重庆市龙潭槽谷石漠化区地下水动态变化及环境效应研究

论文摘要

岩溶石漠化问题是中国三大生态问题之一,更是岩溶地区首要生态问题,对区域环境、经济、社会产生巨大的消极影响。2006年2015年我国开展石漠化治理第一期工程取得了显著效果,土地石漠化整体扩展趋势得到初步遏制,由过去持续扩展转变为净减少,岩溶地区生态状况呈良性发展态势,目前国家正推进石漠化治理第二期工程,要求总结第一期工程中有效经验和存在问题。本文以全国生态保护与建设规划、全国岩溶地区石漠化综合治理重点县重庆市酉阳县典型低位翼部型岩溶槽谷—龙潭槽谷为例,分析槽谷顺逆坡石漠化治理及石漠化程度差异的水文生态环境效应。以槽谷北段泔溪镇花椒种植区顺逆层坡地下水、坡面流为研究对象。2017年1月2018年12月期间,除每月定期采集各监测点水样外,2018年7月4日2018年7月6日强降雨期间采集顺逆层坡坡面流和地下水水样,对水样的环境指标、阴阳离子、碳同位素进行测定,分析槽谷顺逆层坡石漠化差异及石漠化治理对区域坡面流、地下水水文地球化学特征的影响,并探讨区域石漠化治理的生态环境效应。研究结果表明:（1）研究区地下水水化学类型为Ca-Mg-HCO3、Ca-HCO3和Mg-HCO3型,反映区域白云质灰岩和白云岩对地下水水化学特征的控制。顺逆层坡地下水水化学组分对石漠化差异及治理敏感,具有明显的时空变化特征。pH值雨季偏低,变化幅度逆层坡侧大于顺层坡侧;雨季和“华西秋雨”期间电导率、Ca2+、Mg2+、HCO3-高于旱季,槽谷逆层坡侧整体上高于顺层坡侧;NO3-、SO42-雨季和花椒树施肥期浓度高于其它时期,槽谷逆层坡侧高于顺层坡侧,且逆层坡老泉、黑崖洞浓度存在明显年际变化特征。K+、Na+雨季具有明显上升过程,受施肥期的影响,最高浓度值出现在旱季,槽谷顺层坡侧含量高于逆层坡侧,以顺层坡马鹿潭最为明显。（2）顺逆层坡石漠化程度差异明显,强降雨期间其坡面流、地下水的水文地球化学特征也具有显著差异。顺层坡坡面流的产生滞后降雨约2.5小时,水量较大,pH值和电导率、Ca2+、Mg2+、HCO3-浓度高,K+、全Fe、Al3+浓度低,具有表层岩溶带流特征;逆层坡坡面流的产生滞后降雨约3.5小时,水量较小,pH值和电导率、Ca2+、Mg2+、HCO3-浓度低,K+、全Fe、Al3+浓度高,具有饱和地面径流特征。顺逆层坡典型岩溶泉马鹿潭、老泉地下水水化学变化特征差异明显。降雨之前老泉pH值和电导率、HCO3-、Ca2+浓度高于马鹿潭,降雨过程中则相反。（3）季节尺度老泉、黑崖洞、火龙洞、马鹿潭、龙洞塘δ13CDIC值分别介于-4.94‰-11.62‰、-5.55‰-12.82‰、-5.26‰-13.94‰、-4.43‰-11.45‰、-3.49‰-11.93‰之间,与理论上土壤CO2溶于水生成碳酸溶解碳酸盐岩产生DIC的δ13CDIC值（-14‰）偏正;强降雨期间,顺层坡坡面流δ13CDIC值与逆层坡相比偏负,而与之对应坡地下水的δ13CDIC值现象相反。分析发现监测点水体(Ca2++Mg2+)/HCO3-的摩尔比值主要介于0.51之间,且由(Ca2++Mg2+)/HCO3-与δ13CDIC关系,推断研究区碳酸盐岩风化受碳酸和外源酸共同控制,外源酸参与岩溶作用是δ13CDIC偏正的重要原因。逆层坡监测点老泉、黑崖洞水体NO3-、SO42-浓度较高,碳酸盐岩风化更趋向于H2SO4、HNO3风化端元;顺层坡监测点NO3-、SO42-浓度整体较低,碳酸盐岩风化更趋向于H2CO3风化端元。（4）各监测点岩溶作用均受到外源酸影响,其中逆层坡监测点老泉、黑崖洞相对较大,（H2SO4+HNO3）对(Ca2++Mg2+)的贡献率分别介于10%70%、8%87%,对HCO3-的贡献率分别介于5%53%、4%77%。根据H2CO3、H2SO4、HNO3对地下水DIC的贡献率,计算出理论上地下水δ13CDIC值范围,实际所测δ13CDIC值与理论计算值偏正,推测区域石漠化现象的出现,植被覆盖率降低、土壤流失严重、基岩裸露,生物成因的土壤CO2减少而大气CO2增加,也是导致地下水δ13CDIC值偏正的原因。强降雨过程中,坡面流、地下水“二水”转化过程中δ13CDIC富集效应顺层坡大于逆层坡,反映出δ13CDIC对顺逆层坡石漠化程度差异敏感。（5）对各监测点DIC损失量计算得出:老泉ΔDIC范围为0.53mmol/L1.32mmol/L;黑崖洞ΔDIC范围为0.59mmol/L1.98mmol/L;火龙洞ΔDIC范围为0.17mmol/L1mmol/L;马鹿潭ΔDIC范围为0.14mmol/L0.78mmol/L;龙洞塘ΔDIC范围为0.27mmol/L1.15mmol/L,表明槽谷研究区存在一定的碳损失量,反映石漠化治理后区域岩溶碳汇效应仍较弱。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 选题背景与意义
