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岩溶裂隙含水层中石油类有机物的自然衰减机制

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地球科学 2021年第6期46卷 2258-2266页

作者：郭永丽章程吴庆全洗强自然资源部广西岩溶动力学重点实验室中国地质科学院岩溶地质研究所广西桂林541004

石油类有机物污染是地下水环境领域亟须解决的关键课题.本次研究耦合数值模拟和水文地球化学技术模拟岩溶裂隙含水层中石油类有机物的自然衰减过程并定量计算其自然衰减机制.基于BIOSCREEN模型的模拟计算可知,近30年对流、弥散、稀释等... 详细信息

石油类有机物污染是地下水环境领域亟须解决的关键课题.本次研究耦合数值模拟和水文地球化学技术模拟岩溶裂隙含水层中石油类有机物的自然衰减过程并定量计算其自然衰减机制.基于BIOSCREEN模型的模拟计算可知,近30年对流、弥散、稀释等物理过程和生物降解过程对石油类有机物衰减贡献率的平均值分别为31.53%和68.47%,生物降解作用是岩溶裂隙含水层自然修复能力的主要机制.利用质量守恒定律分析水化学(HCO_(3)^(-)、NO_(3)^(-))和同位素(δ^(15)NNO_(3)、δ^(18)ONO_(3)和δ^(13)C_(DIC))之间的相关关系可知石油类有机物生物降解贡献地下水HCO_(3)^(-)的平均值为33.93%;石油类有机物生物降解消耗主要电子受体NO_(3)^(-)贡献地下水δ^(13)C_(DIC)的百分率为30.77%且其占总生物降解的90.69%.

关键词：石油类有机物自然衰减过程模拟定量计算环境地质.

广西典型岩溶水系统环境中222Rn的分布及指示意义

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中国环境科学 2021年第9期41卷 4294-4299页

作者：郭芳韦丽琼姜光辉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

放射性同位素氡222是来源于地层中铀衰变生成的惰性元素.由于其半衰期只有3.82d,且其活度在地下水和地表水中差异显著,近年来氡在水文学中的应用日渐兴起.但^(222)Rn在岩溶环境中的分布和行为特征少有研究.以广西三个典型岩溶水系统为例... 详细信息

放射性同位素氡222是来源于地层中铀衰变生成的惰性元素.由于其半衰期只有3.82d,且其活度在地下水和地表水中差异显著,近年来氡在水文学中的应用日渐兴起.但^(222)Rn在岩溶环境中的分布和行为特征少有研究.以广西三个典型岩溶水系统为例,研究^(222)Rn在包气带、非饱和带和饱水带中的浓度分布和指示意义.发现^(222)Rn在上部包气带中的活度不足500Bq/m^(3),但在非饱和带中有局部异常高区,与局部小地质构造的分布有关.在饱水带中,地下水的滞留时间、不同地下水组分的混合和氡运移的距离等是导致^(222)Rn活度差异的原因.管道介质的^(222)Rn活度比裂隙介质的高;含水介质土壤覆盖层大的比土壤浅薄的普遍高.在大型岩溶水系统的排泄区,地下水补给河流,河流也可能短暂反补地下水,由于地下水和河流^(222)Rn的差异显著,^(222)Rn可能成为地下水-地表水相互作用研究的理想示踪剂.

关键词：岩溶环境 ^(222)Rn 地下水水文过程地下水-地表水的相互作用

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岩溶水柜集流坡面的径流模式和调控建议

水科学进展 2021年第2期32卷 271-278页

作者：姜光辉郭芳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

作为南方岩溶地区水柜水源的坡面径流,其形成和动态变化缺少精确且详细的解析。选择桂林丫吉试验场峰丛洼地的一个表层岩溶泉为对象,通过1个水文年多指标的监测,获得不同降雨条件下坡面径流的水文和水化学动态过程,以水文分析和水化学... 详细信息

