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西南亚高山岩溶区降雪地球化学特征及其对地下水的影响 ——以金佛山水房泉为例

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西南亚高山岩溶区降雪地球化学特征及其对地下水的影响 ...

作者：詹兆君西南大学

学位级别：硕士

随着我国现代化进程的加快,大气污染问题日益严重。大气中的污染物质、气溶胶等主要通过降雪等大气湿沉降移除,因此降雪能够较好的指示区域大气环境状况,参与地表生物地球化学循环。同时,积雪融水也是全球重要的淡水资源。岩溶地区特殊... 详细信息

随着我国现代化进程的加快,大气污染问题日益严重。大气中的污染物质、气溶胶等主要通过降雪等大气湿沉降移除,因此降雪能够较好的指示区域大气环境状况,参与地表生物地球化学循环。同时,积雪融水也是全球重要的淡水资源。岩溶地区特殊的地上-地下双层结构,使地下水污染与地下水资源利用困难等问题并存,这在我国亚高山岩溶区表现尤为明显。鉴于岩溶地下水的脆弱性和重要性,研究西南亚高山岩溶区降雪地球化学特征及其对地下水化学的影响,定量评估降雪对地下水资源的贡献,对于岩溶地下水水质保护,地下水资源合理利用具有重要意义,同时也是对降雪影响下岩溶动力系统演化过程的探索和补充。以金佛山水房泉岩溶地下水流域为研究对象,于2016年3月1日~2017年4月3日期间,分别周期性、高密度采集流域地下水等样品,于2016年11月~2017年3月采集降雪样品9次,对各水体环境指标、氢氧同位素、阴阳离子、微量元素进行测定,以研究降雪中同位素特征及影响因素,物质组成特征、变化及来源,进而分析降雪对地下水同位素、水化学特征的影响,定量评估降雪对地下水流量的贡献比例。研究结果表明:研究区降雪、降雨、土壤水的δ18O、δD波动较大,污水、地下水波动较小。降雪、降雨δ18O、δD季节变化显著,共同表现出“降水量效应”和“负温度效应”,土壤水夏半年变化显著,冬半年趋于稳定,污水、地下水整体变化平稳。降雨、土壤水与降雪dD-d18O蒸发方程线（dD=8.41δ180+24.24）的斜率、截距均大于GMWL,污水、地下水明显小于GMWL。降雪中pH值呈酸性,电导率较低且变幅较大。微量元素含量整体较低,且各元素含量、含量变幅差异较大。降雪中阴离子浓度、浓度变幅整体大于阳离子,SO42-浓度远高于其他水体,Cl-、HCO3-、NO3-、Na+浓度也较高;土壤水中NO3-、K+、Si浓度明显高于其他水体;污水中HCO3-、Cl-、Na+、Fe为各水体最高,NO3-浓度最低;地下水中Ca2+最高,HCO3-、Cl-、SO42-次之。降雪中各离子、微量元素季节变化显著,且与降雪量变化呈正相关性。气团来源、性质及运移路径差异是影响降雪同位素、无机离子、微量元素组成和季节变化的根本原因。秋末受西南暖湿气团影响,雪中同位素、无机离子、微量元素浓度明显偏低。冬季受大陆性干冷气团控制,雪中同位素、物质组成持续升高;冬末—春初,受海洋性暖湿气团、大陆性气团共同控制,上述指标整体降低,在大陆性气团控制下又有所升高。降雪中高浓度的Cl-、SO42-、NO3-几乎全部源自化石燃料燃烧、汽车尾气排放等人为活动;K+、Na+全部来自于土壤,含钠岩石、岩盐矿物等风化;Ca2+主要源于周边硅酸盐、建筑工业活动中的Ca CO3粉尘;Mg2+受到海洋气溶胶、土壤和岩石风化的双重影响;Al、Si主要来源于土壤、岩石风化;Ba、Sr、Mn、Fe主要来源于金属冶炼等人为污染;Li、Cr、Cu、Zn受化石燃料燃烧、金属冶炼和交通污染的共同影响;垃圾焚烧与填埋、重油燃烧对Cd、Pb、Co含量贡献较大。降雪δ18O、δD较大的波动变化对地下水同位素影响不大,降雨、土壤水同位素对其影响也较小,污水对地下水的混合补给影响明显,且一定程度上掩盖了地下水自然状态下的同位素信息。降雪缓慢的消融、下渗过程使地下水水-岩作用更充分,其Ca2+、Mg2+、HCO3-浓度增加;雪中Cl-、SO42-下渗对地下水相应离子、电导率起到直接的补给作用。酸性降雪及融水携带的土壤酸性离子使地下水pH值降低,电导率升高;较大的降雪量、积雪消融速度对地下水主要离子、电导率的稀释效应明显。降雪后旅游活动导致的污水排放使地下水中主要离子浓度、电导率显著升高,pH值降低。地下水流量随降雪量、积雪消融速度变化明显。对自然状态下的水房泉同位素径流分割结果显示,非降雪期壤中流、降雨对径流的贡献分别为34.9%~86.2%、13.8%~65.1%;降雪期间,降雪融水、壤中流、降雨的贡献比例分别介于4.4%~66.5%、30.3%~71.4%、0.2%~24.2%。降雪的贡献突出,壤中流的贡献稍有降低,降雨的贡献率大大降低。降雪对水房泉径流的贡献率因雪量大小、降雪融化速率差异而变化较大。由于研究区水文地质条件复杂,加上污水对地下水地球化学特征的强烈影响,部分地下水径流划分结果不理想,同位素径流分割方法在岩溶泉域的适用性有待进一步验证。

