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2020年  第39卷  第5期

水文地质
水化学—稳定同位素技术在岩溶水文地质研究中的应用
高旭波, 向绚丽, 侯保俊, 高列波, 张建友, 张松涛, 李成城, 姜春芳
2020, 39(5): 629-636.
摘要:
水化学—稳定同位素技术在岩溶水系统分析中得到了广泛的应用,尤其是在指示岩溶水文地球化学过程、识别岩溶水补给循环途径、溶质溯源及岩溶水污染监测防控等方面显示了独特的优势,产生了丰富的成果。本文着重阐述了环境稳定同位素δD、δ18O、87Sr/86Sr的工作原理,及水化学—稳定同位素技术在岩溶水文地质研究中的应用。此外,论文还以娘子关泉域和北京西山岩溶水系统为例,介绍了运用水化学—稳定同位素技术分析岩溶水系统补给的思路和方法,展望了该技术在岩溶水文地质和岩溶生态环境领域中的应用前景。
山东莱芜盆地东部水文地质条件及富水块段特征
李波, 王金晓, 吴璇, 刘春伟, 徐聪聪, 罗斐, 滕跃
2020, 39(5): 637-649.
摘要:
基于在莱芜盆地开展的1∶5万水文地质调查工作,详细论述了盆地东部地区水文地质条件,将区内地下水类型划分为松散岩类孔隙水、碳酸盐岩类裂隙岩溶水、碎屑岩类孔隙裂隙水与岩浆岩变质岩类裂隙水四类,并总结了其含水岩组富水性;分析了区内地下水补给、径流、排泄特征与地下水动态变化特征;通过收集分析区内钻孔资料,总结了岩溶区岩溶发育特征,发现区内岩溶发育主要集中在200 m以浅,以溶蚀裂隙、蜂窝状溶孔为主;对清泥沟断裂、兴隆山-高峪铺断裂、铜冶店-孙祖断裂等主要控水断裂进行分析,提出东泉、清泥沟、丈八丘三个岩溶水富水块段,分析了各块段的富水机理,并提出各富水块段允许开采地下水量,为地下水合理开发利用提供一定参考资料。
基于水化学、同位素特征的济南岩溶地下水补给来源研究
彭凯, 刘文, 魏善明, 刘传娥, 陈燕, 董浩, 苏动, 袁炜, 韩琳
2020, 39(5): 650-657.
摘要:
文章利用水化学、2H、18O同位素、87Sr/86Sr比值、13C和14C同位素对济南岩溶地下水补给来源、地热水补给来源进行研究。结果表明,岩溶冷水水化学类型以HCO3-Ca、HCO3·SO4-Ca型为主、地热水以SO4-Ca型为主。在旱季,间接补给区对泉群地下水补给比率在66.00%~73.58%之间,直接补给区仅占到26.42%~34.00%,旱季泉水的主要来源为间接补给区岩溶地下水。地热水受到了更新世以来的降水补给,是不同时期降水补给所形成的混合地下水,接受补给区域应为高程较高的张夏或者炒米店-三山子组地层,补给高程在350~550 m之间。
重庆市金佛山台原岩溶地下水系统结构特征分析
林永生, 杜毓超, 邹胜章, 樊连杰, 全洗强
2020, 39(5): 658-664.
摘要:
为了查明金佛山各洞穴之间的地下水力联系,探讨岩溶地下水系统结构特征,于2016年12月进行了多元示踪试验。将罗丹明B作为示踪剂,从药池坝附近消水洞(S01)投入,验证消水洞与北坡水源(水房泉)(S02)之间存在水力联系。结果显示,示踪剂历时曲线为多峰型,推测地下过水通道可能由单管道型演变为多管道型通道;将荧光素钠投入金佛洞地下水流动处(S05)和将罗丹明B、荧光增白剂投入羊口洞地下水流动处(S03),利用高分辨率荧光光度计,于燕子洞(S04)在线监测。结果显示,金佛洞、羊口洞分别与燕子洞之间存在水力联系,且示踪剂历时曲线均为跳跃型,推测地下过水通道可能为发育有一定规模溶潭的多管道型。
岩溶地下河在SWAT中的概化方法——以毕节倒天河流域为例
张程鹏, 张凤娥, 耿新新, 冀俊杰, 陈永康
2020, 39(5): 665-672.
