五指山隧道岩溶发育及涌水的特征研究

五指山隧址区有10种岩溶形态,在隧址区地质调查基础上,分析了五指山地区岩溶发育的演化历史.采用径流模数法、年降雨有效渗入时间系数法及地下水动力系数法对各区段隧道涌水进行了计算,并对隧道贯通前后涌水动态变化进行了分析.五指山隧道主要涌水位置有5处,其中进口段的“8.6”断层突水和出口段的膏溶角砾岩突水,突水量大,给隧道施工和隧址区环境带来严重影响.     

重庆走马岭隧道岩溶及岩溶水发育特征

走马岭隧道通过方斗山背斜可溶岩地区。岩溶发育强烈。在分析隧址区地质环境的基础上，详细论述隧址区岩溶发育分布规律和特征，岩溶水补、径、排条件及化学特征，为隧道安全施工提供科学依据并提出建议。     

土壤化学场对桂林地区表层岩溶的影响——野外监测与实验室模拟

以桂林附近岩溶水地球化学试验场为基点研究了土壤化学条件对岩溶的影响，分别用砂滤管法、便捷式pH计及CO2浓度计及水化学简易测定在野外监测了岩石试片的溶解，土壤覆盖条件下土壤及岩溶水pH、CO2浓度及HCO3^-浓度。用淋溶柱法实验室模拟了不同土壤覆盖下岩石试片溶解。对岩溶系统中植物--凋落物--土壤有机质--土壤CO2--岩溶水HCO3-钙华-岩石的^13C进行了采样和分析。结果表明，土壤pH、土壤有机质（由此影响CO2浓度）及Ca^2 饱和度构成影响岩溶活动的土壤化学场。岩溶水HCO3^-和钙华CaCO3中的C与土壤CO2-C密切相关。因此，岩溶过程涉及土壤发生性碳的作用，它通过大气-植物-有机质-土壤CO2-岩溶水HCO3^-而在系统中转移，岩溶水地球化学流中存在土壤Ca^2 与岩溶水的界面交换。据此提出了研究区表层岩溶碳转移模式。     

岩溶隧道建设引起的地下水环境负效应研究——以铜锣山隧道为例

岩溶地区隧道工程建设引起的地下水环境负效应屡见不鲜.本文在借鉴国内外地下水环境影响评价相关研究成果的基础上,提出了岩溶地区隧道工程地下水环境负效应评价指标体系,并采用层次分析法确定了各指标的权重.经用于铜锣山隧道实例研究,得出该隧道建设产生的地下水环境负效应为Ⅱ级(较弱)的结论,这与实际调查结果较为相符,表明文中建立的评价指标体系和采用的评价方法较合理,可为类似隧道工程的地下水环境负效应研究与评价提供实用参考.     

通海隧道施工涌突水灾害与环境影响研究

通海隧道是中国云南国际铁路通道昆明-河口线上的主要工程,也是云南省在建的最长隧道。隧道全长10 302 m,全隧道为单面坡,最大坡度为20.4‰。该隧道在通海县境邻近杞麓湖,作为通海县重要的水资源,杞麓湖具有工农业用水、调蓄、防洪、航运、旅游、水产养殖等功能,是通海县社会经济发展的主体。隧道施工以来,在进出口的数个出水点涌出大量的地下水,由于工程区为生态敏感的岩溶地区,因此亟需查明隧道涌水与周边杞麓湖等水体的水力联系。通过对隧址区岩溶水文地质条件的研究,在充分了解区域构造环境、褶皱与断裂特征、掌握地下水含水岩组及其富水特性、地下水补径排特征的基础上,划分出隧址区的水文地质单元,结合隧道施工涌水状况以及已开挖段所揭示的地质条件等,利用地质原形研究和同位素分析等方法重点分析隧道涌水来源及其与杞麓湖的水力联系,明确隧道工程对周边地区水环境的影响。     

污水排放对晋祠泉域地下水环境的影响及保护研究

近年来,晋祠泉域内的污水排放量逐年增加,致使地表水、浅层地下水、岩溶水的水环境日趋恶化,尤其是古交市重点水源保护区,被污染的地表水和浅层孔隙水直接入渗补给岩溶水,造成了地下水不同程度的污染,严重威胁到太原市西部边山地区城乡居民的饮水安全.通过对泉域内污水排放的调查,研究了污水排放对地下水的影响,制定出了泉域地下水环境管理保护方案,可为加强管理提供决策依据.     