关键词：亚高山岩溶区降雪地球化学地下水径流分割氢氧同位素金佛山

典型梅雨持续性降水事件的水汽同位素特征及其成因

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地球环境学报 2023年第4期14卷 434-443页

作者：薛如庞洪喜詹兆君王佳佳许涛顾小琴南京大学地理与海洋科学学院南京210023

梅雨期持续性强降水是江淮地区重要的灾害天气,往往给降水地区带来巨大的生命与经济损失。2016年7月1—7日,南京地区经历了一场历时7 d的典型梅雨降雨过程,本文针对此次降水事件的大气水汽稳定同位素变化特征及其成因进行相关研究。研... 详细信息

梅雨期持续性强降水是江淮地区重要的灾害天气,往往给降水地区带来巨大的生命与经济损失。2016年7月1—7日,南京地区经历了一场历时7 d的典型梅雨降雨过程,本文针对此次降水事件的大气水汽稳定同位素变化特征及其成因进行相关研究。研究发现:水汽稳定同位素的变化特征与大尺度有组织对流活动和大气环流有良好的对应关系。水汽稳定同位素随时间分别呈现δ^(18)O 的“U型”演化和过量氘的波动变化,二者在不同降雨阶段的演化特征可以指示产生降雨的天气系统的移动与切换,其中水汽过量氘随时间变化的极大值和极小值转折点分别反映了低涡系统开始与结束影响研究区、冷切变线消散、槽线过境以及台风外围水汽抵达研究区的时间。结果表明:多个天气系统连续作用于研究区及其带来的不同水汽源的持续供给,是此次梅雨期降水持续维持的重要条件。

关键词：梅雨持续性降雨水汽稳定同位素天气系统水汽来源

河水-地下水侧向交互带地球化学特征：以重庆市马鞍溪为例

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环境科学 2016年第7期37卷 2478-2486页

作者：张宇杨平恒王建力谢世友陈峰詹兆君任娟张海月刘黛薇孟元可西南大学地理科学学院三峡库区生态环境教育部重点实验室重庆400715 国土资源部岩溶生态环境-重庆南川野外基地重庆408435

河水-地下水交互带是河水与地下水相互交换和混合的区域,在河流、地下水生态和水质的保护方面具有重要作用.为了解河水-地下水侧向交互带地球化学特征,以重庆市马鞍溪为研究对象,对河水及交互带的水温、溶解氧(DO)、pH值、电导率(EC)进... 详细信息

