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Movement of lateral hyporheic flow between stream and groundwater

Science China Earth Sciences 2017年第11期60卷 2033-2040页

作者： ZHANG Yu WANG JianLi yang pingheng XIE ShiYou School of Geographical Sciences Southwest UniversityChongqing Key Laboratory of Karst EnvironmentKey Laboratory of Eco-environments in Three Gorges ReservoirMinistry of EducationChongqing 400715China Field Scientific Observation&Research Base ofKarst Eco-environments at Nanchuan in Chongqing Ministry of Land and ResourcesChongqing 408435China Key Laboratory of Shale Gas and Geoengineering Institute of Geology and GeophysicsChinese Academy of SciencesBeijing 100029China

The hyporbeic zone plays an important role in groundwater and stream water quality protection. To investigate the stream-groundwater interaction mechanisms in the lateral hyporheic zone, this study examined Ma＇an Creek in Chongqing during the dry season from December 2015 to April 2016. The water level, water temperature, pH and CF concentration in the hyporheic zone and groundwater were monitored in situ. The sediment permeability coefficient, stable isotopes of hydrogen and oxygen and concentration of DOC were analyzed. The results show that the water level changes of hyporheic zone and the movement of hyporheic flow were influenced significantly by the permeability coefficient of sediment. The hyporheic flow approximately 10 cm from the stream bank was clearly affected by precipitation infiltration and evapotranspiration. During the study period, the groundwater recharged the stream, and the impact of groundwater on the hyporheic flow gradually decreased with the flow path. The hyporheic flow approximately 30 cm from the stream bank was still mainly affected by groundwater. Approximately 10-30 cm from the stream bank, the mixing of groundwater with precipitation and stream water intensified. Due to the sediment properties, moisture accumulated approximately 10 cm from the stream bank and drained into the stream via hyporheic flow, with potential impacts on stream water quality.

关键词： Hyporheic zone Lateral hyporheic flow Permeability coefficient Hydrogen and oxygen isotopes Ma'an Creek

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Formations of groundwater hydrogeochemistry in a karst system during storm events as revealed by PCA

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Chinese Science Bulletin 2010年第14期55卷 1412-1422页

作者： yang pingheng YUAN DaoXian YUAN WenHao KUANG YingLun JIA Peng HE QiuFang Key Laboratory of Eco-environments in Three Gorges Reservoir Ministry of Education School of Geographical Sciences Southwest University Chongqing 400715 China The Karst Dynamics Laboratory Ministry of Land and Resources Institute of Karst Geology Chinese Academy of Geological Sciences Guilin 541004 China

High-frequency samples have been collected at Jiangjia Spring, the outlet of Qingmuguan underground river system (QURS) in Chongqing in late April, 2008. The variations of hydrogeochemical compositions are found responding rapidly to storm events. Principal component analysis (PCA) of the 20 variables is employed to interpret the relationships with specific processes that control the groundwater hydrogeochemical formations. Through PCA, 84.961% of the total amount information is extracted to indicate the formations of groundwater hydrogeochemical features in QURS during storm events. The first component separates the soil erosion (i.e., increases in turbidity and concentrations of Al3+, TFe, TMn, Ba2+ and NO2?), and dilution effect (i.e., decreases in specific conductance and concentrations of HCO3?, Ca2+ and Sr2+), accounting for 41.495% of the variability in the data. The second component indicates residual fertilizers and duck’s waste from farmlands (i.e., increases in specific conductance and concentrations of Na+, NO3-, PO43-,K+and Cl-), contributing to 37.449%. The dissolution of dolomite and dolomitic limestone makes up 6.017%. During the first rainfall event, the groundwater quality is mainly affected by residual fertilizers and duck’s waste from farmlands, whereas in the second rainfall event, it is mainly affected by increased turbidity and ionic concentrations caused by soil erosion.

关键词：水文地球化学特征主成分分析岩溶地下水化学系统风暴氯离子浓度土壤侵蚀浓度增加

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Sources and migration path of chemical compositions in a karst groundwater system during rainfall events

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Chinese Science Bulletin 2013年第18期58卷 2488-2496页

作者： yang pingheng YUAN DaoXian YE XuChun XIE ShiYou CHEN XueBin LIU ZiQi School of Geographical Sciences Key Laboratory of Eco-environments in Three Gorges Reservoir Ministry of Education Southwest University The Karst Dynamics Laboratory Ministry of Land and Resources Institute of Karst Geology Chinese Academy of Geological Sciences

