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2019年  第38卷  第5期

水文地质
我国北方典型岩溶地下水位对降水及气象指数的响应特征——以鲁中地区为例
李传生, 祁晓凡, 王雨山, 安永会, 邢立亭
2019, 38(5): 643-652.
摘要:
我国北方岩溶水资源是其经济社会发展的重要资源基础,表征水资源赋存特征的岩溶地下水位动态及其影响因素分析能够为岩溶水资源管理及合理开发利用提供重要支撑。本文选取鲁中地区3个典型水文地质单元,基于2010-2017年月值降水、地下水位及NPI气象指数数据,采用小波分析方法对上述指标的周期性、响应特征及遥相关特征进行了分析。结果表明:(1)各岩溶地下水位动态、降水与NPI的主波动周期均为1 a,其显著周期与分布时段等的异同是受自然条件和人类活动共同作用的结果。(2)各水文地质单元岩溶水位对降水的响应时滞为95.81~146.64 d,其差异主要源于观测站所处的地下水流系统的位置的不同。(3)NPI与降水存在一定的遥相关,与受降水影响的岩溶水位动态也存在遥相关。各岩溶水位对NPI的遥相关时滞为111.75~169.77 d,相比水位对降水时滞有所增加。鲁中岩溶地区地下水位对降水与NPI存在规律性的响应时滞,此种特征可为我国北方岩溶地下水位的预警预报提供帮助。
济南市岩溶泉域地下水化学特征与水环境演化
管清花, 李福林, 王爱芹, 冯平, 田婵娟, 陈学群, 刘丹
2019, 38(5): 653-662.
摘要:
分析山东省济南市趵突泉泉域的岩溶地下水水化学特征与水环境,揭示各化学指标的区域分布特征、时间变化特征以及相互转化关系,总结出济南地区地下水环境现状与演化规律。结果表明:济南市岩溶地下水水化学类型自东南向西北沿流场方向为:HCO3?SO4-Ca→HCO3?SO4-Ca?Mg→HCO3-Ca→HCO3-Ca?Mg;地下水NO〖_3^-〗-N浓度总体呈增高趋势,总硬度和TDS浓度较高,农业种植区大量使用化肥农药和企业污染物的排放,是引起济南市岩溶地下水水环境问题的主要原因。
渝东南深部地热温度解析
王治祥, 蒋晶, 邹胜章, 冉瑜, 谢斌, 吕玉香, 杨平恒
2019, 38(5): 663-669.
摘要:
热储温度是划分地热系统成因类型和评价地热资源潜力的重要参数。文章在采集分析渝东南13个地热水样的基础上,利用无蒸汽损失石英和有蒸汽损失石英温标法、玉髓法a和玉髓法b,修正的SiO2温标法,K-Mg、Na-Li、Na-K、Na-K-Ca等阳离子温标法计算渝东南深部热储温度,并利用Na-K-Mg三角图解法和矿物饱和指数法检验所用方法的可靠性,结果表明:研究区利用SiO2(无蒸汽损失)温标法和修正后的SiO2温标法计算所得出的热储平均温度更适用,各地热水点热储温度范围在62.78~124.81℃,平均热储温度88.98℃。
渝东南断裂型碳酸盐岩地热水的形成特征
罗丹, 杨平恒, 王治祥, 冉瑜, 蒋晶, 明晓星
2019, 38(5): 670-681.