作为南方岩溶地区水柜水源的坡面径流,其形成和动态变化缺少精确且详细的解析。选择桂林丫吉试验场峰丛洼地的一个表层岩溶泉为对象,通过1个水文年多指标的监测,获得不同降雨条件下坡面径流的水文和水化学动态过程,以水文分析和水化学示踪解析径流水文特征、产流条件和水源组成。结果表明:坡面径流的水文过程季节性变化对比强烈,低水位总时长占全年的一半,连续时长超过3个月,全年连续断流有40多天,显示坡面径流水源不稳定,具有调控的必要性;受控于溶蚀作用的水化学动态展示了来自于多种界面的径流汇合过程;电导率等指标的波动共同指向降雨事件中形成于裸岩区的石面流发挥先锋作用。依据集流场的下垫面结构从3个方向提出调控建议:减少裸岩区径流渗漏;改善表层岩溶带通透性;揭露覆盖区隐伏径流。这些措施将有助于增加水柜蓄水量,提高径流利用效率。

关键词：集流场峰丛洼地水柜产流表层岩溶带

碳氮氧同位素解析典型岩溶流域地下水中硝酸盐来源与归趋

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环境科学 2021年第5期42卷 2268-2275页

作者：任坤潘晓东梁嘉鹏彭聪曾洁中国地质科学院岩溶地质研究所桂林541004 自然资源部/广西岩溶动力学重点实验室桂林541004

利用多同位素(C、N和O)和水化学方法解析贵州八步地下河流域水体中硝酸盐(NO_(3)^(-))来源与转化过程,利用SIAR模型定量计算NO_(3)^(-)不同输入端的贡献比例.结果表明,研究区地下水NO_(3)^(-)污染严重,近38%的地下水样品NO_(3)^(-)超过... 详细信息

利用多同位素(C、N和O)和水化学方法解析贵州八步地下河流域水体中硝酸盐(NO_(3)^(-))来源与转化过程,利用SIAR模型定量计算NO_(3)^(-)不同输入端的贡献比例.结果表明,研究区地下水NO_(3)^(-)污染严重,近38%的地下水样品NO_(3)^(-)超过饮用水限值.地下水的δ^(15)N-NO_(3)值介于2.3‰~30.33‰,均值9.68‰,δ^(18)O-NO_(3)值介于2.65‰~13.73‰,均值6.64‰,δ^(18)O-H_(2)O值介于-8.83‰~-7.37‰,均值-8.18‰.同位素组成(δ^(15)N-NO_(3)、δ^(18)O-NO_(3)和δ^(18)O-H_(2)O)指示硝化作用主导着流域内氮素循环.硝化作用产生的硝酸加速了碳酸盐岩溶解,导致地下水中δ^(13)CDIC与δ^(15)N-NO_(3)存在显著负相关性(P岩溶水中NO_(3)^(-)转化的有效手段.地下水和地表水中NO_(3)^(-)主要来源于土壤氮、粪肥污水和铵态氮肥料,其对地下水中NO_(3)^(-)贡献率分别为36.19%、33.71%和30.1%,对地表水贡献率分别为39.15%、36.08%和24.77%.岩溶流域内污水处理应同时去除污水中的NO_(3)^(-)和NH_(4)^(+),农业区应科学施肥,以有效降低地下水中NO_(3)^(-)的补给通量.

关键词：硝酸盐氮氧同位素碳同位素 SIAR模型来源解析岩溶水

硫氧同位素解析典型岩溶地下河流域硫酸盐季节变化特征和来源

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环境科学 2021年第9期42卷 4267-4274页

作者：任坤潘晓东兰干江彭聪梁嘉鹏曾洁中国地质科学院岩溶地质研究所桂林541004 自然资源部/广西岩溶动力学重点实验室桂林541004

全球约1/4的饮用水源为岩溶水,但岩溶含水层极易遭受人类活动污染.以八步地下河为例,利用硫酸盐(SO^(2-)_(4))浓度、硫氧同位素(δ^(34)S-SO_(4)和δ^(18)O-SO_(4))和水中氧同位素(δ^(18)O-H2O)研究岩溶小流域SO^(2-)_(4)的丰、枯水期... 详细信息