河水-地下水交互带是河水与地下水相互交换和混合的区域,在河流、地下水生态和水质的保护方面具有重要作用.为了解河水-地下水侧向交互带地球化学特征,以重庆市马鞍溪为研究对象,对河水及交互带的水温、溶解氧(DO)、pH值、电导率(EC)进行自动监测,结合对水样离子浓度和交互带沉积物中元素含量的分析.结果表明,马鞍溪侧向交互带水化学类型为HCO_3-Ca·Mg型.监测期间交互带受河水入渗影响为主,交互带的缓冲作用使其温度、DO、pH值、EC等指标变异系数较河水低.随距河岸距离的增加,马鞍溪侧向交互带在物理、化学、生物综合作用下形成了迅速进入缺氧状态的氧化还原环境,以及pH值先降低后升高的酸碱环境.在其影响下,K^+、NH_4^+-N、NO_3^-、SO_4^(2-)呈下降趋势,全Mn、EC、Na^+、Ca^(2+)、Mg^(2+)、Sr^(2+)等先上升后下降,全Fe、Al^(3+)等呈上升趋势.受河水、地下水长期交互影响,在距河岸约30 cm处的交互带沉积物中元素含量较高,形成独特的水化学梯度.据此可推断出马鞍溪侧向交互带边界可能在距河岸30~50 cm处,其中浅层交互带的边界可能在距河岸10 cm左右的位置.在河水补给地下水过程中,河水-地下水侧向交互带对净化水质有重要作用.

关键词：交互带地球化学梯度特征河水入渗马鞍溪重庆

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旅游酒店排污影响下的岩溶地下水水化学变化

湖泊科学 2019年第2期31卷 416-428页

作者：杨平恒詹兆君明晓星陈峰任娟邓书金洪爱花西南大学地理科学学院岩溶环境重庆市重点实验室自然资源部岩溶生态环境-重庆南川野外基地重庆400715 重庆地质矿产勘查开发局南江水文地质工程地质队重庆市地下水资源利用与环境保护实验室重庆401121

岩溶地下水系统具有高度的开放性和脆弱性,使得地下水极易遭受污染.为探究旅游酒店排污对岩溶地下水水化学变化的影响,以金佛山世界自然遗产地水房泉流域为例,对水房泉地下水的水化学进行自动化监测,对流域内雨水、土壤水、某酒店自来... 详细信息

岩溶地下水系统具有高度的开放性和脆弱性,使得地下水极易遭受污染.为探究旅游酒店排污对岩溶地下水水化学变化的影响,以金佛山世界自然遗产地水房泉流域为例,对水房泉地下水的水化学进行自动化监测,对流域内雨水、土壤水、某酒店自来水、污废水进行定期采集,结合流域硝酸盐氮氧同位素分析.结果表明,监测期间水房泉水化学变化随酒店入住游客量总体表现为3个阶段:前期受降雨影响显著,旅游高峰期间水质急剧恶化,后期水质明显好转.酒店生活污废水的排放成为水房泉水化学演变的重要因素,硝酸盐氮氧同位素表明水房泉的NO_3^-主要来自粪便、污废水以及土壤N的混合. H_2SO_4及污水中HCl、有机酸等可能参与了碳酸盐岩的溶蚀,使水房泉Ca^(2+)、Mg^(2+)、HCO_3^-浓度增加明显.流域岩溶管道发育,地下水流速快,使污染物质扩散迅速,故在研究期间水房泉主要离子的浓度高峰对污废水排放高峰的响应仅滞后约4 d.

关键词：酒店排污岩溶地下水水化学特征氮氧同位素金佛山水房泉

亚高山旅游景区岩溶地下水水化学动态变化及其影响因素

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长江流域资源与环境 2018年第11期27卷 2548-2557页

作者：任娟王建力杨平恒詹兆君西南大学地理科学学院岩溶环境重庆市重点实验室重庆400715 国土资源部岩溶生态环境-重庆南川野外基地重庆408435

岩溶地下水是岩溶区重要的水资源,因岩溶水文系统具有敏感性和脆弱性,其一旦遭受污染便很难再恢复。以重庆亚高山金佛山水房泉为例,通过计算2008年和2016年各水化学参数的浓度增降幅度和地球化学敏感性指数,对比分析各水化学参数及其地... 详细信息