摘要:
岩溶地下河的存在严重影响了土壤和水评估工具(SWAT)在岩溶地区的普遍适用性。针对岩溶地下河在SWAT中的概化问题,提出基于数字高程模型(DEM)预处理结合SWAT流域自动识别功能的方法,将岩溶地下河暴露于地表,把岩溶区复杂的地表-地下二元结构简化为地表一元结构,并以贵州毕节地下河发育的倒天河流域为例进行应用。结果表明:① 对比未经概化地下河建立的模型,概化地下河建立的模型识别流域面积增大30.73%,子流域个数增加29.27%,水文响应单元(HRU)个数增加43.82%;② 参数取最大物理意义范围时,未经概化地下河建立的模型p因子=0.64,不满足建模条件,物理模型本身存在问题;③ 概化地下河建立的模型月步长模拟结果:校准期R2=0.96,NS=0.96,验证期R2=0.94,NS=0.93,月尺度模拟效果非常好。岩溶地下河概化方法使SWAT在流域划分方面更加合理,搭建的模型模拟更加合理。该研究拓展了SWAT模型在岩溶区的应用。
生态地质
岩溶湿地退化评价指标体系构建初探
宋涛, 于晓英, 邹胜章, 张连凯, 周长松, 赵一, 沈利娜
2020, 39(5): 673-681.
摘要:
会仙岩溶湿地是热带和亚热带地区中最大的岩溶湿地之一,由于岩溶湿地脆弱性及人类活动的影响,其湿地面积萎缩,生态功能退化。为了更好保护会仙岩溶湿地,保障湿地的健康和可持续发展,文章探究了造成会仙岩溶湿地退化的关键因子,并结合会仙湿地独特的岩溶特征,筛选出影响会仙湿地健康的指标,利用层次分析法(AHP)对主要指标赋予权重,再通过分析会仙湿地相关资料和标准,构建出一套涵盖3个层次18个评价指标的湿地退化评价指标体系,以此为基础建立了岩溶湿地退化评价方法。
石漠化地区不同种植年限李树土壤呼吸月动态变化研究
周孟霞, 莫碧琴, 杨慧
2020, 39(5): 682-688.
摘要:
选取桂林恭城县国家可持续发展试验示范区石漠化治理过程中不同种植年限李树样地土壤为研究对象,对土壤呼吸进行以月为周期的监测,结果表明:(1)不同种植年限李树土壤呼吸速率的变化趋势随月份变化基本保持一致,呈现多峰形,而从季节尺度上看,随着春夏秋冬四季的交替,土壤呼吸速率逐渐下降;(2)李树种植年限在不同程度上对土壤呼吸速率均有影响,2 a,5 a和20 a的土壤呼吸速率年均值分别为48.56 mgC·(m2·h)-1、45.63 mgC·(m2·h)-1、41.64 mgC·(m2·h)-1,其中幼龄期(2 a)和盛果期(5 a)土壤呼吸速率较高,高的土壤呼吸速率反映了较快的有机代谢和物质循环,是为了满足植物在生长初期所需的碳源及养分,而20 a李树处于生长老龄期,其已维持了一个较稳定的地下生态系统,土壤呼吸作用降低;(3)在雨热同期(4-8月)时,土壤温度和土壤含水量之间呈极显著负相关关系(P<0.01),土壤温度和土壤呼吸速率之间呈极显著负相关关系(P<0.01),而土壤含水量与土壤呼吸速率呈极显著正相关关系(P<0.01),这主要是由于土壤呼吸在时间尺度上存在滞后效应。
贵州喀斯特石漠化防治的国家重点生态功能区生态系统健康度评价
邓欧, 李亦秋, 杨广斌, 李若霜
2020, 39(5): 689-696.