摘要:
通过水化学法和同位素示踪法对渝东南断裂型碳酸盐岩地热水的地球化学特征及其水资源的形成进行研究。结果表明:郁山断裂以西地热水的水化学类型为Cl-Na型,断裂以东地热水以SO4-Ca?Mg型为主。根据Gibbs图,郁山断裂以西、以东的地热水分别受到蒸发浓缩和岩石风化作用的影响;断裂以西地热水的γNa+/γCl-接近1,表明地热水中高浓度的Cl-和Na+主要是源于地层中岩盐的溶解;断裂以东地热水的γ(Ca2++Mg2+)/γ(HCO_3^-+ SO〖_4^(2-)〗)接近1,表明地热水中高浓度的Ca2+和SO〖_4^(2-)〗主要来源于地层中膏岩的溶解。地热水的δD和δ18O值分别为-64.7‰~-50‰和-9.17‰~-7.89‰,分布在当地大气降水线两侧,表明补给来源主要为大气降水。地热水水源平均补给高程为1 278 m,这很可能来自附近岩溶中山地区。其热储温度为41~90 ℃,平均热储温度为66℃;循环深度为1 000~3 500 m,平均值为2 300 m。大气降水到达地表后,在重力(地形)作用下向深部径流,接受地球内部的热传导形成地热水,由西北向东南流动,沿着断裂带上涌,并接受冷水的混入。
地表溶蚀盆地-地下岩溶联合成库条件分析——以弄岩水库为例
唐智德
2019, 38(5): 682-690.
摘要:
水资源已成为人类社会及经济发展的重要制约因素,国内外都在积极探索不同气候、不同地质条件下水资源的合理开发利用。受地下岩溶发育及气候影响,岩溶地区的地表及地下水资源在时间、空间上分布极不均匀,旱涝并存,通常以单一拦蓄地表水或直接抽取地下水来应对,存在较大局限性。文章在总结分析前人的研究成果上,结合弄岩水库,利用水文系列资料进行相关分析,找出地表水与地下水之间的变量关系及相应可开采水资源量;查明地下岩溶蓄水条件,在岩溶通道设置地下拦蓄工程,实现地表水与地下水联合开发,并利用地表及与地下岩溶水库的调蓄功能均衡供水,有效解决旱涝问题,水资源得以最大化合理利用。
基于MODFLOW-CFP的岩溶水模型降雨非线性入渗补给研究——以湖南省香花岭地区为例
杨郑秋, 杨杨, 邵景力, 苏春田, 崔亚莉, 罗飞
2019, 38(5): 691-695.
摘要:
利用MODFLOW-CFP建立湖南省香花岭渗流-管道流耦合模型,并使用降雨量系数法实现非线性入渗过程,以探讨此方法在模型中的适用性。通过人工试错反演参数,得出6个不同降雨强度区间的降雨量系数;非线性入渗处理后,地下河流量模拟结果的纳什系数提高至0.91。结果表明:降雨量系数法可使该模型更好地模拟地下河流量变化,此方法也适用于一些岩溶小流域的数值模拟工作。
基于水足迹理论与LMDI模型的贵州省水资源利用评价
吴昊, 张兴奇, 都金康
2019, 38(5): 696-703.
摘要:
基于水足迹理论构建区域水资源利用评价指标体系,分析贵州省2000-2017年水足迹时间变化,并采用LMDI模型探讨人口、经济和技术等驱动因素对水足迹变化的影响程度。结果表明:贵州省总水足迹经历了先波动增长后减少再逐渐增加的过程;水资源自给率年均达到97%以上,对外依赖程度较低;水足迹经济效益值逐年增加明显,水足迹土地密度与总水足迹变化趋势一致,而万吨水足迹人口密度则与总水足迹变化趋势相反;水资源压力指数整体维持在40%以上,其中偏枯水年和枯水年水资源压力指数大于70%;人文驱动因素对水足迹变化的影响程度:经济效应>技术效应>人口效应,自然驱动因素中降水量是导致水足迹变化的主要因素。
生态地质
云南红河州石漠化演变过程及其综合治理成效
赵磊磊, 雷艳娇, 陈俊松, 朱仕荣, 周建洪, 唐芳林, 蓝芙宁, 曹建华
2019, 38(5): 704-712.