Physical and chemical dynamics at Jiangjia Spring (JJS), the outlet of the Qingmuguan karst groundwater system in Chongqing, were monitored in situ during rainfall events to acquire a series of high-resolution data. Principal component analysis (PCA) was employed to identify the sources of chemical compositions in the karst groundwater. The coefficients of variations (CVs) of the physical and chemical data of JJS were utilized to interpret the migration path of the chemical compositions. The results showed that water-rock interactions, agricultural activities, and soil erosion were the main sources of the groundwater chemical compositions. Ions of potassium, sodium, nitrate, chloride and phosphate from agricultural activities together with ions of calcium, magnesium, strontium and bicarbonate derived from carbonate dissolution appear to be stored and regulated by the karst unsaturated zone in features such as fissures, pores and solution cracks. The concentrations of the ions remained relatively stable and they showed low CVs owing to their migration by diffuse flow to recharge the underground river. In contrast, concentrations of ions such as total iron, total manganese and aluminum from soil erosion were unstable and showed high CVs owing to their migration by overland flow to recharge the underground river directly via sinkholes. During heavy rainfall events, the nutrients from agricultural activities and sediment from soil erosion could quickly impair the aquatic ecosystem and pose serious threats to water quality. Therefore, it is necessary to reinforce management of the ecological system for better control of the influx of mass nutrients into the karst aquifer system.

关键词：地下水系统水化学成分迁移路径事件岩溶降雨水生生态系统化学组合物

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中国碳酸盐岩与非碳酸盐岩地区的自然和人文地理特征对比

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西南大学学报（自然科学版） 2024年第8期46卷 95-111页

作者：王星晨杨平恒杨琰西南大学地理科学学院/自然资源部重庆金佛山岩溶生态环境野外科学观测研究站重庆400715

碳酸盐岩与非碳酸盐岩地区的地理环境差异,对资源分布和人类活动有着深远的影响.基于中国裸露型碳酸盐岩分布、多源遥感数据和统计数据,通过密度函数和分级统计,分析中国碳酸盐岩与非碳酸盐岩地区在自然和人文地理要素方面的差异.研究... 详细信息

碳酸盐岩与非碳酸盐岩地区的地理环境差异,对资源分布和人类活动有着深远的影响.基于中国裸露型碳酸盐岩分布、多源遥感数据和统计数据,通过密度函数和分级统计,分析中国碳酸盐岩与非碳酸盐岩地区在自然和人文地理要素方面的差异.研究结果表明:①中国裸露型碳酸盐岩面积为139.68万km 2,主要集中于黔、渝、桂、藏、鄂、湘、滇等省级行政单位,其中西南喀斯特地区为碳酸盐岩最大的连片分布区,面积占比37.5%.②在自然地理要素方面,碳酸盐岩地区受亚热带山地气候影响,水热条件良好,年降雨量湿润区(>800 mm)为38.7%,年均气温高值区(15~20℃)为21.9%,归一化植被指数(Normalized Difference Vegetation Index,NDVI)较大,高原山地分布广泛,高海拔区(>4000 m)为32.8%;非碳酸盐岩地区土壤条件相对较好,稳定性较高,区域地表河网密度偏大,土壤水力侵蚀指数低值区(0~2)占比53.8%.③在人文地理要素方面,碳酸盐岩地区自古以来“易守难攻”的地势特点吸引人口迁入,农耕文化历史悠久,人口密度和传统村落密度较大;非碳酸盐岩地区由于地理位置优势,经济发展和基础设施建设相对完善,道路密度和夜间灯光指数偏高.该研究详细对比分析了中国碳酸盐岩与非碳酸盐岩地区的自然地理和人文地理特点,并揭示区域存在的挑战和潜力,为可持续发展提供科学支持和决策依据.

关键词：碳酸盐岩地区非碳酸盐岩地区空间分布自然地理人文地理对比分析

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金佛山世界遗产地岩溶地下河系统硝酸盐来源与转化

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湖泊科学 2019年第5期31卷 1299-1309页

作者：明晓星杨平恒谢世友盛婷罗丹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

地下水硝酸盐污染已成为一个普遍的环境问题.为研究重庆金佛山水房泉岩溶地下河系统的硝酸盐来源与转化,于2017年4-10月每24d左右对地下河系统内的某酒店自来水、化粪池、1^#落水洞、水房泉4个采样点开展监测,进行水化学和δ^15Nnitrat... 详细信息