摘要:
文章以桂黔滇喀斯特石漠化防治的国家重点生态功能区贵州区为研究对象,以2010、2015年遥感影像、基础地理信息、降水、土壤等数据资料为基础,集成3S技术和生态评估模型,对水源涵养、土壤侵蚀和石漠化进行定量和定位研究。结果表明:研究区4个亚区的水源涵养功能等级处于“中”、“高”等水平,2015年比2010年的水源涵养指数有所提高;威宁—赫章区、关岭—镇宁区和册亨—望谟区3个亚区的土壤侵蚀模数较大,水土保持功能等级处于“低”等,罗甸—平塘区的土壤侵蚀模数最低,其水土保持功能等级为“中”等;威宁—赫章区2010年中度以上石漠化比重达16.36%,2015年降为8.74%,生态系统健康度从“低”转为“中”;关岭—镇宁2010年和2015年中度以上石漠化比重分别为8.64%和4.49%,生态系统健康度从“中”转化“高”;册亨—望谟和罗甸—平塘的健康度均为“高”,2015年相比2010年均有所提升;4个亚区的石漠化恶化面积所占比重均不到1.00%,石漠化好转区域分别占27.00%、14.10%、10.24%和5.13%,石漠化得到了有效遏制。今后应继续因地制宜,恢复植被和生态系统,巩固和扩大石漠化防治成果。
喀斯特白云岩地区不同土体构型土壤剖面持水导水性能研究
杨静, 王升, 丁亚丽, 陈洪松
2020, 39(5): 697-704.
摘要:
喀斯特区整体土层浅薄且分布不连续,土层和基岩构成了不同的土体构型剖面,而这些剖面的持水导水性能之间是否存在差异,目前尚缺乏清楚的认识。本文通过BEST单环入渗方法研究了喀斯特白云岩区三种土体构型土壤剖面(深厚土层剖面(DS)、浅薄土层剖面(SS)以及土石混合剖面(SR))的持水性能和导水性能。试验结果表明,不同土壤剖面的持水性能、导水性能主要受不同层次土壤颗粒组成特征及剖面构型影响。三种剖面表层土壤都具有较高的导水能力,以SR表层饱和导水率(Ks)最高,可达244.1 mm?h-1,而SS表层Ks为56.8 mm?h-1。DS除表层和风化层外,土壤黏重,导水能力较弱,但是体现出较高的持水能力;SS整体导水能力较弱,持水能力较好;SR土壤疏松,整体持水、导水能力均较好,土石层导水能力相对最差而持水能力最好。就土壤有效水含量而言,SR最高,DS和SS由于土壤较黏重,有效水含量相对较低。该研究结果可为喀斯特地区植被恢复位点的选择提供科学指导和理论依据。
基于三维生态足迹的可持续发展实证研究——以重庆市为例
张晓雨, 周宝同, 明弘
2020, 39(5): 705-713.
摘要:
文章借鉴Niccolucci的三维生态足迹模型,通过计算“国家公顷”,更新均衡因子和产量因子,添加污染物账户,改进传统生态足迹模型,并利用改进模型分析重庆市2008-2017年生态足迹的历时性。在此基础上,构建可持续发展能力综合指数,以研究重庆市可持续发展能力的动态变化。结果表明:(1)存流量指数除2008年、2012年、2013年及2014年之外,其他年份均小于1,说明重庆市存量资本的消耗有所下降;(2)生态资源利用效率指数整体呈逐年降低状态,重庆市资源利用效率逐年提高;(3)生态多样性指数整体呈阶梯式上升,重庆市生态系统的稳定性增强;(4)可持续发展能力综合指数总体上升了13.85%,重庆市可持续发展能力总体增强;(5)生态压力指数介于1.51~2.00之间,生态环境尚处在很不安全状态,存量资本依然在被占用,重庆市尚处于非可持续发展状态,且2017年可持续发展能力综合指数出现小幅度下跌,故应牢固树立绿色发展理念,及时采取措施警惕其继续下滑。
气候变化下贵州省水资源安全空间评价及敏感性分析
刘丽颖
2020, 39(5): 714-723.