全球约1/4的饮用水源为岩溶水,但岩溶含水层极易遭受人类活动污染.以八步地下河为例,利用硫酸盐(SO^(2-)_(4))浓度、硫氧同位素(δ^(34)S-SO_(4)和δ^(18)O-SO_(4))和水中氧同位素(δ^(18)O-H2O)研究岩溶小流域SO^(2-)_(4)的丰、枯水期两个季节变化特征和来源.结果表明:(1)受酸性矿坑水(acid mine drainage,AMD)直接影响的采样点SO^(2-)_(4)浓度较高(≥250 mg·L^(-1)),枯水期>丰水期,其他采样点浓度季节变化相对较弱且浓度低.(2)地表水丰水期δ^(34)S-SO_(4)与δ^(18)O-SO_(4)平均值分别为-10.5‰和4.7‰,枯水期为-11.5‰和1.3‰;地下水丰水期δ^(34)S-SO_(4)与δ^(18)O-SO_(4)平均值分别为-2.9‰和7.1‰,枯水期为-3.2‰和6.2‰.地表水和地下水中δ^(34)S-SO_(4)与δ^(18)O-SO_(4)值都存在丰水期偏重、枯水期偏轻的特征.(3)丰、枯水期流域内地表水和地下水中各采样点δ^(34)S-SO_(4)值变化不明显,表明在特定的采样点SO^(2-)_(4)的来源相对稳定.(4)地表水和地下水中SO^(2-)_(4)主要来源于雨水、硫化物和石膏,地下河出口各来源丰水期所占的比例分别为13%、40%和47%,枯水期为18%、39%和43%.

关键词：硫氧同位素硫酸盐岩溶含水层地下河酸性矿坑水来源解析

岩溶区不同土地利用下地下水碳同位素地球化学特征及生态意义

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环境科学 2019年第10期40卷 4523-4531页

作者：任坤潘晓东曾洁焦友军彭聪梁嘉鹏中国地质科学院岩溶地质研究所桂林541004 自然资源部广西岩溶动力学重点实验室桂林541004

通过分析贵州洪家渡盆地地下水水化学和溶解无机碳(dissolved inorganic carbon,DIC)同位素(δ13CDIC)季节变化特征,探讨岩溶区不同土地利用类型下影响地下水δ13CDIC特征的自然过程和人为因素.结果表明:洪家渡盆地地下水中DIC主要来源... 详细信息

通过分析贵州洪家渡盆地地下水水化学和溶解无机碳(dissolved inorganic carbon,DIC)同位素(δ13CDIC)季节变化特征,探讨岩溶区不同土地利用类型下影响地下水δ13CDIC特征的自然过程和人为因素.结果表明:洪家渡盆地地下水中DIC主要来源于碳酸盐岩风化和土壤CO2.地下水δ13CDIC值冬季为-14. 8‰^-4. 1‰,平均值-10. 1‰;夏季为-14. 5‰^-6. 3‰,平均值-10. 2‰.含煤地层中硫化物氧化和酸雨带来的H2SO4参与碳酸盐岩风化使地下水δ13CDIC值整体偏正.由于土壤CO2效应,人类活动干扰程度小的林地地下水δ13CDIC值夏季冬季.居住区人为输入的有机质降解对地下水DIC贡献较大,冬夏季δ13CDIC平均值分别-11. 9‰和-11. 6‰,季节差异较小.不同季节、不同土地利用类型下,人类活动方式不同导致地下水δ13CDIC值与水化学存在差异.因此,δ13CDIC可以反映人类活动对岩溶含水层的影响,具有良好的生态指示意义.

关键词：土地利用碳同位素溶解无机碳(DIC) 水化学地下水岩溶区洪家渡盆地

乌蒙山区岩溶景观特征及其旅游扶贫潜力分析和模式

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热带地理 2020年第1期40卷 10-26页

作者：韦跃龙陈伟海罗书文潘晓东李成展罗劬侃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

在对乌蒙山区社会经济、扶贫现状、自然环境及区域地质背景和岩溶地质特征进行分析和研究的基础上,首先系统探讨了其岩溶景观的类型、发育和分布特征,然后从资源潜力、开发适宜性、区位特性、开发条件、市场潜力等方面探讨和分析其岩溶... 详细信息