摘要:
为了阐明云南红河州石漠化演变特点和综合治理成效,本文以2005年、2011年和2016年TM影像为基本数据源,以县市为单元,通过调查收集、实地验证、定位监测等手段,获得了云南省红河州3个时期石漠化演变及治理成效数据。结果发现:(1)12年间,红河州石漠化土地面积从2005年的3 267.49 km2减少到2016年的2 345.08 km2,生态环境持续好转,石漠化程度总体减轻;(2)红河州石漠化土地主要分布于中西北部的县市,各县市12年间不同监测时段石漠化演变存在差异性,极强度和强度石漠化土地面积急剧减少,中度和轻度石漠化有所增加;(3)2005—2011年石漠化减轻速率明显大于2011—2016年,石漠化土地面积减少比较明显;(4)研究区的石漠化综合治理成效明显,且12年间各县市石漠化演变方向和速率具有复杂性和多变性,治理效果短期之内并不一定明显,而是需要相对漫长的时间方能显现出来,若措施不当,极易重新发生并加剧演变。
喀斯特生态环境风险评价——以贵州省为例
董晓超, 熊康宁, 朱大运, 蓝家程, 廖建军, 曹洋, 刘兴宜
2019, 38(5): 713-721.
摘要:
区域生态环境风险评价具有尺度大、风险源与风险受体多、空间异质性强等特点,开展区域生态环境风险研究是识别生态环境风险水平、制定防范应对策略的重要理论支撑。文章以贵州省为例,参考相对风险模型为风险评价原则,基于自然灾害成因,综合考虑区域自然及经济状况,建立贵州省喀斯特生态环境风险评价框架与指标体系,运用层次分析法及系统聚类分析法,对各评价单元的危险性、暴露性、脆弱性、防灾减灾能力进行分析,并划分了区域风险程度等级。结果表明:贵州省喀斯特生态环境风险分布与生态环境本底和社会经济发展水平相关性明显,高风险区主要分布在生态环境脆弱的高原山地、高原峡谷地区以及综合发展水平较高的贵阳中心城区,低风险区主要分布在喀斯特分布面积少、生态本底好、自然灾害较少的黔东南及黔西北地区。
石灰岩发育土壤团聚体形成机制研究
任娇娇, 周运超, 刘兵, 张春来
2019, 38(5): 722-728.
摘要:
土壤团聚体是土壤最基本的结构单元。为了解岩溶地区石灰岩发育土壤团聚体的形成机制,选择贵阳市花溪区花溪水库石灰岩所发育的土壤为材料,采用干、湿筛法,分析团聚体颗粒的分级情况,并比较拆分有机质与钙镁铁铝离子间连接后四种离子含量的变化以及团聚体各粒级含量的变化。结果显示:团聚体是由细小颗粒在胶结物质有机质与钙镁铁铝离子结合下形成微团聚体,进一步形成更大粒级的团聚体,最后在分子力的作用下粘结土粒或者其他团聚体形成完整的团聚体结构;有机质与钙离子的结合是团聚体形成的主要胶结物质,其次为有机质与镁铁离子的结合,有机制与铝离子的结合作用不大,这与石灰岩矿物主要是碳酸钙有关;研究区发育土壤大粒级水稳性团聚体含量相对较高,土壤抗蚀性好,抵抗侵蚀能力强。
喀斯特小流域土壤石砾分布特征及其影响因素
丁颖蕾, 周运超
2019, 38(5): 729-738.
摘要:
为探究喀斯特土壤石砾含量的影响因素、形成机制及其分布规律,采集了3 180个土壤样品,分析后寨河流域不同影响因素下土壤石砾含量的分布规律,并利用相关性分析得出了影响后寨河流域土壤石砾含量的主要影响因子。结果表明,坡度、岩性、土层厚度和植被类型是影响土壤石砾含量分布的主要影响因素,其中坡度对喀斯特地区土壤石砾含量的分布特征影响作用最大。在不同坡度条件下,土壤石砾含量的分布规律为:坡度<30°时随坡度增加,土壤石砾含量增大。坡度>30°时随坡度增加,土壤石砾含量减小。不同土层厚度下,土壤石砾含量分布规律为:随土层厚度增加,土壤中石砾含量减少。植被类型不同,土壤石砾含量大小排序为:灌木>草本>乔木。不同岩性发育形成土壤,土壤石砾含量大小排序为:白云岩>石灰岩>泥灰岩>第四纪黄粘土>砂页岩。喀斯特地区岩性决定风化成土速率和土壤石砾总量,是土壤石砾含量的物质来源基础。坡度是促进土壤石砾含量迁移、再分配的驱动因素,植被类型和土层厚度是影响土壤石砾含量的响应因素。
灾害地质
基于岩溶水动态的岩溶地面塌陷预测预报方法
高宗军, 鲁统民, 王敏, 冯建国, 刘书江, 王姝
2019, 38(5): 739-745.