摘要:
探讨气候变化下水资源安全的时空演变规律,对喀斯特地区水资源安全的保障有着重要意义。文章采用GA-BP神经网络模型,研究了贵州省水资源安全的空间分异特征,并分析其对气候要素变化的敏感性。结果表明:(1)研究区水资源安全有较强的空间异质性。2001-2015年,黔南的水资源安全一直是全省最差的地区,贵阳的水资源安全改善最为明显,变化幅度最小的是安顺;(2)当变动率相同时,年平均降雨量的变动对水资源安全的影响最大,其增加10%时水资源安全指数上升0.95%,单位地表水资源量变动的影响其次,单位地下水资源量变动的影响最小;(3)对年平均降雨量变化最为敏感的地区是遵义、毕节、六盘水和黔西南。研究结果可为贵州省水资源的调控和开发提供参考。
近百年来贵州高原气温时空演变特征及趋势
胡泽银, 王世杰, 白晓永, 李琴, 吴路华, 陈飞, 杨钰杰, 田诗琪, 邓元红, 李朝君
2020, 39(5): 724-736.
摘要:
在全球气候变暖背景下,气温变化具有显著的地域差异,认识区域气温变化特征,对于生态安全和可持续发展是非常重要的。本文基于CRU、MODIS遥感数据以及气象站观测数据,使用累积距平、一元线性回归、5a滑动平均、线性倾向率、R/S分析等方法,揭示了贵州高原气温的时空演变特征及对生态安全的影响。结果表明:(1)在空间上,贵州高原气温时空演变历史过程具有地域差异性和季节性,总体呈南高北低的空间分布格局,春季和冬季气温空间分布特征比较相似,夏季与春季、冬季特征近似相反,秋季空间分布不明显,主要受到海拔和纬度的影响;(2)1901以来,气温呈现出以-0.31 ℃/century的速率波动下降趋势,且以秋季为主;(3)1951年以来,气温呈现出以0.71 ℃/century的速率波动上升趋势,且以秋季为主;(4)2000年以来,气温呈现出以-5.43 ℃/century的速率波动下降趋势,且以冬季为主,具有一定的年际性和季节性。综上所述,贵州高原气温呈现下降趋势,且主要受到海拔和纬度的双重影响。本研究结果为研究区合理利用气候资源、区域产业结构调整、生态环境保护工程等提供决策支撑。
技术方法
岩溶断陷盆地跨孔CT成像探测岩溶孔隙及赋水状态的实验研究
张华, 张贵, 王宇, 方永林, 代旭升, 王波, 何绕生, 罗为群, 蓝芙宁
2020, 39(5): 737-744.
摘要:
泸西岩溶断陷盆地西南部既比村一带广泛分布着碳酸盐岩,岩溶极为发育,且极不均匀,地表以溶隙、溶沟为主,溶蚀残丘发育,局部发育溶井,出露有既比村大泉。通过开展1∶1万水文地质调查,在综合分析研究基础上,采用高密度电法剖面快速扫面,结合激电测深确定井位,实施的示范孔SK1、SK2钻孔,两个钻孔相距48 m,再进行跨孔CT成像探测地下岩溶发育及地下水的赋存状态实验研究,结果表明跨孔CT成像结果与实际钻探成果解译相差不大,表明该方法能更好地解译出地下岩溶发育及地下水赋水状态特征。采用常规的物探方法仅能推测竖直方向的地质情况,不利于查清横向连续发育的破碎带和溶洞空间分布。跨孔电磁波CT探测技术与钻探相结合,可以弥补这方面的不足。在碳酸盐岩地层中,根据在地下空间中不同发射角度的电磁波能量衰减值,利用反演算法得出地下介质的吸收系数空间分布,重建钻孔之间剖面的吸收系数二维图像,不同的吸收系数判断岩溶发育情况及地下水富水性。跨孔电磁波CT探测在岩溶断陷盆地探测结果说明,这种方法可行有效,为更好地布置钻孔找水提供了先进的技术。
综合物探调查晋祠断裂对晋祠泉流域岩溶水控制作用效果分析
韩凯, 梁永平, 严良俊, 梁东辉, 申豪勇, 唐春雷
2020, 39(5): 745-752.
摘要:
研究晋祠断裂特征及其对晋祠泉流域岩溶水的控制作用,可为晋祠泉流域岩溶水运移规律的分析提供依据。本文利用可控源音频大地电磁法(CSAMT)、音频大地电磁法(AMT)、大地电磁法(MT)和大功率充电法等物探方法对晋祠断裂西南段断裂特征及其对晋祠泉流域岩溶水控水作用进行调查与研究。研究结果显示,晋祠断裂西南段走向北东—南西,倾向南东,倾角自浅至深由大变小,断裂带宽约250 m,影响深度大于1 km;晋祠断裂南东侧存在相对阻水地层,致使大部分岩溶水未进入太原盆地,推断该断裂为张性导水断层;在西山山地存在两个与晋祠断裂平行的岩溶水强径流带,其宽度在150~300 m之间。岩溶水通过晋祠断裂和强径流带对下游补给。
川藏铁路雅安至林芝段水文地质条件初探
程洋, 王永, 杨妍妨
2020, 39(5): 753-761.