地下水硝酸盐污染已成为一个普遍的环境问题.为研究重庆金佛山水房泉岩溶地下河系统的硝酸盐来源与转化,于2017年4-10月每24d左右对地下河系统内的某酒店自来水、化粪池、1^#落水洞、水房泉4个采样点开展监测,进行水化学和δ^15Nnitrate、δ^18Onitrate同位素分析.某酒店污水经化粪池处理后,由1^#落水洞排入地下河,最后在水房泉排泄.结果表明:①水房泉NO-3浓度范围为4.65~10.20mg/L,相对于我国生活饮用水标准处于较低水平;化粪池、1^#落水洞、水房泉3个采样点电导率和NO3^-、Cl^-浓度的高值期与游客人数增多对应关系较好.②某酒店自来水δ^15Nnitrate值为3.7‰~5.8‰、δ^18Onitrate值为1.6‰~2.7‰,说明硝酸盐主要来源为土壤有机氮,处于自然背景值;1^#落水洞δ^15Nnitrate值为14.4‰~21.1‰、δ^18Onitrate值为3.5‰~11.2‰,显示硝酸盐主要来源为粪肥污水;化粪池和水房泉的δ^15Nnitrate值为3.7‰~17.0‰、δ^18Onitrate值为-9.0‰~7.3‰,表明硝酸盐主要来源为土壤有机氮与粪肥污水,显示其硝酸盐主要污染源是酒店生活废污水.③某酒店自来水、水房泉地下水的硝酸盐转化过程以同化作用为主;化粪池污水以硝化作用为主,是岩溶地下河系统硝酸盐的重要来源之一;1^#落水洞污水表现为反硝化作用.④基于SIAR模型对水房泉的硝酸盐来源进行定量解析,发现大气降水、土壤有机氮和粪肥污水的贡献率分别为28%、36%和36%左右.

关键词：地下河硝酸盐氮氧同位素来源与转化 SIAR模型金佛山

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桂西大型岩溶地下河系统离子来源及碳稳定同位素信息——以坡心地下河流域为例

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中国地质 2019年第2期46卷 302-315页

作者：覃彤汤庆佳张强杨平恒中国地质科学院岩溶地质研究所自然资源部/广西岩溶动力学重点实验室广西桂林541004 西南大学地理科学学院重庆400715

为探讨坡心地下河系统内地表和地下水体的水化学离子特征、来源及其控制因素,无机碳来源及其稳定性。运用水化学计量法和同位素法对采自坡心地下河流域的38个采样点的水化学和碳稳定同位素样品数据进行分析。结果表明,地下河干流沿程受... 详细信息

为探讨坡心地下河系统内地表和地下水体的水化学离子特征、来源及其控制因素,无机碳来源及其稳定性。运用水化学计量法和同位素法对采自坡心地下河流域的38个采样点的水化学和碳稳定同位素样品数据进行分析。结果表明,地下河干流沿程受到局部岩性和支流稀释作用的影响明显,各水化学离子均有所变化。化学离子比例分析发现:大气降水对部分泉水的Cl^-和Na^+影响较大;碳酸盐岩溶解类型主要以灰岩溶解为主,地表水和地下河天窗的Mg^(2+)/Ca^(2+)摩尔比值与HCO_3^-呈负相关,说明在宏观上灰岩溶解程度越强烈,HCO_3^-值就越高,并且H_2SO_4和HNO_3积极参与流域内碳酸盐岩风化。硅酸盐岩的风化对地表和地下水体的Ca^(2+)、Mg^(2+)、Na^+、K^+有一定的贡献。此外,人为采矿活动和农业活动对SO_4^(2-)和NO_3^-的产生有较大的影响。质量平衡正推模型结果显示:受到区域岩性和水文条件的影响,地表和地下河天窗水体主要受碳酸盐岩溶解影响,硅酸盐岩溶解和大气输入也有一定的贡献,三大来源的相对比例在空间上变化较大。水体内的可溶性无机碳(DIC)主要来源于碳酸盐岩的溶解和土壤内CO_2的贡献。地表水和地下水的DIC浓度和δ^(13)C_(DIC)值差别较大,DIC值与δ^(13)C_(DIC)呈反相关关系,这说明来自土壤CO_2贡献的DIC越多,其对碳酸盐岩矿物的溶解能力越强。根据本研究区的数据与前人在西江干流的上、中、下游进行对比,结果表明碳酸盐岩风化产生的DIC可以被西江干流的水生植物利用,从而形成稳定的碳汇。

关键词：坡心地下河不同水体水文地球化学碳稳定同位素

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地热井井间干扰模拟研究——以重庆观音峡背斜东翼为例

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重庆大学学报（自然科学版） 2019年第2期42卷 94-104页

作者：吕玉香蒋晶杨平恒谢斌胡伟西南大学地理科学学院重庆400715 重庆市地质矿产勘查开发局208水文地质工程地质队重庆400700

岩溶含水介质的地下水模拟与应用是水文地质工作中的热点与难点。基于Visual Modflow软件平台,选用重庆观音峡背斜东翼静观片区作为研究对象,利用区内3口地热井(ZK1、ZK1-1、ZK3)多次抽水试验资料,建立数值模拟模型,预测分析了不同条件... 详细信息