摘要:
由于突发性、影响因素多样性等特点,岩溶地面塌陷的预测预报目前只能做到区域上的危险区划定,而不能实现危险区内何时、何处发生塌陷的预测预报。已有岩溶地面塌陷调查结果表明,岩溶地面塌陷的发生是有前兆的,即附近水井会提前出现水位波动大、水浑浊等现象。本文据此提出了建立健全岩溶水监测网络,对岩溶水位、水量、浊度及主要化学组分等指标进行实时动态监测,结合岩溶水流向等参数,实现短时间(数小时至数日)、小范围(小于监测网络间距)的较高精度岩溶地面塌陷预测预报的方法,并以山东省莱芜市孟家庄地区为例做了简要说明。
珠三角地区岩溶分布特征及发育规律
蒙彦, 郑小战, 雷明堂, 李卓骏, 贾龙, 潘宗源
2019, 38(5): 746-751.
摘要:
在综合分析区域构造、地层岩性与岩溶发育关系的基础上,结合钻探资料,系统总结出珠三角地区的岩溶分布特征和发育规律。结果表明:珠三角地区的岩溶分布可分为3个条带,形成发育分为3个阶段,分别受地质构造、古水文网和地下水控制。岩溶横向发育规律受地质构造和岩石化学性质综合控制,岩石化学性质为内在因素,起决定性作用,地质构造为地下水提供通道,起主导作用;区内强岩溶发育带集中分布在石炭系的壶天组和石磴子组中,国土空间规划布局和工程建设选址应重点评价。岩溶纵向发育分为4层,最深可达标高400 m以下,其中标高-35~-80 m为岩溶极强发育带,地下空间开发利用应尽量避让,而标高-35 m以上和-100 m以下岩溶发育较弱,在适当采取工程措施后,较适宜开发利用。
岩溶地下工程施工抽水诱发黏土层地面塌陷机理及临界条件探讨
柳林, 姜伏伟, 张发旺, 刘伟, 栾崧
2019, 38(5): 752-758.
摘要:
岩溶地下工程施工抽水容易诱发地面塌陷工程事故,目前关于此问题的研究,主要针对砂性土层,较少涉及黏土层,但大量的抽水致塌事例发生在黏土层。本文分析施工抽水对界面上黏土性质、地下水动力条件的影响,并划分出Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个影响区。依据“土-水”耦合作用,在Ⅰ、Ⅱ区建立非饱和黏土地面塌陷崩解作用模式及其判据,在Ⅲ区建立饱和黏土地面塌陷潜蚀作用模式及其判据。为了应用于施工抽水实践,推导出潜水非完整孔和承压水非完整孔抽水诱发地面塌陷的临界抽水流量表达式,并计算出南宁地铁工程场地地面塌陷的临界抽水量为17.97 m3?d-1。在场地内进行的现场抽水验证性试验的结果表明此临界抽水量具有一定的工程应用性及参考借鉴意义。
技术方法
探地雷达技术对表层岩溶带典型剖面组构刻画与界面识别
高强山, 彭韬, 付磊, 王世杰, 曹乐, 程倩云
2019, 38(5): 759-765.