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 岩溶地下水水化学动态变化研究
• 13C_DIC特征'>    1.2.2 岩溶地下水DIC来源及其δ¹³C_DIC特征
• 13C_DIC在岩溶区的应用'>    1.2.3 水体δ¹³C_DIC在岩溶区的应用
•   1.3 科学问题的提出
•   1.4 研究内容及技术路线
•     1.4.1 主要研究内容
•     1.4.2 技术路线
• 第2章 研究区概况与研究方法
•   2.1 研究区概况
•     2.1.1 自然地理概况
•     2.1.2 水文地质背景
•     2.1.3 石漠化状况
•   2.2 研究方法
•     2.2.1 监测布点
•     2.2.2 野外监测与样品采集
•     2.2.3 样品处理与分析
• 第3章 槽谷区地下水水文地球化学特征
•   3.1 槽谷区地下水水文特征及水化学类型
•   3.2 顺逆层坡地下水水化学季节动态变化及对比分析
•     3.2.1 温度、pH、电导率变化特征
• 2+、Mg²⁺、HCO₃^-变化特征'>    3.2.2 Ca²⁺、Mg²⁺、HCO₃^-变化特征
• +、Na⁺、全Fe变化特征'>    3.2.3 K⁺、Na⁺、全Fe变化特征
• 3^-、SO₄^2-变化特征'>    3.2.4 NO₃^-、SO₄^2-变化特征
•   3.3 强降雨期间顺逆层坡坡面流、地下水水化学动态变化及对比分析
•     3.3.1 顺逆层坡坡面流水化学变化特征
•     3.3.2 顺逆层坡地下水水化学变化特征
•   3.4 槽谷区顺逆层坡地下水水化学差异及控制机制分析
•   3.5 本章小结
• 13C_DIC特征及其环境指示意义'>第4章 槽谷区地下水δ¹³C_DIC特征及其环境指示意义
• 13C_DIC特征及对比分析'>  4.1 δ¹³C_DIC特征及对比分析
• 13C_DIC变化特征'>    4.1.1 季节尺度δ¹³C_DIC变化特征
• 13C_DIC变化特征'>    4.1.2 强降雨期间δ¹³C_DIC变化特征
• 13C_DIC特征的生态环境指示'>  4.2 δ¹³C_DIC特征的生态环境指示
• 13C_DIC特征对外源酸参与碳酸盐岩风化指示'>    4.2.1 δ¹³C_DIC特征对外源酸参与碳酸盐岩风化指示
•     4.2.2 外源酸溶蚀比例及地下水DIC损失量分析
• 13C_DIC对石漠化的响应与地下水演化过程'>    4.2.3 δ¹³C_DIC对石漠化的响应与地下水演化过程
•   4.3 本章小结
• 第5章 槽谷区典型岩溶泉水资源利用及环境效应
•   5.1 岩溶泉水化学响应
•   5.2 流量衰减分析
•   5.3 基于PCA法泉水水化学特征控制因素分析
•   5.4 水资源利用及环境效应分析
•     5.4.1 水资源利用现状
•     5.4.2 泉水水质对石漠化治理的响应
•   5.5 本章小结
• 第6章 结论与展望
•   6.1 论文主要结论
•   6.2 不足与展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者介绍

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 邹晓岗

导师: 徐刚,杨琰

关键词: 石漠化,岩溶地下水,水化学,稳定碳同位素,重庆酉阳龙潭槽谷

来源: 西南大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 地质学,地球物理学,环境科学与资源利用

单位: 西南大学

分类号: X171.4;P641.7

总页数: 70

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