岩溶含水介质的地下水模拟与应用是水文地质工作中的热点与难点。基于Visual Modflow软件平台,选用重庆观音峡背斜东翼静观片区作为研究对象,利用区内3口地热井(ZK1、ZK1-1、ZK3)多次抽水试验资料,建立数值模拟模型,预测分析了不同条件下新增地热井与已有ZK1井井间干扰程度。结果表明:当新增井与ZK1井的距离和新增井开采量分别为1km和500m3/d,2km和1 000m3/d,5km和1 500,2 000,2 500m3/d时,对ZK1附近流场均无影响;当新增井与ZK1井的距离和新增井开采量分别为1km和1 000m3/d,2km和1 500m3/d,5km和3 000m3/d时,ZK1井水头分别下降19,13和8m。说明地热井井间距越小,开采量越大,对相邻井产生干扰的可能性越大,反之越小,同时说明利用Visual Modflow模型模拟地热水流场特征,预测地热井干扰程度这一方法是可行的。

关键词：地热井间干扰数值模拟 Visual Modflow 观音峡背斜

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岩溶区不同植被下土壤水溶解无机碳含量及其稳定碳同位素组成特征

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生态学报 2013年第10期33卷 3031-3038页

作者：梁轩汪智军袁道先杨平恒贺秋芳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 中国地质科学院岩溶地质研究所/国土资源部岩溶动力学重点实验室桂林541004

自2010年7月至2011年7月对重庆青木关岩溶区典型植被下的土壤水进行了月动态取样,分析了土壤水溶解无机碳含量(DIC浓度)及其稳定碳同位素组成(δ13CDIC值)的时空变化特征,以揭示岩溶土壤系统碳酸盐岩溶蚀作用及其碳汇效应。研究结果表明... 详细信息

自2010年7月至2011年7月对重庆青木关岩溶区典型植被下的土壤水进行了月动态取样,分析了土壤水溶解无机碳含量(DIC浓度)及其稳定碳同位素组成(δ13CDIC值)的时空变化特征,以揭示岩溶土壤系统碳酸盐岩溶蚀作用及其碳汇效应。研究结果表明:草地和针叶林地土壤水的DIC浓度和δ13CDIC值相对较低,分别为59.12 mg/L和-17.22‰,31.47 mg/L和-16.37‰;而旱地、灌丛地、退耕还林地土壤水具有较高的DIC浓度和δ13CDIC值,分别达153.88 mg/L和-12.2‰,221.82 mg/L和-11.9‰,97.30 mg/L和-11.23‰,其中灌丛和退耕还林地的δ13CDIC值与DIC浓度呈正比,且雨季较旱季偏高约4‰—5‰。根据δ13CDIC值,结合各植被类型下土壤水DIC浓度与其相应的土壤碳酸盐含量呈正相关,判断旱地、灌丛地、退耕还林地等岩溶土壤水中的DIC主要来自土壤中碳酸盐岩矿物的碳酸溶蚀,即岩溶土壤中存在着碳酸盐岩碳酸溶蚀作用,从而在一定程度上减少了土壤系统向大气排放的CO2量。

关键词：青木关岩溶区土壤水溶解无机碳(DIC) 稳定碳同位素组成

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重庆市主城区碳酸盐岩地热水的地球化学特征及其医疗价值初探

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保健医学研究与实践 2017年第4期14卷 16-21页

作者：杨平恒罗丹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 中国科学院地质与地球物理研究所北京100029 国土资源部岩溶生态环境-重庆南川野外基地重庆408435

目的分析重庆市主城区碳酸盐岩地热水的物理化学特征及其医疗保健价值。方法通过野外现场测试、采样和实验室测试分析,获取重庆市主城区地热水的物理化学数据并进行相关分析。结果研究区地热水水温为24.5~57.0℃,绝大部分地热水属于弱... 详细信息

目的分析重庆市主城区碳酸盐岩地热水的物理化学特征及其医疗保健价值。方法通过野外现场测试、采样和实验室测试分析,获取重庆市主城区地热水的物理化学数据并进行相关分析。结果研究区地热水水温为24.5~57.0℃,绝大部分地热水属于弱碱性温水;地热水中主要离子为Ca^(2+)和SO_4^(2-),水化学类型主要为Ca·Mg-SO_4和Ca-SO_4型;锶(Sr)、偏硅酸(H_2SiO_3)、氟(F)、偏硼酸(HBO_2)的质量浓度范围分别为2.0~19.3 mg/L,26.81~53.55 mg/L,0.76~4.00 mg/L,0.08~2.63 mg/L,平均值分别为15.4 mg/L,41.9mg/L,3.2mg/L和1.3mg/L,除个别样点外,地热水中Sr,H_2SiO_3,F及HBO_2的质量浓度均达到医疗价值的浓度标准,具有一定的医疗保健价值。结论重庆市主城区地热水资源丰富、水质良好,可为温泉洗浴、疗养创造良好的条件。

关键词：碳酸盐岩地热水地球水化学理疗价值重庆市主城区

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旅游酒店排污影响下的岩溶地下水水化学变化

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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

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