摘要:
表层岩溶带是岩溶研究的重要对象,以往研究以剖面调查半定量为主,文章利用探地雷达属性技术对其发育情况进行定量研究。选取3个表层岩溶带的典型剖面(浅裂隙土、深裂隙土、厚土层覆盖),并采集探地雷达数据,通过提取相干体属性和均方根振幅属性来挖掘雷达数据中的潜在信息,用于区分介质组构和识别发育深度界面。结果表明,均方根振幅属性较好地区分出了浅裂隙土型和深裂隙土型的岩土介质,厚土层覆盖型的犁耕层与非犁耕层土壤介质;相干体属性能较好地识别出表层岩溶带和下部完整基岩,定量化其发育厚度。
不同充填介质下的溶洞跨孔电阻率CT探查数值模拟
胡富彭, 欧元超, 付茂如
2019, 38(5): 766-773.
摘要:
城市地铁修建过程中常常会遇到溶洞等不良地质条件,为更加准确探查地下溶洞的位置和大小,采用有限元法和最小二乘法正反演数值模拟手段,利用孔距、电极距和与钻孔距离三个变量构建了地下溶洞的地电模型,分析并总结了跨孔电阻率CT法对充气、充水和部分充水溶洞的电阻率响应特征及规律。结果表明:部分充水溶洞的水、气分界面明显,低阻区域和高阻区域与溶洞充水、充气部分位置大小一致,且随着溶洞充水量的增加,溶洞低电阻率响应增强,其异常范围向溶洞顶部扩大;跨孔电阻率CT法能够有效识别溶洞充填性状。
奥维地图遥感影像在威信地区1∶5万地质填图中的应用
潘明, 郝彦珍, 吕勇, 苏光样
2019, 38(5): 774-784.
摘要:
滇东北威信一带位于云贵川三省交界附近,构造样式上属侏罗山式褶皱区,以沉积地层为主,因岩石力学性质和风化程度不同,各地层岩石组合和地质地貌的遥感影像特征具有显著差异。以本区不同年代的岩石地层、地貌类型及线性构造为研究对象,利用奥维地图不同比例尺的遥感影像数据进行解译,并结合地质填图过程中的实地验证,明确本区特定地层、岩石和构造的影像特征,并以此为基础,实现了填图路线的合理布局、岩性变化的预判、岩溶地貌类型的划分和地质图的成图处理等工作。通过奥维地图遥感影像的解译工作,地质体界线定位精度较高,可满足1∶50 000区域地质填图要求。
基于GF-1影像多尺度-光谱差异分割的不同喀斯特地貌区土地利用信息提取
陈啟英, 安裕伦, 周旭, 伍显, 奚世军, 郝新朝
2019, 38(5): 785-794.
摘要:
影像分割是高分辨率遥感影像信息提取的前提,遥感影像分割的精确程度直接影响遥感分类的精度。为提高喀斯特山区遥感影像信息提取的精度,采用多尺度-光谱差异分割对喀斯特山区高分辨率影像分割,通过标准最近邻分类法提取土地利用信息,对比了仅多尺度分割、多尺度-光谱差异分割两种分割方法下喀斯特山区土地利用信息提取的精度。结果表明:(1)多尺度-光谱差异分割能改善过分割和欠分割现象。(2)多尺度-光谱差异分割优于单一使用多尺度分割。(3)多尺度-光谱差异分割综合了影像的光谱、纹理、形状等特征,进而提高了喀斯特山区影像分割分类的精度。
荧光示踪剂的干扰实验研究
程烯, 万军伟, 黄琨, 项立磊, 何欣慧
2019, 38(5): 795-803.