贵州省绥阳县麻黄洞土壤渗透水-洞穴水元素变化特征及气候响应

[目的]探究白云岩洞穴上覆土壤渗透水—洞穴水水化学元素变化特征及相互关系,揭示岩溶水Ca,Mg,Sr元素比值变化与洞外气候的响应关系。[方法]以贵州省绥阳县双河洞洞穴系统中的麻黄洞为研究对象,通过麻黄洞4个洞穴水点和上覆3个土壤点土壤渗透水的定期监测、采样和室内实验,并运用统计分析方法和元素比值法对各监测指标进行比较分析。[结果]①麻黄洞上覆土壤渗透水主要水化学指标表现为旱季雨季、洞穴水主要水化学指标表现为雨季旱季的季节性变化特征。②洞穴水EC,Ca~(2+),Mg~(2+),HCO~-_3,Sr~(2+)离子浓度约为土壤渗透水的2～6倍,表明表层岩溶带岩溶过程对洞穴水水化学元素具有重要影响。③土壤渗透水对地表降雨和温度变化具有积极响应,旱季滞留于土壤中的大量矿质元素是导致4月份土壤渗透水中Ca,Mg,Sr浓度出现高值的主要原因。④洞穴水Mg/Ca、Sr/Ca比值变化及其相关性,反映了洞穴水受到来源、水—岩相互作用、洞穴水脱气沉积和先期方解石沉淀过程(PCP)等机制影响的协同性及洞穴上覆主要岩溶过程差异,因此其比值变化能够间接表现洞外温度和降雨变化。[结论]土壤渗透水、洞穴水水化学元素具有明显的月间波动和季节性变化特征,且监测点间具有显著差异。两种类型水Ca,Mg,Sr比值变化及相关性对地表降雨和温度变化具有积极响应。     

广西合山煤田岩溶发育规律及机制研究

通过对合山煤田区119个钻孔揭露的溶洞数量、线溶洞率与高程之间的关系,地表岩溶出露的形态、位置、地下强径流带分布状况的研究,总结区内岩溶在垂向上和平面上的发育规律,并从区内岩石的物质基础、构造条件、水化学特征、水的循环交替作用等4个方面阐述区内岩溶的发育机制.结果表明:煤田区岩溶发育具有平面上的不均一性和垂向上的成层分布特征.前者体现岩溶在平面上发育受地层岩性、地质构造及水文地质条件等因素的影响;后者反映间歇性上升的新构造运动及侵蚀、溶蚀基准面和可溶岩出露厚度的变化对岩溶发育的控制.     

湘西洛塔岩溶生态微景观结构对表层岩溶泉的影响

以湘西洛塔典型表层岩溶泉域为例,从表层泉水动态变化和水化学变化两方面研究了微景观结构对表层岩溶泉水调蓄功能的影响。表层岩溶泉降水入渗系数、水动态变化以及水化学组分含量与微景观结构的植被和土壤的覆盖程度呈正相关关系;景观结构和景观类型的空间组合及其变化影响着表层岩溶带的水动态变化。改善生态环境,对增强表层岩溶带的调蓄功能具有重要意义。     

西南喀斯特小流域关键带含水介质分布特征

地球关键带（Earth`s Critical Zone）含水层结构的评估和量化对水文水循环和水资源管理有重要意义。然而,表征小流域尺度复杂关键带含水层结构仍存在巨大挑战。以桂西北喀斯特白云岩峰丛-洼地小流域（1.20 km2）为研究对象,共设置21条、总长度为12605 m的高密度电法测线,并结合水文地质钻井,解析小流域尺度含水介质的分布特征及其影响因素。结果发现,构造运动和动力变质作用导致小流域发育多条断层带,为岩溶含水介质（包括土壤、表层岩溶带和表层岩溶泉）的空间分布提供了物质和动力基础。断层带集中发育在洼地,具备良好的水动力和溶蚀环境,导致洼地土壤和表层岩溶带厚度高于坡地且与海拔呈显著（P < 0.05）负线性相关关系。同时,土壤和表层岩溶带厚度空间耦合度高,呈显著正线性关系（R2 = 0.63,P < 0.01）,与坡面侵蚀和汇流以及土壤-表层岩溶带系统特殊的水-CO2-岩石作用有关。岩溶泉出流于洼地或坡脚,其水文特征与土壤-表层岩溶带系统的分布及储水特性有关。该研究可为流域尺度岩溶含水层的表征及未来陆面模型的构建提供数据与技术支撑。     