岩溶地下水是岩溶区重要的水资源,因岩溶水文系统具有敏感性和脆弱性,其一旦遭受污染便很难再恢复。以重庆亚高山金佛山水房泉为例,通过计算2008年和2016年各水化学参数的浓度增降幅度和地球化学敏感性指数,对比分析各水化学参数及其地球化学敏感性变化特征。结果表明:水房泉水化学类型为Ca-HCO_3型,受水-岩作用控制。旅游活动产生的生活污水自2013年起被分成两条管道,住宿排污经过泉域内化粪池的沉淀降解后排入地下,使得2016年水房泉中K^+、Na^+、PO_4^(3-)浓度较2008年降低,显示化粪池对污染物具有有效的调节作用;而餐饮排污未经处理仍直接排入地下,导致流域出口水房泉中Cl^-、NO_3^-浓度呈翻倍增长,水质恶化。污水还加剧了碳酸盐岩的溶蚀,地下水中HCO_3^-、Ca^(2+)、Mg^(2+)浓度上升。由于旅游高峰期与非高峰期的游客量差距逐渐缩小,2016年各化学组分的敏感性指数多低于2008年,地下水受旅游活动影响的时间变长;分别对比不同水文年各主量组分的敏感性指数大小和离子当量浓度大小,发现2008年两者排序基本一致,而2016年较为混乱,这可能表明研究区地下水系统逐渐从有序转向无序的状态,稳定性被破坏,熵值增大。

关键词：岩溶地下水水化学地球化学敏感性旅游活动水房泉

典型岩溶泉主要化学成分来源及地球化学敏感性研究

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中国岩溶 2018年第6期37卷 827-834页

作者：盛婷杨平恒陈峰詹兆君谢国文西南大学地理科学学院岩溶环境重庆市重点实验室重庆400715 自然资源部岩溶生态环境-重庆南川野外基地重庆400715

为定量研究岩溶区突出的地球化学敏感性和脆弱性,引入地球化学敏感指数概念,以重庆金佛山水房泉为例,利用2016年1月至12月观测的水化学数据,对水房泉的主要化学成分来源及地球化学敏感性进行研究。结果表明,水房泉水化学类型为Ca-HCO_3... 详细信息

为定量研究岩溶区突出的地球化学敏感性和脆弱性,引入地球化学敏感指数概念,以重庆金佛山水房泉为例,利用2016年1月至12月观测的水化学数据,对水房泉的主要化学成分来源及地球化学敏感性进行研究。结果表明,水房泉水化学类型为Ca-HCO_3型和Ca-HCO_3·Cl型;岩溶作用与人类活动综合影响下,HCO_3^-、Cl^-和Ca^(2+)成为研究区主要阴阳离子,Cl^-主要来源于人类旅游活动造成的污染物,SO_4^(2-)主要来源于硫酸型酸雨沉降;岩溶作用的季节变化使得HCO_3^-、Ca^(2+)成为敏感指数最高的阴阳离子;水房泉的宏量元素地球化学敏感性指数在旅游活动影响下,除NO_3^-外均有不同程度的升高,其敏感性指数依次为HCO_3^->Ca^(2+)>Na^+>SO_4^(2-)>Cl^->NO_3^-=K^+>Mg^(2+)。受人类活动影响,岩溶泉水化学表现的更为敏感,减少并净化人类活动污染物、增强游客环保意识等措施对岩溶泉的保护至关重要。

关键词：岩溶泉水化学地球化学敏感性重庆金佛山

小型人工湖泊水体地球化学冬夏昼夜变化对比研究——以西南大学崇德湖为例

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西南大学学报（自然科学版） 2016年第6期38卷 92-98页

作者：张宇杨平恒王建力于正良詹兆君陈峰张琳况又莉张弘西南大学地理科学学院重庆400715 三峡库区生态环境教育部重点实验室重庆400715 国土资源部岩溶生态环境-重庆南川野外基地重庆408435

为了解小型人工湖泊水体地球化学昼夜变化特征对其水环境的指示作用,以西南大学崇德湖为研究对象,在冬、夏两季对崇德湖水温、pH值、溶解氧、电导率,以及光照强度和光合有效辐射进行自动监测,并对水样中的总细菌及总大肠菌群数量进行分... 详细信息

