岩溶槽谷区地下河的水质特征对比研究

【摘要】在我国岩溶地貌广泛分布的西南地区,地下水作为水资源最主要存在形式,其地表地下的双层结构被岩溶地区特有的自然条件所控制,在人民生活和农业生产中扮演着重要的角色。位于重庆市沙坪坝、北碚和璧山交界处的青木关镇的典型岩溶槽谷中,发育有南北两条地下河。以这两条地下河系统为例,研究它们的水化学特征、结合统计学原理对其水质进行科学评价、分析影响水质主要污染物成分(硝酸盐和DIC来源)的时空变化、最终结合土地利用类型和土壤理化性质及人类活动找出影响水质恶化的根源,能够系统地了解青木关岩溶槽谷南北两条地下河的水质特点和变化趋势,为保护西南岩溶槽谷地区地下河的水质提供补充性和具有可行性的建议。在研究过程中,于2012年11月-2013年11月期间对两条地下河进行了为期一个水文年的水样的野外采集和室内实验工作,结合2007年、2010年已有的研究数据,对青木关岩溶槽谷南北段两条地下河的水质进行综合的对比研究。初步得出了如下结论：(1)南北段两条地下河的水化学类型都属于HCO3-Ca型。南北段地下河中,Na+的浓度比K+的浓度总体上较高,是绝大部分K+被植物所吸收的缘故。在下游和地下河出口处与灰岩溶解有关的离子的浓度和上游相比较高,主要是地下河在岩溶管道介质的运移过程中对周围的围岩不断进行溶解所造成的。由于青木关地区有废弃的煤洞,煤层中黄铁矿含量丰富,造成南北段地下河中SO42-的背景值相对较高。南段地下河的pH值和电导率整体较北段地下河较高而且变幅较大,说明南段地下河河水水质受人类活动影响较强,和北段地下河相比水质较差。北段地下河中,上游农田残余肥料和大量禽类代谢物随地表径流和地下径流流入下游,NO3-和Cl-的浓度和南段地下河相比相对较高,受含N和Cl的化肥污染影响较严重。南段地下河的出口处的Cl-和SO42-的浓度较高,主要受降雨和人类活动的影响。(2)运用统计学原理中的主成分分析法对两条地下暗河进行科学评价之后,初步得出北段地下河综合主成分PC综得分均值为-0.95,残留在农田中的肥料和禽类代谢物以及SO42-浓度背景值高的煤洞,在降雨形成的地表径流造成土壤的流失以及地下河管道裂隙连通性的辅助作用下,共同影响了北段地下河的水质。南段地下河综合主成分得分在0.15左右。主成分分析法所得的水质评价结果与结合国家地下水质量标准对已测得指标进行对比后所得的结果相吻合。由此可以初步确定,青木关南段地下河的水质受到了一定程度的污染,和北段地下河相比水质较差。(3)青木关整个地下河流域的δ15N情况是：北段地下河δ15N值都低于10‰,说明北段地下河硝态氮的主要来源不可能是粪便或污水,化肥和矿化的土壤有机氮是硝态氮的主要来源。南段地下河上游天池岩溶湖和干天池处硝态氮的来源为化肥和天然土壤矿化的有机氮。地下河出口处赖家槽和丁家龙洞的δ15N值较高、变化显著,并且与NO3-浓度变化的协同性较强,因而硝态氮主要来源可能是粪便和污水。在南北段地下河中,除了碳酸的溶解外,硫酸和硝酸对碳酸盐岩的溶解,都构成了DIC主要来源。在酸雨和农业活动的影响下,地下河中碳酸盐岩受到的硫酸和硝酸的溶蚀程度加大,SO42-和NO3-的含量也增多。可以用δ13CDIC值示踪地下河部分污染物的来源。(4)北段地下河流域应该注重土地利用方式对水质的影响。由于北段地下河流域水田较多,农业肥料的需求量大,直接导致了北段地下河水中NO3-、Cl-浓度的升高。因此,必须合理调整土地利用方式,控制肥料的施用,减少残余肥料对下游水质造成的污染。南段地下河的水质受人为影响更为严重。主要表现在人为引流导致大型岩溶洼地中水量的减少以及人为的禽类养殖和水产养殖导致的水质恶化。需要加强对水源地的保护以及合理规范农村养殖业。
【作者】颜赫；
【导师】贾亚男；
【作者基本信息】西南大学，自然地理学，2014，硕士
【副题名】以重庆青木关岩溶槽谷两条地下河为例
【关键词】青木关；两条地下河；水化学特点；δ15N；δ13CDIC；土地利用与土壤理化性质；

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