秸秆覆盖对西南喀斯特坡地幼龄橘园产流产沙的影响

喀斯特坡地幼龄橘园人为扰动剧烈,容易发生土壤侵蚀。秸秆覆盖是坡地常用的水土保持措施,但其在喀斯特坡地橘园的水土保持效益还不清楚。通过人工土槽模拟降雨试验,研究了水稻秸秆覆盖对喀斯特坡地幼龄橘园产流产沙的影响,试验设置了2个雨强(60 mm/h和120 mm/h)和4种水稻秸秆覆盖度(0,20%,50%和80%)。结果表明:(1)秸秆覆盖减小地表径流的效果受降雨强度控制。在中雨强(60 mm/h)条件下,秸秆覆盖可以有效降低地表径流系数。在大雨强(120 mm/h)下,只有20%覆盖度可以减少地表径流系数;(2)在中雨强(60 mm/h)条件下,20%和50%的秸秆覆盖显著增加壤中流和地下径流量; 在大雨强(120 mm/h)条件下,20%的秸秆覆盖显著增加了壤中流量,50%和80%秸秆覆盖度对壤中流量影响不显著;(3)秸秆覆盖可以有效减少地表土壤侵蚀总量,地表土壤侵蚀总量与秸秆覆盖度呈负相关。(4)秸秆覆盖减弱了地表径流的携沙能力,在50%和80%秸秆覆盖度时地表径流的携沙能力得到显著减弱。结果可为喀斯特坡地幼龄橘园合理布设秸秆覆盖措施提供科学依据。     

桂西北喀斯特峰丛不同土地利用方式坡面产流产沙特征

由于缺乏长期定位观测资料,西南喀斯特山区坡地水土流失规律一直不明确,严重影响了该区石漠化综合治理和水土流失防治工作的成效和进程。该文基于13个大型径流小区(宽20m、投影面积>1000m2)5a(2006-2010年)的定位观测资料,分析了桂西北喀斯特峰丛洼地不同利用方式坡面降雨产流规律和地表侵蚀产沙特征。结果表明:观测期内年降雨量为1300～2000mm,无论平水年还是丰水年,不同利用方式坡面次降雨径流系数<5%,地表产流很少,降雨几乎全部入渗。不同利用方式地表侵蚀产沙模数虽有较大差异,但土壤侵蚀以微度(<30t/(km2a))为主,部分甚至只有0～5t/(km2a)。植被类型、土地利用方式对坡面降雨产流的影响较小,但人为干扰会增加地表侵蚀产沙量。该文为喀斯特坡地植被恢复重建和水土流失防治提供参考。     

管道孔径对西南喀斯特坡地水土漏失的影响

基于西南喀斯特坡地近地表岩溶管道的调查统计,建立喀斯特区地表—地下二元空间水土过程试验微区,通过人工模拟降雨试验,研究不同雨强下(52,133 mm/h)岩溶管道孔径大小(1,2,5 cm)对水土地下漏失过程的影响.结果表明:(1)岩溶管道孔径的增大显著增大了地下径流系数和径流强度,但对初始产流时间的影响并不显著;在中...     

岩层倾向对喀斯特槽谷区地表/地下产流过程的影响

喀斯特槽谷区在降雨过程中极易发生水土流失,这使得该区生态环境被破坏。以喀斯特槽谷区为研究对象,通过室内模拟其典型顺/逆层坡面特征及地下孔裂隙发育程度,利用人工降雨试验研究不同雨强条件下地表地下产流特征,从而揭示喀斯特槽谷区地表地下产流机制。结果表明:(1)喀斯特槽谷区地表地下产流受雨强影响,小雨强(30 mm/h)条件下地下产流量大于地表产流量,中雨强(60 mm/h)条件下地表产流量增大且裸坡条件下地表产流量大于地下产流量,大雨强(90 mm/h)条件下裸坡与顺层坡的地表产流量均大于地下产流量。(2)地下孔裂隙发育程度对地表地下产流量的分配比例产生影响,地下孔裂隙度越大则地下产流量越多,且2%～3%的地下孔裂隙度时地表地下产流量分配比例发生转变。(3)不同岩层倾向条件下,地表产流量及其分配比例最高为裸坡,最低为逆层坡,地下产流量及其分配比例最高为逆层坡,最低为裸坡。(4)不同岩层倾角条件下,顺层坡地表产流量最高为30°,最低为90°,地下产流量则相反;逆层坡地表产流量最高为90°,最低为60°,地下产流量最高为60°,最低为90°。研究结果可为喀斯特槽谷区地表及地下产流机制的进一步认识提供科学依据。     

