水-岩-气相互作用引起的水化学动态变化研究--以桂林岩溶试验场为例

摘要

利用多参数自动记录仪对桂林岩溶试验场的降水量、水位、水温、pH 值和电导率进行了监测,数据采集间隔根据参数变化的程度由2min到1h不等.结果发现,岩溶裂隙水在洪水期间pH 值呈降低趋势,而电导率呈升高的不寻常变化.与此相反,对于岩溶管道水,同样是在洪水期间,它的pH 值是升高的,而电导率呈正常的降低.考虑到Ca2+ 和 HCO-3 分别为地下水中主要的阴阳离子(>90%),及它们与电导率的线性关系,计算得到了洪水期间方解石的饱和指数(SIc)和水的CO2分压(Pco2)的变化情况.发现洪水时裂隙水的Pco2高于正常情况的Pco2,而它的SIc值比正常情况低.与此相对,对于管道水,尽管同一洪水期间其SIc降低,但Pco2也降低.从这些结果,可以推断,至少有两个关键的过程控制着洪水期间的水化学变化.一个是雨水的稀释作用,另一个是水-岩-气的相互作用.然而,对于裂隙水来说,后者的作用可能更重要,即在洪水期间,高浓度的土壤CO2 溶解于水中,则更具侵蚀性的水能溶解更多的石灰岩,从而增强水的电导率.而对于管道水,雨水的稀释作用更重要,因为研究区较高的pH和低电导率的雨水能更快地通过管道流出,所以,要了解岩溶系统水化学的变化,仅考虑水-岩相互作用是不够的,我们还必须重视CO2气体对岩溶系统中水化学变化的影响.总之,水-岩-气相互作用的概念必须引入岩溶水化学的研究中.