摘要:
通过在室内无光照条件下开展干扰实验,探究了荧光素钠、罗丹明和荧光增白剂三种示踪剂之间的干扰规律,并应用于野外地下水二元示踪试验实例,说明了校正荧光示踪仪检测浓度(ΔC)的方法。结果表明:(1)在实验室条件下,荧光素钠的抗干扰性最强,罗丹明次之,荧光增白剂易受到干扰产生检测浓度增大的假象,这种假象服从线性变化规律;(2)当使用罗丹明作为示踪剂时,ΔC钠=0.052C罗、ΔC白=0.012C罗;当使用荧光素钠时,ΔC罗=0.507C钠、ΔC白=0.323C钠。在野外开展二元示踪试验时,建议尽量选用相互之间干扰较小的罗丹明和荧光增白剂进行组合投放,或利用本实验得到的不同示踪剂之间的干扰规律对荧光示踪仪的检测浓度进行校正。
气候环境
云南华坪全新世大暖期百年尺度的季风气候的石笋记录
张美良, 朱晓燕, 吴夏, 潘谋成
2019, 38(5): 804-814.
摘要:
通过对云南华坪葫芦洞FL4石笋进行高精度的ICP—MS—230Th/U测年和高分辨率的碳、氧同位素分析,建立了该地区6 060-4 185 a BP间高分辨率的西南季风气候变化时间序列,进而揭示了该时段发生的3次季风减弱事件。 这3次百年尺度(持续时间为90~240a)的干旱寒冷事件,分别发生在6 060-5 950 a BP、5 380-5 140 a BP、4 810-4 620 a BP,呈台阶状演变;而石笋的碳同位素记录揭示了2次强降水事件,分别发生在5 503-5 443 a BP和4 210-4 185 a BP,持续时间分别为25a和60a。石笋碳、氧同位素记录的西南季风减弱以及强降水事件明显受太阳辐射强度的控制。分辨率为3~10 a的碳、氧同位素记录表明,在百年尺度的西南季风气候变化上,叠加了一系列十年尺度的气候突变事件,呈锯齿状的高频波动。这些短时间尺度的季风气候波动事件与树轮14C 残差、冰芯记录极为相似,反映低纬度地区石笋记录的季风气候与高纬度及北极地区的气候具有极好的可比性,可能主要是受中低纬度太阳辐射强度以及北半球大气环流的影响,太阳辐射强度的变化是控制印度季风的快速推进或退出(萎缩)以及百年尺度上的气候波动的主要动因。
喀斯特洞穴康养适宜性评价——以贵州红果树景区天缘洞为例
贾真真, 黎有为, 高占冬, 汪炎林, 吴克华
2019, 38(5): 815-822.
摘要:
被誉为“空气维生素”的空气负离子具有调节神经中枢、促进新陈代谢等生物效应,有益于人体身心健康;同时负离子还具有抑菌、杀菌的作用,在喀斯特洞穴中负离子含量高,也造就了洞内洁净的空气。喀斯特洞穴康养就是依托于洞穴环境与小气候而开展的疗养、康体、休闲等一系列有益身心健康的活动。本文采用指数分析法,从人体感受与环境卫生学角度选取人体气候舒适度指数、空气清洁度指数和空气负离子富含度指数构建喀斯特洞穴康养功能指数(CRFI)并以贵州红果树景区天缘洞为实例,来评价喀斯特洞穴的康养适宜性。通过层次分析法确定三个指标权重分别为0.142、0.286、0.572。根据2017年8月至2018年7月的洞穴环境连续监测数据发现,天缘洞洞内氡浓度年均为610.26 Bq.m-3,洞内CO2浓度年均521.900 ×10-6,符合国际辐射安全要求,满足洞穴康养开展的前提条件;洞内年均温为14 ℃,相对湿度大,人体气候舒适度相对较低;洞内正负离子含量在时间与空间上都存在较大幅度的变化,负离子浓度空间分布规律存在以TY-4地下湖为中心向洞口方向逐渐递减趋势,天缘洞4-9月全洞段空气负离子含量较高,空气清洁度指数均高于1.00,属于最清洁空气,极有利于人体健康。天缘洞全年的洞穴康养功能指数显示天缘洞最佳洞穴康养时间为5月与9月,最佳康养地点位于TY-4地下湖附近,仅有12月与1月不适宜开展洞穴康养活动。