贵州省喀斯特地区坡面产流产沙特征

土壤侵蚀和石漠化严重影响了贵州喀斯特地区的可持续发展。为了有效防治该地区的土壤侵蚀,利用径流小区观测法,通过布设经济林地(梨树)、水保林地(香樟、柏树)、坡耕地(农作物)和裸地(对照)5种径流小区,对该地区不同地类坡面产流产沙特征进行研究。结果表明:坡度为13°的坡耕地和经济林地减流减沙效果显著,产流量分别减少了47.5%和25.8%,产沙量分别减少了78.5%和58.9%,香樟、柏树减流效果不明显,但产沙量分别减少了44.7%和79.3%;坡度为18°时,经济林地(梨树)、水保林地(香障)、水保林地(柏树)、坡耕地(农作物)4种地类的产流量减少45.8%,4.9%,3.8%,16.6%,产沙量分别减少了91.3%,81.1%,77.4%,61.6%。25°的坡耕地产沙量是对照的8.9倍,土壤侵蚀量大幅度增加。产流产沙量与降雨量(P)、最大30min雨强(I30)和坡度(s)均呈幂函数关系,产沙量与产流量呈线性关系。     

漓江流域氮磷排放对水肥管理和下垫面属性变化的响应

为分析漓江流域农业面源污染氮磷排放及其主要影响因素,该研究在多年野外监测试验的基础上,运用SWAT(soil and water assessment tool)模型模拟水肥管理和下垫面属性对青狮潭灌区会仙试区氮磷排放的影响。研究中根据会仙试区径流量、总氮及总磷月排放监测数据校准和验证模型,进而采用情景模拟方法,分析稻田化肥施用量(氮肥和磷肥)、灌溉水量、湿地面积和蓄水容积以及岩溶发育程度等变化对试区径流及氮磷排放的影响。结果表明:1)校准期和验证期径流、总氮和总磷排放模拟值与实测值的决定系数和纳什系数分别在0.70和0.63以上,说明SWAT模型在会仙试区径流、总氮和总磷排放模拟上具有较好的适用性。2)针对不同水肥管理水平,化肥施入量和灌溉水量减少30%时,试区出水口多年平均总氮、总磷排放量分别下降11.45%和8.98%、7.79%和5.81%,化肥施用量减少对总氮、总磷排放的削减效果优于降低灌溉水量的削减效果。3)湿地面积或蓄水容量的增加和减少会相应降低和增大试区总氮、总磷排放量,若将湿地面积和蓄水容量均扩大50%,出水口总氮、总磷排放量可削减12.40%和10.44%;同时改变湿地面积和蓄水容量对试区总氮、总磷排放量的影响,超过单独改变其中一个属性影响的叠加。4)岩溶发育程度参数对子流域出水口氮磷排放影响各异,土壤厚度和土壤容重降低可减少试区径流量和氮磷排放量,而土壤有效含水量和饱和渗透系数则表现出相反的作用。该研究显示合理控制化肥施用量,防止湿地面积萎缩和蓄水能力退化,改善和保持岩溶区土壤结构,有助于削减漓江流域岩溶灌区氮磷污染的排放,为当地农业措施优化和水土管理方法提供指导。     

