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重慶市龍?zhí)恫酃仁瘏^(qū)地下水動(dòng)態(tài)變化及環(huán)境效應(yīng)研究

發(fā)布時(shí)間:2020-09-29 06:51
   巖溶石漠化問(wèn)題是中國(guó)三大生態(tài)問(wèn)題之一,更是巖溶地區(qū)首要生態(tài)問(wèn)題,對(duì)區(qū)域環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)產(chǎn)生巨大的消極影響。2006年~2015年我國(guó)開(kāi)展石漠化治理第一期工程取得了顯著效果,土地石漠化整體擴(kuò)展趨勢(shì)得到初步遏制,由過(guò)去持續(xù)擴(kuò)展轉(zhuǎn)變?yōu)閮魷p少,巖溶地區(qū)生態(tài)狀況呈良性發(fā)展態(tài)勢(shì),目前國(guó)家正推進(jìn)石漠化治理第二期工程,要求總結(jié)第一期工程中有效經(jīng)驗(yàn)和存在問(wèn)題。本文以全國(guó)生態(tài)保護(hù)與建設(shè)規(guī)劃、全國(guó)巖溶地區(qū)石漠化綜合治理重點(diǎn)縣重慶市酉陽(yáng)縣典型低位翼部型巖溶槽谷—龍?zhí)恫酃葹槔?分析槽谷順逆坡石漠化治理及石漠化程度差異的水文生態(tài)環(huán)境效應(yīng)。以槽谷北段泔溪鎮(zhèn)花椒種植區(qū)順逆層坡地下水、坡面流為研究對(duì)象。2017年1月~2018年12月期間,除每月定期采集各監(jiān)測(cè)點(diǎn)水樣外,2018年7月4日~2018年7月6日強(qiáng)降雨期間采集順逆層坡坡面流和地下水水樣,對(duì)水樣的環(huán)境指標(biāo)、陰陽(yáng)離子、碳同位素進(jìn)行測(cè)定,分析槽谷順逆層坡石漠化差異及石漠化治理對(duì)區(qū)域坡面流、地下水水文地球化學(xué)特征的影響,并探討區(qū)域石漠化治理的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)。研究結(jié)果表明:(1)研究區(qū)地下水水化學(xué)類型為Ca-Mg-HCO_3、Ca-HCO_3和Mg-HCO_3型,反映區(qū)域白云質(zhì)灰?guī)r和白云巖對(duì)地下水水化學(xué)特征的控制。順逆層坡地下水水化學(xué)組分對(duì)石漠化差異及治理敏感,具有明顯的時(shí)空變化特征。pH值雨季偏低,變化幅度逆層坡側(cè)大于順層坡側(cè);雨季和“華西秋雨”期間電導(dǎo)率、Ca~(2+)、Mg~(2+)、HCO_3~-高于旱季,槽谷逆層坡側(cè)整體上高于順層坡側(cè);NO_3~-、SO_4~(2-)雨季和花椒樹(shù)施肥期濃度高于其它時(shí)期,槽谷逆層坡側(cè)高于順層坡側(cè),且逆層坡老泉、黑崖洞濃度存在明顯年際變化特征。K~+、Na~+雨季具有明顯上升過(guò)程,受施肥期的影響,最高濃度值出現(xiàn)在旱季,槽谷順層坡側(cè)含量高于逆層坡側(cè),以順層坡馬鹿潭最為明顯。(2)順逆層坡石漠化程度差異明顯,強(qiáng)降雨期間其坡面流、地下水的水文地球化學(xué)特征也具有顯著差異。順層坡坡面流的產(chǎn)生滯后降雨約2.5小時(shí),水量較大,pH值和電導(dǎo)率、Ca~(2+)、Mg~(2+)、HCO_3~-濃度高,K~+、全Fe、Al~(3+)濃度低,具有表層巖溶帶流特征;逆層坡坡面流的產(chǎn)生滯后降雨約3.5小時(shí),水量較小,pH值和電導(dǎo)率、Ca~(2+)、Mg~(2+)、HCO_3~-濃度低,K~+、全Fe、Al~(3+)濃度高,具有飽和地面徑流特征。