较大,2008年8月至9月随降雨减少,土壤中残留的化肥造成地下河水硝态氮浓度偏高.根据NO_3~--δ~(15)N 值识别出了地下河硝态氮来源变化特征为:D1处2007年10月至2008年3月以及2008年7月至10月NO_3~--δ~(15)N 值为-0.857‰±2.01‰(n=9),其硝态氮来源为稻田中残留的化肥;2008年4月、6月中下旬NO_3~--δ~(15)N 值为2.50‰±0.29‰(n=3),其来源为稻田中施用的化肥与土壤有机氮的混合;2008年5月下旬至6月上旬NO_3~--δ~(15)N 值分别为-3.74‰和0.52‰,其来源为稻田中施用的化肥.S2处硝态氮不仅来自上游的化肥,更主要的是来自中下游的耕地、林地土壤渗透水或侧向裂隙水带来的土壤有机氮与化肥,其中2007年10月至2008年3月以及2008年7月至10月NO_3~--δ~(15)N 值为4.77‰±0.73‰(n=9),其硝态氮主要来自于土壤有机氮;2008年4～6月NO_3~--δ～15N 值为3.16‰±0.39‰(n=5),其硝态氮来自于土壤有机氮与化肥的混合.     

降雨条件下典型岩溶流域地下水中的物质运移

通过对2008年4月下旬降雨期间,重庆青木关地下河系统出口姜家泉泉水的水文过程、浊度、悬浮颗粒物、主要阳离子和TOC浓度的监测,结合悬浮颗粒物的扫描电镜和能谱分析图,来研究岩溶流域地下水中悬浮颗粒物浓度、浊度、主要阳离子和TOC等物质的运移特征.结果表明,在单一岩溶管道较发育的地下河出口,泉水流量、浊度、悬浮颗粒物浓度、主要阳离子和TOC浓度对降雨事件响应迅速;与碳酸盐岩溶解有关的Ca2+、Mg2+和Sr2+等在流量上升的过程中表现为稀释效应;降雨期间,地下河中受雨水侵蚀的土壤输入量增大,引起泉水中浊度和悬浮颗粒物浓度的增大;泉水中Al3+、Fe、Mn、Ba2+和TOC等物质是悬浮颗粒物的伴生物,其浓度随浊度的增大而增大;在研究的2场降雨期间,地下水携带悬浮颗粒物(0.45μm)的总量约为9.7t;在泉水流量的上升和衰减的过程中,水质较差或极差;降雨期间流域内土壤侵蚀和养分的流失,不但严重破坏了脆弱的岩溶生态环境,而且极易造成地下水由土壤侵蚀引起的非点源污染,对当地居民的饮水安全造成严重的威胁.     

典型细菌、真菌、放线菌对石灰岩动态溶蚀效果比较

以从西南岩溶地区土壤中筛选出来的典型细菌、真菌和放线菌为材料,进行了微生物对石灰岩的溶蚀动态模拟实验,比较了3种不同种类微生物的溶蚀作用效果.结果表明,各实验体系的pH值、钙离子浓度均发生有规律的变化.3种典型微生物试验组对石灰岩试片的溶蚀效果均较对照组好,其中,真菌的溶蚀效果最显著,石灰岩试片失重最大,达到5.15%,实验体系中钙离子浓度最高达233mg/L.扫描电镜结果亦显示,经3种典型微生物作用后试片表面的微观形貌均发生了较大的变化,其中真菌试验组的试片形貌变化最大,溶蚀效果最好.图4参21     

岩溶地表河旱季有色溶解有机质组成及来源:以金佛山碧潭河为例

岩溶水体中的有机碳汇是岩溶碳汇的重要组成部分,为探明地处亚热带的岩溶地表河——碧潭河水体CDOM的组成及来源,于2017年1~3月开展从上游至下游9个点位的调查,利用三维荧光光谱结合紫外-可见吸收光谱以及常规水化学指标,分析碧潭河CDOM组成和来源及其影响因素.结果表明:(1)碧潭河水体中HCO_3~-的质量分数70%、Ca~(2+)+Mg~(2+)的质量分数80%,为主要阴阳离子,水化学性质主要受岩石风化作用的影响;(2)水体CDOM在旱季主要由类腐殖酸(C1)、类富里酸(C2)和类酪氨酸(C3)组成,FI、BIX、HIX以及β:α的平均值分别为2.06、0.87、4.35和0.69,较高的FI、BIX、β∶α以及较低的HIX显示碧潭河水体CDOM在旱季整体而言具有较强的自生源特征;(3)水体中DIC质量浓度与C2、C3荧光强度得分的相关性系数分别为0.515(P0.05)和0.644(P0.01),表明水生生物光合作用固定DIC对水体中CDOM的形成起到重要作用,该过程是对岩石风化碳汇的转换和稳定.     