在对乌蒙山区社会经济、扶贫现状、自然环境及区域地质背景和岩溶地质特征进行分析和研究的基础上,首先系统探讨了其岩溶景观的类型、发育和分布特征,然后从资源潜力、开发适宜性、区位特性、开发条件、市场潜力等方面探讨和分析其岩溶景观旅游扶贫潜力的大小及其与岩溶特征间的关系,认为:1)乌蒙山区拥有118处不同级别优势(78处省级、32处国家级、8处世界级)的岩溶景观单体或景观区,是全球高原岩溶景观的典型集中发育区和杰出范例,形成并表现出明显的类型、区域优势和特色;2)总体上,随着岩溶景观分布密度的依次降低,以及可溶性特征的减弱和景观区级别的降低,贵州、云南、四川三大岩溶片区以及各县域岩溶区、各类岩溶景观单体或景观区资源的优势性、聚集性、规模性及知名性依次降低,旅游扶贫潜力依次下降;3)观光体验和休闲度假,是乌蒙山区各岩溶区最适宜,且最具优势和开发潜力的旅游产品;4)乌蒙山区的区位特性、开发条件和市场潜力等则明显逊色于其他相似的岩溶地区。最后,在上述分析的基础上提出了观光休闲旅游、生态旅游、科学旅游、文化旅游、探险科考等5种乌蒙山区岩溶旅游扶贫模式,并从政府、基础设施、区域旅游发展、区域协作、发展理念等方面探讨了岩溶旅游扶贫的保障机制。

关键词：岩溶景观扶贫潜力分析扶贫模式扶贫保障机制乌蒙山区

重工业城市岩溶地下水中多环芳烃污染特征及来源

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环境科学 2019年第1期40卷 239-247页

作者：苗迎孔祥胜李成展中国地质科学院岩溶地质研究所自然资源部/广西壮族自治区岩溶动力学重点实验室桂林541004

为了确定岩溶区重工业城市地下水中多环芳烃的时空变化特征以及来源,采集柳州市丰枯水期23个地下水样品,利用16种多环芳烃的成分谱,结合其物理化学性质以及柳州市具体情况,分析多环芳烃在柳州市地下水系统中的变化及来源.结果表明:(1)... 详细信息

为了确定岩溶区重工业城市地下水中多环芳烃的时空变化特征以及来源,采集柳州市丰枯水期23个地下水样品,利用16种多环芳烃的成分谱,结合其物理化学性质以及柳州市具体情况,分析多环芳烃在柳州市地下水系统中的变化及来源.结果表明:(1)柳州市丰水期地下水中ΣPAHs平均浓度柳北区>柳东区>柳西区>鸡喇地下河,且PAHs浓度所占比重均随分子量的增大而减小;枯水期鸡喇地下河>柳北区>柳西区>柳东区,且4环PAHs浓度所占比重均为最高,5~6环次之.(2)柳州市枯水期地下水PAHs呈现较高污染水平,丰水期污染水平较低;(3)化石燃料等有机物高温燃烧为PAHs主要来源,主要由工业过程、交通运输、取暖做饭等人类活动产生.

关键词：重工业城市岩溶地下水系统多环芳烃时空变化来源

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钙华生物沉积作用研究进展与展望

地球科学进展 2019年第6期34卷 606-617页

作者：汪智军殷建军蒲俊兵袁道先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

弄清钙华生物沉积作用有助于更好地理解钙华微岩相结构和地球化学特征的气候环境指示意义。总结和综述了与钙华沉积相关的生物群落、生物成因钙华微岩相结构、钙华生物沉积作用过程及其对钙华地球化学特征影响的研究进展,并展望了未来... 详细信息

弄清钙华生物沉积作用有助于更好地理解钙华微岩相结构和地球化学特征的气候环境指示意义。总结和综述了与钙华沉积相关的生物群落、生物成因钙华微岩相结构、钙华生物沉积作用过程及其对钙华地球化学特征影响的研究进展,并展望了未来的研究重点。细菌、藻类和苔藓等广泛参与到钙华沉积中,形成了许多不同类型的孔隙结构、晶体结构和纹层结构。生物沉积过程主要包括:①生物生长扰动水流使得CO2逸出;②代谢作用(如光合作用)过程诱导碳酸钙沉积;③"表面控制"过程影响晶体成核及生长。生物沉积作用驱动了元素的迁移转化,对沉积水体和钙华地球化学特征具有重要影响。钙华在地球生物学研究中具有重要潜力,未来需要加强现代钙华沉积中的物理化学和生物过程相互作用机制及其各自贡献的量化研究,以便准确地解译钙华沉积记录。

关键词：钙华生物群落生物成因结构生物沉积过程地球化学特征