摘要:
以川藏铁路雅安至林芝段勘察设计和施工建设的实际需求为导向,以遥感地质学和水文地质学原理为理论指导,采用人机交互解译与遥感信息计算机自动提取相结合的技术方法,开展了路线两侧各15 km范围内的1∶5万水文地质遥感解译工作,初步查明了勘察区的水文地质条件,为川藏铁路雅安至林芝段勘察设计提供基础水文地质资料,有效地支撑服务了川藏铁路的建设。
基于RS与GIS的碳酸盐岩遥感影像特征研究——以黔南地区为例
王跃跃, 陈蓉, 申朝永, 吴愈锋, 陈炫炽, 林国敏, 康文华
2020, 39(5): 762-774.
摘要:
文章利用Landsat8卫星影像数据,结合黔南碳酸盐岩岩性图、黔南构造要素图等地质资料,以石灰岩、白云岩以及石灰岩与白云岩互层三类岩组地层作为切入点,获取并分析了黔南地区碳酸盐岩的空间分布特征及其在遥感影像上的表现特征。结果发现:①石灰岩地层在影像上总体显示为色调单一、地形高差大,基本无水系和建设用地分布;白云岩地层在影像上总体表现为色调丰富、水系发育、建设用地分布多;石灰岩与白云岩互层地层总体影像特征介于二者之间。②分布于不同构造发育区域的碳酸盐岩岩组地层在遥感影像上的表现特征差异较大,即使是同种岩性的地层也会由于受到节理、断层、向斜和背斜等构造的影响形成形态各异的影像。
洞穴旅游
试论红色岩溶概念及其科学价值
姜伏伟, 董颖, 苏孝良, 陈友智, 于宁, 曹晓娟
2020, 39(5): 775-780.
摘要:
岩溶地貌在全球广泛分布,造就了丰富多彩的地貌形态及自然景观。在我国湘黔鄂渝交界区存在着极具观赏性的特殊岩溶地貌,其形态特征有别于常见的岩溶地貌。但当前对这套特殊岩溶地貌的名称及其地学价值尚未深入探讨。该类型地貌具有四个基本特点:红颜色、层状凹凸形态、泥质灰岩的成景岩性、土下环境差异溶蚀成因。在对比分析它与红色系地貌、已认识的岩溶形态、常见岩溶地貌的差异性基础上,文章采用“外观特征”+“地貌类型”的命名原则将它命名为“红色层状凹凸岩溶地貌”,简称“红色岩溶”,并提出其科学定义及界定标准。红色岩溶具有重要的地学价值,其极具观赏性的独一无二形态使得红色岩溶具有重要的旅游经济价值。
旅游洞穴景区投射形象与感知形象对比研究——以贵州织金洞为例
陶沛然, 杨晓霞, 王文静
2020, 39(5): 781-792.
摘要:
以中国最具代表性的旅游洞穴景区——贵州织金洞为例,运用内容分析法和社会网络分析法,以网络文本为数据来源,对比研究其投射形象和感知形象。结果表明:(1)官方的高频词核心关注点涉及自然景观、形象宣传、外部交通、门票、住宿等方面,而游客的核心关注点主要集中在自然景观和导游解说上;(2)在属性类目方面,官方和游客关注的侧重点大致相同,主要集中在旅游资源、旅游活动上,但在自然资源、游览活动内容等方面的形象仍存在诸多差异;(3)从社会网络分析来看,官方重视游客体验,关注游客服务与管理,而游客对灯光、导游服务的感知更为显著;(4)总体上游客的积极情绪占主导地位,而消极情绪的主要来源为官方在建设管理等方面的不足,如长时间排队买票或取票、导游服务态度散漫、景观单调、体验项目单一等。