重庆典型岩溶地下水系统水文地球化学特征研究

以重庆青木关岩溶地下水系统为例,分析了地下水系统入口地表水和出口地下水两年的水文过程、物理化学及部分δD、δ18O数据,目的是掌握地下河系统地球化学在时间及空间上的特征及变化规律.结果表明,研究区地下水系统流量受降雨的影响存在丰水期和枯水期,地下水中化学组分在岩溶含水层运移的过程中受水岩作用、人类活动和雨水稀释作用的共同影响,并表现出较为明显的时间和空间规律性.地下河系统入口的地表水δD、δ18O值分布于重庆大气降水线的下方,地表水蒸发作用强烈,且旱季δD、δ18O值重于雨季,存在明显的季节效应;出口地下水的δ18O、δD值较入口偏负,且相对稳定,认为雨水主要是以通过落水洞直接灌入和通过岩溶非饱和带扩散流等两种形式转换为地下水.     

重庆岩溶山区农村饮用水水质评价及分析——以南川区南平镇石庆村为例

为了探明重庆岩溶山区农村各种分散式供水模式饮用水的水质状况及影响因素,并在此基础上提高农村饮水质量,以重庆南川区南平镇石庆村为研究对象,通过实地水文地质调查、饮用水采样和室内分析相结合的方法,按照国家颁布的生活饮用水卫生标准(GB5749-2006),对研究区内8种不同供水模式下饮用水的水质状况进行对比研究,并就其影响因素展开深入探究。结果表明该研究区内饮用水水质状况总体上不容乐观。主要存在感官性状明显、pH偏高、部分离子浓度超标和细菌总数超标率高等问题。运用综合指数法分析后得出以雨水和坡面流为源水的饮用水水质较差,基本不适合饮用。雨水未被污染,经过治理可以饮用。地下水普遍受到人类的污染。     

重庆南山表层岩溶泉与地下河三氮运移及氮通量估算

岩溶区特殊的地质构造使地下水系统存在多重水流.为研究三氮在表层岩溶带水流和地下河水流中的特征和运移方式,选取城市化进程中的重庆南山老龙洞地下河流域表层岩溶泉和地下河按月采样,分析水化学特征,结合SPSS的相关性分析,认为两种水流三氮特征差异很大.表层岩溶泉三氮质量浓度月变化小,受降水、污水影响较小,NO_3~--NNH_4~+-N;地下河水三氮质量浓度月变化大,受降水、污水影响较大,旱季NH_4~+-NNO_3~--N,雨季NO_3~--NNH_4~+-N.表层岩溶泉DIN主要来源于与农业活动有关的非点源污染,在土壤、表层岩溶带中经氨化、吸附、硝化作用等过程以扩散流形式运移至出露地表.地下河DIN随管道流、扩散流运移,并以管道流为主.DIN全年有点源的工业、生活污染物经落水洞、裂隙、溶隙进入.雨季同时存在占更大比例的非点源污染物,或由降雨产生的表面坡流、壤中流、表层岩溶带水流经落水洞进入,或经深裂隙、溶隙下渗进入,硝化作用明显.流域DIN输出通量为56.05 kg·(hm~2·a)~(-1),其中NH_4~+-N、NO_3~--N分别占46.03%、52.51%;根据径流分割法估算出点源污染、非点源污染的贡献率分别为25.08%、74.92%.     

川东平行岭谷区典型岩溶含水系统中NO3-的存储和运移

为了研究NO3-在岩溶含水系统中的存储和运移规律,对降雨条件下重庆川东平行岭谷区青木关地下河系统的水化学动态进行在线监测和高密度采样测试,结合NO3-的月动态变化,并利用主成分分析方法.结果表明,降雨期间地下河中的NO3-与全Fe、全Mn、Al3+是两组不同来源的元素,在含水系统中表现出不同的地球化学行为.NO3-从地表输入后随土壤水下渗存储于岩溶非饱和带的裂隙、孔隙和溶隙等含水介质中,而全Fe、全Mn、Al3+则是地表受雨水侵蚀的土壤随地表径流通过落水洞、竖井等通道,以集中流的形式灌入地下河造成的.进而将NO3-在岩溶含水系统中的运移过程分为输入存储、快速输出和再输入存储这3个理想的阶段.在外部条件大致相同的情况下,非饱和带的岩溶发育程度是影响降雨期间地下河中NO3-浓度变化的关键因素.降雨条件下存储于非饱和带的NO3-很容易被释放出来,破坏地下水生态环境,严重威胁着当地群众的健康安全.需要加强岩溶生态系统管理工作,改善土地利用方式,科学施肥,有效控制地下水营养成分的地表输入.