不同降雨条件下典型亚高山表层岩溶泉水化学特征及其碳汇效应研究——以重庆金佛山水房泉流域为例

摘要

在我国，岩溶地下水是十分重要的淡水资源，它的存储量在地下水资源中占四分之一。我国岩溶地区的地质条件十分脆弱，表层土和地下水上下分离的格局，往往导致生态环境脆弱以及水土流失，甚至会造成石漠化严重。但也恰好是存在着这种特殊的地表、地下二元构造，让地表水能够迅速的转换成地下水，使降雨时期成为了研究岩溶地下水水文化学特征的重要时期。在不同的降雨条件下研究岩溶水文地球化学的动态变化特征，对深入的了解岩溶动力系统，推动岩溶动力学理论的发展具有重要意义。
　　本文选取重庆市南川区金佛山水房泉为研究对象，在充分调查和掌握研究区的气候、地质与地貌等资料和前人研究成果的基础上，运用自动化监测仪器，监测不同降雨条件下金佛山水房泉水化学的动态变化，并且选择几场具有代表性的降雨，从不同的降雨条件下研究岩溶水化学的动态变化特征，以此来掌握不同降雨条件下岩溶地下水的系统变化信息。
　　通过水化学—流量法可以对岩溶地下水的碳汇进行计算研究，但很多学者的研究还有很多不确定性，计算结果的准确性相差比较大。这是由于大部分研究都是把大面积的地下水流域作为研究对象，从大的时间尺度来考虑碳汇的变化，从而忽略了短时间尺度下的气候变化、地下水流量等因素对岩溶地下水碳汇的影响。另外，为了运用水化学计算方法精确量化岩溶碳汇，对气候变化、地下水流量等因素对岩溶碳汇的影响研究也是十分重要的。
　　本文通过自动化检测仪器对金佛山水房泉的水温、电导率、水位等参数的监测结果，采用水房泉2010年5月到2011年4月一个完整水文年的数据，运用水化学—流量法计算出水房泉一个完整水文年的月碳汇通量。从短时间尺度下，分析了岩溶地下水碳汇的变化规律以及主要的影响因素。
　　通过上述研究，本文主要总结出以下结论:
　　1、金佛山水房泉的水温变化范围为8.8～10.2℃，平均值为9.6℃;pH值介于7.81～8.32，平均值为8.09;电导率的变化幅度较大，范围在150～370μS/cm之间，平均值为220μS/cm; SIc变化幅度较小，范围在-0.6～0.7之间，平均值为0.27。水房泉的水化学类型为HCO3—Ca型，在阳离子中，Ca2+占离子总量的86.9％～96.4％;在阴离子中，HCO3-占离子总量的82.7％～96.8％。
　　2、金佛山水房泉的水体主离子在四季也表现出一定的变化特征:各种阴阳离子的含量在冬季达到最高，在春季和秋季次之，夏季水体中各种阴阳离子的含量是最低的。出现这种季节变化差异，主要原因是由于降雨量的不同，夏季降雨量大，稀释效应显著，冬季降雨量少，水体中各种阴阳离子的含量较高，春季和秋季的降雨量介于冬季和夏季之间，因此各种阴阳离子的含量也介于冬季和夏季之间。
　　3、在降雨条件下，金佛山水房泉的各种岩溶水化学指标对降雨响应及时，但在不同降雨强度下，金佛山水房泉的岩溶水化学特征响应并不一致。水房泉的水化学指标对小雨的响应程度较小，表现为起伏平缓;对大雨响应较为明显;对暴雨的响应十分明显，表现为大起大落;在短时间连续降雨期间，水化学指标的响应程度逐渐加强。
　　4、在不同降雨时间尺度上，金佛山水房泉的岩溶水化学特征也表现出一定的变化特征。从年尺度来看，在降雨条件一定的情况下，水温是影响地下水水化学指标的主要因素。在不同的季节尺度上，金佛山水房泉的各个水化学指标表现为雨季低于旱季的特点。
　　5、金佛山水房泉的碳汇通量在6、7、8三个月份较高，1、2、12月的碳汇通量较少，雨季碳汇通量远大于旱季，且月碳汇通量同月降雨量和月径流量存在很好的同步关系。
　　6、金佛山水房泉的HCO3-含量受到气温变化、降雨强度、流量变化以及表层土壤CO2含量的综合影响，月碳汇通量的最值与HCO3-含量的最值在时间上存在很大的差异，这是因为气温变化造成的蒸发作用不同，降雨量变化造成的稀释效应不同而引起的。岩溶水的碳汇通量，主要取决于岩溶水的流量因子，而岩溶水的流量受到降雨量的影响，所以降雨量是控制岩溶地下水碳汇通量的主导因素。

目录

声明

摘要

第1章 序言

1．1 研究背景与意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 岩溶地下水系统

1．2．2 岩溶水化学研究现状

1．2．3 岩溶水碳汇研究

1．3 研究区已有研究成果

1．4 问题的提出

1．5 拟解决的关键问题

1．6 主要研究内容

1．7 主要研究方法

1．7．1 建立自动观测站

1．7．2 现场测定取样

1．7．3 实验室分析测试

1．7．4 方解石饱和指数和二氧化碳分压计算

1．7．5 岩溶作用碳汇通量估算方法

1．7．6 数据的分析整理

1．8 研究技术路线

第2章 研究区概况

2．1 地质与地形地貌

2．2 气候与水文地理背景

2．3 植被土壤

第3章 研究区水文地球化学特征

3．1 物理化学特征

3．2 溶解离子组成特征

3．3 水化学季节变化特征

3．4 本章小结

第4章 不同降雨条件下岩溶水文变化特征

4．1 不同降雨强度下岩溶水文变化特征

4．1．1 小雨

4．1．2 大雨

4．1．3 暴雨

4．1．4 短时连续降雨

4．2 不同降雨时间尺度下岩溶水文变化特征

4．2．1 年尺度下

4．2．2 季度尺度下

4．3 本章小结

第5章 短时间尺度下碳汇通量估算以及碳汇影响因素分析

5．1 碳汇通量计算

5．2 碳汇通量影响因素分析

5．2．1 碳汇通量与降雨量和径流量的关系

5．2．2 碳汇通量与HCO3-之间的关系

5．2．3 碳汇通量同径流量和HCO3-的关系

5．3 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 主要结论

6．2 存在问题

6．3 展望

参考文献

致谢