为了解小型人工湖泊水体地球化学昼夜变化特征对其水环境的指示作用,以西南大学崇德湖为研究对象,在冬、夏两季对崇德湖水温、pH值、溶解氧、电导率,以及光照强度和光合有效辐射进行自动监测,并对水样中的总细菌及总大肠菌群数量进行分析,研究发现:崇德湖水化学类型为HCO3-Ca型,水物理化学特征呈现出较为明显的昼夜变化,pH值、溶解氧在冬、夏季均呈现白天上升夜晚下降的特征,电导率则呈现白天下降夜晚上升的特征.水物理化学昼夜变化的季节差异有统计学意义,夏季水体的溶解氧、pH值午后便出现峰值,水物理化学指标的变异系数较冬季增大.崇德湖水物理化学的昼夜变化以及冬、夏差异表明,以校园湖泊为代表的小型人工湖泊较生态环境良好的天然湖泊具有溶解氧和电导率平均值较高、水体微生物作用突出等特征.

关键词：人工湖泊地球化学昼夜变化崇德湖

城市化对岩溶水系统化学组分演化的影响——以重庆市南山老龙洞地下河为例

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中国岩溶 2017年第4期36卷 541-549页

作者：张海月杨平恒王建力蓝家程詹兆君任娟张宇西南大学地理科学岩溶环境重点实验室重庆400715 国土资源部岩溶生态环境-重庆南川野外基地重庆408435

为研究城市化作用下的岩溶区地下水水质演变状况,基于2008-2012年对老龙洞地下河的pH值、电导率、水温、K^+、Na^+、Ca^(2+)、Mg^(2+)、HCO_3^-、Cl^-、NO_3^-、SO_4^(2)-、PO_4^(3-)等水物理化学指标的连续监测,分析了老龙洞地下河流... 详细信息

为研究城市化作用下的岩溶区地下水水质演变状况,基于2008-2012年对老龙洞地下河的pH值、电导率、水温、K^+、Na^+、Ca^(2+)、Mg^(2+)、HCO_3^-、Cl^-、NO_3^-、SO_4^(2)-、PO_4^(3-)等水物理化学指标的连续监测,分析了老龙洞地下河流域水质的演变趋势,并对2011年8月的单场降雨条件下地下河水质的动态变化进行主成分分析(PCA)。结果表明,在城市化过程中,地下河水Na^+、Cl^-、PO_4^(3-)、Ca^(2+)、Mg^(2+)、HCO_3^-等离子浓度受人类活动影响而明显上升,NO_3^-、SO_4^(2-)浓度则因为城市化效应增强和农业活动强度的降低而下降。老龙洞地下河水补给来源复杂,其中碳酸盐岩地质背景、人类活动及水土流失对地下河水质变化起着决定作用。城市化水平的提高、区域环境的变化,使得老龙洞地下河的水质也处于不断变化中,从硝酸盐、硫酸盐的年际变化看,地下河水质已有较大改善。

关键词：岩溶地下水城市化污染水质演化老龙洞地下河

高分辨率示踪技术和定量计算在岩溶含水介质研究中的应用

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珠江水运 2018年第10期 38-39页

作者：陈峰杨平恒詹兆君任娟西南大学地理科学学院

为了更好开发和利用地下水资源,以重庆市金佛山为研究对象,进行高分辨率示踪试验,定量计算了流域地下水及含水介质特征。结果显示,荧光素钠较天来宝具有更高的回收率,在反映含水介质形态特征方面的适用性更好。枯水季节的地下水流速较... 详细信息

为了更好开发和利用地下水资源,以重庆市金佛山为研究对象,进行高分辨率示踪试验,定量计算了流域地下水及含水介质特征。结果显示,荧光素钠较天来宝具有更高的回收率,在反映含水介质形态特征方面的适用性更好。枯水季节的地下水流速较慢。示踪剂穿透曲线为双峰型,表明试验段岩溶含水通道单一,存在两条并联通道,但支通道规模较小。

关键词：岩溶地下水示踪技术穿透曲线岩溶含水介质金佛山