喀斯特岩溶裂隙对地下径流和氮素垂直渗漏的影响

为了探究水土漏失过程对岩溶裂隙发育形态的响应,采用野外模拟降雨试验,研究了裂隙出露型岩土(XL)、裂隙埋藏型岩土(XM)两种结构形态岩溶裂隙对地下径流及氮素垂直渗漏的影响,并以全土微区(QT)为对照。结果表明:裂隙出露型岩土(XL)、裂隙埋藏型岩土(XM)和全土(QT)3个处理中地下径流对降雨的响应时间表现为XLXMQT,其初始地下径流产流时间分别是29,77,139min,XL和XM初始地下径流产流时间分别比QT减少了79.14%,44.60%;降雨产流阈值分别为20.64,55.06,94.90mm,以QT的降雨产流阈值为基准,XL和XM的降雨产流阈值分别减少了78.25%,41.98%;地下径流达到稳定的时间分别为59,107,169min,稳定径流速率分别为42.09,42.36,38.24mm/h。不同结构形态岩溶裂隙下XL全氮、硝态氮渗漏浓度最高,浓度均值分别为11.64,10.45mg/L,除XM外,XL、QT在降雨结束前地下径流中的全氮、硝态氮浓度基本达到稳定;不同结构形态岩溶裂隙下全氮渗漏量表现为XLXMQT,硝态氮渗漏量表现为XMXLQT,地下径流中氮素输出的主要形式为硝态氮,其比例约占全氮渗漏量的82.32%~90.12%,而铵态氮渗漏量占全氮渗漏量的比例不足2%。裂隙的存在,尤其是出露地表裂隙的存在,增加了微区底部单位面积土壤地下径流速率,同时还增加了微区底部单位面积土壤氮素渗漏量,喀斯特地区普遍存在的裂隙结构促进了水分入渗,加剧了地下径流中氮素的渗漏。本研究相关结果可为喀斯特地区水土漏失机制的探索以及物质迁移模型的构建提供科学依据。     

喀斯特地区不同降雨和植被覆盖的坡面产流产沙特征

[目的]分析不同降雨类型下的径流和产沙量特征,及其在不同植被覆盖类型和植被覆盖度下的响应,为喀斯特地区黄壤坡面在不同降雨和植被覆盖条件下的产流和产沙量动态特征研究提供理论基础。[方法]以贵州省黔南州龙里县羊鸡冲小流域2014—2018年径流小区实测数据为基础,基于均值分类的方法,将研究区降雨类型划分为4类,对各指标进行相关性分析、回归模型模拟以及指数函数分析。[结果]不同降雨对研究区产流产沙的影响程度不同,不同植被覆盖类型下降雨特征对产流产沙的影响存在明显的差异。总体上A型降雨(极强雨强,极大降雨量、中等降雨历时的低频次降雨事件)更容易造成侵蚀性危害,该条件下坡面产流和产沙量之间显著相关,并且经果林表现出极好的水土保持效果;B型降雨(强雨强,中等降雨量、短降雨历时的高频次降雨事件)为该地区主要降雨类型;在4种降雨条件下,混交林的水土保持效果优于其他植被覆盖类型。产沙量与雨强、径流深正相关,和植被覆盖度负相关,对产沙量的影响为:径流深平均雨强植被覆盖度。当植被覆盖度到达80%左右,其削减径流以及减沙的效果处于稳定的状态。[结论]在降雨一定的前提下,植被是影响坡面产沙量的关键因子。对于喀斯特地区黄壤坡面而言,增加地表覆盖度是减少产沙量的基础,也是防治水土流失的一项重要举措。     

模拟雨强和地下裂隙对喀斯特地区坡耕地养分流失的影响

喀斯特坡面水土地下漏失直接观测难度大,其土壤养分地下漏失的研究仍处于空白,而雨强和地下孔(裂)隙度(以下简称地下裂隙)对其土壤养分流失影响作用尚不清楚。该文以喀斯特坡耕地为研究对象,通过模拟其地表微地貌及地下裂隙构造特征,采用人工模拟降雨试验研究雨强和地下裂隙对喀斯特坡面氮磷钾养分流失的影响。结果表明:雨强对地表产流产沙影响显著(P0.05),其产流产沙量均随雨强增大而增加,且地表产流产沙临界雨强在30~50 mm/h之间;雨强对地表径流各养分输出负荷、地下径流全氮(TN)输出负荷及径流TN总负荷影响亦显著(P0.05)。地下裂隙度对地下径流TN输出负荷影响显著(P0.05),而总体上对其产流产沙、地表径流泥沙各养分输出负荷及总负荷影响不明显。喀斯特坡面TN、全磷(TP)输出负荷总体以径流为主,而全钾(TK)输出负荷则以泥沙为主。雨强是喀斯特坡面土壤养分流失的重要影响因子,地下裂隙度对其养分流失影响不大,但地下径流是喀斯特坡面主要的养分流失方式。研究结果可为喀斯特坡耕地养分流失的机理揭示及源头控制提供基本参数和科学依据。