順逆層坡典型巖溶泉馬鹿潭、老泉地下水水化學(xué)變化特征差異明顯。降雨之前老泉pH值和電導(dǎo)率、HCO_3~-、Ca~(2+)濃度高于馬鹿潭,降雨過(guò)程中則相反。(3)季節(jié)尺度老泉、黑崖洞、火龍洞、馬鹿潭、龍洞塘δ~(13)C_(DIC)值分別介于-4.94‰~-11.62‰、-5.55‰~-12.82‰、-5.26‰~-13.94‰、-4.43‰~-11.45‰、-3.49‰~-11.93‰之間,與理論上土壤CO_2溶于水生成碳酸溶解碳酸鹽巖產(chǎn)生DIC的δ~(13)C_(DIC)值(-14‰)偏正;強(qiáng)降雨期間,順層坡坡面流δ~(13)C_(DIC)值與逆層坡相比偏負(fù),而與之對(duì)應(yīng)坡地下水的δ~(13)C_(DIC)值現(xiàn)象相反。分析發(fā)現(xiàn)監(jiān)測(cè)點(diǎn)水體(Ca~(2+)+Mg~(2+))/HCO_3~-的摩爾比值主要介于0.5~1之間,且由(Ca~(2+)+Mg~(2+))/HCO_3~-與δ~(13)C_(DIC)關(guān)系,推斷研究區(qū)碳酸鹽巖風(fēng)化受碳酸和外源酸共同控制,外源酸參與巖溶作用是δ~(13)C_(DIC)偏正的重要原因。逆層坡監(jiān)測(cè)點(diǎn)老泉、黑崖洞水體NO_3~-、SO_4~(2-)濃度較高,碳酸鹽巖風(fēng)化更趨向于H_2SO_4、HNO_3風(fēng)化端元;順層坡監(jiān)測(cè)點(diǎn)NO_3~-、SO_4~(2-)濃度整體較低,碳酸鹽巖風(fēng)化更趨向于H_2CO_3風(fēng)化端元。(4)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)巖溶作用均受到外源酸影響,其中逆層坡監(jiān)測(cè)點(diǎn)老泉、黑崖洞相對(duì)較大,(H_2SO_4+HNO_3)對(duì)(Ca~(2+)+Mg~(2+))的貢獻(xiàn)率分別介于10%~70%、8%~87%,對(duì)HCO_3~-的貢獻(xiàn)率分別介于5%~53%、4%~77%。根據(jù)H_2CO_3、H_2SO_4、HNO_3對(duì)地下水DIC的貢獻(xiàn)率,計(jì)算出理論上地下水δ~(13)C_(DIC)值范圍,實(shí)際所測(cè)δ~(13)C_(DIC)值與理論計(jì)算值偏正,推測(cè)區(qū)域石漠化現(xiàn)象的出現(xiàn),植被覆蓋率降低、土壤流失嚴(yán)重、基巖裸露,生物成因的土壤CO_2減少而大氣CO_2增加,也是導(dǎo)致地下水δ~(13)C_(DIC)值偏正的原因。強(qiáng)降雨過(guò)程中,坡面流、地下水“二水”轉(zhuǎn)化過(guò)程中δ~(13)C_(DIC)富集效應(yīng)順層坡大于逆層坡,反映出δ~(13)C_(DIC)對(duì)順逆層坡石漠化程度差異敏感。(5)對(duì)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)DIC損失量計(jì)算得出:老泉ΔDIC范圍為0.53mmol/L~1.32mmol/L;黑崖洞ΔDIC范圍為0.59mmol/L~1.98mmol/L;火龍洞ΔDIC范圍為0.17mmol/L~1mmol/L;馬鹿潭ΔDIC范圍為0.14mmol/L~0.78mmol/L;龍洞塘ΔDIC范圍為0.27mmol/L~1.15mmol/L,表明槽谷研究區(qū)存在一定的碳損失量,反映石漠化治理后區(qū)域巖溶碳匯效應(yīng)仍較弱。
【學(xué)位單位】:西南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】:碩士
【學(xué)位年份】:2019
【中圖分類】:X171.4;P641.7
【部分圖文】:

石漠化治理,中國(guó)南方,分區(qū)圖,龍?zhí)? style=


第 1 章 緒論杰等,2006)。如圖 1-1 所示,巖溶槽谷區(qū)成為西南石,2009)。重慶市酉陽(yáng)縣龍?zhí)恫酃攘饔蛎娣e 1677km2,石漠化面積 183.48km2,分別占流域面積的 76%和 11%區(qū)。據(jù)張靜(2006)、李為科等(2006)對(duì)酉陽(yáng)石漠化分區(qū)水—龍?zhí)读饔�,是低山農(nóng)田基本建設(shè)與生態(tài)保護(hù)區(qū),內(nèi)石漠化治理的主要思路是以生態(tài)修復(fù)、水利水保與農(nóng)林業(yè)和城郊型農(nóng)業(yè)帶動(dòng)區(qū)內(nèi)石漠化治理。

巖溶水文系統(tǒng),概化模型


圖 1-2 典型巖溶水文系統(tǒng)概化模型(Ford et al., 1991). 1-2 Simplified model of typical karst hydrologic system (Ford et al., 下水 DIC 來(lái)源及其 δ13CDIC特征部的元素循環(huán)、能量流動(dòng)、CO2動(dòng)力學(xué)與營(yíng)養(yǎng)狀況關(guān)系等過(guò)程,碳作為這一切活動(dòng)的核心元素,對(duì)它的研究對(duì)于認(rèn)程、元素循環(huán)及它們的相互作用具有重要的指示意義(劉,碳化合物是地下水中的常量組份,主要以無(wú)機(jī)碳 DIC(H2碳 DOC(主要是腐殖質(zhì))的形式存在(顧慰祖等,2011)。IC)的形成過(guò)程如下:首先植物吸收大氣CO2進(jìn)行光合作用分經(jīng)過(guò)呼吸作用轉(zhuǎn)化為 CO2釋放入大氣,再次通過(guò)光合土壤內(nèi)活的或死的生物量而存儲(chǔ)起來(lái),經(jīng)過(guò)腐爛和分解形機(jī)質(zhì)受微生物作用產(chǎn)生土壤 CO2和溶解有機(jī)酸,溶解于入巖石圈溶蝕碳酸鹽巖,產(chǎn)生溶解無(wú)機(jī)碳(DIC)(Fritz et al水中的 DIC 主要有三種來(lái)源,土壤或沉積物中有機(jī)質(zhì)降解O2溶解和碳酸鹽巖溶解,具體可用如下方程式表示(Singh

技術(shù)路線圖,石漠化治理,表層巖溶泉,坡面流


化學(xué)自動(dòng)監(jiān)測(cè)、野外監(jiān)測(cè)和室內(nèi)測(cè)試等方法,將本文主要研究?jī)?nèi)容具體概括如下:(1) 開(kāi)展區(qū)域水文地質(zhì)調(diào)查,對(duì)影響含水層發(fā)育的地形地貌、氣象、水文、巖性、構(gòu)造等因素進(jìn)行全面勘查觀測(cè),分析巖溶水的補(bǔ)給、徑流與排泄特征及產(chǎn)流過(guò)程;(2) 對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行調(diào)查和每月定期水樣采集,分析泉水出露特點(diǎn)以及順逆層坡水化學(xué)動(dòng)態(tài)空間變化特征,并利用高分辨自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀對(duì)典型巖溶地下水排泄點(diǎn)表層巖溶泉老泉、地下河出口龍洞塘進(jìn)行重點(diǎn)研究。(3) 強(qiáng)降雨或暴雨天氣條件下,對(duì)順逆層坡坡面流、巖溶地下水進(jìn)行采樣分析,獲取水溫、水位、電導(dǎo)率、溶解氧、pH 值、HCO3-、Ca2+濃度及其它常規(guī)陰陽(yáng)離子指標(biāo),分析順逆層坡“二水”的轉(zhuǎn)換過(guò)程中水化學(xué)變化特征。(4) 分析季節(jié)尺度地下水和強(qiáng)降雨期間順逆坡層坡面流及地下水 δ13CDIC特征,探討水體 δ13CDIC值影響因素,評(píng)價(jià)石漠化治理的生態(tài)水文效應(yīng)。(5) 根據(jù)槽谷區(qū)地下水水化學(xué)特征影響因素及石漠化治理的生態(tài)環(huán)境效應(yīng),對(duì)典型表層巖溶泉水質(zhì)水量進(jìn)行分析,提出利用與具體保護(hù)措施。1.4.2 技術(shù)路線根據(jù)實(shí)際所需工作,擬定本文的技術(shù)路線如圖 1-3 所示:

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